基于WebGIS的可视化技术在智慧东城文物管理中的应用研究

熊妮娜

（身份证：36223219XXXXXX0069）

1 技术方法介绍

1.1 WebGIS 技术

GIS（Geographic Information System）是一门结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学的综合性技术，GIS技术将地图地理分析功能和独特的视觉化效果与数据库操作（如信息查询和统计分析等）集成到一起[1]。在各领域的规模巨大、种类多样的数据管理，直观、高效率的数据显示和相关空间分析中都有应用，并且获得了较好的效果。

WebGIS是Web技术与GIS技术相结合的产物，它革新了GIS技术传统运行模式，通过Web技术的扩展，使其具有浏览器/服务器(B/S)体系的网络结构，用户可以远程使用GIS，共享地理空间信息资源[2]，让GIS真正成为一种大众使用的工具，而不是局限于局域网内。

北京市东城区智慧文物保护和管理项目是使用.net的C++语言开发技术，基于ArcGIS Server的一个WebGIS系统。ArcGIS Server是ESRI公司最新推出的服务器端产品，是本行业中首个在企业级的服务器构架下实现GIS全功能的技术,它是目前最常用的开发WebGIS系统的工具，为广域网下实现高性能的GIS功能提供了良好的解决方案[3].

1.2 地图服务技术

为方便网络客户端的地图浏览和使用，需要将配图成果发布成地图服务，如调用第三方地图服务，则通过接口来实现。本项目利用“天地图”的地图服务,与OpenLayers 接口类。

“天地图”是国家测绘地理信息局建设的地理信息综合服务网站, 2011 年1月18日正式上线。“天地图”运行在互联网和移动通信网等环境，以门户网站、服务接口的形式向大众、专业部门、企业、政府部门等提供 “一站式”的地理信息服务。它集成海量的基础地理信息数据，为大众提供地理基础数据与地图服务。

OpenLayers用于实现标准格式发布的地图数据访问，本质是一个JavaScript类库包，专为WebGIS客户端开发提供地图服务。OpenLayers目前支持从符合 WMS、WMTS、WFS等OGC标准规范的数据源载入地图图层，支持的地图来源包括“天地图”、Google Maps、Yahoo等。

2 技术应用的系统方案

2.1 系统总体目标

1）基于地图和文保区划图形数据，直观、高效率的查看文保信息和综合分析利用数据。解决目前文保区划数据多是文字信息，地理位置可视性较差。不利于对文保区划数据等信息的准确把握。

2）通过WebGIS的叠加分析功能，加强监管文物保护范围内、建设控制地带内的地物动态变化，监督城镇建设规划对文物影响，及时制止或采取措施，避免对文物的破坏。

2.2 系统结构框架设计

本系统采用了3层B/S结构，如图1所示。

1）数据层：数据库层包括关系数据库和ESRI公司提供的中间件ArcSDE，另外,东城区电子地图数据直接采用“天地图”地图服务。文物保护单位的属性数据存储在关系数据库中，文物空间数据通过ArcSDE中间件存储在关系数据库当中。

2）支撑层：在B/S模式下，通过Web服务器及ArcGIS Server应用服务器来响应用户端的请求，处理地图浏览、基本操作和管理、文物保护单位的数据搜索和统计、文物影响评估分析等任务。

3）应用层：指浏览器端，即“智慧东城文物综合管理平台”本身及其下各个功能模块。

2.3 功能设计

1）地图的基本功能，包括地图展示和地图的基本操作。地图基本操作功能包括地图的放大、缩小、平移、量测功能以及图层显示控制功能。

2）文保空间信息和属性信息搜索功能，包括关键字搜索、高级搜索和专题搜索3种形式。通过“高级搜索”，用户可以通过选择设置多个条件来对文保单位进行检索。专题检索是通过选择某一特定专题，直接将专题下的一组文保单位结果展示出来。

3）空间统计分析功能，包括“分类统计”和“框选统计”，“框选统计”区别于一般的属性条件筛选来进行统计，它是通过在地图框选设定范围的方式来统计文物资源数据。

图1 系统结构框架

4）文物影响评估功能，用GIS的叠加分析功能，分析城市建设或其他项目对文物的影响，提取影响的文物单位及文物影响评价因子，给文物工作人员管理工作提供参考。

2.4 数据设计

数据库用于存储和管理与文物保护业务相关的属性信息和空间信息、动态数据和静态数据等，为智慧东城文物综合管理平台的运行提供数据支撑。数据库设计主要包括GIS数据库和文保单位数据库。

1） GIS 数据库

空间型数据库，用于存储东城区文物保护单位经过空间位置配准后的文化保护区数据、建设控制地带数据、文物保护范围数据、有待进行文物影响评估的项目数据，包括它们的空间和各种注记数据等。

2）文保单位数据库

文保单位数据库，用于存储东城区文物保护单位的数据信息。每一个东城区文物保护单位的属性数据，包括文保单位的编号、名称、等级、所属文保单位、建筑类型、简介描述、人口数及占地面积等，记录到不可移动的文物数据表定义的相应字段中；其他属性数据如文本、线图和图片等，通过关联表与数据表相应的记录作链接，数据以原始文件方式存储在数据库指定的空间。

3 系统实现效果

3.1 文物地图浏览及管理

文物地图浏览功能为“智慧东城文物综合管理平台”的基本功能，面向对象为对文物感兴趣的普通大众和文物管理工作者。此功能依托地图，用户能直观的在地图上获得文物单位的地理位置，平面结构信息；并且能通过图层控制的方法，查看文物保护单位的文物保护范围、建设控制地带、文化保护区等文物保护基本信息在地图上的地理位置，并且分析它们和其他地物的位置关系。所以，基于文物信息可视化的文物地图浏览功能是这在很大程度上解决目前用户有文物保护的纸质文字信息，但不能准确和直观地获得文物保护地理位置范围等基本信息的问题。

3.1.1 地图基本操作

文物地图网页的默认显示区域为东城区域，默认显示图层为东城区的电子地图，用户可以进行地图查看的基本操作，包括添加图层，以及电子地图或多个图层的放大、缩小、平移等操作。

3.1.2 文物地图图层控制

文物地图图层包括文物保护范围图层、建设控制地带图层、文化保护区图层、文物影响评估图层，前三类图层包含了文物保护基本地理信息。默认显示图层为东城区的电子地图，通过图层控制功能，用户可以自主添加或删除文物地图图层中的一层或几层，从而获得文物保护基本地理信息，以及直观获得其他地物的位置关系信息。

3.1.3 文物单位地理位置搜索及信息查看

用户可以通过关键字搜索的方式查找文物单位和零散文物的地理位置，对于专业的文物管理工作人员还可以通过多个条件筛选的高级搜索方式对文物点进行筛选。用户搜索或筛选，都可以查看概要信息，如有需要还能进一步查看它的详细信息。

3.2 文物信息统计分析

1）统计列表显示

在文物保护工作人员的日常工作中，文物信息的统计分析功能极为常见，为文物保护工作人员的工作决策提供了辅助支持。工作人员可以在筛选条件范围内，针对文物的保护级别、保护类别、保护区、文物年代等统计项进行统计。统计结果可以以列表形式展现。

2）统计图显示

统计图具有形象、具体、简明、易懂的特征，是管理工作者常用的工作方式。系统中应用到的统计图包括饼图、柱状图、折线图，它们以更直观的方式展现文物部分与整体之间的数量关系、各种文物数量的多少以及文物数据的变化趋势等情况。

3.3 地图框选数据筛查

地图框选数据筛查及统计功能是为文物保护管理工作专门设计的。一般的筛选统计为通过条件筛选的过程，是通过对属性查询到空间位置定位显示的过程。但在文物保护管理工作中，往往需要从空间位置上进行筛查，然后再查看属性及进行信息统计分析。地图框选数据筛查及统计功能即为在地图中进行拉框划定选择范围，对范围内文物信息进行统计的一个功能。这个功能，尤其在手机移动版平台应用时，给文物保护管理人员的日常工作带来了很大的便利，促进工作的有效开展。

3.4 文物影响评估

现在中国正处在城镇化快速发展的历史进程中，城市建设及城市活动对文物都会造成潜在的影响。文物影响评估功能正是为了监督城镇建设等项目对文物影响，及时制止或采取措施，避免对文物的破坏。

文物影响评估功能通过将城镇建设等项目的影响范围层与文物保护区划信息在地图上进行叠加，从地图上直观的空间位置的关系，并且通过GIS的叠加分析功能，提取影响的文物单位及文物影响评价因子，从而给文物工作人员管理工作提供参考。

4 结语

WebGIS技术对于数据分析和展示有重要作用，但以文保单位的管理机构为适用对象，通过使用GIS系统进行研究实践的案例现今十分匮乏。本项目正是利用WebGIS这一特点，将这一技术应用于“智慧东城文物管理平台”中，发挥了在北京市东城区文物保护管理工作中，管理规模巨大、种类多样的文保数据，以及将这些数据直观、高效率的显示和综合利用的作用。提高了东城区文物的信息管理和可预防性保护工作的业务水平。

WebGIS技术在文物保护管理领域的应用中具有很大的潜力，在此项目的基础上，单位拟推出二期，将利用倾斜摄影测量技术进行古建筑三维建模和管理应用，利用BIM技术进行精细化管理应用，应用GIS现今的一些新技术将文物保护真正推向智慧化管理阶段。