西山永定河文化带文化遗产空间数据库的设计与实现
郭梦颖 刘敏
摘 要：北京“三个文化带”理念的提出，让文化在发展中保护，在保护中发展。数据库作为文化遗产保护与利用的关键载体，其与文化遗产的结合逐渐受到多领域的重视。该文利用GIS技术设计与实现西山永定河文化带文化遗产空间数据库，采用Geodatabase模型，主要通过概念模型、逻辑模型、物理模型3个方面来设计西山永定河文化带资源数据库。并结合ArcMap等软件的使用，对数据作后续相应的空间应用分析处理，以期对未来西山永定河文化带文化遗产的保护供有力的技术支撑。
关键词：GIS;西山永定河文化带;文化遗产;空间数据库
中图分类号 P208文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）07-0131-05
Design and Implementation of the Cultural Heritage Spatial Database of the Xishan Yongding River Cultural Belt
GUO Mengying1 et al.
（1College of Arts &Sciences of BUU， Beijing 100191， China）
Abstract： The concept of three cultural zones has made the protection in development and the development in protection a reality. As the key carrier of cultural heritage protection and utilization， the combination of database and cultural heritage has been paid more and more attention. In this paper， GIS technology is used to design and implement the cultural heritage spatial database of Xishan Yongdinghe cultural belt. The model of Geodatabase is used to design the resource database of Xishan Yongdinghe cultural belt from three aspects： conceptual model design， logical model design and physical model design. Combined with the use of ArcMap and other software， the data are analyzed and processed in the subsequent corresponding spatial application. It is hoped that the design of the spatial database can provide a strong technical support for the protection of the cultural heritage of the Yongding River Cultural belt in the future and play a role of foreshadowing.
Key words： GIS; Xishan Yongdinghe cultural belt; Cultural heritage; Spatial database
作為GIS数据组织的核心部分，空间数据库是一系列描写与一定空间位置有关的真实世界对象的数据的集合。与传统数据库具有的存储和管理数据特征相比，空间数据库既包含了这些基本特性，又能够对空间位置信息进行高效存储，能够快速建立起空间信息与属性信息之间的联系是其最大的特色，并且还能进行空间数据的管理分析与可视化[1-3]。
目前，国内外关于建立文化遗产档案数据库都有成功的案例，如台湾地区构建的“兰屿媒体与文化数字典藏”，“美国记忆”工程，日本“文化遗产数据库”和“亚太非物质文化遗产数据库”等数据库[4-5]。近年来，国内开展了许多GIS技术与历史和考古相结合的研究，如金鑫[2]等构建了良渚古城遗址的空间数据库，李强[6]等对京杭大运河保护的地理信息系统研究，柳泽[7]等建立了大遗址文化遗产空间数据库，胡明星[8]等采用GIS技术研究历史街区的保护问题。
为了加强对我国文化遗产的保护与管理，结合信息技术构建更加开放共享的数据库平台是顺应时代发展的需求，具有极其重要的意义。为此，本文以西山永定河文化带文物保护为例，主要研究文化遗产文物保护数据库的设计与实现以及其在北京市总体规划上的应用，并结合GIS技术整理西山永定河文化带资源，设计与实现空间数据库，提高保护工作的效率与科学性。从西山永定河文化带涉及的历史文化街区、古建筑、古遗址、古墓葬、石窟寺、石刻、农业遗产、近现代工业文化遗址、历史文化名村、传统古村落、历史文化保护区等文化遗产资源以及基础地理数据进行设计入库，也为后续的研究起到铺垫作用。
1 西山永定河文化带资源数据库创建的时代价值
1.1 西山永定河文化带的空间范畴 依据《北京市西山永定河文化带保护发展规划（2018—2035年）》界定的西山永定河文化带的空间范畴为：北边起点为延庆区妫川谷地，南边抵至房山区的拒马河谷地，东边临北京老城，西、南、东南至市界。行政区涉及海淀、丰台、石景山、昌平、门头沟、房山、大兴、延庆8个区，其中，海淀区内的范围界定在西部山区和“三山五园”地区，丰台区内的范围界定在永定河沿岸地区（含莲花池-金中都），昌平区内的范围界定在南口关沟西南山区，大兴区内的范围界定在永定河沿岸和南海子地区，延庆区内的范围界定在妫川谷地，石景山区、门头沟区和房山区的范围界定为全区。规划总面积达4454km2[9-10]。
1.2 文化遗产资源类型 西山文化带文化形态多元，包括考古、皇家、园林古建、历史悠久的宗教、陵墓、军事防御、红色、高等教育、名人、中外交流、传统民俗、传统村落古道、民族融合、山水生态、农业休闲等文化[11-13]。文化遗产资源丰富多样，具体情况如表1所示。
1.3 文化遗产空间数据库的重要性 从文物管理上来说，管理权限多元不统一;从文物的保护和利用方面来说，文物保护利用措施滞后，利用不足，利用水平不高，资源闲置严重;从文物的传播与推广上，宣传工作不全面，推广力度不够[11-20]。这些都导致西山永定河文化带文化遗产的开发和利用不能引起广大群众的共鸣，使其在加强全国文化中心建设中定位不清，发展战略不清晰，不能发挥至关重要的作用。文化的发展需要空间和载体，而且要结合新一代信息技术，争取做到让文化活起来，通过新发展理念引领西山永定河文化带的建设与发展[20]。从空间上来说，西山永定河文化带的范围涉及北京8个区，规划面积广泛。在时间上，西山永定河文化带包含的文化遗产跨越了史前到现代。结合GIS技术创建一个具有全面性、系统性、即时更新型的空间数据库，可以进行资源数据的存储、检索、分析、共享和可视化。就历史文化遗产资源来说，可以对其进行价值评估、指标的图示化，并且可以根据文化遗产的空间要素特征来制作专题图。这将极大提升工作效率，在城市的历史文化遗产资源的保护方面科学决策的参考价值，改进之前传统的繁杂的工作方法。因此，构建起科学技术支撑、存储系统完备、运行有效的空间数据库。其创建及建设研究对于建立西山永定河文化带智库、创建北京全国文化中心、提高城市文化软实力、构建京津冀文化系统发展体系发挥着不可忽视的重要推动作用。
2 西山永定河文化带空间数据库的创建
2.1 Geodatabase模型 Geodatabase是一种以关系数据库为基础、采纳面向对象这个技术来组织和管理空间数据的空间数据模型。逻辑数据模型中定义的对象就是Geodatabase中的数据对象。想要容易的实现大部分的自定义行为，只需要依靠ArcInfo所能供给的验证规则、域及其他功能来实现，而使用Geodatabase数据模型不需要进行代码的编写。其具有以下4点优点：（1）连续的要素集;（2）更加精确的对空间数据进行录入和编辑;（3）地理数据可操作性强，可被多个用户同时编辑;（4）统一存储空间数据[21-23]。本文选择Geodatabase数据模型作为西山永定河文化带空间数据库设计的主体。
2.2 空间数据库的整体框架 基础地理数据库、文化遗产库和非物质文化遗产库3个部分内容构成西山永定河文化带文化遗产空间数据库（见图1）。基础地理数据库包含各区区划数据、永定河水系数据、DEM数据、遥感数据。文化遗产库包含历史文化保护区、传统古村落、近现代工业遗址、历史文化街区、古建筑、古墓葬、古遗址、石刻、石窟寺、农业文化遗产、历史文化名村数据。非物质文化遗产库包含文字资料、视频资料、音频资料和关联资料。
该空间数据库的建设是西山永定河文化带研究、规划与保护、宣传与展示的重要数据来源，将为日后西山永定河文化带的研究、保护、传承与利用提供服务。因此，该资源数据库创建时其本身的性能应满足以下需求：数据一体化存储管理、尽可能地降低数据存储的冗余、用户及时访问、具有较强的应用适用性，数据的共享。通过查阅北京市各区西山文化带资源数据，根据数据库的原理将各种相关的资源抽象成模型，依据数据库建库原理及规范，按照需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计和实现等一系列过程，建立西山文化带资源数据库，对文化遗产资源数据更好地管理和存储（见图2）。
2.3 实体结构设计 实体是指现实世界中每个區存在的可以相互区分的文化遗产，包括历史文化保护区、传统古村落、近现代工业遗址、历史文化街区、古建筑、古遗址、古墓葬、石窟寺、石刻、农业文化遗产、历史文化名村。这些实体间的从属、并列关系如图3所示。
2.4 确定实体之间的关系 在空间数据库中属性表之间的关系设计非常重要，正确的关系表设计可以减少很多操作中的弊端[24]。用Geodatabase模型实现行政区划与各文化遗产之间一对多的关系。以实体联系图（E-R图）对上述内容进行逻辑设计（见图4）。
2.5 文化遗产对象向Geodatabase对象的转换 将逻辑设计阶段的数据库逻辑设计模型具体化到具体的空间数据库中[25]，将概念结构设计和逻辑结构设计中的实体转化为Geodatabase模型中的对象（见表2）。
2.6 构建关系类 根据概念结构设计中构建的空间E-R图中各区与文化遗产之间一对多的关系，在构建关系类时为了表示方便，为各类型文化遗产设置编码（见表3）。
在西山永定河文化带空间数据库中构建区与各类型文化遗产1-M的关系类（见图5）。
3 西山永定河文化带空间数据库的实际应用
3.1 数据的存储、检索、共享 首先，数据库具有很强的可扩展性，在统一机构的领导下，采用多方协作模式，加强各相关部门的协作与沟通，尽可能多的调查、收集与整理各类文化遗产资源。其次，为使研究者和公众对西山文化带文化遗产有更多的了解，完善的空间数据库的信息检索功能，使人们方便检索、浏览各种信息。对于这些信息不设权限，公众可以任意在线观看及下载使用，使这些数据信息得到充分的利用。再次，该空间数据库的创建是开放性的。数据使用性不仅仅是停留在北京层面，库中的数据资源可供多方使用。只有实现区域间的数据资源的共享，创建一个可以共享资源的平台，才能进一步推动各区域的文化遗产保护的进程。
3.2 支持空间分析 GIS强大的空间分析功能是其独特之处，空间数据库的建立可以让使用者对数据库中的空间数据进行空间分析，结合其研究领域完成各专题的研究。在西山永定河文化带空间数据库的基础之上，借助GIS的空间分析技术，如密度、缓冲区、叠加等空间分析对调查得到的各类文化遗产数据和已有的遥感影像数据、DEM数据、矢量化的各类资源数据进行综合性空间分析，从而对城市文化遗产资源的保护做进一步的研究。
3.3 Web在线发布 西山永定河文化带资源空间数据库中的矢量数据可以发布到服务器上，将地图发布后再建造一个应用共享到网络群组中，与他人共享资源。打开发布成功后的Web应用，可以在此应用上随意查看任一文化遗产的属性信息，只需点击某一点要素，会立即弹出此点的属性信息，这样在查看某一点的信息时既快速又方便（见图6）。
4 结语
本研究以Geodatabase模型为基础，设计并建立了西山永定河文化带文化遗产空间数据库，方便分层存储管理相关的矢量数据、栅格数据和属性数据等数据。该空间数据库不但充分思量了西山永定河文化带各类文化遗产及环境的特性，而且兼得了空间数据库的一般特征。因此，它的构建不仅可以对西山永定河文化带文化遗产研究资料和数据进行高效的同一管理，更加增强了西山永定河文化带文化遗产数据的空间可视化能力，提升了西山永定河文化带文化遗产数据的综合性分析，为建设北京全国文化中、实现“三个文化带”的文化创新、加强我国文化遗产的保护与管理提供了有力的技术支撑，有助于深入挖掘文化内涵。
西山永定河文化带的建设是一项需要长期坚持的文化项目，其资源数据库的建设也不是一成不变的。推进西山永定河文化带建设的进程中，逐渐对数据库进行更新迭代，使其更符合时下的要求，有效推動历史文化创造性发展，激发当代受众群体对文化的激情与热爱，凸显北京历史文化的整体价值。
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（责编：张宏民）
