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2015年复旦大学历史地理信息系统(HGIS)沙龙综述
来源:《中国历史地理论丛》2016年第1期 作者:陈浩东 点击数:77 更新时间:2017-11-9

由中国地理学会历史地理专业委员会主办、复旦大学历史地理研究中心承办的第一届“历史地理信息系统(HGIS)沙龙”于2015年4月25日在复旦大学历史地理研究中心隆重举行。来自广州大学、陕西师范大学、中国科学院地理科学与资源研究所、西北大学、复旦大学、华南师范大学、南京大学、南京师范大学、上海师范大学、上海财经大学等10所高校和科研机构的15名专家学者报告并讨论了17项近年来HGIS的相关研究。另有11位来自南京师范大学、中山大学、复旦大学、暨南大学、陕西师范大学、南开大学等高校的11名专家学者列席并参与讨论。本次会议是中国历史地理学界第一次以HGIS为会议的核心议题,并采用了便于交流研究思想和技术的沙龙形式。中国地理学会历史地理专业委员会主任、复旦大学历史地理研究中心教授吴松弟在开幕欢迎辞中指出本次沙龙的目的有三:第一,侧重于展示各单位近年来HGIS的平台建设和学术研究的相关成果。第二,特意邀请来自地理学和历史学的专家围绕HGIS在未来研究中的应用展开对话,在技术和理念上相互学习,促进HGIS研究的规范化健康发展。第三,殷切希望地理信息系统领域的专家就CHGIS(中国历史地理信息系统)的未来发展在技术层面提供指导意见和建议。沙龙的报告部分即围绕着“HGIS平台开发”、“GIS与自然环境变迁研究”和“GIS与人文要素复原”这三大主题展开。

一、 精彩纷呈的HGIS成果展示与报告后评议

在简短的开幕欢迎辞后,广州大学地理科学学院院长吴志峰教授首先作了“我们生活在地理信息的时代———GIS:从技术系统走向地理信息服务”主题报告。较为详细地介绍了GIS(地理信息系统)技术的历史发展脉络,并结合自己的研究成果展示了近年来依靠大数据、遥感等技术催动下地理信息系统逐渐走向地理信息服务的发展趋势。

“HGIS平台开发”作为HGIS研究的技术工作起点,几乎成为所有参会者特别关注的焦点。中国科学院地理科学与资源研究所张岸助理研究员介绍了中国近代以来采用现代地图测绘技术后所形成地图的数字化配准工作和数据库的建设。来自西北大学城市和环境学院的硕士研究生刘倩展示了李刚副教授团队所建设的“中国历史蝗灾地理信息系统”(CHLGIS)平台的基本情况。陕西师范大学西北历史环境与经济社会发展研究院硕士研究生小林雄河介绍了潘威副教授团队的“中国历史水文信息系统”的基本情况和未来设想。复旦大学历史地理研究中心路伟东副教授和徐建平副教授以CHGIS为技术平台,分别介绍了民国时期的县级治所时间序列数据和浙江省1990-2013年县界变化数据。

“GIS与自然环境变迁研究”主题下,陕西师范大学西北历史环境与经济社会发展研究院崔建新副研究员利用高程、水文等数据在GIS技术支持下分析了京津冀地区新石器时期聚落选址的特点、时代差异和原因,认为GIS可以为新石器时代地理研究和遗址发现提供技术支持。小林雄河介绍了潘威团队利用GIS技术所重建的清代长三角、珠三角地区河网数据并模拟展示了暴雨洪水过程的水文响应以及半干旱区、干旱区水文变迁的个案,同时介绍了研究团队的建设情况。

“GIS与人文要素复原”主题是参会学者研究工作的重心所在。华南师范大学地理科学学院赵耀龙教授介绍了藏语方言时空地理信息平台的建设缘起和数据处理思想。南京大学地理与海洋科学学院陈刚副教授以《建康实录》为例介绍了南京城市历史地名时空建模,演示了从信息提取到系统架构、地图展示等内容。南京师范大学地理科学学院胡迪讲师介绍了家谱GIS系统的基本情况、时空信息标准化、内容扩展和查询功能。南京师范大学社会发展学院刘龙雨讲师以《读史方舆纪要》的地名为研究对象,探索了如何处理历史地名时空信息的标准化问题。上海师范大学旅游学院高峻教授介绍了上海市旅游资源调查工作成果和未来利用GIS技术推介旅游资源的举措。

复旦大学历史地理研究中心王大学副教授运用GIS技术初步复原了清代慈善组织的时空特征和区域差异原因,并介绍了国际学界围绕NHGIS(国家历史地理信息系统)的研究工作。路伟东副教授利用GIS技术分析了1776-1953年陕甘人口变动的规律及其原因。复旦大学历史地理研究中心的孙涛工程师则介绍了CHGIS从V1到V4版本的发展脉络、基于政区变动情形下处理区域、层级、时间、释文四者关系的数据架构,处理历史政区时间和空间拓扑关系的“记录生存期”、“时间切片”等核心概念和历史地理学语境下“大数据”的规模。并特别指出由于数据表结构中的boundary的ID没有完成而无法以空间为单位提取上下级政区的隶属关系,而boundary字段所指向的面数据的工作量远超政区治所的点数据,导致以完善空间边界信息为目标的CHGIS的V5版本迟迟无法推出。

本次沙龙在每个报告结束后都设置了讨论环节,从效果看很好地实现了沙龙举办的预期目的。地理学者和历史学者都对彼此提出了切中要害的评论。

吴志峰教授在讨论中指出,地理信息系统就是通过关联规则不断地消除随机不确定性。而综合对地观测打破了地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)和遥感技术(PS)各自的技术壁垒,使得对地规律性认识更上一层楼。指出崔建新的研究中尚欠缺地图学知识,而基础数据中的三十米分辨率的DEM(数字高程模型)数据可能掩盖聚落微观的地理信息,研究概念中在描述地形方面还缺少清晰界定,还需要进一步厘清地理信息在具体研究中与研究对象之间的关联机制等问题。建议李刚团队关注中国科学院动物研究所康乐院士的蝗虫生态研究。建议赵耀龙的藏语方言地理信息系统的数据模型设计中还需要考虑到语言中除了词根这一基本要素外语调及其空间边界的变迁。提示陈刚其关注地名本身所蕴含的地理信息和名实背离后的变迁信息。在清代民国陕甘人口重心研究的介绍结束后,吴志峰教授也建议路伟东在研究中应说明人口重心的基本单元,并进一步与人口年龄结构关联起来。

针对路伟东的民国县级政区治所的时间序列数据整理工作,江南教授建议关注“地球信息系统数据共享平台”中提供的建国后行政边界的数据。认为赵耀龙的研究在复原当代语言分布的基础上还要关注历史时期的语言时空变化。发现孙涛所介绍的CHGIS工作因缺少拓扑关系而导致数据结构和内容的冗余。

赵耀龙教授则注意到了陈刚没有清楚地回应南京城市地名的时空复原过程中地名定位和范围划定的原则。此外,还向高峻提供了日本学界经典的研究路网信息的范例以供参考。与江南教授对孙涛CHGIS的评价相类似,赵耀龙和吴志峰教授都指出了以CHGIS为技术平台的徐建平的研究中存在以年度为时间剖面存储时数据冗余过大、基础概念迥异于GIS学界、大地基准点的选择和软件平台稍显落后等问题。

相比地理学者在设计数据结构、掌握平台操作等方面的优势,历史背景的学者则发挥了熟悉历史文献和对研究对象在整体上有较强学理把握的优势,同样给出了相当重要的意见和建议。

张伟然教授指出赵耀龙的藏语方言地理信息平台完成后有可能会颠覆学界目前对藏语方言地理特征的认识,还指出历史时期除了人群迁徙,政区变动和社会权力的变化也有可能会影响一地方言变迁。除了与吴志峰教授不约而同地建议胡迪的研究要高度重视家谱信息的地理信息外,还指出历史时期地名可能存在一名多地,甚至存在地、名之间的多重对应关系的复杂情况。杨伟兵教授建议潘威团队需要解释其研究成果所反映的江南洪涝问题与文献中普遍记载的旱荒情形之间的矛盾,处理好与社会经济史学界的认识差异。谢湜教授提醒胡迪要注意甄别家谱中“文化性”而非“历史性”的信息。路伟东副教授指出刘龙雨的研究中对村级地名大部分难以落实的困境和高峻研究中没有叠置路网信息的缺点等等。

二、坦诚交流的圆桌讨论

除了以上针对团队或各人的研究点评外,沙龙在所有报告结束后还针对地理学界和历史学界共同关心的宏观性、关键性议题,尤其是听取地理学者对CHGIS的未来发展的意见和建议而设置了圆桌讨论环节。地理学者则围绕着数据来源、标准建立、平台选择和理念更新等四个方面提出了中肯的建议。

首先,吴志峰教授推荐了可以根据数据生成地图的“地图汇”网站,江南教授建议HGIS研究者可以从“地球系统科学数据共享平台”搜索既有的GIS研究成果。吴志峰教授在点评徐建平的研究时就认为历史学背景学者的HGIS研究应主要负责科学问题的把握和数据采集工作。

在此基础之上,吴志峰教授认为标准化的技术工作应交予专业的GIS和测绘人员,这样才能确保与GIS学界研究标准和成果相对接。江南教授首先认为HGIS研究与GIS研究一样,必须坚持地图学的核心才能建立起学科的基础标准。其次,建立并发展地理信息系统首先要解决标准规范问题,否则仅就数据库表来说,就会缺失许多关系结构而导致空间驱动力分析和数据拓展能力受限。再次,从当下地理信息系统信息来源和形式的多样性来看,地理信息系统学界也需要进一步研究文字、图片等信息的组织结构。赵耀龙教授以地理学界“数字城市”领域自20世纪90年代以后因概念、内容庞杂而难以继续为例,说明HGIS的研究在确定基础性数据标准、多元性数据来源和数据类型、研究尺度等方面向“历史地理空间框架”方向转型的必要性。

吴志峰教授在评议徐建平的研究时,从其数据库表结构中认为其工作平台Mapimfo软件由于仅有松散的数据结构和非范式的数据标准,整体水平尚停留在90年代,而且没有拓扑能力。这不仅会导致未来发展中工作负担不断加重,与目前GIS学界成果对接困难,也不应该是国家高度的HGIS研究的应有水平。江南教授同样坦诚地指出CHGIS目前的Mapinfo软件在拓扑关系建立方面的局限性。在研究的空间尺度方面,吴志峰教授在听取了历史地理研究中心路伟东、徐建平和孙涛三位围绕CHGIS的工作后发现,CHGIS与GIS的一大不同在于GIS默认最小空间单元不变,空间拓扑关系便于建立,而CHGIS因历史政区变迁复杂而不存在最小不变的空间单元,其复杂程度甚至超过了江南教授所认为的政区变化的最小单元为乡、村的认识,因此需要不断地打破重建空间拓扑结构,加之基层地籍图资料的缺失所带来的考证缓慢,进而造成了GIS学界所认为的CHGIS存在数据结构冗余、工作总量巨大和数据更新迟缓等问题。由此建议应由专业人士参与建立面向事件驱动的,或者面向对象的数据库,用空间数据引擎解决目前CHGIS因没有先进的工作平台和良好空间拓扑模型而导致的数据难以对接和工作量浩繁的困境。

在研究的时间尺度方面,赵耀龙教授受到孙涛关于CHGIS介绍的启发,进一步提出了地理学界有TGIS(时态地理信息系统)的概念,这一概念突破了传统GIS中“时间切片”的观念,反映了地理学界已经在理念和技术层面上对空间数据拓扑关系的时间属性表达达到了新的高度,在这一理念指导下所建立数据结构可以将固化在数据结构中的“时间切片”转化为可以任意切分的“时间快照”,相较于时间切片概念更有利于CHGIS系统的未来发展。赵耀龙教授结合GIS学界关于标准、类型、来源、尺度等融合方面的技术优势提出能否建立由标准、数据框架、关联和维护机制构成并能整合各种HGIS研究数据的“历史地理空间框架”的设想,并能够以研究问题为导向进行跨学科研究合作。

历史学背景的学者也纷纷就个人和本单位中关于HGIS研究的心得和设想交换了意见和建议。陕西师范大学西北历史环境和社会发展研究院张萍教授介绍了本单位GIS相关研究团队的建设、课题申报和数据积累的心得体会和基本情况。吴松弟教授则向地理学界专家说明了历史地理领域运用GIS进行研究在技术和标准层面较为落后的特殊性所在,并希望能在以后项目申请和技术帮助上得到更多支持。高峻教授以上海旅游资源在外国人眼中的意象为例,提出了保护文物外围景观风貌的重要性。暨南大学王元林教授提出历史地理的研究成果成为其他学科的研究基础,GIS的研究需要先搞清历史文献基础再寻求数据转化。

张伟然教授认为历史地理学界GIS平台应用落后的原因有三,一是1979年后历史地理学与历史学在研究主题和研究人员学科背景的日趋密切的背景下,对地理学需求的相对滞后导致了历史地理学界对GIS这一革命性技术手段的相对忽视。二是历史地理学研究本身从文献等材料中收集整理数据的浩大工作量,也无法与地理学界从遥感等领域获取信息的相对便捷可比,研究的基础数据收集整理标准化的过程比较漫长,从而导致在科研成果上的产出更加缓慢。三是历史学背景学者在科研模式较为定型后,从技术平台的操作到思维范式科研理念的转换艰难对GIS思维和技术平台的推广造成很大阻力。

HGIS研究的未来需求

这次HGIS沙龙除了精彩的讨论外,科研工作者在HGIS研究中的切身感受也通过讨论和报告结语等形式表现出来,反映出当下HGIS研究的一些基本特点和未来需要关注解决的一些问题。

1.历史地理学界需要注意和地理学界在知识技术体系和人才培养方面强化交流联系。

吴松弟教授和吴志峰教授在交流中不约而同地感受到了历史地理学在地理学界内有边缘化的趋势。吴志峰教授认为,为了扭转这一趋势,历史地理学需要充分吸收历史学和地理学两个母学科的营养,把握好地理学学科特性和前沿方向,注意突破目前的单一孤立的HGIS数据库模式,与地理学的基础地理信息相融合。除了培养跨学科复合型人才外,历史地理学界还要关注现代测绘技术、综合对地观测、大数据地理分析和可视化等地理学的技术前沿。

出身于GIS专业的陈刚副教授就发挥了身处地理学技术前沿的优势,在研究技术中聚焦于历史地名数据库的元数据结构、矢栅一体化数据模型、超媒体电子历史地图编绘技术、PPGIS(公共参与GIS)和WebGIS(网络地理信息系统)的融合应用,在南京城市地理研究中展示了丰富的研究成果。

2.HGIS研究者呼唤探索适合自身特点的HGIS理论方法、专门性技术平台、共通标准、数据共享机制、评价体系和人才建设。

王大学副教授在梳理NHGIS的核心概念发展过程时指出了满志敏教授在确立CHGIS中用综合政区变迁时空属性的“记录生存期”和“时间切片”等概念中的巨大贡献。路伟东副教授认为,历史地理研究处理的就是具有时间序列特征的空间数据,而历史地理空间数据通常具有非独立性、不符合经典统计学的基本假设等迥异于一般GIS的特点。

HGIS共通平台方面,除了代表李刚团队的刘倩、刘龙雨和赵耀龙所构想的“历史地理空间框架”外,胡迪讲师还建议设计基于时间、地点、人物、事件、场景的新型GIS数据模型,研发HGIS基础软件并探索适合历史人文学科的专题制图方法和时空分析方法。而作为HGIS的空间基础单元的地名,刘龙雨讲师希望进一步探索史籍地名信息挖掘的一般方法,不断丰富古今地名数据库,用非政区地名丰富历史地图的内涵。

刘倩代表李刚团队提出搭建历史地理云平台,协作共享历史灾害乃至历史地理的大数据。小林雄河代表潘威团队认为需要建立全国各个历史地理研究单位的信息化水平发展程度的评价体制,并关注研究人员不足的困境。

3.HGIS研究者需要继续重视史料的搜集整理工作。

HGIS研究中可靠的复原和空间分析除了系统本身的时空数据结构外,艰辛复杂而又要求尽量尽全的文献资料收集整理过程贯穿了HGIS的基础数据工作的全过程,堪称HGIS工作的“生命线”。在这方面,不论研究团队还是研究个人均以认真踏实的态度进行着这一工作。刘倩代表李刚团队发言时就表示,在文献基础较为充实的情况下仍然希望在本平台内不断挖掘补充有关蝗灾的历史文献数据。刘龙雨对《读史方舆纪要》的地名信息尚未整理完成就有3万多条地名信息。高峻教授用三年时间实地走遍上海各地旅游点,尽全式地搜罗文献和影像资料,最后形成近130万文字资料和近1000张照片。

路伟东副教授和7位复旦大学历史地理研究中心的学生在“1912-1949县级治所时间序列数据”工作中整理了3600多条数据和17万字的释文。在“清末民国陕甘人口研究”中的资料基础———宣统人口普查在研究区域内拥有数据的聚落近7000个,路教授也是在全部整理并数据化后才展开相关研究。徐建平副教授则收集了浙江省全部的行政区划手册并将其数据化。王大学副教授从清代方志中辑出有效善堂信息5200条左右。孙涛工程师也揭示了CHGIS背后释文文献搜集和标准化工作的海量而艰辛的工作。以上的团队或各人都在踏实的文献工作中不断探索纷繁复杂的历史文献的数据化模式,但未来不论技术如何进步,认真踏实的人工数据收集和标准化处理仍然是HGIS工作的科学性和完整性的根本性保证。

4.HGIS学界必须关注国际上以NHGIS为代表的同质工作。

如果把对目前比较评价国内HGIS的学术视野范围看作是一个“坐标系”,综合本次沙龙的报告来看大多是二维的。评价“坐标系”的“原点”和“数据轴”即是有丰富历史文献支撑的问题意识,“技术轴”便是研究者们不断跟踪引入GIS的思维模式和研究手段,但绝大多数的研究者往往都忽略介绍第三条轴———范式轴,即国外以NHGIS为骨干的研究工作。在基于类似研究目的和文献基础上的国外先导性研究对CHGIS和专题HGIS研究有极大的参考价值。在面对比一般GIS研究更复杂的历史时空拓扑关系时,NHGIS的参考意义更是不可低估。

王大学副教授以《国际学界国家历史地理信息系统建设与利用的现状及启示》一文为纲,较为详细地介绍了英、美、俄、荷、德、韩、爱尔兰、比利时的NHGIS、“电子文化地图计划”(ECAI、“中华文明时空基础架构”(CCTS)和围绕着NHGIS的专题研究、关联研究和方法论探索。并指出NHGIS主要处理政区边界变化的时空过程,并与各种统计资料相链接。只是NHGIS主要处理欧美等国近二百年来政区变化,而CHGIS则要处理两千年来更复杂的行政区划变动,中外设计理念都受到“时间地图(TIME MAP)”思路的影响,学界CHGIS的利用率和利用深度均有待提高。稍显不足的是没有关注各国NHGIS与所在国GIS在理念和技术层面交流的情况。

四 结 语

纵观本此沙龙的报告,按照其内容侧重点可分为展示型和学理型。第一种包括吴志峰教授、崔建新副研究员、高峻教授、王大学副教授所介绍的NHGIS、路伟东副教授清代民国陕甘人口研究和王志海的金融数据展示平台。诚如赵耀龙教授在点评中所认为的“信息在地球表面发生决定了所有信息共同具有空间属性”这一论断所揭示的那样,表明了GIS技术在考古学、旅游学、人口学和金融学等领域都拥有广阔的应用前景。GIS作为一种技术手段和思维方法,不仅促使研究者从空间视角重新审视各自领域的研究对象,还极大地促进了针对研究对象时空演变的空间驱动力分析和可视性展示,彰显了GIS在更广阔的研究领域内几乎无限的应用前景。

而其余11份报告则更突出了研究过程的展示,故归为学理型介绍。诸位研究者都重点展示了各自研究中历史文献转化为标准数据的处理思路和基于迥异属性特征的各具特色的数据模型结构。在近代地图电子化、历史灾害地理、历史水文地理、历史政区地理、历史城市地理、历史慈善地理、语言地理、家谱地理、历史地名的研究中无不体现了“数据先行、结构至上”的共同特征。虽然总体上的研究还停留在复原阶段,但驱动力机制研究也逐渐走入研究视野,并已取得一定成果。如代表李刚团队发展的刘倩表示CHL-GIS研究在数据逐渐充实的基础上未来将更关注灾害过程、格局、机理、模式的空间解析。

这次沙龙围绕GIS在研究手段和思维方式的上的双重特性,主办方打破学科壁垒,邀请了跨专业的研究者从各个具体研究出发,围绕专题HGIS、CHGIS等研究成果、研究思路、数据架构和技术标准等领域展开了富有成效的讨论。令人欣喜的是,报告人全部是中青年,大部分研究都背靠年轻又富有创造力的团队。各位发言人在斐然的研究成果下不仅正视研究中的不足,还显示出了极大的学习吸收能力。本次沙龙不仅是一个展示交流的机会,更拓展了与会者的学术视野,建立起日后合作的信息沟通平台,在热烈的交流讨论中,地理学界和历史学界的专家都表达了在历史地理学界共同的兴趣点,包括一些人力、物力,甚至是财力方面进行一些适当合作的心愿。此外本次沙龙还吸引了中山大学、暨南大学、南开大学等高校的学者列席旁听并积极参与讨论,扩大了HGIS研究在学界的影响力,这些都预示着HGIS研究不论在地理学界、历史地理还是其他学科内,都必会迎来一个朝气蓬勃的发展春天。

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