我國(guó)線性文化遺產(chǎn)保護(hù)及時(shí)空可視分析技術(shù)研究中期檢測(cè)報(bào)告

一、研究進(jìn)展情況

主要內(nèi)容：①研究計(jì)劃總體執(zhí)行情況及各子課題進(jìn)展情況；②調(diào)查研究及學(xué)術(shù)交流情況（調(diào)研數(shù)據(jù)整理運(yùn)用、文獻(xiàn)資料收集整理、學(xué)術(shù)會(huì)議、學(xué)術(shù)交流、國(guó)際合作等）；③成果宣傳推介情況（成果發(fā)布會(huì)、《工作簡(jiǎn)報(bào)》報(bào)送情況、國(guó)家社科基金專刊投稿及采用情況等）；④研究中存在的主要問題、改進(jìn)措施，研究心得、意見建議；⑤其他需要說明的問題。

注：2012年立項(xiàng)的項(xiàng)目主要填寫2014年7月以來的研究進(jìn)展情況。

2015年度，本項(xiàng)目進(jìn)展順利，已取得初步研究成果，發(fā)表核心期刊論文12篇，完成畢業(yè)論文6篇，取得發(fā)明專利3項(xiàng)，課題組共培養(yǎng)博士生3名，碩士生5名。課題研究?jī)?nèi)容包含明長(zhǎng)城軍事防御體系地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建、以長(zhǎng)城軍事聚落為對(duì)象的時(shí)空可視分析系統(tǒng)構(gòu)建、防御體系系統(tǒng)關(guān)系研究、規(guī)劃布局機(jī)制研究、長(zhǎng)城價(jià)值評(píng)估方法研究以及古建低空攝影測(cè)量方法研究等。

一、研究計(jì)劃總體執(zhí)行情況及各子課題進(jìn)展情況

1、子課題二、明長(zhǎng)城軍事防御體系地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

課題組成員經(jīng)過多次實(shí)地考察與文獻(xiàn)收集整理獲得軍堡GPS坐標(biāo)、建置時(shí)間、城池規(guī)模、城池級(jí)別等屬性數(shù)據(jù)。通過SRTM-3數(shù)字高程地圖、國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、歷史地圖和GPS數(shù)據(jù)構(gòu)成長(zhǎng)城軍堡的空間數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容包括明長(zhǎng)城軍事防御聚落的地理信息數(shù)據(jù)和聚落相應(yīng)的尺寸、面積、等級(jí)、駐軍、建造年代等屬性數(shù)據(jù)，以及長(zhǎng)城周邊區(qū)域地形地貌、河流等地理環(huán)境信息數(shù)據(jù)。 

圖1 九邊軍事防御聚落密度制圖

2、明長(zhǎng)城宣大山西三鎮(zhèn)軍事防御聚落體系宏觀系統(tǒng)關(guān)系研究

研究選擇宣大山西三鎮(zhèn)長(zhǎng)城軍事防御聚落體系為研究對(duì)象，以分形理論和系統(tǒng)理論為主要視角，基于歷史資料、研究成果、調(diào)研資料以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用 GIS 空間地理信息分析、數(shù)學(xué)以及統(tǒng)計(jì)學(xué)等研究方法，多維度、多層次和定量化揭示明長(zhǎng)城軍事防御聚落體系的宏觀系統(tǒng)關(guān)系。

研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)城軍事防御聚落體系，是在傳統(tǒng)聚落體系演化模式和線性長(zhǎng)城雙重動(dòng)力作用下，生成的聚落體系與線性長(zhǎng)城耦合的復(fù)雜分形結(jié)構(gòu)。軍事防御聚落體系相關(guān)的聚落等級(jí)規(guī)模結(jié)構(gòu)、駐軍等級(jí)規(guī)模結(jié)構(gòu)、交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及空間結(jié)構(gòu)，三者在宏觀層面遵循一致的生成規(guī)則和運(yùn)行機(jī)制；基于此進(jìn)一步嚴(yán)格界定長(zhǎng)城軍事防御聚落體系正式形成的標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)間，并定量和定性描述聚落體系與線性長(zhǎng)城耦合的系統(tǒng)關(guān)系和動(dòng)力演化機(jī)制；基于理論模型，從宏觀系統(tǒng)關(guān)系角度，初步探索軍事防御聚落體系的主體性、長(zhǎng)城的系統(tǒng)性價(jià)值、以及軍事防御聚落體系與長(zhǎng)城的系統(tǒng)關(guān)系和協(xié)同防御機(jī)制。

圖2 宣大山西三鎮(zhèn)長(zhǎng)城軍事防御聚落體系分布圖（高程圖）

圖3 宣大山西三鎮(zhèn)軍事防御聚落規(guī)模空間分布

圖4 宣大山西三鎮(zhèn)中心趨勢(shì)度分布

圖5 宣大山西長(zhǎng)城軍事防御聚落體系道路復(fù)原圖

圖6 烽傳線路與道路分布的關(guān)系

圖7 宣大山西三鎮(zhèn)軍事防御聚落體系驛傳系統(tǒng)圖

3、子課題一、明長(zhǎng)城整體性研究之軍事防御體系規(guī)劃布局機(jī)制研究

本研究在充分的史料和現(xiàn)場(chǎng)考察基礎(chǔ)上，基于軍事地理學(xué)、地緣學(xué)說、“中華民族多元一體”理論和整體史觀思想等研究方法理論的支撐，通過實(shí)證分析、規(guī)范分析等方法，從自然、社會(huì)、人三個(gè)方面對(duì)明長(zhǎng)城軍事防御體系的規(guī)劃布局和選址的機(jī)制進(jìn)行研究，強(qiáng)調(diào)防御體系的整體性，著眼明長(zhǎng)城軍事防御體系內(nèi)外兩側(cè)，將農(nóng)、牧雙方均納入研究范圍，解讀不同因素與體系層次結(jié)構(gòu)布局的作用關(guān)系，并做數(shù)據(jù)化、圖示化整合與梳理，最終綜合研究結(jié)論，提出明長(zhǎng)城秩序帶概念是對(duì)明代邊防地帶的社會(huì)秩序的精煉概括，從自發(fā)秩序和建構(gòu)秩序兩方面，對(duì)明長(zhǎng)城秩序帶概念進(jìn)行解讀。

圖8 明長(zhǎng)城軍事防御體系和秩序帶結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 明遼東鎮(zhèn)軍事防御體系層級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖

圖10 明長(zhǎng)城沿線重要軍事防御體系分布圖

4、清代長(zhǎng)城北側(cè)城鎮(zhèn)研究 ——以漠南地區(qū)為例

研究以清代漠南地區(qū)治所城鎮(zhèn)為研究對(duì)象，遵循“過程——格局——組織——機(jī)理”的遞進(jìn)順序，以 Arc GIS、SPSS、MATLAB以及分形、點(diǎn)軸理論為手段，從沿革歷程、空間格局、組織結(jié)構(gòu)、單體形態(tài)等方面對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分析和定量刻畫。

對(duì)城鎮(zhèn)發(fā)展歷程進(jìn)行追蹤和還原，指出清初長(zhǎng)城內(nèi)側(cè)軍管型向民治型政區(qū)轉(zhuǎn)變拉開了長(zhǎng)城帶開發(fā)的序幕，在移民和商貿(mào)的推動(dòng)下，蒙地城鎮(zhèn)遵循“設(shè)官→設(shè)治→設(shè)官”的漸進(jìn)模式，以口北三廳為起點(diǎn)沿長(zhǎng)城線作橫向和縱向擴(kuò)散，城鎮(zhèn)發(fā)展具有明顯的階段性。運(yùn)用分形幾何相關(guān)理論對(duì)城鎮(zhèn)體系的空間格局進(jìn)行定量刻畫，以歸化城和承德府為核心形成聚集。通過對(duì)比分析城鎮(zhèn)行政格局、軍事格局、市場(chǎng)格局的差異，理解邊地城鎮(zhèn)體系演化的地域性以及趨勢(shì)性。對(duì)城鎮(zhèn)單體形態(tài)特征進(jìn)行總結(jié)和概括。

圖 11 區(qū)域城鎮(zhèn)群規(guī)模

圖12 長(zhǎng)城縱向防御體系圖

圖 13 應(yīng)激狀態(tài)下漠南地區(qū)可能出現(xiàn)的統(tǒng)轄格局

圖 14 清代內(nèi)蒙古地區(qū)治所城鎮(zhèn)密度圖

5、中國(guó)古建筑單體低空攝影測(cè)量外業(yè)策略研究

研究從測(cè)繪的角度分析中國(guó)古建筑或文化遺產(chǎn)的自身結(jié)構(gòu)以及其周邊環(huán)境的特點(diǎn)，進(jìn)行歸納和分類，分為土石遺址、大型木構(gòu)建筑、古建筑細(xì)部構(gòu)造、塔、古村落五種類型及特殊環(huán)境的測(cè)繪，繪制范式圖。通過向交叉學(xué)科的請(qǐng)教和實(shí)地試驗(yàn)，總結(jié)出了確保人員、設(shè)備以及文物安全的操作經(jīng)驗(yàn)。從流程管理、數(shù)據(jù)處理、成圖方法更新等角度總結(jié)了無人機(jī)與其他地面測(cè)繪手段的“空地一體化”測(cè)繪配合方法。并對(duì)低空攝影測(cè)量在未來古建筑測(cè)繪中發(fā)揮的作用和存在的價(jià)值進(jìn)行了梳理，提出了改進(jìn)的方向。

圖15 中國(guó)古城墻范式圖

圖16塔豎向航線標(biāo)準(zhǔn)拍攝范式平面圖

圖17多源數(shù)據(jù)拼合與制圖輔助

圖18壽皇殿南側(cè)正立面測(cè)繪圖（彩色正射影像與黑白線圖的合并展示）

7、“空-地-人協(xié)同”模式下古建筑測(cè)繪內(nèi)業(yè)圖示方法革新研究

本研究基于低空攝影測(cè)量和現(xiàn)有地面測(cè)繪技術(shù)提出了“空-地-人協(xié)同”的古建筑新型測(cè)繪模式。針對(duì)當(dāng)前新型測(cè)繪成果缺少統(tǒng)一的圖示規(guī)程和使用方法的現(xiàn)狀，從現(xiàn)代工程制圖的一般性原則出發(fā)，在參考古今國(guó)內(nèi)外建筑遺產(chǎn)圖示先例的基礎(chǔ)上，總結(jié)了以“彩色正射影像圖”為代表的新型測(cè)繪成果內(nèi)業(yè)制圖的原則和標(biāo)準(zhǔn)，作為二維線劃圖的有力補(bǔ)充，豐富了建筑遺產(chǎn)測(cè)繪成果的類型。本研究意在對(duì)這些新型測(cè)繪成果內(nèi)業(yè)成圖的可行性、實(shí)用性、實(shí)施的價(jià)值性及合理性進(jìn)行探究，歸納和總結(jié)出新型測(cè)繪成果的成圖方法和圖示的相關(guān)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，作為二維線劃圖的有力補(bǔ)充，并擴(kuò)大新型測(cè)繪成果在建筑遺產(chǎn)測(cè)繪領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

圖19 景山壽皇殿西側(cè)牌坊東立面彩色正射影像圖

圖20 景山壽皇門三維點(diǎn)云模型

圖21 白塔從點(diǎn)云到三維模型到且水平剖切尋找形心以測(cè)量歪閃

8、子課題5線性文化遺產(chǎn)時(shí)空可視分析技術(shù)與決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)現(xiàn)

本課題組成員通過討論分析進(jìn)一步凝練了本課題的研究目標(biāo)與內(nèi)容：

1. 在文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)的背景下，分析長(zhǎng)城作為線性遺產(chǎn)的特征，基于數(shù)據(jù)挖掘，可視分析知識(shí)，摸索分析長(zhǎng)城遺產(chǎn)數(shù)據(jù)的方法，通過信息聚類分析及可視化設(shè)計(jì)，遵循目前使用的領(lǐng)域方法，為長(zhǎng)城研究領(lǐng)域?qū)＜业墓ぷ魈峁┬畔�檢索、分析及假設(shè)驗(yàn)證的工具。

2. 將時(shí)間、地理學(xué)中的時(shí)空路徑、時(shí)空棱柱概念引入長(zhǎng)城遺產(chǎn)的時(shí)空演化分析，通過構(gòu)建時(shí)空路徑和時(shí)空棱柱對(duì)長(zhǎng)城防御體系的時(shí)空演化構(gòu)建可視化分析的信息系統(tǒng)。

3. 構(gòu)建長(zhǎng)城線性文化遺產(chǎn)地的可視化信息技術(shù)平臺(tái)系統(tǒng)，有效地存儲(chǔ)、管理、查詢長(zhǎng)城資源普查的信息數(shù)據(jù)。

4. 在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提供挖掘信息背后隱藏規(guī)律的系統(tǒng)工具，從而為專家和決策者為決策者提供研究手段和決策依據(jù)，幫助制定科學(xué)合理的預(yù)防性保護(hù)和管理目標(biāo)等保護(hù)策略。

5. 推動(dòng)基于現(xiàn)代信息技術(shù)支撐下文化遺產(chǎn)探源技術(shù)的發(fā)展，提高我國(guó)文化遺產(chǎn)保護(hù)和研究水平，最終為我國(guó)的世界線性文化遺產(chǎn)地預(yù)防性保護(hù)和科學(xué)化管理提供理論支撐、方法指導(dǎo)、工具支持和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

課題5開展研究工作目前的進(jìn)展情況：

1. 本課題與課題1、課題2組間進(jìn)行了多次討論，從該課題組獲取了大量關(guān)于長(zhǎng)城研究的文獻(xiàn)和成果，如：《明遼東鎮(zhèn)軍事聚落分布及防御變遷》《中國(guó)長(zhǎng)城志卷六邊鎮(zhèn)堡寨關(guān)隘》等，這些內(nèi)容為可視化提供了數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。

2. 為了完成課題研究，課題組成員在統(tǒng)計(jì)學(xué)、圖形學(xué)（Computer Graphics）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining)、人機(jī)交互等領(lǐng)域分別進(jìn)行了系統(tǒng)的知識(shí)學(xué)習(xí)及文獻(xiàn)研究。在此基礎(chǔ)上開展了下列工作。

①將半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；

采用數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)規(guī)范化檢查、虛擬表定義、分段導(dǎo)入和表格定制等策略解決關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)與Word表格之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。

Eg. 大同鎮(zhèn)城：

城池地理位置：大同鎮(zhèn)城大同城，位于桑干河與十里河交匯處，西、南、北三面環(huán)山，東臨御河，同時(shí)地處山西、京師與內(nèi)蒙古交通要道上，軍事與商業(yè)上的地理位置均十分重要。明時(shí)城內(nèi)官兵13.5萬人，馬騾5.1萬頭，為駐守重兵之地。

城池空間結(jié)構(gòu)：洪武五年（1372）徐達(dá)將原來的土城加以整修并砌磚，城呈正方形，周12.6里（7405.2 米），高4丈2尺，四面各開一門，主干道正對(duì)城門呈十字形。轉(zhuǎn)換為：

②對(duì)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析、聚類分析等；

長(zhǎng)城作為線性遺產(chǎn)的特征，主題繁瑣交錯(cuò)，涉及的信息量巨大，將整理好的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，提煉數(shù)據(jù)間的相關(guān)性系數(shù)、潛在規(guī)律、特點(diǎn)等。具體分為了長(zhǎng)城工程建筑、長(zhǎng)城公共建筑、地理環(huán)境、軍事聚落、歷史事件等部分。下圖為分析表格的局部截圖。

3.根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)分析的結(jié)果設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)可視化信息架構(gòu)設(shè)計(jì)。

①時(shí)間信息軸與行政區(qū)域的可視化設(shè)計(jì)

因長(zhǎng)城遺產(chǎn)地的時(shí)間跨度很長(zhǎng)，用不同顏色標(biāo)注不同的時(shí)間點(diǎn)劃分，將時(shí)間軸設(shè)計(jì)為可拉伸形態(tài)，在歷史全貌與特定時(shí)間段之間實(shí)現(xiàn)過渡轉(zhuǎn)換，同時(shí)將歷史事件與時(shí)間、長(zhǎng)城建筑與時(shí)間分別建立關(guān)聯(lián)，提供特定時(shí)間點(diǎn)搜索。

圖22 時(shí)間軸可視模塊

圖23 基于朝代及年份選取的時(shí)間維度可視化方案

②空間、地貌與行政區(qū)域的可視化

空間問題涉及了地理信息坐標(biāo)（空間位置），地形地貌信息（空間形態(tài)），也不可或缺的涉及到了行政區(qū)域的劃分與變遷（空間聯(lián)系）。此處旨在探討一種能夠有效可視化呈現(xiàn)，并結(jié)合有效信息檢索的技術(shù)方法。將區(qū)域、地貌、地理做了高度關(guān)聯(lián)，結(jié)合線性遺產(chǎn)地的特征，設(shè)計(jì)為拖拉伸展的形式，既可以全盤瀏覽全部，也可以拖拽至特定區(qū)域?yàn)g覽局部信息。

圖24空間軸可視模塊

圖25對(duì)應(yīng)地形特征的空間維度可視化方案

③長(zhǎng)城軍事防御體系可是分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用SpeedPHP框架。SpeedPHP是一款全功能的中國(guó)PHP框架應(yīng)用系統(tǒng)。由于它的速度飛快，而且上手容易，所以很多小網(wǎng)站都廣泛采用此框架。本系統(tǒng)也采用此框架。此框架中，本系統(tǒng)擴(kuò)展了md5password類。此類用于把明文的密碼在客戶端的瀏覽器中加密發(fā)送。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的步驟。本設(shè)計(jì)把數(shù)據(jù)庫(kù)按照朝代，省和對(duì)象特征來分成。對(duì)象特征分為本體建筑，軍事聚落，公共建筑，防御編制，經(jīng)濟(jì)貿(mào)易，民族文化和軍事史料。有長(zhǎng)城的省為新，青，甘，寧，蒙，秦，晉，豫，翼，京，津，魯，遼，吉和黑。 除了這些長(zhǎng)城數(shù)據(jù)的表之外，還有用戶表，用戶授權(quán)表，用戶編輯提交數(shù)據(jù)名稱表，用戶表的狀態(tài)表，省鎮(zhèn)關(guān)系表，英中文對(duì)應(yīng)表。

圖26 長(zhǎng)城軍事防御體系可是分析系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖27長(zhǎng)城時(shí)空演化可視分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

圖28系統(tǒng)可選擇模塊

后臺(tái)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)后臺(tái)有兩種角色：一種為一般管理員，另一種為超級(jí)管理員。一般管理員負(fù)責(zé)錄入數(shù)據(jù)，修改數(shù)據(jù)，而超級(jí)管理員負(fù)責(zé)審核一般管理員提交的數(shù)據(jù)。如果審核通過，將數(shù)據(jù)覆蓋到數(shù)據(jù)庫(kù)，如果審核不通過，將修改意見會(huì)送到一般管理員。一般管理員的編輯數(shù)據(jù)和提交數(shù)據(jù)的數(shù)量沒被限制。超級(jí)管理員有管理自己的賬號(hào)和一般管理員賬號(hào)的功能。一般管理員和超級(jí)管理員的業(yè)務(wù)處理流程圖。

前臺(tái)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)前臺(tái)利用Ajax技術(shù)跟后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。一共生成7個(gè)線程。每個(gè)線程根據(jù)選擇的朝代和省從服務(wù)器帶來JSON格式的數(shù)據(jù)。JSON格式的數(shù)據(jù)由PHP生成。然后在客戶端的瀏覽器根據(jù)選擇的菜單選項(xiàng)來過濾要顯示的對(duì)象。7個(gè)線程都運(yùn)行完之后，根據(jù)要顯示的對(duì)象查找最大最小的經(jīng)緯度。根據(jù)此四個(gè)經(jīng)緯度計(jì)算出中心點(diǎn)的位置。系統(tǒng)前臺(tái)的流程圖如圖所示：

圖29后臺(tái)系統(tǒng)流程圖

圖30前臺(tái)系統(tǒng)流程圖

二、研究成果情況

1、代表性成果簡(jiǎn)介

（1）基于Voronoi圖的明代長(zhǎng)城軍事防御聚落空間分布

軍事聚落空間分布的探析是子課題1和子課題2的重要研究?jī)?nèi)容，此成果已整理成學(xué)術(shù)論文發(fā)表在核心期刊上，文章基于明代長(zhǎng)城軍事防御聚落生成Voronoi圖，采用變異系數(shù)、最鄰近點(diǎn)指數(shù)以及ＧＩＳ的密度制圖和地理統(tǒng)計(jì)分析等方法，從宏觀和微觀層面，分析軍事防御聚落的空間分布特征，證實(shí)其存在明確和復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步分析地理環(huán)境和戰(zhàn)略地位對(duì)空間布局的影響。

目前，聚落研究領(lǐng)域廣泛采用地理學(xué)分析軟件和多種數(shù)學(xué)方法以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的精確量化研究。研究將聚落群視為空間點(diǎn)集目標(biāo)，分析其空間分布特征、歷史演進(jìn)以及動(dòng)態(tài)變遷等問題，而點(diǎn)集空間分布的研究方法主要涉及變異系數(shù)、最近鄰點(diǎn)指數(shù)、柯爾摩哥夫－史密爾諾夫公式和羅倫茲曲線等．基于這些有效工具，學(xué)者在聚落考古和現(xiàn)代城鎮(zhèn)聚落等方面進(jìn)行了精確的量化研究。聚落考古方面，對(duì)中原地區(qū)、兩河等流域、山東等人類文明主要聚落遺址的空間分布、文化特征和歷史演化開展了深入研究；現(xiàn)代城鎮(zhèn)聚落方面，就城鎮(zhèn)體系和農(nóng)村聚落的空間布局、土地利用、規(guī)模分布、時(shí)空演化等問題進(jìn)行了廣泛探索。然而，研究工作普遍存在過于側(cè)重一般性聚落及熱點(diǎn)領(lǐng)域的問題，忽視了對(duì)某些特定功能類型聚落的深入關(guān)注，致使其研究長(zhǎng)期停滯不前．本文基于Voronoi圖，采用變異系數(shù)（ＣＶ）、最鄰近點(diǎn)指數(shù)以及ＧＩＳ的密度制圖等分析工具，研究明代長(zhǎng)城軍事防御聚落的空間分布特征，分析地理環(huán)境和戰(zhàn)略地位等因素對(duì)其空間分布的影響。見下圖

結(jié)論：明長(zhǎng)城軍事防御聚落布局呈現(xiàn)明確、復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)．其宏觀布局以北京為中心，不同層次聚落密度梯度由近及遠(yuǎn)遞減；而微觀布局則呈以長(zhǎng)城為線性目標(biāo)的層狀聚集形態(tài)，且聚落密度梯度趨向長(zhǎng)城遞增。２種尺度下，聚落分布的密度梯度呈反方向變化，形成復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)。同時(shí)，聚落分布與所處地理環(huán)境密切關(guān)聯(lián)，山巒溝谷地形加密聚落原規(guī)劃布局，平緩地形則有助于保持原規(guī)劃狀態(tài)；而沿線聚落布局則與地形要素———溝谷孔道高度相關(guān)。軍防聚落以其復(fù)雜的層狀結(jié)構(gòu)，與長(zhǎng)城本體共同組成層次豐富、連同協(xié)動(dòng)的系統(tǒng)防御整體，在明朝２００多年的進(jìn)程中有效實(shí)現(xiàn)了保家衛(wèi)國(guó)、拓疆實(shí)邊的歷史功能，并以其無與倫比的浩大規(guī)模、壯美身姿以及豐富文化價(jià)值，成為中華民族的象征和人類文明的偉大奇跡。

（2）基于GIS的明代長(zhǎng)城邊防圖集地圖道路復(fù)原——以大同鎮(zhèn)為例

古地圖道路復(fù)原是長(zhǎng)城防御體系驛路交通系統(tǒng)研究的關(guān)鍵科學(xué)問題，課題組基于實(shí)地調(diào)研成果，借助GIS技術(shù)進(jìn)行復(fù)原研究，此項(xiàng)研究將對(duì)長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)整體性原真性研究有重要科學(xué)價(jià)值。以往研究已對(duì)長(zhǎng)城墻體和點(diǎn)狀分布的軍事聚落有空間分布的規(guī)律的把握和揭示，但各軍事聚落之間的連接，即烽傳驛遞系統(tǒng)，是往來策應(yīng)、傳遞軍情、后勤給養(yǎng)的生命線，也是整個(gè)明長(zhǎng)城系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容，因資料匱乏，遺存較差而難以找到歷史真實(shí)位置。此項(xiàng)研究已撰寫成期刊論文發(fā)表在核心期刊上。

文章基于ＧＩＳ的表面成本和最短路徑分析，以明代長(zhǎng)城邊防圖集為依據(jù)，計(jì)算并繪制明長(zhǎng)城軍事防御聚落——大同鎮(zhèn)的道路圖，復(fù)原其空間布局、交通網(wǎng)絡(luò)和驛傳通行等信息，并論證ＧＩＳ用于復(fù)原古代道路的可行性。同時(shí)，基于道路圖初步分析大同鎮(zhèn)的防御機(jī)制。

（3）明長(zhǎng)城軍堡形態(tài)規(guī)制研究與比較 ——以西北地區(qū)為例

軍堡形態(tài)規(guī)制研究是子課題1中“從建筑學(xué)角度對(duì)各層次軍事聚落和防御工事的典型實(shí)例研究”的專題研究，作者結(jié)合西北大同、榆林、寧夏、固原四鎮(zhèn)以往實(shí)地考查和研究成果展開比較研究。

文章首先從總體上分析了明長(zhǎng)城防御體系的總體概況，并重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析西北四鎮(zhèn)大同鎮(zhèn)、延綏鎮(zhèn)、寧夏鎮(zhèn)和固原鎮(zhèn)修建規(guī)模、軍堡數(shù)量和修建時(shí)間等因素。

其次，從社會(huì)學(xué)層面的詳細(xì)闡釋明長(zhǎng)城防御體系在建設(shè)和使用過程中的內(nèi)部管理模式，分析軍堡的制度分級(jí)以及各層級(jí)之間的相互作用，結(jié)合延綏鎮(zhèn)具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析明長(zhǎng)城軍堡的管理組織以及軍屯軍戶的組織管理狀況，并詳述長(zhǎng)城沿線西北四鎮(zhèn)馬市的起源與發(fā)展。

再次，以大同鎮(zhèn)為例統(tǒng)計(jì)分析軍堡的平面布局、建筑特征，從建筑學(xué)層面詳細(xì)分析軍堡的形態(tài)規(guī)制，并試圖總結(jié)其建造規(guī)律。文章最后對(duì)明長(zhǎng)城西北四鎮(zhèn)各級(jí)軍堡保存現(xiàn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，簡(jiǎn)要分析其發(fā)展成因，找到明代軍堡等級(jí)與現(xiàn)在城市行政區(qū)劃之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。分析明長(zhǎng)城軍堡遭到破壞的各方面原因，并提出相關(guān)保護(hù)規(guī)劃建議。以下是相關(guān)圖表。

（4）明長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)整體性價(jià)值評(píng)估研究

研究從明長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)的研究現(xiàn)狀入手，闡述了現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)明長(zhǎng)城研究的主要成果以及不足，提出對(duì)其的價(jià)值評(píng)估并不全面的觀點(diǎn)。闡述了西方學(xué)界以蓋蒂保護(hù)研究所（GCI）為代表的文化遺產(chǎn)價(jià)值評(píng)估體系，介紹了體系中價(jià)值的描述、價(jià)值評(píng)估的方法論、價(jià)值評(píng)估的具體工具、價(jià)值評(píng)估和遺產(chǎn)保護(hù)決策制定之間的關(guān)系四部分內(nèi)容，結(jié)合該體系，來生成明長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)整體性價(jià)值評(píng)估框架。以經(jīng)濟(jì)價(jià)值為衡量指標(biāo)，在對(duì)文化遺產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估方法進(jìn)行綜述后，運(yùn)用模糊矩陣評(píng)價(jià)法對(duì)明長(zhǎng)城文化遺產(chǎn)進(jìn)行模擬價(jià)值評(píng)估，并提出相關(guān)的方法建議。

（5）開發(fā)完成了面向線性文化遺產(chǎn)以長(zhǎng)城軍事聚落為對(duì)象的時(shí)空可視分析系統(tǒng)

子課題5成員根據(jù)課題申報(bào)的計(jì)劃開展工作，進(jìn)一步分析了知識(shí)庫(kù)內(nèi)容的構(gòu)成特征，對(duì)以長(zhǎng)城軍事聚落為對(duì)象的時(shí)空可視分析系統(tǒng)做了定義及深化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜的信息可視化環(huán)境中，采用時(shí)空維度的便捷定位，同時(shí)結(jié)合清單、字段搜索作為輔助導(dǎo)航工具，采用多視圖的交互界面，合理規(guī)劃功能區(qū)域，以及不同類型信息的上下文關(guān)聯(lián)，做到主次分明，令用戶最為直觀、快捷、有效地使用本系統(tǒng)。長(zhǎng)城遺產(chǎn)可視分析系統(tǒng)建設(shè)的根本目的對(duì)長(zhǎng)城軍事防御體系的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理并建立數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)：將復(fù)雜的、海量的、非結(jié)構(gòu)性的長(zhǎng)城軍事防御體系的遺產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成易于理解、易于識(shí)別的圖形圖像，并支持交互瀏覽的系統(tǒng)。功能處理方面，它能夠?qū)崟r(shí)幫助前臺(tái)用戶直觀查看遺產(chǎn)的時(shí)空演化等情況、后臺(tái)管理員能高效方便的提交數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理方面，因?yàn)橄到y(tǒng)采用分層架構(gòu)的原因，因此能夠?qū)崿F(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)一時(shí)空框架結(jié)構(gòu)下的長(zhǎng)城遺產(chǎn)多元數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)，集中管理。在信息采集和傳輸上，它能夠通過互聯(lián)網(wǎng)，方便全國(guó)各地的系統(tǒng)管理員及時(shí)將長(zhǎng)城遺產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并存儲(chǔ)在中央的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

本系統(tǒng)基于Google地圖實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)城數(shù)據(jù)的可視化。系統(tǒng)的主界面如圖所示。

該可視化系統(tǒng)，是面向能夠支撐從漫長(zhǎng)的時(shí)間和空間維度對(duì)長(zhǎng)城這一線性文化遺產(chǎn)進(jìn)行有效組織、管理及調(diào)用等目標(biāo)，期望通過可視化的呈現(xiàn)方式，提供直觀、科學(xué)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果，輔助專家學(xué)者進(jìn)行長(zhǎng)城遺產(chǎn)的分析和研究，并為將來長(zhǎng)城遺產(chǎn)保護(hù)規(guī)劃的制定和監(jiān)督管理提供依據(jù)，達(dá)到及時(shí)反饋、分析、管理和決策。對(duì)于長(zhǎng)城信息的整合管理及有效利用無疑是具有深遠(yuǎn)的意義。該系統(tǒng)目前正在申請(qǐng)軟件測(cè)試及軟件著作權(quán)。

課題組供稿