GIS地理信息系统与中国历史研究

　　司南导航：20世纪90年代，美国学者Anne Kelly Knowles和Ian N.Greogory从个人的研究经验及方法出发，指出GIS在历史研究上的优势，认为GIS不仅是整合史料的研究工具，也是视觉化的发布媒体，更有助于将复杂的空间技艺纳入历史分析当中，从而勾勒出GIS在历史研究中的发展方向。这期间一系列大型历史地理信息平台的建立也为学者利用空间与环境基础数据提供了基本保障，因此，一些学者开始探索将GIS手段运用到历史分析当中，这些探路者多数都是率先进行历史GIS平台建设机构的科研人员，他们解决问题的方法与对这一技术的推介成为推动历史地理信息化建设，以及GIS辅助历史研究的重要推手。中国历史文献存量丰富，区域研究与历史地理分析时间跨度长，空间进程研究也独具特色，这些都有助于GIS技术的应用，优势得天独厚。因此，近年来这种尝试也不断推出，在历史时期环境演变、河流地貌、气候变动、水利社会、乡村聚落、城市形态、传统舆图、疫病传播等方面都取得了非常重要的突破，许多过去无法解决的难题通过GIS手段得以解决，它的开发价值也越来越受到学者的重视。

　　(一)历史气候研究。

　　历史气候研究多为历史地理学者所为，气候变动与经济、民生息息相关，尤与灾害互为因果。在传统时期，由于缺乏器测观察，天气变动和重大自然灾害背后的气候过程很难复原，对气候冷暖干湿变动也需定量分析。2000年，满志敏发表论文《光绪三年北方大旱的气候背景》，【24】尝试运用GIS规范的空间方法，以重大自然灾害的历史记录为基础，推演其背后的气候背景。满志敏在这篇文章中利用光绪三年(1877年)中国北方大旱中山西、直隶两省各县上报的村庄成灾分数资料、次年受灾蠲免州县统计，结合官员旱情勘查报告，通过整理受灾村庄数量，使用Kriging计算，利用等密度空间插补方法，补充空间资料之不足，制作专题地图，展现了光绪时期晋、直两省在干旱程度上的空间差异。根据重建出的旱灾等级专题地图，判断出三个干旱中心的位置和持续时间，利用灾情指数的空间差异推导出其时降雨带在北方的推移过程，从而判断出当年夏季风在华北地区的推进时间;也印证了此次大旱是在全球性特强ENSO事件影响下，亚洲地区的季风明显减弱，季风雨带推进过程与降雨过程发生变异的结果。这是利用灾害史资料进行历史时期季风气候带推移研究的一个很好的范例，开创了历史气候研究的新方法。近年来潘威、满志敏等人对此项研究又有深化，利用GIS方法构建相关数据库，研究黄河流域、永定河区域、黄土高原水旱灾害的发生频率、河流径流量变化等地表环境变动及其与夏季风运行的关系，在方法上亦有一定创新。【25】

　　(二)河流地貌研究。

　　河流地貌研究是历史自然地理最主要的方向之一，水道变迁的复原地位尤重。至20世纪末，大多数河流水道流路变动得以廓清，但就其复原结果来说，我们仍只能停留在多点串联、绘制河道流路的示意图的阶段，无法确切画出河流水道的翔实历史地貌图。2007年，满志敏发表《北宋京东故道流路问题的研究》一文，满志敏在这篇文章中提出多源资料在历史地貌复原中的应用，利用2000年11月美国航空航天局获取的全球大部分陆地地表高程(DEM)数据，判断出各时期黄河河道在遥感影像上的遗迹，结合历史文献记载、古今地名比对，重建了黄河从东汉到北宋景祐元年(1034年)之间流经横陇、于今山东境内入海的旧河道，即京东故道。该文将古黄河京东故道的具体流向定位于地貌图上，绘出了精准的京东故道流路图，也对史籍所载黄河流路各地点作了有效的地理定位，这是新时期历史河流地貌学研究上的一个重大突破。满志敏认为，现代遥感资料在历史河流地貌研究中有它独特的作用。不仅北宋京东故道，甚至横陇、商胡、北流等故道大部分也可以在遥感资料中找到相应的痕迹，这对更精确地描述黄河河道的重要变化时期有很大帮助。新的资料来源、配合相应的研究手段，同时充分利用信息化时代带来文献资料获取的快捷便利，即便传统课题，一样可以把历史地理研究推上一个新台阶。【26】

　　(三)市镇经济研究。

　　明清江南市镇是明清经济史研究备受关注的话题，自20世纪二三十年代日本学者即致力于此，五六十年代，大陆学者投入更多，他们以县为单位对各时期市镇进行数量统计，进而分析资本主义萌而不发的原因。20世纪八十年代以后研究内容有所丰富，多数学者将市镇成长与城镇化发展相联系。【27】以上研究进行半个多世纪，虽然各时期研究方向不同，范式有所转换，但对资料的处理未有大的变化，囿于这种局限，研究思路难有突破。2000年以后，台湾学者范毅军发表了一组文章，包括《明代中叶太湖以东地区的市镇发展与地区开发》、【28】《明中叶以来江南市镇的成长趋势与扩张性质》，【29】后结集为专著《传统市场与区域发展：明清太湖以东地区为例(1551—1861)》由台湾联经出版社2005年出版。他利用太湖地区1∶5万大比例尺地图，将各时期市镇全部标识于地图之上，分级分区研究市镇起伏与地区开发的关系，从而发现在明清江南地区，除个别大的市镇始终保持持续增长的势头外，多数市镇在区域开发的进程中此消彼长，起伏不断;市镇数量成长背后所隐含的性质差异非常之大，而600年江南市镇增长背后的区域发展问题才是真正值得深入探讨与耐人寻味的问题，与区域城镇化关系并不紧密，这就改写了以往江南市镇研究的总体结论。范毅军此项研究采用了地理信息技术中的地理定位与区域模拟相结合的方法，目前已将此数据纳入台湾“中研院”“中华文明之时空之基础架构”当中。

　　(四)历史时期乡村聚落研究。

　　2008年范毅军发表论文《由两份〈村图〉管窥清末华北基层社会的一些断面》。作者在这篇文章中将晚清河北非常难得的两份村图《青县村图》与《深州村图》进行数字化，村落一一落实到大比例尺地图之上，同时利用GIS多要素空间套叠的方法建立要素图层，结合基本文献史料，研究了两县的里社村屯、聚落形态、人口特征、地方教育、庙宇宗教、地方乡绅、土地分配、集市结构;作者尝试利用GIS技术进行区域多要素的综合分析方法，对晚清华北村落分布模式研究的传统观点提出质疑;尤其对于集市的研究，作者通过集市与村落关系网络的连接，以及人口密度图套叠，展示了各种类型的市集所关联的村落与人口关系，深入解剖了华北地区市场、聚落与人口规模之间的内在逻辑，修正了施坚雅相关研究的传统观点。这是利用GIS技术支持聚落、乡村等多要素综合分析功能的一个有效尝试。【30】

　　(五)历史时期水利社会研究。

　　水利社会是近年来区域社会史关注的重要方向，中国传统社会以农为主，水利是农业的命脉，与国家、地方、民众的关系最为紧密，是见证国家与地方互动关系最直接的体现。【31】中国台湾学者李进亿《由内而外：后村圳灌溉区争水事件的历史变迁(1763—1945)》一文，讨论了台北盆地西侧淡水河至大汉溪西岸平原间后村圳灌溉区自乾隆二十八年(1763)至1945年间水利冲突的演变，从中探讨从传统到近代水利冲突性质的变化。作者将历年灌溉区域与圳道变迁进行了地理定位、区分了各时期圳头位置分布与水流河段的关系，完成埤圳主住居地分布、祖籍分布地图、大溪流域水利系统取水口与抽水站分布地图，将这些要素落实到GoogleEarth地貌图上，很清晰地呈现出传统水利开发方式与现代水利变化间的关系，分析了各要素间的位置关系，其与争水区域之关连，借以呈现研究区与相关论述的空间特性。作者发现在传统水利时期，水利设施粗放，由于后村圳位居水源最末端，取水量为大溪沿岸水圳最少者，造成该区旱季引水时争水手段最为激烈，这种水利争端主要表现为村落之间的争水，与取水方式、水流方向有很大关系。到了近代，大型水利设施开始投入，这种投入主要为政府行为，政府对灌溉区的保护成为争水中的矛盾焦点，因此，进入近代以后，争水由村与村之间转变为民众与官方间的矛盾。【32】这种研究提供给我们更加直观与翔实的地理概念，可以说是把水利社会的研究实实在在地落到了地上，并很好地解释了争水与水域环境、水利技术、地域人群等的多方关联，结论令人信服。

　　(六)环境变迁研究。

　　从自然景观到文化景观是人类经济开发与环境变动的基本方向。20世纪中期侯仁之开始研究中国北方土地沙漠化，并确立了利用古城遗址进行沙漠化研究的方法论，使历史沙漠地理学成为历史地理学最重要的研究方向之一。新时期3S技术引入，沙漠地理学走向更清晰的研究路径。邓辉等人针对毛乌素沙地明清以来的沙漠化进程进行了空间模拟，利用GIS技术，将明清以来毛乌素沙地垦殖过程与土地利用方式准确落实到地图之上，描述出明代榆林镇卫所屯田土地的利用率以及沙漠南界的变化，文献资料与地图影像相互参照，得出准确结论：明代毛乌素沙漠南缘军垦并没有造成沙漠的南移，其界线与今天大体相当。这一研究同时提醒我们，卫所屯田是有指向性的，明代榆林镇屯田方向主要集中在中、西路营堡，东路营堡屯田极少，如何理解卫所军镇与屯田的关系是这里的一个关键;土地利用的形式也是重要内容，清代陕边形成南粮北草的土地利用方式，对于生态保护有一定作用，这些结论对于深化毛乌素沙地环境变化过程的认识有非常重要的价值。【33】南方水乡的环境变迁研究是近年的一个新方向，大量史实证明，江南地区河网体系改造成为江南区域环境变化的直接表现，圩田农业、市镇发展都是引起这种环境改观的直接因素。在这个方面满志敏、潘威等学者做了大量工作，如他们利用历史时期大比例尺地图，重建了1861—1953年长江口南支冲淤状况，1915—1978年上海青浦区河网密度的变化过程，引入“格网体系”分析方法，对地图数据进行提取，以等面积沙洲、河网密度比对的方法，分析了各时期沙洲位移、河网伸缩，以及其间环境变迁的方向，评估出江南水乡环境变动及其作用机制。【34】这些研究既有形态表达，又有变动趋势的模拟，其间环境变动方向清晰可见。

　　(七)城市史与城市历史地理研究。

　　以往的城市史、城市历史地理研究，多以文献考据为主，集中于传统城市外在形态的复原上，如城门位置、城墙厚度、城镇大小等，由于研究手段与方法无法突破，对于历史时期城市形态的变动我们一直很难说清。【35】空间与遥感信息技术的发展给形态学研究提供了方便与可能，20世纪九十年代，李孝聪、武弘麟开始利用彩红外航片资料，结合历史文献，分析了九江、安庆、芜湖三座长江沿岸城市自明代以来的城址迁移过程，结合地貌条件、城市形态演化的时空序列，分析了明清以来城市逐步拓展的空间范围及其与长江河道变迁的关系。【36】张晓虹利用绘制于1855—1900年的上海城市大比例尺地图，进行比照分析，辅之以传统历史文献，考察了上海早期城市社会文化空间演变的过程，从而揭示出近代上海城市空间的形成与租界城市管理制度的建构过程。【37】类似的研究还有邓辉等对大夏都城统万城文化内涵的分析。【38】满志敏根据其多年从事HGIS的技术实践，提出在城市形态研究当中可以以道路、公用设施的覆盖范围作为城市的建成区，发挥GIS技术处理大批量数据的分析与演示功能，对城市空间拓展过程进行推演。他指导的博士生吴俊范以“填浜筑路”为切入点，利用GIS技术与道契资料，复原了上海城市从传统农田景观到塘路系统再到城市道路演变的过程，分析了上海早期城市空间的拓展过程及驱动因素。【39】陈俐利用道契资料，从土地使用权转移过程中分析、定位了上海英租界开埠之前与开埠初期的城市景观变迁。【40】牟振宇利用这一方法复原了近代上海法租界从圩田农业向城市区转变的动态过程。【41】这些研究让我们真正看到了城市形态的动态演变过程。另外，近年来一些学者还尝试利用晚清民国城市地图，分析城市的社会空间、阶级分化、犯罪的时空特征，对城市内部结构性变化研究又有深化。【42】

　　(八)古地图研究及其数字化。

　　中国历史悠久，地志学发展较早，地图资源十分丰富，但在传统研究当中，地图作为历史资料的利用非常有限，如何发掘这一宝藏，为历史研究加入更清晰的空间信息，GIS技术具有得天独厚的优势。2004年中国台湾学者赖进贵等人尝试开发《全台前后山舆图》并对之进行间认知的研究。1878年编绘的《全台前后山舆图》是清末经纬线网格地图，变其绘制背景主要为清政府“开山抚番”，对台湾实行政治控制。虽然在此之前的康熙、乾隆年间，清帝国已于六百余地点进行经纬度实测，其中包含台湾的7处：澎湖岛、台湾府、凤山县、沙玛矶头、诸罗县、淡水镇、鸡笼案，但实测点有限，且大部分地标点的空间关系仍借由经验归纳而成，与现代地图存在很多偏差。赖进贵等人利用这一《舆图》，对它进行扫描、定位、数字化、坐标系统转换，与现代台湾地图套叠，从空间认知的角度解构了这一地图的空间利用价值。他还从方法论的角度提出，过去我们利用古地图，没有办法将其“转译”为现代制图规范下的历史地图，而目前有了GIS技术，可以支持我们将不同规范的地理信息图转换为同一量化指标之下，对一些古地图的量化分析成为可能，这既能破译古地图的科学成分，也能分析时人的空间认知的过程与程度，还可提取其中信息资源，为历史学研究增加新的内容与资料，从而带来更广阔的研究空间。【43】目前，这一研究方向已成为新时期历史学科的一个研究亮点，一统图、城镇图、地籍图都进入学者们的研究视野，【44】清代实测地图、大比例尺地图的数字化方法探讨也在逐渐完善，学者们已经摸索出一些关于清代实测舆图、1∶5万、1∶10万分之地图的数字化及其规律，为历史地图进入史料分析提供了可资借鉴的途径。【45】

　　(九)历史地理信息化方法论探索。

　　历史地理信息系统从研究群体来讲，已不单单是历史地理学者的专利，区域史、城市史、考古学者都是这一利器的受益者，学术队伍越来越庞大，但是从学科发展来看，历史地理学者仍然是从事这一研究的主体。历史地理学从学科属性上来讲本就属于地理学，而近年来，地理科学在信息获取、分析处理与成果展示等领域，GIS已成为科研必备、技术主体了。提高历史地理问题的研究精度，集成历史自然、人文数据，推进历史地理环境信息的“虚拟表达”已成为学科发展的要求。编制数字化历史地图、创建中国历史地理信息系统成为中国历史地理研究的一个新的高峰。【46】历史地理信息数字化涉及政区、人口、经济、土地利用、民族、宗教、文化等方方面面，这种历史地理信息的提取主要来源于中国传统史籍，而传统史籍资料多不系统且定性描述居多，将这些不成体系、定性描述的历史资料转化为可资利用的地理信息，方法问题十分重要。针对这一问题，这些年学者们也进行了一系列的尝试，在许多方面提供了可资利用的方法。【47】其中，满志敏提出小区域研究的“格网体系”方法尤其值得推荐。格网体系(Grids)是目前地理学界用来进行空间数据标准化处理的主要方法之一。它将地理界面划分成不同尺度的网格，以求取同等面积的要素等级、密度等，在同等面积之内比较各要素分布的密度差别，从而评估不同地域的土地利用程度与水平。满志敏举例说，要分析上海地区土地利用状况的历史过程，需要三种专题数据的比对，

　　水系特征、聚落变迁和城市变化。这三种不同的专题，载体数据分别为水网、聚落和城市建成区或街道，其在GIS空间数据中分属点、线和面三种不同的类型。当这三个专题内容完成后，同一空间尺度上的综合和比较成了需要解决的问题，这就涉及比较的统一基础，也就是数据的标准化处理问题。满志敏认为，“格网”具有容纳多源数据并将其标准化处理的优势，可以将历史资料进行空间转化并落实到同一水平上，这为揭示地表覆盖的空间形态带来很大便利，也是描述小区域人地关系空间过程最可行的方法。【48】过去我们从事区域研究往往落不到地，也无法进行精确计算，格网体系方法恰恰能够解决这个问题，使人类利用资源的方式与进程可以进行空间量化，这一方法的运用提高了历史时期人地关系研究的空间与地方精度。

　　GIS技术运用于历史研究还有很多方面，如考古遗址定位【49】，敦煌文献与地理空间【50】，历史人口研究【51】、历史时期疫病【52】、灾害研究【53】、宗教学研究【54】、土地利用与地籍管理研究【55】等。目前历史地理信息系统已经成为中国史学研究当中的一项重要手段，考古学、历史地理、区域社会史学者都在使用，对这一技术的普及也在推进。

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