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數(shù)字時(shí)代:歷史地理學(xué)研究方法的變革與挑戰(zhàn)

發(fā)布時(shí)間:2023-09-25 10:19:00來(lái)源: 光明網(wǎng)-《光明日?qǐng)?bào)》

  【光明學(xué)術(shù)筆談】

  主持人語(yǔ):

  數(shù)字時(shí)代給史學(xué)研究及其方法轉(zhuǎn)變帶來(lái)極大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在史學(xué)領(lǐng)域,如果說(shuō)起數(shù)字化方法開(kāi)展最廣泛、應(yīng)用最成熟的方向,當(dāng)首推歷史地理學(xué)。這既由該學(xué)科的特點(diǎn)所決定,也是重建歷史時(shí)期地理環(huán)境的學(xué)術(shù)要求使然。21世紀(jì)以來(lái),歷史地理學(xué)者從自然與人文的多個(gè)角度入手,進(jìn)行歷史時(shí)期地理環(huán)境的數(shù)據(jù)生產(chǎn)與數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè),構(gòu)建中華文明發(fā)展的時(shí)空坐標(biāo)系統(tǒng),極大推動(dòng)了中國(guó)數(shù)字人文事業(yè)的發(fā)展。本期三篇文章全面總結(jié)了近二十年來(lái)數(shù)字化方法對(duì)于歷史地理學(xué)研究的推動(dòng),中國(guó)歷史地理信息系統(tǒng)(CHGIS)建設(shè)的前提與目標(biāo),并從學(xué)理上闡述了歷史地理數(shù)字化對(duì)于數(shù)字人文發(fā)展的價(jià)值與意義。

  作者:張 萍(首都師范大學(xué)歷史學(xué)院教授)

  20世紀(jì)二三十年代,以顧頡剛為代表的禹貢學(xué)派開(kāi)始了中國(guó)歷史地理學(xué)的探索之路,在譚其驤、侯仁之、史念海等的共同努力之下,中國(guó)的歷史地理學(xué)發(fā)展起來(lái)。中國(guó)歷史地理學(xué)脫胎于傳統(tǒng)沿革地理之學(xué),以現(xiàn)代地理學(xué)理論、方法為指導(dǎo),研究歷史時(shí)期中國(guó)的地理問(wèn)題,將傳統(tǒng)的沿革地理轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代、科學(xué)的歷史地理,學(xué)科屬性為之一變,研究視角與問(wèn)題更加豐富,地理學(xué)研究方法不斷為歷史地理研究所使用。20世紀(jì)中期,隨著航天遙感、計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的普及,地理信息系統(tǒng)(Geographic Information Science,簡(jiǎn)稱GIS)成為地理科學(xué)中非常重要的技術(shù)方法,在地圖處理、可視化分析、智能開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大變化。尤其進(jìn)入21世紀(jì),計(jì)算機(jī)融合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù),以虛擬地球?yàn)槠脚_(tái),進(jìn)行全球范圍地理空間數(shù)據(jù)共享的技術(shù)成熟,衛(wèi)星與遙感影像的傳輸,使地理學(xué)進(jìn)入虛擬表達(dá)時(shí)代。而歷史地理學(xué)在古舊地圖處理、數(shù)字化發(fā)展、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與問(wèn)題研究的路徑上也面臨新技術(shù)的挑戰(zhàn)。歷史地理學(xué)的數(shù)字化發(fā)展所帶來(lái)的改變不僅是外在的、表達(dá)方式的變革,而且是根本性的、思維方式的轉(zhuǎn)型。

  數(shù)字地圖:引領(lǐng)歷史地理的數(shù)字化變革

  從學(xué)理上講,數(shù)字地圖的產(chǎn)生是歷史地理學(xué)走向數(shù)字化發(fā)展的必然結(jié)果。從地圖發(fā)展的歷史來(lái)看,大體可劃分為四個(gè)階段:原始地圖時(shí)期,以方位、地點(diǎn)標(biāo)注的地圖表達(dá),現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的泥版地圖、木版地圖、巖畫地圖為其代表;古代地圖時(shí)期,傳統(tǒng)的、以位置坐標(biāo)為基礎(chǔ)的古代輿圖,或?yàn)榻伈?,或?yàn)榧堎|(zhì)地圖;現(xiàn)代地圖時(shí)期,吸收西方測(cè)繪技術(shù),以大地坐標(biāo)為基準(zhǔn)的測(cè)繪地圖,大量表現(xiàn)為紙質(zhì)地圖;數(shù)字地圖時(shí)期,以計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)構(gòu)建的地圖形式,以電腦、顯示屏呈現(xiàn)??梢哉f(shuō),在數(shù)字地圖產(chǎn)生以前,無(wú)論何種介質(zhì)的地圖,都可歸為平面的、圖像式表達(dá),雖然測(cè)繪技術(shù)越來(lái)越精深,繪制的精度越來(lái)越高,但其本質(zhì)沒(méi)有變化,數(shù)字地圖則徹底改變了地圖的表達(dá)方式。

  數(shù)字地圖是以數(shù)字的形式記錄大地的點(diǎn)、線、面,具有坐標(biāo)系統(tǒng),同時(shí)還擁有屬性數(shù)據(jù),在計(jì)算機(jī)內(nèi)部以離散、有序的數(shù)據(jù)存在,呈現(xiàn)在電腦、顯示屏上則為任意的地圖形式,經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的處理,可以形成地理數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、運(yùn)算乃至分析。數(shù)字地圖是一個(gè)系統(tǒng),這是它與以往地圖最根本的區(qū)別。

  形成數(shù)字地圖的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)庫(kù),因此,數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)成為構(gòu)建地圖、進(jìn)行地理分析以及科學(xué)研究的第一步。人文地理學(xué)需要地圖的可視化表達(dá),自然地理或環(huán)境變遷研究需要空間模擬,這些都需要地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐。歷史地理學(xué)在處理這一問(wèn)題的過(guò)程中,也同樣面臨學(xué)術(shù)路徑的轉(zhuǎn)變,其中將歷史文獻(xiàn)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字存儲(chǔ)形式,進(jìn)而形成地理信息數(shù)據(jù)庫(kù),也就成為科學(xué)研究的第一步。因此,數(shù)字地圖的產(chǎn)生是地理學(xué)乃至歷史地理學(xué)研究理念的一次革命,數(shù)字思維是其關(guān)鍵。

  地理信息系統(tǒng):帶動(dòng)歷史地理研究的精度革命

  歷史地理數(shù)字化,地理信息系統(tǒng)(GIS)起到了關(guān)鍵的作用,該系統(tǒng)可以融合和處理文本、矢量、柵格等多元數(shù)據(jù),構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù),進(jìn)行地理空間模型分析,是歷史地理學(xué)走向數(shù)字化科研的主要工具。

  長(zhǎng)期以來(lái),歷史地理研究主要依據(jù)的是歷史文獻(xiàn),具有一定的局限性。例如,歷史自然地理研究當(dāng)中最重要的河流地貌研究,依據(jù)歷史文獻(xiàn)記錄,我們只能復(fù)原古代河流流向的地點(diǎn)與方位,河流流路在兩點(diǎn)之間以直線連接。河床地貌、河道位置與高程信息無(wú)法獲取,進(jìn)一步針對(duì)河流兩岸微地貌的研究根本無(wú)從展開(kāi)。

  遙感影像作為一種圖像記錄,形態(tài)特征保留充分。遙感影像是一種柵格數(shù)據(jù),通過(guò)衛(wèi)星對(duì)地面的俯視,形成地表遺跡記錄,空間分辨率高,且不受地理環(huán)境與空間范圍的限定。同時(shí),遙感圖像成像尺度變化范圍大,既可縱覽全貌,又能細(xì)看局部。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理的遙感影像可以提供微地貌起伏的詳細(xì)信息,復(fù)原出來(lái)的古代河流能夠與地貌契合,流路與形態(tài)等得以呈現(xiàn)。近年來(lái),學(xué)界將該方法運(yùn)用于黃河下游古河道的重建,將明清以來(lái)黃河流路的變遷基本復(fù)原,為更深入的河流地貌學(xué)研究提供了可資利用的地理數(shù)據(jù)。該方法在古代城市形態(tài)研究、交通道路系統(tǒng)復(fù)原中也起到了重要作用。

  GIS模型軟件是系統(tǒng)中的分析工具,也是GIS的核心,可以直接生成地理信息的空間關(guān)系、密度、坡度、形態(tài)關(guān)系。2000年復(fù)旦大學(xué)滿志敏教授利用清光緒三年(1877年)直隸山東旱澇災(zāi)害史料,以及朝廷對(duì)這一地區(qū)村莊災(zāi)賑記載,建立時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù),并利用GIS分析軟件中克里金(Kriging)插值方法,補(bǔ)充史料缺載地方的旱情數(shù)值,建立起光緒三年北方大旱氣候過(guò)程的連續(xù)數(shù)據(jù)集。通過(guò)時(shí)空分析,推測(cè)出該年梅雨季節(jié)北移的天氣過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了環(huán)境變遷研究由靜態(tài)描述向動(dòng)態(tài)分析的轉(zhuǎn)化。這種方法對(duì)改變歷史文獻(xiàn)記載不系統(tǒng),缺載、漏載、數(shù)據(jù)區(qū)域覆蓋不完全等情況幫助很大。

  批量數(shù)據(jù)處理是GIS的長(zhǎng)項(xiàng)。利用GIS構(gòu)建歷史地理數(shù)據(jù)庫(kù),將時(shí)空數(shù)據(jù)加以整合,以任意時(shí)期、不同比例尺形態(tài)落實(shí)到地球表面,呈現(xiàn)人地關(guān)系,探索發(fā)展規(guī)律,是進(jìn)行綜合性歷史地理研究的方便之途。中國(guó)近代海關(guān)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、郵政輿圖的數(shù)字化所形成的地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)非常典型,尤其是中國(guó)近代郵政系統(tǒng),其空間布局與近代城市、市場(chǎng)的空間分布直接相關(guān),利用近代郵政空間代替缺失的近代城市人口數(shù)據(jù),定量分析近代城市體系的位序規(guī)模是一種捷徑。利用郵政網(wǎng)點(diǎn)與近代基層市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)重疊關(guān)系,從宏觀和微觀層面還原國(guó)內(nèi)市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò),同時(shí)也為全國(guó)范圍內(nèi)建構(gòu)近代基層市場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)提供了一種技術(shù)路徑。這些工作集成了龐大的歷史數(shù)據(jù)量,沒(méi)有計(jì)算機(jī)以及地理信息系統(tǒng)的輔助無(wú)法完成。

  地理空間人工智能:歷史地理數(shù)字化的加速器

  數(shù)字地圖產(chǎn)生后,使紙質(zhì)地圖與之進(jìn)行時(shí)空對(duì)接十分重要。尤其中國(guó)傳統(tǒng)輿圖數(shù)量大,時(shí)間跨度長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)換可建立時(shí)空界面,將地理剖面的時(shí)間軸拉長(zhǎng)。

  GIS技術(shù)利用該系統(tǒng)中的地圖空間配準(zhǔn)功能,將古舊地圖疊加到三維地球之上,顯示其與今天地圖之間的空間位置關(guān)系,并進(jìn)行要素提取,形成數(shù)字地圖,進(jìn)行更精確的環(huán)境復(fù)原。近20年來(lái),利用近代實(shí)測(cè)大比例尺地圖數(shù)字化,研究北京、天津、上海、南京、廣州等近代城市的空間拓展機(jī)制,形成城市形態(tài)學(xué)研究;提取地圖中的河流水系、湖泊渠道等水域面積數(shù)據(jù),研究區(qū)域的環(huán)境變遷,研究精度大幅提高。然而,面對(duì)數(shù)量龐大的中國(guó)傳統(tǒng)地圖,半自動(dòng)化式的地圖配準(zhǔn)與人工數(shù)據(jù)提取工作量巨大。

  地理空間人工智能(GeoAI)的出現(xiàn)改變了以上工作模式,利用人工智能技術(shù)提取地圖數(shù)據(jù)方法不斷成熟。如近代測(cè)繪的彩色大比例尺地形圖中的顏色和空間結(jié)構(gòu)信息豐富、辨識(shí)度高,采用機(jī)器學(xué)習(xí)與圖像形態(tài)學(xué)方法,進(jìn)行數(shù)字圖像自動(dòng)化提取省時(shí)省力得多,且精度更高。提取地圖中地表水體進(jìn)行近代以來(lái)城市化進(jìn)程中地表水體變遷過(guò)程與趨勢(shì)的研究,在上海城市環(huán)境變遷中做了有效嘗試。該方法有望為精準(zhǔn)復(fù)原近代以來(lái)地表覆蓋變遷,深入理解人地關(guān)系變化提供數(shù)據(jù)和方法,更加有效和方便近代地圖數(shù)據(jù)的提取。另外,武漢大學(xué)翁子揚(yáng)利用深度學(xué)習(xí)(Deeping Learning)技術(shù),將利瑪竇《坤輿萬(wàn)國(guó)全圖》流傳歐洲前后歐洲流行的較典型的中國(guó)地圖進(jìn)行文本識(shí)別與標(biāo)注,比較地圖中的地貌形態(tài)、海岸線輪廓、數(shù)據(jù)點(diǎn)分布、河網(wǎng)路網(wǎng)、城市數(shù)據(jù),認(rèn)為利瑪竇測(cè)繪《坤輿萬(wàn)國(guó)全圖》及其引進(jìn),極大改變了歐洲對(duì)于中國(guó)地理知識(shí)的認(rèn)知,地圖精度大為改觀。

  人工智能應(yīng)用于歷史地理研究方興未艾,很多工具與研究方法都在摸索當(dāng)中,相信在未來(lái)的數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)獲取與提出問(wèn)題上都將發(fā)揮更大的作用,應(yīng)用空間更加廣闊,歷史地理數(shù)字化發(fā)展的進(jìn)程與效率也將大幅提高。

  數(shù)字賦能:歷史地理學(xué)的新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)

  歷史地理學(xué)走向數(shù)字化發(fā)展道路是學(xué)科本身發(fā)展趨勢(shì)使然,而數(shù)字化為學(xué)科進(jìn)步提供了更豐厚的土壤,也展現(xiàn)了更廣闊的前景,對(duì)于深化問(wèn)題研究、加強(qiáng)學(xué)科綜合,起到了關(guān)鍵性的作用。滿志敏提出,在區(qū)域環(huán)境變遷研究過(guò)程中,建立包括歷史自然與人文多元要素的地理信息數(shù)據(jù)集,利用“格網(wǎng)體系”(Grids)的方法,將點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)進(jìn)行格網(wǎng)化處理,把過(guò)去不能進(jìn)行比較的人文與自然要素,經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理,落實(shí)到同一水平上,在同等面積之內(nèi)比較各要素分布的密度差別,從而評(píng)估不同地域的要素發(fā)展程度與水平,揭示地表覆蓋的空間形態(tài)。可以說(shuō),這也是解決歷史自然地理與人文地理研究相互割裂問(wèn)題,突破學(xué)科界限、進(jìn)行歷史地理學(xué)綜合研究的一個(gè)思路與方法。2017年“絲綢之路歷史地理信息開(kāi)放平臺(tái)”網(wǎng)絡(luò)發(fā)布,集成了歷史上絲路沿線土地利用、河流水文、生態(tài)環(huán)境、交通商貿(mào)、城址城市等多元數(shù)據(jù)集,為進(jìn)行綜合性的人地關(guān)系研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

  當(dāng)然,就目前歷史地理數(shù)字化發(fā)展來(lái)看,也面臨一系列挑戰(zhàn),將中國(guó)傳統(tǒng)缺乏計(jì)量的文獻(xiàn)史料進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換,本身就是非常艱難的攻關(guān)。這中間需要制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式、進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼,從各種文本資料中提取能夠進(jìn)行時(shí)空對(duì)接的數(shù)據(jù),其中不同的要素都有不同的格式要求。歷史地理工作者既要對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文獻(xiàn)有基本認(rèn)知,還要了解數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的要求,而文本、圖像的自動(dòng)化提取工具與模型還非常不夠,人工智能的應(yīng)用也才剛剛開(kāi)始。

  目前,經(jīng)過(guò)20余年的攻關(guān),歷史地理研究機(jī)構(gòu)與學(xué)者已開(kāi)發(fā)了諸多類型豐富的歷史地理信息數(shù)據(jù)庫(kù),如中國(guó)歷代人口數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)歷史農(nóng)業(yè)地理數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)歷代疫災(zāi)數(shù)據(jù)庫(kù),清代政區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)、清代災(zāi)荒數(shù)據(jù)庫(kù)等。一些區(qū)域或?qū)n}數(shù)據(jù)庫(kù),如西南地區(qū)、汕頭歷史地理數(shù)據(jù)庫(kù),古代長(zhǎng)城、運(yùn)河、黃河、海上絲綢之路歷史地理數(shù)據(jù)庫(kù)也在建設(shè)當(dāng)中。然而,這些分門別類數(shù)據(jù)庫(kù)的整合非常有限,單一類型的數(shù)據(jù)庫(kù)并不能很好地發(fā)揮研究的功能與效率,整合數(shù)據(jù)庫(kù),用好數(shù)字資源才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字賦能,發(fā)揮大數(shù)據(jù)解決復(fù)雜問(wèn)題的功效。未來(lái),通過(guò)合理的數(shù)據(jù)整合途徑,將形成綜合的“中國(guó)歷史地理大數(shù)據(jù)平臺(tái)”,從長(zhǎng)時(shí)段展現(xiàn)中華文明時(shí)空發(fā)展的歷史進(jìn)程,以有效數(shù)據(jù)開(kāi)展綜合研究,切實(shí)發(fā)揮歷史地理學(xué)“有用于世”的重要作用。

  ■本期主持:張萍(首都師范大學(xué)歷史學(xué)院教授) ■本期主題:數(shù)字化與歷史地理學(xué)發(fā)展

  《光明日?qǐng)?bào)》(2023年09月25日 14版)

(責(zé)編:李雨潼)

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