【光明學術(shù)筆談】

　　主持人語：

　　數(shù)字時代給史學研究及其方法轉(zhuǎn)變帶來極大的機遇與挑戰(zhàn)。在史學領(lǐng)域，如果說起數(shù)字化方法開展最廣泛、應用最成熟的方向，當首推歷史地理學。這既由該學科的特點所決定，也是重建歷史時期地理環(huán)境的學術(shù)要求使然。21世紀以來，歷史地理學者從自然與人文的多個角度入手，進行歷史時期地理環(huán)境的數(shù)據(jù)生產(chǎn)與數(shù)據(jù)庫建設(shè)，構(gòu)建中華文明發(fā)展的時空坐標系統(tǒng)，極大推動了中國數(shù)字人文事業(yè)的發(fā)展。本期三篇文章全面總結(jié)了近二十年來數(shù)字化方法對于歷史地理學研究的推動，中國歷史地理信息系統(tǒng)（CHGIS）建設(shè)的前提與目標，并從學理上闡述了歷史地理數(shù)字化對于數(shù)字人文發(fā)展的價值與意義。

　　作者：張 萍（首都師范大學歷史學院教授）

　　20世紀二三十年代，以顧頡剛為代表的禹貢學派開始了中國歷史地理學的探索之路，在譚其驤、侯仁之、史念海等的共同努力之下，中國的歷史地理學發(fā)展起來。中國歷史地理學脫胎于傳統(tǒng)沿革地理之學，以現(xiàn)代地理學理論、方法為指導，研究歷史時期中國的地理問題，將傳統(tǒng)的沿革地理轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代、科學的歷史地理，學科屬性為之一變，研究視角與問題更加豐富，地理學研究方法不斷為歷史地理研究所使用。20世紀中期，隨著航天遙感、計算機、信息技術(shù)的普及，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Science，簡稱GIS）成為地理科學中非常重要的技術(shù)方法，在地圖處理、可視化分析、智能開發(fā)等領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大變化。尤其進入21世紀，計算機融合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，以虛擬地球為平臺，進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，使地理學進入虛擬表達時代。而歷史地理學在古舊地圖處理、數(shù)字化發(fā)展、數(shù)據(jù)庫建設(shè)與問題研究的路徑上也面臨新技術(shù)的挑戰(zhàn)。歷史地理學的數(shù)字化發(fā)展所帶來的改變不僅是外在的、表達方式的變革，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

　　從學理上講，數(shù)字地圖的產(chǎn)生是歷史地理學走向數(shù)字化發(fā)展的必然結(jié)果。從地圖發(fā)展的歷史來看，大體可劃分為四個階段：原始地圖時期，以方位、地點標注的地圖表達，現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的泥版地圖、木版地圖、巖畫地圖為其代表；古代地圖時期，傳統(tǒng)的、以位置坐標為基礎(chǔ)的古代輿圖，或為絹帛，或為紙質(zhì)地圖；現(xiàn)代地圖時期，吸收西方測繪技術(shù)，以大地坐標為基準的測繪地圖，大量表現(xiàn)為紙質(zhì)地圖；數(shù)字地圖時期，以計算機、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)建的地圖形式，以電腦、顯示屏呈現(xiàn)?？梢哉f，在數(shù)字地圖產(chǎn)生以前，無論何種介質(zhì)的地圖，都可歸為平面的、圖像式表達，雖然測繪技術(shù)越來越精深，繪制的精度越來越高，但其本質(zhì)沒有變化，數(shù)字地圖則徹底改變了地圖的表達方式。

　　數(shù)字地圖是以數(shù)字的形式記錄大地的點、線、面，具有坐標系統(tǒng)，同時還擁有屬性數(shù)據(jù)，在計算機內(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)過計算機的處理，可以形成地理數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、運算乃至分析。數(shù)字地圖是一個系統(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，因此，數(shù)據(jù)庫建設(shè)成為構(gòu)建地圖、進行地理分析以及科學研究的第一步。人文地理學需要地圖的可視化表達，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)庫的支撐。歷史地理學在處理這一問題的過程中，也同樣面臨學術(shù)路徑的轉(zhuǎn)變，其中將歷史文獻轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)字存儲形式，進而形成地理信息數(shù)據(jù)庫，也就成為科學研究的第一步。因此，數(shù)字地圖的產(chǎn)生是地理學乃至歷史地理學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，進行地理空間模型分析，是歷史地理學走向數(shù)字化科研的主要工具。

　　長期以來，歷史地理研究主要依據(jù)的是歷史文獻，具有一定的局限性。例如，歷史自然地理研究當中最重要的河流地貌研究，依據(jù)歷史文獻記錄，我們只能復原古代河流流向的地點與方位，河流流路在兩點之間以直線連接。河床地貌、河道位置與高程信息無法獲取，進一步針對河流兩岸微地貌的研究根本無從展開。

　　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)，通過衛(wèi)星對地面的俯視，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，遙感圖像成像尺度變化范圍大，既可縱覽全貌，又能細看局部。經(jīng)過計算機處理的遙感影像可以提供微地貌起伏的詳細信息，復原出來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，學界將該方法運用于黃河下游古河道的重建，將明清以來黃河流路的變遷基本復原，為更深入的河流地貌學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年復旦大學滿志敏教授利用清光緒三年（1877年）直隸山東旱澇災害史料，以及朝廷對這一地區(qū)村莊災賑記載，建立時空數(shù)據(jù)庫，并利用GIS分析軟件中克里金（Kriging）插值方法，補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程的連續(xù)數(shù)據(jù)集。通過時空分析，推測出該年梅雨季節(jié)北移的天氣過程，實現(xiàn)了環(huán)境變遷研究由靜態(tài)描述向動態(tài)分析的轉(zhuǎn)化。這種方法對改變歷史文獻記載不系統(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的長項。利用GIS構(gòu)建歷史地理數(shù)據(jù)庫，將時空數(shù)據(jù)加以整合，以任意時期、不同比例尺形態(tài)落實到地球表面，呈現(xiàn)人地關(guān)系，探索發(fā)展規(guī)律，是進行綜合性歷史地理研究的方便之途。中國近代海關(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)庫非常典型，尤其是中國近代郵政系統(tǒng)，其空間布局與近代城市、市場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)點與近代基層市場網(wǎng)絡(luò)重疊關(guān)系，從宏觀和微觀層面還原國內(nèi)市場網(wǎng)絡(luò)，同時也為全國范圍內(nèi)建構(gòu)近代基層市場網(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，沒有計算機以及地理信息系統(tǒng)的輔助無法完成。

　　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)地圖與之進行時空對接十分重要。尤其中國傳統(tǒng)輿圖數(shù)量大，時間跨度長，實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)換可建立時空界面，將地理剖面的時間軸拉長。

　　GIS技術(shù)利用該系統(tǒng)中的地圖空間配準功能，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，并進行要素提取，形成數(shù)字地圖，進行更精確的環(huán)境復原。近20年來，利用近代實測大比例尺地圖數(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制，形成城市形態(tài)學研究；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，面對數(shù)量龐大的中國傳統(tǒng)地圖，半自動化式的地圖配準與人工數(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、辨識度高，采用機器學習與圖像形態(tài)學方法，進行數(shù)字圖像自動化提取省時省力得多，且精度更高。提取地圖中地表水體進行近代以來城市化進程中地表水體變遷過程與趨勢的研究，在上海城市環(huán)境變遷中做了有效嘗試。該方法有望為精準復原近代以來地表覆蓋變遷，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，武漢大學翁子揚利用深度學習（Deeping Learning）技術(shù)，將利瑪竇《坤輿萬國全圖》流傳歐洲前后歐洲流行的較典型的中國地圖進行文本識別與標注，比較地圖中的地貌形態(tài)、海岸線輪廓、數(shù)據(jù)點分布、河網(wǎng)路網(wǎng)、城市數(shù)據(jù)，認為利瑪竇測繪《坤輿萬國全圖》及其引進，極大改變了歐洲對于中國地理知識的認知，地圖精度大為改觀。

　　人工智能應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中，相信在未來的數(shù)據(jù)挖掘、知識獲取與提出問題上都將發(fā)揮更大的作用，應用空間更加廣闊，歷史地理數(shù)字化發(fā)展的進程與效率也將大幅提高。

　　數(shù)字賦能：歷史地理學的新機遇與新挑戰(zhàn)

　　歷史地理學走向數(shù)字化發(fā)展道路是學科本身發(fā)展趨勢使然，而數(shù)字化為學科進步提供了更豐厚的土壤，也展現(xiàn)了更廣闊的前景，對于深化問題研究、加強學科綜合，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、線、面數(shù)據(jù)進行格網(wǎng)化處理，把過去不能進行比較的人文與自然要素，經(jīng)過標準化處理，落實到同一水平上，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)?？梢哉f，這也是解決歷史自然地理與人文地理研究相互割裂問題，突破學科界限、進行歷史地理學綜合研究的一個思路與方法。2017年“絲綢之路歷史地理信息開放平臺”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，為進行綜合性的人地關(guān)系研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

　　當然，就目前歷史地理數(shù)字化發(fā)展來看，也面臨一系列挑戰(zhàn)，將中國傳統(tǒng)缺乏計量的文獻史料進行數(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)標準、設(shè)計數(shù)據(jù)格式、進行數(shù)據(jù)編碼，從各種文本資料中提取能夠進行時空對接的數(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中國傳統(tǒng)文獻有基本認知，還要了解數(shù)據(jù)庫建設(shè)的要求，而文本、圖像的自動化提取工具與模型還非常不夠，人工智能的應用也才剛剛開始。

　　目前，經(jīng)過20余年的攻關(guān)，歷史地理研究機構(gòu)與學者已開發(fā)了諸多類型豐富的歷史地理信息數(shù)據(jù)庫，如中國歷代人口數(shù)據(jù)庫、中國歷史農(nóng)業(yè)地理數(shù)據(jù)庫、中國歷代疫災數(shù)據(jù)庫，清代政區(qū)數(shù)據(jù)庫、清代災荒數(shù)據(jù)庫等。一些區(qū)域或?qū)ｎ}數(shù)據(jù)庫，如西南地區(qū)、汕頭歷史地理數(shù)據(jù)庫，古代長城、運河、黃河、海上絲綢之路歷史地理數(shù)據(jù)庫也在建設(shè)當中。然而，這些分門別類數(shù)據(jù)庫的整合非常有限，單一類型的數(shù)據(jù)庫并不能很好地發(fā)揮研究的功能與效率，整合數(shù)據(jù)庫，用好數(shù)字資源才能真正實現(xiàn)數(shù)字賦能，發(fā)揮大數(shù)據(jù)解決復雜問題的功效。未來，通過合理的數(shù)據(jù)整合途徑，將形成綜合的“中國歷史地理大數(shù)據(jù)平臺”，從長時段展現(xiàn)中華文明時空發(fā)展的歷史進程，以有效數(shù)據(jù)開展綜合研究，切實發(fā)揮歷史地理學“有用于世”的重要作用。

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

　　《光明日報》（2023年09月25日 14版）