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基于MapServer和PostGIS的考古网页地理信息系统（GIS）应用
M. A. Brovelli , D. Magni Politecnico di Milano, Polo Regionale di Como, via Valleggio 11, 22100 Como, Italy - (maria, diego)@geomatica.ing.unico.it
摘要：
一个地区的文化遗产信息的可获得性可以领导社会改善对其的开发和维护，并带来丰硕成果。网页地理信息系统Spina Verde就是为此而生的。
主要目标是创建一种易于访问的工具，该工具既适合领域专家，例如考古学家或博物馆，也适合出于教育或旅游目的对该地区的文化资产感兴趣的外行人。领土和环境信息被组织为两个不同部分，以提供考古实体所在位置的完整且详尽的构架。第一个部分提供对于环境状况的分析，共五组专题地图；第二部分研究考古特征，并给出其位置和主要特征。
数据源既是数字数据（现有的和现场获取的）又是非数字的。所有数据都已以矢量文件，raster文件和PostgreSQL DBMS表的格式被处理并加载到系统中。
整个系统被假设在以HTML语言实现的通用网站中，利用MapServer实现GIS功能，利用PostGIS建立与PostgreSQL数据库的连接。
改进的功能包括地图导航，单个和多个查询以及考古学专题视图。
1. 项目目标和采用的解决方案
斯皮纳·佛得角（Spina Verde）位于伦巴第（意大利北部）的科莫镇中心后面，是一个树木繁茂的小山脉。这种环境与周边地区有所不同，因为它的海拔高度超过了南部的平原和北部的科莫湖的山谷，并且其茂密的树木覆盖在周围的人造环境中脱颖而出。斯宾纳·佛得角得名于这些特征：事实上，在意大利语中它的意思是“绿刺”。
除了这种环境特点外，该地区还拥有重要的考古遗址，那里有许多前罗马遗迹，例如卢比铭文，住宅结构和岩石制品。这些纪念碑实际上是古代的、更大的建筑群（称为Comum Oppidum）的一部分，该建筑不仅耸立在Spina Verde丘陵上，而且还坐落在其南坡脚下的平原上。但是自从罗马城市化以来，平坦的Comum Oppidum和多山的Comum Oppidum的命运就被分开了：前者在几个世纪之中一直持续发展，直到成为今天科莫南部的城镇郊区，而后者没有新的定居点或人类活动来堆领土进行变革。实际上，定居点和人类活动（例如中世纪的Baradello城堡，葡萄园，Respaugrave;农舍或更近的“拜特”（小旅馆）和电信中继器）并没有改变这种环境的林木特征，仍然可以将其视为“科莫地区”的“绿肺” 。
自1993年以来，Comum Oppidum的丘陵地区和Spina Verde的整个山脉都受到“ Spina Verde di Como”区域公园的保护，但是该公园必须面对一些问题：如何对比水文地质风险，树木腐烂，城镇扩张和污染；如何保护自然和考古遗产；如何宣传这些问题和遗产。
本文所要阐述的工作将面对其中的一些问题，重点在考古遗迹的研究和开发上。旨在实现以下三个特定目标：创建一个用于对考古特征进行制图分析和分类的工具，促进对Spina Verde公园的保护和环境开发，并吸引具有不同兴趣的用户。
这个构思来自这样的想法：为了保护和开发与领土相关联的资源，有必要分析其特点及其地理位置或分布
此外，我们希望对要实现的工具进行详细讲解，以便使各种用户都可以接触到该工具，即不仅是考古专家或公园管理员等领域专家，而且包括外行人，居民或初次了解这个领域的人。
确立目标之后，我们选择了Web GIS作为可能的解决方案：其名称为ArchaeoGEW（基于Web的GIS）。 ArchaeoGEW的“ 地理信息系统部分”可以研究考古遗迹，它们的位置及其与Spina Verde环境的关系； “网络部分”使ArchaeoGEW可以通过互联网轻松访问。为了优化并集成这两个方面的功能并使系统具有教学性和用户友好性，我们还特别关注了地理信息系统功能的实现和包含地理信息系统的互联网站点的设计。
2. Web GIS的构建步骤
为了设计，实施和测试ArchaeoGEW，采取了以下步骤：
- 领土知识和数据获取；
- 数据分析，数据库设计和软件选择；
- 数据处理和软件设置；
- Web GIS文件的实现和数据加载；
- Web GIS性能测试，软件和数据处理方面的改进。
第一步强调了一些数据的可用性问题，这些问题可分为数据缺乏，数据不完整和数据不统一等一般类别。为了分析和处理这种情况，已经进行了一些直接的现场勘查。
一旦知道了可用数据及其格式和特征，第二步就是数据库设计以及选择与这些数据和数据库进行交互的最佳软件。在这种情况下，“交互”不仅意味着如何加载和处理数据（读取DBMS），还意味着如何在地理信息系统中以正确的地理配准显示它们（读取GIS引擎和空间支持）。
因此，接下来的步骤与两个并行操作（数据处理和软件设置）同时进行：鉴于软件是为了空间功能、交互与网络应用而设置的，所有数据都经过处理以构造它们带来的信息，并以所选软件可以支持的格式转换这些信息。
之后，所有数据调用都已加载到其特定的设置文件中，并且所有软件都已连接并插入到一个明确实现的通用网站中。这样网络地理信息系统就完成了。
最后一步是测试网络地理信息系统的工作，效率和有效性，从而改善数据处理，软件设置和实现以及网站页面设计。
3. 数据源，处理和加载
如前所述，ArchaeoGEW感兴趣的主要对象是Comum Oppidum考古遗迹及其分类和制图显示，因此设计并实现了整个系统来接收和使用这些数据。还有第二组数据，可提供有关整个Spina Verde公园的信息，并可以分析它们所处地区的考古特征。然后，我们将前罗马时期的考古数据称为COAD（Comum Oppidum考古数据），将环境和领土数据称为SVPD（Spina Verde Park数据）。
3.1 COAD的来源和处理
在工作开始时，尚无任何描述Comum Oppidum考古遗址的数字数据，因此，需要进行大量的数据采集和数据处理工作。尤其是我们为COAD使用了三种不同的来源：
- RAC数据和实地勘测；
- 其他制图和文字信息；
- GPS测量。
3.1.1 RAC数据和实地勘测：
RAC数据是COAD的起点。它们来自考古杂志“ Rivista Archeologica dellrsquo;Antica Provincia e Diocesi di Como”的两篇论文 (Luraschi et al., 1969; Luraschi et al., 1973)，通常简称为“ RAC”。这些文献对19世纪末和上世纪六七十年代发现和研究的每一个考古发现进行了分类和描述。每个考古发现都有其正确的代码，编号从1到92，但是其中只有47个属于Spina Verde公园并被ArchaeoGEW承认。
另一方面，G.A.COM已指出并考虑了另外25个遗迹。 （即“ Gruppo Archeologico Comasco”）考古学家支持：这些遗迹未列入RAC名录，因为它们不在RAC感兴趣的范围内，或者在编目时尚未发现。因此，COAD考古遗址的总数为72。
首先采取了三个步骤：对Comum Oppidum的领土和遗骸进行初步检查，对RAC目录初读以及与研究该地区的考古学家联系。利用以前的信息，可以进行COAD数据库的概念设计（Atzeni等，1999），并知道我们应该获得哪些关于遗迹的信息以及如何组织这些信息。 从RAC论文和随附的地图（比例1：4000）开始，下一步是核实所有可用信息，并从G.A.COM考古学家指导的现场检查中获得缺失的信息。这样，就可以更新RAC目录并将其扩展到其他遗迹：每个考古发现都经过现场调查，包括：
- 进行位置检查和地理配准校正；
- 保留主要特征检查；
- 拍照。
为了检查遗迹位置，以RAC遗迹的RAC制图和其他遗迹的Lombardy区域技术地图（通常简称为CTR）为起点，在此基础上确认或校正遗迹地理位置。实际上，存在一些位置不精确的情况，甚至在RAC目录中有所记录的遗迹，由于滑坡，太厚的灌木丛，想要的遗迹被土覆盖或RAC源中的错误等原因，部分遗迹并不能根据RAC目录的记载找到，尤其是对于十九世纪的信息。此外，GPS勘测已经采集了28具遗迹的位置信息，后面将对此进行说明。这样，就可以获取所有考古发现的坐标。我们使用的座标系统是意大利的Gauss-Boaga系统，北座标距赤道以米为单位，东座标距融合中子午线与平移的距离以米为单位。 我们感兴趣的ArchaeoGEW地区在北坐标上大约在5068000至5078000米之间延伸，在西坐标上在东坐标上大约在1498000至1512000米之间延伸。 在检查过程中验证或获取的考古遗迹的主要特征是：
- 考古学类型，
- 年代
- 发掘方式，
- 探索级别，
- 可访问性
- 可见度，
- 保护度，
- 恢复
- 存在可移动的文物，
- Gauss-Boaga坐标，
- 以米为单位的正高。
对于每个考古发现，这些数据已与其他信息一起存储：查找代码； RAC代码和名称（如果存在）；地方和公社；地理配准的方法（通过RAC，CTR或GPS测量）以及对RAC目录或其他文本来源的引用。
所有信息都已使用SQL语言和用于创建表的先前制定好的设计插入到特定的PostgreSQL DBMS表中。 特别的是，该表具有28个字段和89个记录。 记录数大于遗迹数，因为每条记录并不与单个考古发现对应，但是它对应于特定发现中特定考古类型的存在。 因此，主键是由四个数字组成的代码：前三个数字标识查找代码，最后一个数字表示考古类型。 例如，RAC查找号91的遗迹既包括墙，也包括小屋底部，并且已在表中加载了两个不同的记录和两个不同的主键值：墙壁的9101和小屋底部的9102。 最后，我们还为每个发现拍摄了照片，以便在Web GIS查询结果页面中使用它们。
3.1.2其他制图和文字信息：
为了完成，更新和获取有关考古遗迹的信息，除了RAC目录和地图外，还必须使用其他资源。
其中之一是比例尺为1：10000的CTR栅格地图，我们发现它对不包括在研究区域内的考古遗迹有用。
其他使用过的制图是Austrian Carl 6 th Cadastre (1721)和Lombardo-Veneto王国的Cadastre的古代地籍地图（十九世纪）。意大利地理军事学院地图（通常为1：25000比例尺）和科莫省的省级考古地图。
最后，在领土知识和数据库概念设计步骤中检查了考古和环境的书籍和论文。我们特别专注于有关遗迹考古学的类型和时期以及斯Spina Verde地区的人种和使用的信息。
3.1.3 GPS勘测：
GPS勘测已对28个考古遗迹进行了地理测量。选择这些特定的遗骸来定义各种各样的措施样本，能够辅助理解分布在整个领土范围内，位于不同的木本覆盖或倾斜的情况下，由不同的考古结构形成的遗迹。因此，该GPS测量系列可以被认为是在所有遗迹上展开的完整活动的原型。但是，来自GPS测量的地理参考是一个有效的信息，其被加载在restains PostgreSQL表中。
用于GPS测量的接收器是Trimble GeoExplorer3单频，主要测量特征是观测周期15分钟，采样间隔5秒，截止角15°和测量日期2002年3月13日，15日，18日。
所有原始数据都已使用Trimble Path er Office 2.80软件传输并下载到PC上，通过该软件，我们还将获得的数据从SSF数据格式转换为RINEX（接收者个人交换）数据格式。
所获得的RINEX导航和观测文件（每个原始SSF文件的导航文件和观测文件对）随后由Trimble GPSurvey 2.35a软件处理，数据取自Politecnico di Milano科莫地区极地的永久GPS站。初步合并了永久站点数据后，采用ccrinexn和ccrinexo程序将小时数据更快地融合起来以处理每日数据，现已在永久站点和接受GPS调查的每个考古发现之间定义了28条基线。因此，GPSurvey处理了这些数据，以识别和消除周期性滑动，并通过双差估计基线分量。最后，输出数据以度为单位的纬度j和经度l，以米为单位的椭圆体高度h（WGS84大地基准）。
此时，必须执行以下步骤才能将这些坐标从WGS84转换为ArchaeoGEW中采用的Gauss-Boaga系统坐标：
- 平面坐标的转换：（a）使用同一GPSurvey提供的特殊功能，将坐标从WGS84 j，l转换到到UTM North，East； （b）使用Cartlab软件将坐标从从东部的UTM North到东部的Gauss-Boaga North；
- 使用GEOGRASS（GRASS（地理资源分析支持系统）的扩展）将高度从h（椭球体的高度）转换为H（正交高度，取自大地水准面），然后就可以估算大地水准面波动的局部值N。
至此，已获得的北高斯和东Gauss-Boaga坐标和正高将被加载到考古遗迹PostgreSQL表中。 图1说明了整个G
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