基于GIS的天津近代租界区历史环境空间分析.pdf

ISSUE 4 Aug.2023/JOURNAL OF HUMAN SETTLEMNTS IN WEST CHINA/098基于GIS的天津近代租界区历史环境空间分析*Spatial Analysis of Historical Environment in Modern Concession Area of Tianjin Based on GIS王 苗 谭加奇 孙昕瑜 王家玮 许 涛 WANG Miao,TAN Jiaqi,SUN Xinyu,WANG Jiawei,XU TaoDOI:10.13791/ki.hsfwest.20230414王苗,谭加奇,孙昕瑜,等.基于GIS的天津近代租界区历史环境空间分析J.西部人居环境学刊,2023,38(4):98-103.WANG M,TAN J Q,SUN X Y,et al.Spatial Analysis of Historical Environment in Modern Concession Area of Tianjin Based on GISJ.Journal of Human Settlements in West China,2023,38(4):98-103.摘 要：在特殊的时代背景下近代天津产生了 大量历史环境资源，亟待保护与再生。然而现阶段尚缺少完备的天津近代租界区历史环境信息数据，在开展针对历史环境的保护与再生管理工作过程中，资料搜集与信息数据的管理成为必不可少的重复性工作。论文通过网络大数据筛选出天津市区最受公众关注的100个历史环境案例，基于GIS建立涵盖历史信息和现状信息两个维度的数据库，对其进行空间分析，总结GIS数据采集的方法。研究发现，天津近代租界区历史环境整体上沿海河两岸呈组团式集中分布，建设规模较大，租界区风格的历史环境已经渗透进天津城市的肌理当中；交通可达性较好，人群热点普遍较高，其中五大道、意式风情区热度最为突出。研究成果可为其他城市的历史环境保护研究提供参考。关键词：历史环境；数据采集；无人机；GIS；近代天津 Abstract:As an important component of the urban historical environment in Tianjin,the modern concession area contains a large number of valuable and rich historical environmental resources in the city,which need to be protected and regenerated.With the continuous development of GIS and internet technology,data collection has become more prominent in cultural heritage protection.The use of information technology to manage urban historical and current data can largely meet the needs of data collection,storage,management,updating,and visual analysis of research objects,providing important means for the study of urban historical environment protection.In the process of carrying out the protection and regeneration management of historical environment,urban managers have designated corresponding protection policies for specific buildings from different periods.However,due to the lack of complete historical data and information systems on the protection and management of relevant buildings and their surrounding areas,there is currently a lack of complete historical environmental information data for modern concession areas in Tianjin.Therefore,data collection and information management have become essential repetitive work.Research was conducted on the selection of typical case studies by utilizing network data analysis,analyzing and classifying research cases.ArcGIS and drone surveying technology were employed to collect and organize information on the current status of research cases,as well as to collect information on historical environmental restoration cases,providing data support for historical environmental protection,management,and updating practices.This paper selected the top 100 historical environmental cases in the Tianjin urban area that were most closely watched by the public,based on open source data from four professional tourism review websites,including Ctrip,Mafengwo,Qunar,and Dianping.This study further explored and organized the historical map data of typical cases as the research basis data,and translated the basic data into ArcGIS data,collecting data on the environmental cases of modern Tianjin.On the other hand,a three-dimensional data model was established using drone surveying to analyze the current situation information of typical research cases.Together with historical information,the analysis was carried out on the protection and regeneration of the modern historical environment of Tianjin.The combination of historical and current situation information ensured the integrity of the research objects data and effectively recorded the existing state of the historical environment.Based on GIS,a database covering historical and current situation information was established,and spatial analysis was carried out.The research method of GIS data collection was summarized to achieve the GIS multi-scenario visualization of the modern concession areas in Tianjin.Research shows that the historical environment of the Tianjin Concession area is predominantly distributed along the banks of the coastal river,in a clustered and concentrated manner,with the 中图分类号 TU984.11+3文献标识码 B文章编号 2095-6304（2023）04-14-06 *天津市自然科学基金青年项目（S21QNJ070）；天津市哲学社会科学规划研究项目（TJSR21-001、TJSR22-002）；天津市艺术科学规划项目（A22029）；常州市大运河文化带建设研究院2022年度专项课题重点项目（2022DYHZX03）；天津大学自主创新基金（社会影响力）项目（2023XS-0093、2023XS-0094）作者简介王 苗：天津大学建筑学院，副教授谭加奇：天津大学建筑学院，本科生孙昕瑜：天津大学建筑学院，本科生王家玮：天津大学建筑学院，本科生许 涛（通讯作者）：天津大学建筑学院，副教授，历史景观环境与文化遗产保护2023年第4期/西部人居环境学刊/0990 引言城市文化遗产保护经历了从最初的单体标志物静态保护向整体历史环境的动态保护历程。历史环境强调将物质形态的遗产同相关的自然环境和文化内涵的整体保护和延续1。中国在历史环境保护领域的研究与国外相比起步较晚，20世纪60年代初步建成了文物保护制度，在后来的40年拓宽了历史环境保护的概念，最终明确了三个层次的保护体系，未来将从政策的整体调控和数据库的整体构建开展研究和实践2。GIS地理信息系统在实践应用中借助网络技术对一定区域空间内的地理信息进行搜集、储存以及分析，广泛应用在城市规划、风景园林等领域3。随着GIS技术和互联网技术的不断发展，数据采集在文化遗产保护中的作用也越发突出。利用信息化方式管理城市历史和现状数据资料，在很大程度上能满足研究对象数据搜集、存储、管理、更新、可视化分析等工作的需求，为城市历史环境保护的相关研究提供了重要技术支持4-6。天津租界区作为城市历史环境的重要组成部分，由于近代时期特殊的历史背景使得城市中蕴含了大量的历史环境资源，珍贵且丰富，亟待保护和再生7。在复杂的历史原因和自然灾害的影响下，租界区见证了天津城市近代以来百余年的历史变迁：地震的损坏和居民的改造搭建在租界区原貌上留下特殊的历史印记，岁月的变迁也使其难以保持风貌的最佳状态8。城市管理者针对历史建筑建成时间，根据不同的保护等级制定了相应的保护政策。但对于历史环境即建筑及其关系密切的周边区域作为一个整体而开展科学的保护和管理，尚未形成完备的历史资料整理及信息系统9。本研究以服务天津近代租界区历史环境的保护与再生工作为目标，总结基于GIS技术的空间分析方法。论文通过大数据平台公众的关注度高低筛选出天津近代租界区历史环境的典型案例；基于GIS技术，密切关注城市发展与变迁过程中历史空间的变化，将其历史数据和现状数据进行整合，实现多场景多尺度地可视化表达10-11。1 研究方法与数据来源研究运用网络数据分析进行典型案例的筛选，在对其进行分析、分类；运用ArcGIS软件和无人机测绘等技术，对研究案例的现状信息进行采集和整理，为历史环境保护、管理与更新实践提供数据支持。具体步骤如下（图1）。第一，基于国内知名景点评价网站的开源数据获取游客的评论数据，通过数据清洗获得有效数据，结合论文对研究对象的界定，以及景点的评价数量排序，最终确定最受公众关注的100个历史环境景观点作为研究案例，开展后续研究。第二，采用查阅文献史料、实地勘察等方法，挖掘、整理研究对象的历史地图资料等数据，并对其进行信息转译，转换成ArcGIS数据，对天津近代历史环境案例的历史信息进行数据采集。第三，对研究对象的地理坐标、边界范围、卫星遥感图像等信息进行采集，运用无人机测绘建立三维数据模型，记录它们的现状信Tianjin Heping District section being the most densely populated and exhibiting larger construction scales that have permeated into the city fabric of Tianjin.The accessibility of transportation is relatively good,and there are generally high population hotspots,with construction date and heat value positively correlated,highlighting the heat value of Five Big Avenues and Italian Style Area in particular.As research on the protection and regeneration of the modern history of Tianjin becomes increasingly deep and mature,the overall protection of historical environments has become an important means of protection for the modern historical environment of Tianjin.The integration of the urban fabric of Tianjin and its modern historical environment is the overall control method for the protection and regeneration of historical environments.The refined construction and development of the public transportation system in Tianjins historical environment is a source of increasing the popularity of historical environment resource utilization.The results of this research can provide reference for research on historical environment protection in other cities.Keywords:Historical Environment;Data Acquisition;Drone;GIS;Modern Tianjin图1 技术路线Fig.1 technical route ISSUE 4 Aug.2023/JOURNAL OF HUMAN SETTLEMNTS IN WEST CHINA/100息，结合前面整理的历史信息，对天津近代历史环境的综合信息进行分析。历史信息与现状信息相结合，保证了研究对象数据资料的完整性，有效记录历史环境的现存状态。第四，将研究对象的历史信息、现状信息及三维数据模型三方面数据耦合，可将天津城市历史环境空间形态、经营业态和分布密度等信息进行可视化分析，为城市中其他有待开发的历史环境或同类案例进行保护与再生管理提供数据与技术支持。1.1 基于网络大数据分析的案例筛选天津租界区历史环境分布广泛，各类信息数据繁多。论文通过对天津城区近代时期的历史环境进行网络大数据分析，筛选出最受公众关注的热门历史景观作为研究对象。第一，携程网、去哪儿网、马蜂窝和大众点评网站是国内知名的景点评论网站，评论内容等信息被公众广泛认可。本研究借助Python软件采集四个网站的游客点评信息作为筛选案例的数据源。第二，研究数据采集时间阶段为2006年4月26日2020年10月11日共计56 731条，由于网站分类有交叉重复等问题，对采集的数据进行清洗，删除与景点无关评价、空白评价和重复评价后得到有效数据56 439条。第三，根据网络评价数量，最终筛选出网络评论数量排序前100名的天津近代租界区历史环境景观点作为本研究的典型案例。1.2 数据采集本研究数据采集的对象为根据网络平台筛选出的天津近代租界区历史环境案例，并对其进行空间分析，采集的信息主要包括历史数据和现状数据。1.2.1 历史信息数据采集第一，通过查阅文献史料，挖掘、整理研究对象的历史地图等资料作为基础数据。搜集与研究对象相关的历史文献与地籍资料，按时间顺序，逆向推演历史遗产空间格局的演进历程。再按空间次序，对历史环境的空间格局完整性进行评估。获取研究对象的设计者、建成年代、使用功能、历史变迁事件等信息7-8。第二，以GIS为平台对基础数据进行信息转译形成历史信息数据库。将搜集到的数据列成表格，在ArcGIS中与要素信息匹配。获得要素类型，要素年代，要素范围，要素面积，要素地理坐标等多种数据。1.2.2 现状信息和三维模型采集通过现场操控无人机在规定的航线拍摄鸟瞰照片。采用PhotoScan软件将获得的照片进行三维模型的构建。1.2.2.1 无人机场地数据获取无人机连接电子设备，在PIX4D中确定飞行范围；设置飞行高度、速度、云台角度和照片重合度等参数（图2）；让无人机自动完成规划航线和拍摄任务并返航，获得研究对象扫描照片。1.2.2.2 利用PhotoScan软件构建模型以无人机拍摄的系列扫描照片为基础，通过PhotoScan软件进行照片建模，作为研究案例的三维模型数据。在PhotoScan中导入照片，对齐照片，初步生成点云（图3）；依据连接点生成密集点云（图4）；依据密集点云生成网格以及纹理（图5）；最终生成obj模型（图6）。1.2.2.3 其他现状信息在利用无人机进行三维模型构建的同时，还采集了研究对象的地图2 无人机连接设备设置示意图Fig.2 the schematic diagram of setup for connecting drones to other devices 图3 导入照片对齐照片初步生成点云Fig.3 import of images,alignment of photos,and preliminary generation of point clouds 图4 依据连接点生成密集点云Fig.4 generation of dense point clouds based on connection points 图5 依据密集点云生成网格以及纹理Fig.5 generation of meshes and textures based on dense point clouds 2023年第4期/西部人居环境学刊/101理坐标、边界范围和卫星遥感图像等内容，共同汇集成案例的现状信息内容。2 结果分析2.1 筛选结果根据公众点评网站评论词条数量的排序，再人工剔除不属于本研究界定范围内的对象，最终筛选出最受公众关注的前100个天津近代租界区历史环境案例如瓷房子、静园、西开教堂等，作为信息采集的收录对象。因篇幅原因，将其中排名前10的具体案例列出信息（表1）。2.2 基于GIS数据采集的可视化分析以天津近代租界区历史环境案例数据采集为基础，运用ArcGIS为分析工具，以100个研究案例为样本分析天津租界区历史环境保护与再生状况。2.2.1 天津租界区历史环境分布分析在ArcGIS中，将研究对象的位置坐标、建成年代、网络评价数量等数据，对分布密度、建成年代等内容进行可视化分析，得到天津近代租界区历史环境分布密度图（图7）、热度分析图（图8）、建成时间分析图（图9）。由分布密度图（图7）可知，天津近代租界区历史环境主要分布在和平区和各区的海河沿岸。在五大道文化旅游区和意大利风情区的分布密度最为广泛而密集。由热度分析图（图8）可知，和平区的五大道、解放北路和鞍山道等所在区域颜色偏红，都是游客和市民游览历史环境的热点地区。由年代分析图（图9）可看出，在南开区海河附近的区域，建成年代最为久远，五大道区域的建成年代其次。总结以上三个分析可以看出：天津近代租界区历史环境沿海河两岸分布，和平区分布最为密集；历史环境的建成年代和热度值也呈现一定的相关性，例如五大道文化旅游区内，建成年代更早的区域，其热度也更高。2.2.2 天津租界区历史环境周边信息数据分析通过ArcGIS平台，以研究对象位置坐标为基础，将其周边环境的相关数据进行可视化分析，如公交站点分布，周边建筑层高分布，机动车停车位分布等，得到如下分析图（图10-11）。在周边公交站分布图（图10）中，以研究对象为圆心，分别以100 m、300 m、500 m为半径，统计所得区域内的公交站点，分析交通可达性。从图中可看出，天津租界区历史环境周边公交站点大多数都在300500 m之间，地标性的历史环境则分布有100 m以内的公交站点。对周边层高分布分析（图11）中可得出，天津近代租界区历史环境图6 导出obj模型Fig.6 export of obj models 表1 研究案例热度前10排名表Tab.1 top 10 research case studies热度排名 案例名称 点评数 位置1瓷房子8 601天津市和平区赤峰道72号（近和平路商业街）2静园3 498中国天津市和平区鞍山道70号（原日本租界区宫岛路）3西开教堂3 309天津市和平区西宁道东段4民园广场1 936天津五大道的重庆道、大理道、常德道之间5张学良故居1 377天津和平区赤峰道78号6庆王府1 260天津市和平区重庆道55号7中心公园918天津市和平区市中心地带8先农广场899五大道地区内的河北路与洛阳道交口处9睦南公园778五大道核心区10民园西里604天津市和平区五大道常德道2939号图7 历史环境分布密度图Fig.7 distribution density map of historical environments 图8 历史环境热度分析图Fig.8 heat map analysis of historical environments ISSUE 4 Aug.2023/JOURNAL OF HUMAN SETTLEMNTS IN WEST CHINA/102普遍为13层的小建筑，周边的建筑也基本被限制了层高，较少出现高层建筑。上述分析表明：天津近代租界区历史环境的可达性较高，公共交通发达，方便游客抵达参观。同时租界区周边建筑，层高较为低矮，较好的延续了近代时期租界区建设保留的城市肌理。3 结论与讨论3.1 结论本文以服务天津历史环境保护与再生工作为目标，基于去哪儿网、携程网等网站获取的数据，筛选出天津近代租界区历史环境中最受公众关注的100个典型案例作为研究对象，通过文献史料、实地勘察、无人机测绘等方法运用GIS软件对典型案例的历史信息、现状信息和三维模型数据进行整合，实现天津近代租界区的GIS多场景可视化表达。以ArcGIS为平台对采集的数据信息进行可视化分析，对天津近代租界区历史环境的分布、保护现状进行可视化分析，得到以下结论。第一，天津近代租界区历史环境整体性较好，呈沿海河两岸展开，以天津和平区区段的最为密集，呈组团式集中分布，建设规模较大，租界风貌已经渗透进天津城市的肌理当中；第二，交通可达性与人群热点普遍较高，建成年代和热度值呈正相关，其中热度最为突出的地区是五大道文化旅游区和意式风情区。随着历史环境保护研究的逐步深入和成熟，天津近代租界区历史环境的保护与再生也逐渐向整体性保护转变；天津中心城区风貌与近代历史环境肌理的融合是历史环境保护与再生的重要途径；天津历史环境公共交通系统的精细化建设和开发是提升历史环境资源利用的有效方法12。3.2 讨论 由于研究对象分布广泛，相关数据搜集、调研工作量大，调研设备精度水平受限等因素，本文尚存在几点不足。第一，典型案例选择来源旅游网站相关信息数据，受相关网站隐私数据保护的限制，未能搜集开源数据以外诸如人群实时聚集度、人群动线等数据；第二，受城市无人机管理条例的限制，本研究现状信息的数据采集仅能在政策允许范围内采集相关模型数据，尚未能全面搜集天津租界区历史环境的现状信息。随着GIS数据采集技术的深入和条件的成熟，还可从以下几个方面对现有数据采集模式进行拓展。第一，建立天津近代历史环境信息数据平台，实现多方数据联络，逐步扩大数据采集的范围13。第二，定期更新管理信息数据，实现数据录入、管理常态化14-15。天津近代租界区历史环境数据采集是一项需要长期坚持的文化项目，其资源数据采集的建设也不是一成不变的。在建设的进程中，对数据采集需更新迭代，使其更符合时下的要求，有效推动历史空间可持续发展，激发当代受众群体对城市文化遗产保护的激情与热爱，凸显天津历史文化的整体价值16-17。参考文献：1 肖竞,曹珂.英国城市更新进程中历史环境保护的观念流变与制度解析J.西部人居环境学刊,2019,34(6):9-17.2 王苗,谭加奇,孙昕瑜,等.基于WoS数据库的历史环境保护与再生研究热点及发展趋势分析J.城市建筑,2022,19(5):150-154.3 胡明星,董卫.GIS技术在历史街区保护规划中的应用研究J.建筑学报,2004(12):63-65.4 郑超引.武汉近代城市规划历史GIS数据库的设计研究D.武汉:湖北图10 历史环境周边公交站分布分析图Fig.10 distribution analysis of nearby bus stations in historical environments 图11 历史环境周边层高分布分析图Fig.11 distribution analysis of nearby building heights in historical environments图9 历史环境建成时间分析图Fig.9 distribution of historical environment build times 2023年第4期/西部人居环境学刊/103工业大学,2019.5 毛峰,周文生,黄健熙.空间信息技术在京杭大运河文化遗产保护中的应用M.北京:科学出版社,2011.6 WANG Y,WANG Y,FANG L,et al.Spatial-Temporal Characteristics and Causes of Changes to the County-Level Administrative Toponyms Cultural Landscape in the Eastern Plains of ChinaJ.Plos One,2019,14(5):209-213.7 李建华,张文静,肖少英,等.基于多源数据的五大道历史文化街区健康评估研究J.现代城市研究,2020(6):79-86.8 钱亚妍.谈塑造城市历史街区文化的“活性”以天津五大道历史街区为例J.现代城市研究,2012,27(10):20-26.9 丁津津,龚良.空间设计思路下的历史街区保护与创造性更新J.西部人居环境学刊,2015,30(3):34-37.10 王歆然,任剑超,刘博.基于天津五大道历史文化街区视角下的3D建筑投影的创作实践研究J.科技视界,2020(19):161-163.11 汪磊磊.天津某历史风貌街区风环境分析J.绿色建筑,2019,11(4):85-86.12 张经纬.旧城改造中历史街区的保护与更新策略研究以天津为例J.绿色环保建材,2018(10):57-58,61.13 何韶颖,郑弘,汤众.基于GIS的城市历史文化遗产管理信息系统建设研究J.广东工业大学学报,2018,35(5):38-44.14 詹庆明,郭华贵.基于GIS和RS的遗产廊道适宜性分析方法J.规划师,2015,31(S1):318-322.15 黄勇,石亚灵.国内外历史街区保护更新规划与实践评述及启示J.规划师,2015,31(4):98-104.16 郑锐洪,张妞,成阳超.天津市五大道历史街区旅游价值的整合开发J.城市问题,2018(2):41-49.17 严定中,吕霞,刘薇,等.城市中心区中历史风貌区的保护与活化利用探索以天津原意大利风情区的保护性开发实践为例J.城市发展研究,2019,26(10):29-35.图表来源：图1-11：作者绘制表1：作者绘制收稿日期：2022-05-28（编辑：田洁）