作为地理信息开发工具与科学思维的地理信息系统（GIS）技术，一经产生就呈现出极大的社会功效及科学价值，从最初的地理信息系统（Geographical Information System）到地理信息科学（Geographical Information　Science），再到今天的地理信息服务（Geographical Information　Service），功能不断完善，运用范围越来越广，在科学研究与数据管理、社会服务等方面发挥着巨大作用。它既是一款空间信息管理器，也是空间数据分析、研究的科学系统。GIS广泛应用于自然、人文与社会的方方面面，在历史学研究领域也深受重视，成为历史学研究进行空间分析与科学研究的重要工具，形成了具有自身学科特色、带有时空特征的历史地理信息系统（HGIS）。21世纪以来，GIS不断影响着历史学的方法革命，带动着历史学研究的一系列创新。

　　GIS具有五大特征

　　GIS是以计算机技术为基础，以具有地理内涵的空间数据为处理对象，运用系统工程和信息科学的理论、方法，采集、存储、管理、显示、处理、分析和输出地理信息及其产品（如数字地图）的集成型计算机信息系统。GIS是伴随信息化时代计算机技术的发展而兴起的新兴领域，自身具备五个基本特征。

　　第一，GIS具有空间地理数据库（Geodatabase）功能。该功能可以用来管理地理空间数据，最早的GIS都是用来管理地籍数据与相关城乡规划的。如第一款GIS是1956年由奥地利测绘部门制作，利用电子计算机建立奥地利国家地籍数据库。首次提出GIS概念的是加拿大测量学家汤姆林森（Tomlinson），他在1963年第一次使用这一术语，并于1971年建立了世界上第一个地理信息系统——加拿大地理信息系统（CGIS），用于管理和规划本土自然资源。1967年，纽约土地利用和自然资源信息系统也宣告建立。

　　第二，GIS可以用于地图制作，具备空间数据可视化功能。GIS是数字地图的制作与呈现系统，同时借助空间统计数据如人口数据、经济构成、国民生产总值等实现地理空间信息可视化功能。

　　第三，GIS可以融合多元数据。作为数据库系统，GIS是用于管理空间地理数据的数字系统，其中地图数据、遥感影像数据、统计数据是GIS属性数据的主要来源。各种野外实地测量的实测数据，如GPS点位数据、地籍测量数据等也可以同步导入GIS。一些文本资料数据、专题信息系统中的文字说明资料，以及对确定地物的属性特征进行的描述性资料，也可融入GIS中。因此，GIS是融合多元数据的数字系统。

　　第四，GIS具有空间模型分析（程序实现）功能，系统中都会融合多种地理空间分析模型，以帮助科研人员针对大量地理数据进行综合与研究，利用模型软件实现数据分析与结果输出。如对空间数据的核密度分析、缓冲区分析、空间网络分析等，这是科学研究的主要手段，也是GIS走向地理信息科学的支撑工具。

　　第五，GIS是构建地理信息平台的基础。地理信息平台可以存储与管理地理空间数据，并呈现地理信息工作界面，是GIS的内在基础与外在呈现。

　　GIS在历史学研究领域发挥重要作用

　　GIS作为一款空间地理分析系统，对于以空间关系为主要对象的问题研究具有得天独厚的优势。关注空间与地理环境成为自然地理学、人文社会科学诸领域的一个共同出发点。早在20世纪70年代，西方人文与社会科学研究已出现“空间转向”的思潮。亨利·列斐伏尔（Henri Lefebvre）从社会变迁角度提出了“空间生产”的观点，指出空间是各种复杂的社会关系变动的产物。尽管在各个学科研究中，对于空间的内涵与定义不尽相同，但不同程度地都引入了相关的概念与分析。20世纪80年代以后，随着GIS等地理空间技术不断成熟，普及并推广到人文社会科学研究领域便成为学者自觉的“革命”，这也为人文社会科学的空间研究提供了更加便捷的路径与学科综合性工具。

　　历史学是时间性的科学，涉及自然与人文的方方面面，历史事件的演化无不需要地理舞台的支撑。因此，空间分析在历史学，尤其是历史地理学研究中占有重要地位，GIS技术无疑对于历史学的空间分析帮助极大。最早介入这一领域的是美国历史学者安妮·凯莉·诺尔斯（Anne Kelly Knowles）和伊安·N.格里高利（Ian N.Greogory），他们在20世纪90年代已经开展相关研究，进行了一系列GIS辅助历史学研究的尝试，指出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巧纳入历史分析中。后来，他们将相关研究编辑出版成论著即《往日往地：GIS在历史学中应用》（Past Place: GIS for History）和《历史学中的地方：GIS在历史研究中的应用指南》（A Place in History: A Guide to Using GIS in Historical Research）。两部论著都没有应用深奥的GIS理论，相反，它们提供了诸多参考案例，以丰富的插图，引导读者理解如何应用GIS 进行绘图和空间分析，囊括了历史学研究的诸多范围，堪称历史GIS的研究指南。当然，两部著作也让学者们看到，GIS对于拓展历史学的研究范围、解决疑难复杂的历史问题具有得天独厚的优势。

　　运用GIS进行历史学研究，建立空间数据库是第一步，这种空间数据库是形成精确的点、线、面，呈现历史地图、可视化分析的基础性资源，需要海量数据的支持。缺少数据系统的支持，历史GIS就是无源之水、无本之木，构建大型的历史空间数据库成为科研的基础。从20世纪90年代开始，国际学界一些大型科研机构开始整合资源，以国家为空间单位，开展国家历史地理信息系统的开发，英国、美国、加拿大、俄罗斯、德国均建立了本国的历史地理信息系统，他们大多从19世纪开始，延续至现当代。2001年，中国复旦大学与美国哈佛大学联合启动了中国历史地理信息系统（CHGIS）项目，并于2017年形成中国历史地理信息平台。这些大型数据库为历史GIS分析提供了基础的数据支撑。这些大型项目的建设，也随之产出了一系列高质量的研究成果，引领着历史GIS的科研发展方向。

　　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更长，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。运用GIS技术进行空间分析与可视化呈现，近年来也在不断推陈出新，研究的方向涉及历史学的诸多领域，在研究时段上往往延伸更长，在自然地理与环境变迁研究中成果更加突出。

　　GIS技术改变历史学研究方式

　　运用GIS技术进行历史研究不仅改变了历史学研究的方法与路径，也在思维方式上对历史学研究产生了极大冲击。

　　第一，GIS具有融合多元数据的功能，它促使历史学研究走向更精细化的多元证据时代。自GIS技术出现以来，历史学者就在探索如何通过建立空间历史数据库，大规模地整合历史学研究的计划，其中包括接受各种巨量的数据，并形成处理GIS的空间属性特征。从目前建设的历史GIS数据库来看，融合古旧地图、遥感影像、可资定位的考古遗址、图版照片、文本文件与地名志等成为主流。这些多元数据也成为历史GIS研究必备的工具，使历史研究从单一证据、二重证据走向多重证据，这在自然环境变迁研究中体现最为明显。中国文明历史悠久，地面开发与环境利用改变着自然景观，河湖水系变化剧烈。对于历史时期河湖水系的变迁研究历来以文献资料为主，近年来，利用遥感影像、大比例尺地图数字化，提取历史时期河湖水系的形态与流路数据，形成河湖水系形态变迁研究。这在黄河下游、海河水系的变迁研究中都在推进，也使历史时期河湖水系研究从位置、流路的复原走向河流变迁地貌学研究阶段。在这一研究方向上，GIS技术的支持功不可没。

　　第二，批量数据处理与宏观问题研究改变了历史学研究碎片化现象，为长时段、大趋势把握历史发展脉络提供了新的研究空间。历史地理研究中存在一定的计量地理传统，而GIS较之前计量方法更具有系统性和空间分析潜力。应用GIS处理和可视化历史时期的大量数据，成为当代历史地理学的标志。在进行研究中，GIS分析软件起到关键作用。任何历史资料都有缺载或遗佚的可能，因此，建立连续的、长时段的历史数据难度很大，这对历史学的长时段、趋势分析形成严重障碍。GIS软件中克里金（kriging）插值法为此提供了很大帮助。格里高利和ELL在利用空间统计分析技术进行爱尔兰人口统计时，运用了这项技术。他们在进行1841—1861年大饥荒期间爱尔兰人口变化研究中，应用空间插值法，补全了一组行政单位的所有数据，通过大量的交互式地图，探讨人口变化与住房、文盲率、城市区域发展的关系，指出空间分析不仅能发现多变量间的联系，而且能从一定规范上辨识这些关系的区别。连续的数据的建立，使得趋势分析得以实现。

　　第三，古旧地图数字化与地图资源的深度挖掘。数字地图的产生，使纸制地图与之无法衔接。GIS软件中的地图配准功能为纸制地图转化数字地图提供了可能，通过古旧地图的数字化，一方面可以进行长时段的环境追踪，另一方面也可以进行地图测绘技术分析，在环境变迁与地图学史两个方向上形成新的认识。近年来，学术界针对清代以来具有一定实测基础的地图进行数字化与数据提取，取得了很大成效。对利玛窦所绘《坤舆万国全图》进行了空间配准，与欧洲同时期测绘地图进行比对，形成新的认识；对康熙《皇舆全览图》的测绘技术进行了更加精确的定位，判断该图的投影系统为桑逊投影；对近代中国各省实测1∶5万、1∶10万大比例尺地图进行空间配准，考察该类地图的精度问题，地理坐标系认定，这些无疑在地图测绘史上贡献很大。另外，提取的地图数据成为环境变迁与景观形态学研究的资料基础。

　　第四，数字思维与研究路径的改变。GIS引入历史学研究，改变了以往的史学研究路径，建立了历史空间数据库，形成系统的数据，是进行空间分析的第一步。数字思维以及将历史文献转化为可资利用的历史数据，是开展工作的前提，这种工作模式是和以往史学研究最大的区别。以标准年取代精确的历史纪年，地名生存期等概念的生成，都是伴随数字化改变产生的，这与传统历史学的研究方法大相径庭，改变着历史学传统的思维方式，在一定程度上对传统史学研究方法形成挑战，也受到质疑。

　　事实上，作为一种新的方法论的生成，GIS技术支持下的新的史学研究方式，不但不会消解历史学的原有工作方法，往往还会为历史研究提供更广阔的空间。很多时候，GIS技术将本无法在空间上进行匹配的要素建立新的相关性，从而生成新的提问方式，发现新思路、解决新问题。因此，无论从研究方法还是提问方式，GIS引入历史学研究绝不是打开了潘多拉的魔盒，而是为历史学研究开辟了一片新天地。

　　（作者系首都师范大学历史学院教授）