丝绸之路历史地理信息专题 II 区论文(已发表) 版本 ZH6 Vol 3 (3) 2018.
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晚清民国新疆地区湖泊、湿地数据集
A dataset of Xinjiang region lakes and wetlands in late Qing and Republican China
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: 2018 - 05 - 14
: 2018 - 05 - 28
: 2018 - 08 - 16
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摘要&关键词
摘要:干旱区湖泊和湿地是区域环境变化的敏感因子及指示器。历史时期新疆地区湖泊与湿地的重建数据不仅是全球变化所需要的基础水文数据,而且是历史时期丝绸之路研究必备的环境数据。通过对宣统元年(1909年)的《新疆全省舆图》,民国二十四年(1935年)新疆地区一套大比例尺军用地形图数字化处理,结合历史文献资料及现代卫星影像,提取其中湖泊与湿地信息。同时,对其进行标准分类与编码,构建晚清民国时期新疆湖泊、湿地数据集。
关键词:新疆;20世纪上半叶;近代地图;湖泊;湿地
Abstract & Keywords
Abstract: Lake and wetland are sensitive factors and indicators of regional environmental changes in arid areas. The recovery of lake and wetland information in Xinjiang not only provides basic hydrologic data for global change studies, but also essential environmental data for the study of the Silk Road in historical periods. The lake and wetland information was extracted through digital processing of the 1909 Xinjiang Map and a set of large-scale military topographic maps of Xinjiang in 1935, which was then validated against historical documents and modern satellite images. At the same time, standard classification and coding were performed to build the data set of lakes and wetlands in late Qing and Republican China.
Keywords: Xinjiang; first half of the 20th century; Modern map; lakes; wetlands
数据库(集)基本信息简介
数据库(集)名称晚清民国新疆地区湖泊、湿地数据集
数据作者苏绕绕、王芳、潘威
数据通信作者潘威(475174983@qq.com)
数据时间范围1900年代、1930年代
地理区域中国新疆
数据量1.08 MB
数据格式*.prj,*.sbn, *.sbx, *.shp, *.shx, *.xlsx
数据服务系统网址http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/618
基金项目国家社科基金重大项目(14ZDB031);中央高校基本科研业务费专项资金(2017CSZ017)
数据库(集)组成数据集由1900年代与1930年代两个时段新疆地区的湖泊与湿地数据组成。
Dataset Profile
TitleA dataset of Xinjiang lakes and wetlands in Late Qing and Republican China
Data corresponding authorPan Wei (475174983@qq.com)
Data authorsSu Raorao, Wang Fang, Pan Wei
Time range1900s, 1930s
Geographical scopeXinjiang Uygur Autonomous Region
Data volume1.08 MB
Data format*.prj, *.sbn, *.sbx, *.shp, *.shx, *.xlsx
Data service system<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/618>
Sources of fundingNational Social Science Fund of China (14ZDB031); Fundamental Research Funds for the Central Universities (2017CSZ017)
Dataset compositionThis data set consists of lake and wetland data of Xinjiang in the 1900s and 1930s.
引 言
20世纪以来,随着全球化过程的加快,全球环境变化成为学界的热点话题。国际地圈—生物圈计划(IGBP),全球变化人文计划(IHDP)等项目陆续展开[1]。全球变化对地球资源产生多种影响,其中水资源尤为显著。在这一背景下,水安全更是被联合国列为千年发展目标之一[2]。湖泊和湿地是水资源的重要组成部分和储存地,同时也是全球环境变化的敏感因子和指示器。因此,受到国内外学者的广泛关注[3,4,5,6,7 ]
目前学界关于新疆地区湖泊及湿地已有较为深入的研究,例如利用湖泊沉积物和老旧地形图揭示湖区环境变迁及背景[5,8,9,10,11 ],利用3S,水化学或历史文献等多源手段对新疆地区各湖泊与湿地变化及其驱动因子进行探讨[12,13,14,15,16,17 ]。相关数据集工作也已展开,但仍存在时段限于当代且未向社会公开数据等问题[18,19,20 ]。总体而言,新疆地区较完整的湖泊及湿地时空断面重建工作的缺乏,限制了对全球变化背景下干旱区水环境变化研究的深度和广度。事实上,历史文献资料能在全球变化研究中扮演重要角色[21]。本区域晚清舆图,特别是民国时期较为精确地形图的存在,能为本研究提供了较好的数据源支撑。
1   数据采集和处理方法
1.1   数据来源
1.1.1   来源地图概况
在缺乏卫星遥感等现代技术条件的情况下,近代新疆地区湖泊、湿地的重建工作需要以精确的测绘地图为基础。相比于国内其他地区,新疆地区的测绘事业起步较晚,民国之前的地图存在比例尺不一、误差较大等问题[22-23]。在晚清民国诸多实测、编绘地图中,以宣统元年(1909年)《新疆全省舆图》和民国24年(1935年)参谋本部陆地测量总局所编绘的一套30万分之一地形图(后文简称民国地形图)最具代表性(表1)。
表1   数据源地图基本信息
地图名称年份比例尺配准方式地图版本
新疆全省舆图1909年各图幅不一经纬线信息/地名东方学会重印本
新疆军用地形图1935年1∶30万四角经纬度参谋本部陆地测量总局
《新疆全省舆图》是新疆现存较为完整的一套近代地图集,是《新疆图志》所附舆图部分,由东方学会于宣统元年(1909年)出版(本数据集使用“东方学会甲子重印本”),共有地图55幅。该套图大致反映了19世纪末20世纪初新疆地区的地理格局。图幅以北京为中央经线,以赤道为中央纬线[23-24]
民国地形图原件目前藏于台湾中研院历史语言研究所。该图是近代新疆地区精度最高,覆盖面最完整的地形图。据该图图说介绍,该图出版于1935–1936年,套图应有217幅,实有214幅,缺3幅,基本覆盖了新疆全境。比例尺为30万分之一,经纬度置于图幅四角。反映了20世纪上半叶新疆地区的基本地理状况[11]
地图要素真实性是数据质量的主要保证。将《新疆全省舆图》与同一时期的《新疆图志》[25]、《新疆乡土志稿》[26]等史料对比可以发现,当时材料中的所有湖泊、湿地的位置和形态都在《新疆全省舆图》中有清晰描绘。同时,《新疆全省舆图》中的其他要素,如聚落、水系、驿站、道路走向等,也与同期文献记录相一致,这基本证实了地图所绘地物的真实性和可靠性。
1.1.2   优势与问题
《新疆全省舆图》与民国地形图对于重建晚清民国时期新疆湖泊与湿地状况具有多方面的优势:(1)空间覆盖性好,两套图图幅基本涵盖了现在新疆地区全境。(2)图幅反映时段具有代表性,过去100年是全球变化尤其是气候变化最为显著的阶段,图幅所反映的内容正是数据较为缺乏的20世纪上半期。(3)两套图的图幅保存状况较好,仅民国地形图缺少3幅,但对整体重建工作影响不大。(4)图幅的符号系统清晰,湖泊与湿地较容易辨认及提取。
地图存在的问题有:(1)《新疆全省舆图》缺乏较好的数学基础。编绘者以不规则的政区形状表示地物信息,采用了详细表现本政区范围内的地物要素,对本政区之外采取略绘的做法。加之比例尺较小,新疆本身聚落较少,一些图幅使用四角或地名配准后发生较大失真与变形。(2)民国地形图图说中强调图幅编绘内容来源各异,繁简不一。地图的图说还提到编绘过程因时间仓促致使图中位置方向可能存在错误。(3)地图比例尺方面的问题主要集中于《新疆全省舆图》,表现为各图幅比例尺的不统一。直接影响了本套图的图幅拼接工作。其中所用图幅比例尺最大的为阜康县(今阜康市)与孚远县(今吉木萨尔县),25.7万分之一。最小的为和田州(今和田市,和田县及墨玉县一带)200万分之一,图幅平均比例尺约为72.25万分之一。
1.2   数据采集与处理
本数据集利用近代地图,参考Landsat影像(Landsat全球合成数据1999–2003)和标准地名进行地图配准。在ArcGIS10.2环境下识别并提取湖泊与湿地二维矢量数据,统一采用2000国家大地坐标系(CGCS2000)。同时进行误差调校,最后对数据进行分类编码,生成数据集(图1)。对于上文存在的问题,采取以下手段解决:
首先,针对《新疆全省舆图》配准后所存在的失真与变形问题,对其自带的经纬系统进行换算。将以北京的中央经线(采用北京主城区116.40°E经线)转换成0°中央经线的本初子午线,纬度保持不变,统一采用WGS1984坐标转换方式。变形较大的图幅采取地名配准的方法进行操作,使地物偏差降到最低。这也是目前对这套地图所能采取的较有效的处理方法。误差方面,事实上,近代老旧地图的数字化存在测量、假定经纬度、随机及研究本身的误差。结合现代影像,参考古今地物名称定位能较好解决这一问题[27]。本数据集使用CHGIS(中国历史地理信息系统)4.0 1911年地名治所的空间经纬信息对配准后的图幅进行误差测算,即计算出两者经纬度差,将经纬度差赋予数字化后的湖泊–湿地图层依次进行空间校正。同时参考Landsat影像,现代电子地图,历史文献志书[25,26,28,29,30 ]和地名数据进行手工调校。在本套地图配准信息缺乏与图幅变形信息不清晰的情况下,这一方法能有效降低误差。
其次,针对民国地形图存在的问题,先利用地图自带经纬网系统对民国地形图进行初步定位并配准。配准后,发现其地物信息存在方位偏移现象,分布较为混乱,且未发现明显规律。将图中聚落经纬度信息与CHGIS4.0聚落空间位置进行对比,发现类似现象在图幅中的聚落点也存在。证明这种偏差实际上是由于测绘技术的误差所导致。参考并利用CHGIS4.0 1911年地名治所空间经纬度信息,Landsat影像和现代电子地图对偏差较大的图层进行手工调校处理。
最后,《新疆全省舆图》各图幅比例尺不统一问题是当时社会、区域条件制约的产物。清末民初,政局动荡,加之新疆面积广大,地貌条件复杂影响了图幅比例尺的统一。但比例尺不统一问题只会对少数地物要素取舍有所限制,对地表水体形态和空间方位,即数据源可靠性不存在影响。
此外,新疆地区湖泊按成因可以分为沉降湖、陷落湖、冰川湖、河间湖、牛轭湖、风蚀湖、潜水溢出湖及人工湖多种[30]。通过同现代卫星影像对比,发现《新疆全省舆图》及民国地形图存在部分水体要素模糊表示的现象。即部分非湖泊或湿地的河谷水源集散地用湖泊符号表示,这可能是由于当时测绘条件所限,采纳其他地图编绘时所做的处理。对于此类情况,在本数据集提取工作中仍保留其原始水体绘制形态。


图1   湖泊—湿地数据集生成流程图
2   数据样本描述
2.1   数据分类与数据集构建
湖泊和湿地都是地表水资源的重要组成部分。统一对湖泊和湿地信息分类编码是实现系统内与系统间信息交换,集成与共享的重要途径。本数据集依据国家标准(GB/T 18521-2001)的自然地理实体类划分规则标准,结合本数据历时性的特征将其划分1900年与1930年两大类。在具体年代内再进行水体属性划分,即湖泊与湿地(表2)。总体而言,本数据集利用地表水属性并结合数据源特点进行的标准划分与分类,最大程度地满足了构建湖泊、湿地数据集的要求。
表2   晚清—民国新疆湖泊、湿地分类标准与编码
一级类型Class一级分类编码二级分类Subclass二类分类编码
1900年代湖泊与湿地Lakes and wetlands in the 1900sA010湖泊LakeA011
湿地WetlandA012
1930年代湖泊与湿地Lakes and wetlands in the 1930sB030湖泊LakeB031
湿地WetlandB032
在对历史湖泊、湿地数据进行分类并完成编码后,构建晚清民国新疆地区湖泊、湿地数据集。数据属性为面数据,将其分别以“LAKE”和“WETLAND”命名并存储(表3)。
表3   数据集各要素层划分情况
数据属性名称要素层名称数据类型要素数量
面数据LAKES IN 1900Polygon538
LAKES IN 1930
WETLANDS IN 190074
WETLANDS IN 1930
2.2   晚清民国时期新疆湖泊与湿地空间分布
将提取的湖泊,湿地数据在ArcGIS环境中打开,得出1900年代及1930年代新疆地区湖泊、湿地空间分布格局(图2)。


图2   1900(a)与1930(b)年代新疆湖泊与湿地空间分布
在ArcGIS10.2环境下通过面积计算,可以得到1930年代主要湖泊面积状况(表4)。
表4 1930年代新疆境内主要地表水体面积
 
湖泊名称历史名称北纬/(°)东经/(°)海拔/m面积/km2
乌伦古尔湖布伦托海47.287.3489887.3
罗布泊罗布诺尔40907685610
艾比湖喀喇塔拉额西柯淖尔44.882.81891229
赛里木湖西方净海44.581.22073333.3
博斯腾湖博斯腾湖41.986.61048621.3
白家海子白家海(固尔班托罗海)44.887.5894185.5
艾丁湖艾丁湖42.689.2−16146.41
玛纳斯湖阿雅尔淖尔45.285.5257945.8
喀纳斯湖卡喇斯湖48.786.91374132.5
海子天池42.586.7190066.32
3   数据质量控制和评估
利用近代测绘地图重建历史时期地物要素最大的问题在于测绘误差和测量精度带来的地物空间信息精准性问题。对此,学界已经提出较多可控制的方法[27,31]。本数据集主要采用以下3种手段进行数据质量控制与评估。首先,利用数字化后所提取的图层及地表水数据叠加电子地图比对评估偏移误差并纠正。其次,参考并利用《西域图志校注》《西域水道记》《新疆图志》《新疆水文地理》《中国历史自然地理》等文献资料、研究成果和Landsat影像对数字化层进行比对与人工调校。最后,针对可能存在的拓扑错误,在ArcGIS10.2环境中进行拓扑检验并纠正。以上3种手段一定程度上对数据质量有较好的控制及保证。
4   数据使用方法与建议
本数据集包括新疆地区1900和1930年代两个时间断面的湖泊、湿地空间数据。可以在ArcGIS等地理信息系统工具软件中打开并编辑。本数据集可用于近代新疆地区湖泊、湿地变化评估,构建全球变化背景下晚清—民国新疆地区湖泊、湿地变化过程。此外,还能为历史时期丝绸之路及民国时期新疆社会研究提供基础的水环境背景数据。
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数据引用格式
苏绕绕, 王芳, 潘威. 晚清民国新疆地区湖泊、湿地数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2018. (2018-06-20). DOI: 10.11922/sciencedb.618.
稿件与作者信息
论文引用格式
苏绕绕, 王芳, 潘威. 晚清民国新疆地区湖泊、湿地数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2018. (2018-08-15). DOI: 10.11922/csdata.2018.0018.zh.
苏绕绕
Su RaoRao
主要承担工作:数据采集、处理、加工和论文撰写。
(1993—),男,陕西西安人,硕士研究生,研究方向为历史自然地理。
王芳
Wang Fang
主要承担工作:数据采集、处理、加工。
(1991—),女,山东济宁人,硕士,研究方向为历史自然地理。
潘威
Pan Wei
主要承担工作:技术指导。
475174983@qq.com
(1981—),男,上海宝山人,博士,副研究员,研究方向为历史自然地理和历史地理信息化。
出版历史
I区发布时间:2018年5月28日 ( 版本ZH5
II区出版时间:2018年8月16日 ( 版本ZH6
参考文献列表中查看
中国科学数据
csdata