明清時期絲綢之路沿線城市建成區範圍GIS數據集

明清時期絲綢之路沿線城市建成區範圍GIS數據集
作者：薛樵風　成一農　金曉斌
2018年9月26日

本作品收錄於《中國科學數據》

薛樵風, 成一農, 金曉斌. 明清時期絲綢之路沿線城市建成區範圍GIS數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2018, 3(3). (2018-09-25). DOI: 10.11922/csdata.2018.0023.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：城市建設是人類利用土地的主要形式之一。城市建成區的變化記錄着城市系統演變的歷史，反映了城市位置、規模和形態的變遷。絲綢之路沿線城市建成區的歷史數據為研究這些城市的演化過程提供了數據支撐，為更長時段及其他城市要素的復原工作提供了數據基礎。本文以城牆圍合範圍指代城市建成區範圍，以明清時期中國境內、絲綢之路沿線的城市為研究對象，基於歷史地名「生存期」概念，利用歷史文獻及現代遙感影像等多源數據，運用歷史地理考證方法與GIS技術，建立了沿線城市建成區範圍的歷史數據集（393條記錄），較為客觀地展示了1368–1911年絲綢之路沿線城市的城鎮空間範圍，為深入開展絲綢之路研究、構建歷史GIS提供了較為詳實、系統的科學數據。

關鍵詞：絲綢之路；城市建成區；一帶一路；GIS；城牆

Abstract & Keywords

Abstract: Urban construction is a main form of human land use activities. It records the history of urban system evolution and reflects the location, size, and form changes of a city.NoneHistorical data of urban built-up area along the Silk Road provide statistical support for studying the evolution process of these cities, and for restoring other urban elements at a longer time span. The research object of this paper was the cities along the Silk Road in China during the Ming and Qing dynasties. In this research, built-up area refers to the area of a city fenced off by the city walls, and the data were derived from historical documents and remote-sensing images. Acknowledging the 「lifecycle」 of toponyms in history, we combined historical geography research methods and GIS to build the dataset of urban built-up area along the Silk Road in the Ming and Qing dynasties (393 records). It provides detailed and systematic data for the in-depth study of the Silk Road and the construction of historical GIS.

Keywords: the Silk Road; urban built-up area; the Belt and Road Initiative; GIS; city walls

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	明清時期絲綢之路沿線城市建成區範圍GIS數據集
數據作者	薛樵風、成一農、金曉斌
數據通信作者	成一農（342791@qq.com）
數據時間範圍	1368–1911年
地理區域	中國境內古代絲綢之路沿線各省（區），包括陝西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區和新疆維吾爾自治區。
數據量	146 KB
數據格式	ESRI Shapefile
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/645
基金項目	國家社科基金重大項目（14ZDB031）
數據庫（集）組成	數據集由1個shapefile文件組成。其中，*.shp文件用於存儲地理要素的幾何圖形；*.shx文件用於存儲圖形要素與屬性信息索引；*.dbf文件用於存儲要素信息屬性的dBase表；*.prj文件用於存儲空間參考信息；*.sbn、*.sbx是幾何體的空間索引文件；*.shp、*.xml文件以XML格式保存元數據。

Dataset Profile

Title	A GIS dataset of urban built-up area along the Silk Road in the Ming and Qing dynasties
Data authors	Xue Qiaofeng, Cheng Yinong, Jin Xiaobin
Data corresponding author	Cheng Yinong (342791@qq.com)
Time range	1368 – 1911
Geographical scope	Provinces/regions along the ancient Silk Road in China, including Shaanxi, Gansu, Qinghai, Ningxia and Xinjiang.
Data volume	146 KB
Data format	ESRI Shapefile
Data service system	<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/645>
Source of funding	Major projects of the National Social Science Fund of China (14ZDB031)
Dataset composition	The dataset is composed by a shapefile. Among it, *.shp file is used to store the geometry of geographic features; *.shx file is used to store the index of graphic features and attribute information; *.dbf file is used to store the dBase table for element information attributes; *.prj file is used to store spatial reference information; *.sbn and *.sbx are spatial index files for geometry; *.shp and *.xml files store metadata in XML format.

引 言

古代絲綢之路沿途地區分布着大量城市，作為東方與西方經濟、政治、文化交流的節點和樞紐，維繫了絲路暢通和區域社會的繁榮穩定。本文主要研究中國境內明清時期（1368–1911年）陝西、甘肅、青海、寧夏和新疆等絲綢之路沿線地區城市建成區範圍的變化情況，所依託的項目是國家社科基金重大項目之「絲綢之路歷史地理信息系統建設」，該項目旨在圍繞國家「一帶一路」倡議，建設有關陸上絲綢之路的歷史地理信息系統，其目的是根據現有研究內容，建立西漢至1949年絲綢之路沿線逐年連續變化的、開放的基礎歷史地理數據庫，為絲路沿線綜合性學術研究提供歷史地理基礎數據^[1][2]。

城市建成區範圍記錄着城市系統演變的歷史，反映了城市位置、規模和形態的變化。絲路沿線城市建成區範圍的歷史數據為研究這些城市的演化過程提供了數據支撐。已有的明清時期城市建成區範圍復原研究，一般以城牆圍合範圍作為城市建成區範圍的代用指標，其原因在於：一方面，明清時期中國城市大多修建有城牆，城牆在功能、景觀和心理上確實能夠起到區隔城鄉的作用；另一方面，現有歷史文獻對城牆修築、改建的記載相對翔實可靠，便於復原工作展開。需要說明的是，城牆圍合範圍與實際的城市建成區範圍並不完全等同，城牆之內一般存在農田、荒地等非建設用地，城牆之外一般有關廂街區，通常被視為城市建成區，但是目前尚難以精確地對這兩種情況進行復原。明清時期城牆圍合範圍的復原，仍然是城市建成區範圍復原工作依託的基礎。以往研究多結合多源數據（歷史文獻、專題地圖、遙感影像）對單個城市用地範圍進行復原^[3][4][5]，或利用算法反演重建多個城市用地數量和空間分布^[6][7]，皆能取得較為良好的效果。比較而言，算法反演在資料有限的情況下，批量重建歷史城市建成區範圍時更有效率，而利用多源數據復原精細度一般更高。中國明清時期城市資料相對豐富，有條件進行更精細的復原工作。因此，本文集成多源數據，收集整理了與絲綢之路沿線城市有關的歷史文獻資料、古舊地圖、遙感影像數據、地方志和現代研究成果，建立了明清時期絲綢之路沿線城市建成區範圍GIS數據集。本數據集包含表現城市建成區範圍空間狀態的面狀矢量數據，以及該空間狀態維持的時間段、名稱等屬性數據。為了與所依託項目對接，時間段採用中國歷史地理信息系統（CHGIS）提出的歷史地名「生存期」概念^[8]，方便利用地名或時間進行查詢。本研究可為研究絲路城市演化歷史，以及更長時段和其他城市要素的復原工作提供數據基礎。

1 數據採集和處理方法

1.1 數據採集方法

本研究範圍內 「城市」的定義為受明、清中央政府有效管轄的行政治所或具有行政管轄功能的**聚落，具體包括明代的府、州、縣、衛、所城，清代的府、州、廳、縣和八旗駐防城，不包括市鎮、軍堡、民堡和土司城。城市建成區範圍以城牆圍合範圍指代，城牆圍合範圍的變化在本文中即城市建成區範圍的變化。研究的時間範圍為明清時期（1368–1911年），對於明朝建立之前已修建城牆的城市，復原其1368年城牆的圍合狀態；對於1368年之後方才初次修建城牆的城市，限於數據缺乏，將初次修建城牆的圍合範圍上溯至1368年，作為1368年城市建成區範圍；對於少數未修建城牆的城市，儘量根據資料復原其建築分布範圍，或暫時付之闕如。主要技術流程如圖1所示。

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圖1 數據集生成技術流程圖

1.2 數據來源

本研究數據來源分為兩類：一類是歷史城市建成區範圍復原數據，包括歷史地理文獻（古代文獻、古舊地圖、地方志）、現代測繪地理數據（遙感影像、地形圖）及歷史地理研究成果等，用於復原城市建成區範圍變化情況；另一類是政區和地名沿革材料，用於確定地名變動時間，以便與所依託項目對接。

（1）歷史城市建成區範圍復原數據。包括沿線各省市縣古代和新修地方志、《古今圖書集成·職方典》、《嘉慶重修大清一統志》、1930年代民國測繪地圖、1970年代遙感影像數據、^[9]現代遙感數據，^[10][11]以及現代考古學及歷史地理學研究成果。

（2）政區和地名數據。來自牛平漢編纂的《明代政區沿革綜表》^[12]和《清代政區沿革綜表》^[13]，以及周振鶴主編的《中國行政區劃通史》明代卷^[14]和清代卷^[15]。

1.3 數據預處理

整合上述材料，確定各城市的城牆位置，利用Google Earth作為底圖，根據城牆圍合範圍繪製城市建成區範圍，生成面狀矢量要素，保存為kml數據。然後用地理信息系統軟件ArcGIS 10.3平台下的Arctoolbox工具，將這些數據轉化為shapefile文件，地理參考系統一為GCS_WGS_1984坐標系。最後綜合城牆建造時間、改建時間、地名變動時間，為每一條數據設定生存期，以限定其形態穩定不變的時間段。通過上述步驟，共復原出明清時期絲綢之路沿線的393條城市建成區範圍數據，每條數據都具有確定的位置、邊界和生存期（圖2）。

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圖2 典型城市（乾州）建成區範圍復原過程示意圖

復原過程最大的難點，在於通過現存明清城牆遺蹟、指示城牆位置的空間參照物和其他相對空間參照物確定各城市城牆位置的過程，需要手工操作完成。由於這些城牆今日大多保存得不完整，或者完全拆除，因此需要通過歷史地理學的方法來復原它們曾經的所在地。明清時期絲綢之路沿線地區的很多城市在今日並未廢棄，而是被融入到現代城市中，成為現代城市的一部分；現代城市直接在古代的基礎上發展而來，因而在城市形態上或多或少留存了古代城市形態的痕跡。按照城牆痕跡的遺存度，可分為以下4種情景：

（1）城牆保存完好或基本完好，例如西安府城、興武營守御千戶所城。這種情況只需在Google Earth上將現有城牆標示出來，即可很快判斷歷史時期城市建成區的範圍。這是最簡單的一種情景，占總數據量的27.23%。

（2）城牆遺存很少，但作為指示城牆位置空間參照物的城牆伴生遺蹟保存較好。這些城牆的伴生遺蹟，主要是護城河和某些特殊的城市街道。古代城牆外一般挖掘護城河，城牆拆除後，很多城市保留了護城河，因此可以根據現存護城河的遺蹟反推城牆之所在。此外，城牆拆除後，有些城市在其遺蹟上修建了環城馬路，如果發現某座現代城市有環繞舊城區的環城馬路，一般可以判斷為城牆故跡，例如烏魯木齊的鞏寧城和迪化城。找到這些遺蹟後，如與文獻或古地圖記載核對後無誤，即可繪出歷史時期城市建成區的範圍。這種情景占總數據量的39.44%。

（3）城牆和伴生遺蹟都不明顯。這種情況下，一般查閱文獻和古地圖，並查閱現代地圖，尋找與古代城市有關的現存文物古蹟（如文廟、城隍廟、鐘鼓樓，文獻記載位於城內的寺廟、牌坊、名人故居等），以及與古代城市有關的舊地名（如南門、東關、西南城角、北大街等），將其位置標示在Google Earth上，然後與文獻及古地圖中記載的這些古蹟、地名的位置相互參照，並結合對城牆周長的記載，最終確定該城市的城牆圍合範圍。這種判斷方法在資料較多，或城內現存古蹟較多的情況下，仍是十分準確的；在資料較少的情況下，也不致與實際情況有過大偏差。這種情景占總數據量的24.43%。

（4）完全尋找不到相關線索。這種情況下，根據CHGIS V6 TIME SERIES圖層繪製的該城市位置點^[16]，繪製一個1 km×1 km的方形面狀矢量數據，並在相應字段中標註「資料缺乏」，以便使用時根據情況剔除，並方便以後修補工作的進行。這種情景占總數據量的8.90%。

以上4種情景中，情景1、2的復原準確度較高，情景3準確度基本可控。前3種情景占總數據量九成以上，復原結果總體可靠。

2 數據樣本描述

本數據集shapefile文件的屬性表中，字段「name」表示該城市的官方名稱。一些城市由若干小城組成，例如西安府即由西安府城和東、西、南、北四關城組成；此外城市的官方名稱中有重名現象，所以設字段「other_name」表示這些特殊的城市和城市組成部分，以方便識別。字段「begin_yr」表示生存期起點年；「end_yr」表示生存期終點年，兩個年份之間的時長即該城市建成區範圍的生存期。字段「references」表示參考文獻，欄下簡要記錄了數據來源及相應的文字描述，方便使用者查考資料出處；一些因缺乏資料以1 km×1 km的方形面狀矢量數據代替的城市，在該字段下標註「資料缺乏」以示區別。字段「landmark」記錄了判定各城市城牆圍合範圍所依據的城牆、城牆伴生遺蹟、文物古蹟和地名等關鍵地標。字段「accuracy」對各復原結果的準確度進行了定性評價，設1、2、3、4檔，分別對應文中提到的城牆痕跡遺存度的4種情景，其中1檔復原結果準確度最高，4檔最低。數據集可通過地名檢索，查找相應城市1368–1911年建成區範圍的變化情況，考察其歷時變化；也可以通過年代檢索，查找1368–1911年中任意一年絲綢之路沿線各地城市建成區範圍，考察其同時期的分布情況。圖3表現了西安府、榆林衛（府）、蘭州（府）、韓城縣、甘州衛（府）、西寧衛（府）、興武營守御千戶所、寧夏衛（府、新滿城）、惠遠城和烏魯木齊（鞏寧城、迪化府）等10座城市在1380年、1490年、1600年、1710年、1820年和1900年等6個年代斷面下的城市建成區範圍樣本，以此為例說明本數據集可呈現的結果。

3 數據質量控制和評估

明清時期缺乏測繪數據，但城牆修築的資料留存相對豐富，因此選擇城牆圍合範圍作為明清時期城市建成區範圍的代用指標可以使研究對象具有較好的數據基礎，也是目前學界常用的方法。少數城牆修築情況不明的城市，主要集中在今新疆地區，限於資料缺失無法復原，但已在數據集中標註。基礎數據皆來源於公開發行的古代文獻或學術著作，質量控制嚴格，參考的地方志文獻資料數據詳盡。綜合利用多源數據復原城牆位置的方法被歷史學界沿用已久，技術較為成熟，復原精細度高。數據採集過程中，空間配准和空間定位在現代遙感影像數據上進行，保證了數據基礎的詳細性、可靠性和規範性。生存期概念的引入，不僅便於與所依託項目對接，同時也保證了數據在時間尺度上的準確性、唯一性和可靠性。

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圖3 數據樣本示意

4 數據使用方法和建議

本數據集中的數據為標準shapefile文件，主流的GIS軟件均可讀寫數據，也可用Python等主流編程語言調用相關函數庫讀寫數據，實現數據批處理。本數據集覆蓋1368–1911年絲綢之路沿線5省大多數城市建成區的逐年變化情況。通過查詢功能，既可以呈現某座城市建成區範圍的歷年變化，也可以呈現任意年份或時間段內城市建成區範圍的整體情況。本數據集為研究絲綢之路沿線地區城市歷史發展、城市體系變遷、土地利用覆被變化等提供了數據基礎，讀者可選取不同的興趣點進行具體分析。

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數據引用格式

薛樵風, 成一農, 金曉斌. 明清時期絲綢之路歷史城市建成區範圍GIS數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2018. (2018-08-19). DOI: 10.11922/sciencedb.645.