晚清民國新疆地區湖泊、濕地數據集

晚清民國新疆地區湖泊、濕地數據集
作者：蘇繞繞　王芳　潘威
2018年8月16日

本作品收錄於《中國科學數據》

蘇繞繞, 王芳, 潘威. 晚清民國新疆地區湖泊、濕地數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2018, 3(3). (2018-08-15). DOI: 10.11922/csdata.2018.0018.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：乾旱區湖泊和濕地是區域環境變化的敏感因子及指示器。歷史時期新疆地區湖泊與濕地的重建數據不僅是全球變化所需要的基礎水文數據，而且是歷史時期絲綢之路研究必備的環境數據。通過對宣統元年（1909年）的《新疆全省輿圖》，民國二十四年（1935年）新疆地區一套大比例尺軍用地形圖數字化處理，結合歷史文獻資料及現代衛星影像，提取其中湖泊與濕地信息。同時，對其進行標準分類與編碼，構建晚清民國時期新疆湖泊、濕地數據集。

關鍵詞：新疆；20世紀上半葉；近代地圖；湖泊；濕地

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Xinjiang Map and a set of large-scale military topographic maps of Xinjiang in 1935, which was then validated against historical documents and modern satellite images.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

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	晚清民國新疆地區湖泊、濕地數據集
數據作者	蘇繞繞、王芳、潘威
數據通信作者	潘威（475174983@qq.com）
數據時間範圍	1900年代、1930年代
地理區域	中國新疆
數據量	1.08 MB
數據格式	*.prj，*.sbn， *.sbx， *.shp， *.shx， *.xlsx
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/618
基金項目	國家社科基金重大項目（14ZDB031）；中央高校基本科研業務費專項資金（2017CSZ017）
數據庫（集）組成	數據集由1900年代與1930年代兩個時段新疆地區的湖泊與濕地數據組成。

Dataset Profile

Title	A dataset of Xinjiang lakes and wetlands in Late Qing and Republican China
Data corresponding author	Pan Wei (475174983@qq.com)
Data authors	Su Raorao, Wang Fang, Pan Wei
Time range	1900s, 1930s
Geographical scope	Xinjiang Uygur Autonomous Region
Data volume	1.08 MB
Data format	*.prj, *.sbn, *.sbx, *.shp, *.shx, *.xlsx
Data service system	<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/618>
Sources of funding	National Social Science Fund of China (14ZDB031); Fundamental Research Funds for the Central Universities (2017CSZ017)
Dataset composition	This data set consists of lake and wetland data of Xinjiang in the 1900s and 1930s.

引 言

20世紀以來，隨着全球化過程的加快，全球環境變化成為學界的熱點話題。國際地圈—生物圈計劃（IGBP），全球變化人文計劃（IHDP）等項目陸續展開^[1]。全球變化對地球資源產生多種影響，其中水資源尤為顯著。在這一背景下，水安全更是被聯合國列為千年發展目標之一^[2]。湖泊和濕地是水資源的重要組成部分和儲存地，同時也是全球環境變化的敏感因子和指示器。因此，受到國內外學者的廣泛關注^{[3][4][5][6][7]}。

目前學界關於新疆地區湖泊及濕地已有較為深入的研究，例如利用湖泊沉積物和老舊地形圖揭示湖區環境變遷及背景^{[8][9][10][11][5]}，利用3S，水化學或歷史文獻等多源手段對新疆地區各湖泊與濕地變化及其驅動因子進行探討^{[12][13][14][15][16][17]}。相關數據集工作也已展開，但仍存在時段限於當代且未向社會公開數據等問題^[18][19][20]。總體而言，新疆地區較完整的湖泊及濕地時空斷面重建工作的缺乏，限制了對全球變化背景下乾旱區水環境變化研究的深度和廣度。事實上，歷史文獻資料能在全球變化研究中扮演重要角色^[21]。本區域晚清輿圖，特別是民國時期較為精確地形圖的存在，能為本研究提供了較好的數據源支撐。

1 數據採集和處理方法

1.1 數據來源

1.1.1 來源地圖概況

在缺乏衛星遙感等現代技術條件的情況下，近代新疆地區湖泊、濕地的重建工作需要以精確的測繪地圖為基礎。相比於國內其他地區，新疆地區的測繪事業起步較晚，民國之前的地圖存在比例尺不一、誤差較大等問題^[22][23]。在晚清民國諸多實測、編繪地圖中，以宣統元年（1909年）《新疆全省輿圖》和民國24年（1935年）參謀本部陸地測量總局所編繪的一套30萬分之一地形圖（後文簡稱民國地形圖）最具代表性（表1）。

表1 數據源地圖基本信息

地圖名稱	年份	比例尺	配准方式	地圖版本
新疆全省輿圖	1909年	各圖幅不一	經緯線信息/地名	東方學會重印本
新疆軍用地形圖	1935年	1∶30萬	四角經緯度	參謀本部陸地測量總局

《新疆全省輿圖》是新疆現存較為完整的一套近代地圖集，是《新疆圖志》所附輿圖部分，由東方學會於宣統元年（1909年）出版（本數據集使用「東方學會甲子重印本」），共有地圖55幅。該套圖大致反映了19世紀末20世紀初新疆地區的地理格局。圖幅以北京為中央經線，以赤道為中央緯線^[24][22]。

民國地形圖原件目前藏於台灣中研院歷史語言研究所。該圖是近代新疆地區精度最高，覆蓋面最完整的地形圖。據該圖圖說介紹，該圖出版於1935–1936年，套圖應有217幅，實有214幅，缺3幅，基本覆蓋了新疆全境。比例尺為30萬分之一，經緯度置於圖幅四角。反映了20世紀上半葉新疆地區的基本地理狀況^[8]。

地圖要素真實性是數據質量的主要保證。將《新疆全省輿圖》與同一時期的《新疆圖志》^[25]、《新疆鄉土志稿》^[26]等史料對比可以發現，當時材料中的所有湖泊、濕地的位置和形態都在《新疆全省輿圖》中有清晰描繪。同時，《新疆全省輿圖》中的其他要素，如聚落、水系、驛站、道路走向等，也與同期文獻記錄相一致，這基本證實了地圖所繪地物的真實性和可靠性。

1.1.2 優勢與問題

《新疆全省輿圖》與民國地形圖對於重建晚清民國時期新疆湖泊與濕地狀況具有多方面的優勢：（1）空間覆蓋性好，兩套圖圖幅基本涵蓋了現在新疆地區全境。（2）圖幅反映時段具有代表性，過去100年是全球變化尤其是氣候變化最為顯著的階段，圖幅所反映的內容正是數據較為缺乏的20世紀上半期。（3）兩套圖的圖幅保存狀況較好，僅民國地形圖缺少3幅，但對整體重建工作影響不大。（4）圖幅的符號系統清晰，湖泊與濕地較容易辨認及提取。

地圖存在的問題有：（1）《新疆全省輿圖》缺乏較好的數學基礎。編繪者以不規則的政區形狀表示地物信息，採用了詳細表現本政區範圍內的地物要素，對本政區之外採取略繪的做法。加之比例尺較小，新疆本身聚落較少，一些圖幅使用四角或地名配准後發生較大失真與變形。（2）民國地形圖圖說中強調圖幅編繪內容來源各異，繁簡不一。地圖的圖說還提到編繪過程因時間倉促致使圖中位置方向可能存在錯誤。（3）地圖比例尺方面的問題主要集中於《新疆全省輿圖》，表現為各圖幅比例尺的不統一。直接影響了本套圖的圖幅拼接工作。其中所用圖幅比例尺最大的為阜康縣（今阜康市）與孚遠縣（今吉木薩爾縣），25.7萬分之一。最小的為和田州（今和田市，和田縣及墨玉縣一帶）200萬分之一，圖幅平均比例尺約為72.25萬分之一。

1.2 數據採集與處理

本數據集利用近代地圖，參考Landsat影像（Landsat全球合成數據1999–2003）和標準地名進行地圖配准。在ArcGIS10.2環境下識別並提取湖泊與濕地二維矢量數據，統一採用2000國家大地坐標系（CGCS2000）。同時進行誤差調校，最後對數據進行分類編碼，生成數據集（圖1）。對於上文存在的問題，採取以下手段解決：

首先，針對《新疆全省輿圖》配准後所存在的失真與變形問題，對其自帶的經緯系統進行換算。將以北京的中央經線（採用北京主城區116.40°E經線）轉換成0°中央經線的本初子午線，緯度保持不變，統一採用WGS1984坐標轉換方式。變形較大的圖幅採取地名配準的方法進行操作，使地物偏差降到最低。這也是目前對這套地圖所能採取的較有效的處理方法。誤差方面，事實上，近代老舊地圖的數字化存在測量、假定經緯度、隨機及研究本身的誤差。結合現代影像，參考古今地物名稱定位能較好解決這一問題^[27]。本數據集使用CHGIS（中國歷史地理信息系統）4.0 1911年地名治所的空間經緯信息對配准後的圖幅進行誤差測算，即計算出兩者經緯度差，將經緯度差賦予數字化後的湖泊–濕地圖層依次進行空間校正。同時參考Landsat影像，現代電子地圖，歷史文獻志書^{[28][29][30][26][25]}和地名數據進行手工調校。在本套地圖配准信息缺乏與圖幅變形信息不清晰的情況下，這一方法能有效降低誤差。

其次，針對民國地形圖存在的問題，先利用地圖自帶經緯網系統對民國地形圖進行初步定位並配准。配准後，發現其地物信息存在方位偏移現象，分布較為混亂，且未發現明顯規律。將圖中聚落經緯度信息與CHGIS4.0聚落空間位置進行對比，發現類似現象在圖幅中的聚落點也存在。證明這種偏差實際上是由於測繪技術的誤差所導致。參考並利用CHGIS4.0 1911年地名治所空間經緯度信息，Landsat影像和現代電子地圖對偏差較大的圖層進行手工調校處理。

最後，《新疆全省輿圖》各圖幅比例尺不統一問題是當時社會、區域條件制約的產物。清末民初，政局動盪，加之新疆面積廣大，地貌條件複雜影響了圖幅比例尺的統一。但比例尺不統一問題只會對少數地物要素取捨有所限制，對地表水體形態和空間方位，即數據源可靠性不存在影響。

此外，新疆地區湖泊按成因可以分為沉降湖、陷落湖、冰川湖、河間湖、牛軛湖、風蝕湖、潛水溢出湖及人工湖多種^[28]。通過同現代衛星影像對比，發現《新疆全省輿圖》及民國地形圖存在部分水體要素模糊表示的現象。即部分非湖泊或濕地的河谷水源集散地用湖泊符號表示，這可能是由於當時測繪條件所限，採納其他地圖編繪時所做的處理。對於此類情況，在本數據集提取工作中仍保留其原始水體繪製形態。

圖片

圖1 湖泊—濕地數據集生成流程圖

2 數據樣本描述

2.1 數據分類與數據集構建

湖泊和濕地都是地表水資源的重要組成部分。統一對湖泊和濕地信息分類編碼是實現系統內與系統間信息交換，集成與共享的重要途徑。本數據集依據國家標準（GB/T 18521-2001）的自然地理實體類劃分規則標準，結合本數據歷時性的特徵將其劃分1900年與1930年兩大類。在具體年代內再進行水體屬性劃分，即湖泊與濕地（表2）。總體而言，本數據集利用地表水屬性並結合數據源特點進行的標準劃分與分類，最大程度地滿足了構建湖泊、濕地數據集的要求。

表2 晚清—民國新疆湖泊、濕地分類標準與編碼

一級類型	Class	一級分類編碼	二級分類	Subclass	二類分類編碼
1900年代湖泊與濕地	Lakes and wetlands in the 1900s	A010	湖泊	Lake	A011
			濕地	Wetland	A012
1930年代湖泊與濕地	Lakes and wetlands in the 1930s	B030	湖泊	Lake	B031
			濕地	Wetland	B032

在對歷史湖泊、濕地數據進行分類並完成編碼後，構建晚清民國新疆地區湖泊、濕地數據集。數據屬性為面數據，將其分別以「LAKE」和「WETLAND」命名並存儲（表3）。

表3 數據集各要素層劃分情況

數據屬性名稱	要素層名稱	數據類型	要素數量
面數據	LAKES IN 1900	Polygon	538
	LAKES IN 1930
	WETLANDS IN 1900		74
	WETLANDS IN 1930

2.2 晚清民國時期新疆湖泊與濕地空間分布

將提取的湖泊，濕地數據在ArcGIS環境中打開，得出1900年代及1930年代新疆地區湖泊、濕地空間分布格局（圖2）。

圖片

圖2 1900（a）與1930（b）年代新疆湖泊與濕地空間分布

在ArcGIS10.2環境下通過面積計算，可以得到1930年代主要湖泊面積狀況（表4）。

表4 1930年代新疆境內主要地表水體面積

湖泊名稱	歷史名稱	北緯/（°）	東經/（°）	海拔/m	'面積/km'2
烏倫古爾湖	布倫托海	47.2	87.3	489	887.3
羅布泊	羅布諾爾	40	90	768	5610
艾比湖	喀喇塔拉額西柯淖爾	44.8	82.8	189	1229
賽里木湖	西方淨海	44.5	81.2	2073	333.3
博斯騰湖	博斯騰湖	41.9	86.6	1048	621.3
白家海子	白家海（固爾班托羅海）	44.8	87.5	894	185.5
艾丁湖	艾丁湖	42.6	89.2	−161	46.41
瑪納斯湖	阿雅爾淖爾	45.2	85.5	257	945.8
喀納斯湖	卡喇斯湖	48.7	86.9	1374	132.5
海子	天池	42.5	86.7	1900	66.32

3 數據質量控制和評估

利用近代測繪地圖重建歷史時期地物要素最大的問題在於測繪誤差和測量精度帶來的地物空間信息精準性問題。對此，學界已經提出較多可控制的方法^[31][27]。本數據集主要採用以下3種手段進行數據質量控制與評估。首先，利用數字化後所提取的圖層及地表水數據疊加電子地圖比對評估偏移誤差並糾正。其次，參考並利用《西域圖志校注》《西域水道記》《新疆圖志》《新疆水文地理》《中國歷史自然地理》等文獻資料、研究成果和Landsat影像對數字化層進行比對與人工調校。最後，針對可能存在的拓撲錯誤，在ArcGIS10.2環境中進行拓撲檢驗並糾正。以上3種手段一定程度上對數據質量有較好的控制及保證。

4 數據使用方法與建議

本數據集包括新疆地區1900和1930年代兩個時間斷面的湖泊、濕地空間數據。可以在ArcGIS等地理信息系統工具軟件中打開並編輯。本數據集可用於近代新疆地區湖泊、濕地變化評估，構建全球變化背景下晚清—民國新疆地區湖泊、濕地變化過程。此外，還能為歷史時期絲綢之路及民國時期新疆社會研究提供基礎的水環境背景數據。

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數據引用格式

蘇繞繞, 王芳, 潘威. 晚清民國新疆地區湖泊、濕地數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2018. (2018-06-20). DOI: 10.11922/sciencedb.618.