摘要古舊地圖作為空間地理信息載體，為歷史地理學研究留下了一筆財富。文章依據BingMaps(無偏移)影像分區域選取至今無變化地物作為參考點，配準1932-1933年的一萬分一《西京市區》圖，數字化并建立該時期西安城郊地區地理數據庫，為后續研究提供數據;解譯《西京市區》圖中的地理信息，不僅對古舊地圖起到保護作用，而且為城市化發展、交通網絡變遷、水系變遷、重建局部區域土地利用全要素等專題研究提供了翔實的數據。該方法對指導無經緯度、大比例尺城鄉地圖具有指導意義。

　　關鍵詞大比例尺;城鄉地圖;數字化;提取方法;應用價值

　　0引言

　　數字地圖是伴隨計算機技術與地理信息技術發展而產生的新型地圖形式，在計算機或電子屏幕上顯示，信息量豐富，能提供正確及時的地理信息，修改、檢索、傳輸方便。由于數字地圖可以表示的信息量遠大于普通地圖，成為地圖最重要的發展方向。數字地圖也是紙制地圖的數字存在，紙制地圖數字化成為處理早期地圖的重要內容，特別是將古舊地圖中的信息轉化為GIS數據，制成數字地圖，可以提取更準確的地理信息，如歷史時期的疆域范圍、城市結構、聚落分布、山川形勢、行政區劃、交通網絡，并與今天的河流、山脈、政區、路網相疊加，直觀地表達出歷史時期的地理特征，為后續研究提供數據基礎。

　　數字經濟論文范例：數字經濟管理中的自主決策

　　因此，近年古舊地圖數字化成為歷史地理學新興的學科方向[1]。比如，利用古舊地圖數字化提取，對歷史時期政區的復原[2-3]、歷代土地利用格局的重建[4-5]、針對古代交通道路的復原[6-7]、生態環境演變研究[8-10]、地名的演變探析[11-14]、區域經濟的研究[15-16]，提升了歷史地理學研究精度。然而，古舊地圖多以小幅呈現，且年代久遠，在保存過程中出現紙張變形、褪色、缺失、破損的現象，因此數字化過程準備工作——地圖的處理顯得十分重要。

　　此外，進一步得到的GIS數據還受到數字化過程中地圖測繪精度、儀器的限制、數字化方法、采樣要素等因素影響，存在一定的誤差，針對這些問題，相關探討在逐年增加[17-19]。1980年代末，美國國家地理信息與分析中心(NCGIA)召開空間數據庫精度的專題研討會，目的是為GIS數據誤差研究擬定方向和立題，標志著GIS數據誤差問題系統研究的開始[20]。目前對古舊地圖數字化得到的GIS數據誤差大體可歸為三大類：

　　一是數據源誤差，主要有控制點和地物點引入的誤差及展繪點誤差、地圖投影變形誤差、地圖編繪、印刷、復制等誤差、地圖紙質材料變形的誤差。二是數字化過程中產生的誤差，即處理誤差，主要包括數字化儀器精度誤差和操作人員引起的誤差[21]43-45。三是應用誤差，主要指數字化的空間數據在使用過程中產生的誤差。為避免GIS空間數據誤差的繼續傳播甚至擴大，最終影響成果的可靠性，GIS空間數據的精度分析與質量控制對后續的研究有著很大的意義，國際上GIS的研究機構(如NCGIA和UCGIS)均把GIS中的精度分析與質量控制作為當代GIS研究的戰略重點[21]1。

　　對古舊地圖的數字化，誤差糾正最核心的步驟還取決于針對第二類誤差的修正，也就是在數字化過程中如何選擇最好的方法，以達到將誤差降低到最小值。它對專業技術人員數字化過程提出更高要求，目前學界針對這一研究的成果包括清代三大輿圖——康熙《皇輿全覽圖》《雍正十排圖》《乾隆十三排圖》數字化方法探討[22-23]，民國1：5萬、1：10萬大比例尺地圖的數字化與誤差系數研究[15]。本文以民國21年(1932年)《西京市區》圖為例，探討一萬分一大比例尺城鄉地圖的數字化方法及其精度控制，探討作為史料的《西京市區》圖數字提取的價值、意義。

　　1民國一萬分一《西京市區》圖的基本信息

　　西北地區的地圖資源相對于東部數量偏少，開展現代地圖測繪工作的時間也短，相關地圖資源運用于歷史研究還有待進一步開發。陜西省地處西北的東大門，測繪工作起步相對早些，大面積測繪地形圖始于民國4年(1915)，陜西省陸軍測量局測繪1：5萬地形圖，測繪的范圍大體集中于關中地區。但由于時局動蕩，人才資金短缺，到民國36年(1947)只完成283幅，占應測圖幅數45.3%[24]7，這中間民國6年(1917年)調查陜西全省1：10萬地形圖，至民國18年(1929)基本完成地形圖204幅，覆蓋長城以南全省土地。陜西省地圖測繪工作最集中的時期是在抗戰后。1931年“九一八”事變爆發后，東北、華北、東南相繼淪陷，國民政府將經略目光轉向西部，開始開發西北。1932年3月國民政府打算以長安(今西安)為陪都，定名西京，組織籌備西京委員會[25]6，1934年成立西京市政建設委員會。

　　本著“籌備西京，首重測繪”[25]196的認識，西京籌備委員會、西京市政建設委員會自行或委托陜西陸地測繪局、參謀本部航空測量隊和參謀本部陸地測繪局先后測量、編繪、印制有關西京城關、市郊地形圖。本文所述65幅一萬分一紙本彩繪《西京市區》圖即是其中規模最大的西安城區全圖，由西京籌備委員會組織，民國21-22年間測繪，民國23-25年間繪成。《西京市區》圖全圖共計65幅，覆蓋范圍東抵灞河，南及樊川，西達灃河，北至渭河，約3328方里①。每幅圖幅面長、寬表示實際長7里，寬6.7里[25]159，且有完整的圖廓。

　　該套地圖由西京籌備委員會測量隊進行調查、清繪，參謀本部陸地測量總局代印，六色印刷，比例尺精度1：1萬。主要測圖、清繪時間均為民國21-22年(1932-1933)，集中于民國22年(1933年)，分別占總圖幅的68%和66%;制版時間為民國23-25年(1934-1936)，集中于民國23年(1934)、24年(1935)，分別占總圖幅的46%、48%。整套圖無平面信息，參考《陜西省志·測繪志》記錄可知，民國時期陜西省無統一起算點，只是按測區以天文點為準設獨立(假定)坐標系[24]13，標高是由建設廳建國公園(現陜西省西安市兒童公園)內水準點之結果推算以海州(今連云港市西部，隴海鐵路上)中等海水面為基面[24]14。

　　受繪制時長及存放條件影響，該套地圖各幅色彩顯示輕重不同，有些圖幅呈現發黃跡象。除鐘樓西、鐘樓東、七里鋪、閣老門、灞橋原圖破損，鐘樓東、西、閣老門三圖有粘貼痕跡，玉女門、魚化寨、杏園頭原圖有明顯褶皺，徐家灣、興隆村、馬蹄寨原圖有污跡外其余圖幅基本保存良好。水井、廟宇、河流水系、交通網絡、等高線、城市、鄉村聚落等信息尤為豐富，從地圖學角度來審視，該地圖信息量極大，實為城市實體、鄉村聚落、河流水系、網絡交通綜合體，典型性較強，數據資源難能可貴。同時該圖雖為大比例尺地圖，但缺乏經緯度信息，這為地圖數字化工作增加了很大的困難。探討這種古舊地圖的數字化問題，對更精確地利用這種地圖資源具有重要意義。

　　2民國一萬分一《西京市區》圖的配準及數字化

　　2.1基于在線無偏地圖的配準

　　由于地圖保存質量參差不齊，因此配準前，首先對圖幅進行一定處理。根據65幅《西京市區》圖，分別掃描為寬9975px，高7376px，分辨率為400dpi的柵格圖片。掃描過程中產生細微形變，因此在數字化前，先采用軟件PhotoshopCS6對掃描的底圖進行透視裁剪，對產生形變的底圖進行鏡頭校正，去掉外圖廓，并對底圖進行顏色校正，使地圖能較好地保證圖質質量，且可較好地識別地圖中的字體標注等信息;然后再利用Arcgis軟件實施地理配準，賦予《西京市區》圖空間位置信息。

　　因該套地圖沒有經緯度參考，且民國21-22年至今約90年，西安發展變化較大，尤以城墻周圍地區變化最為明顯，因此，配準是否精確直接影響到GIS數據的質量，在數字化數據前對數據進行誤差分析有著重大意義，可以避免數據誤差逐級的傳遞。針對像萬分之一《西京市區》圖這樣一套無經緯度坐標，但有參考點的多幅大比例尺古舊地圖進行數字化，可以依據可直接定位的圖幅來得到其他圖幅的經緯度，從而地理配準賦予原圖空間位置信息。也可以先將所有圖幅拼接起來，然后從現今無偏差的遙感影像選取至今未變化的地物進行配準。還可以小范圍拼接然后配準。由于該套地圖圖幅較多，距今時間較長，西安城市發展變化較大，按在線地圖選取大量參考點比較困難，按經緯度配準或一次性大面積整體配準的誤差也會變大。

　　因此，本次配準選擇適當的小范圍先拼接再配準。配準所參考的現今無偏差遙感影像為Arcgis軟件中SimpleGIS在線地圖插件forArcMapV3.1下的BingMaps②(無偏移)。在配準前先將原圖小范圍進行拼接，再分區域選擇參考點進行配準，每個區域選取參考點至少7個，并且要在圖幅四周選取控制點，以避免造成地圖外擴，盡可能滿幅均勻選取，以達到配準最高精度。

　　本次配準按《西京市區》圖的拼接表列(圖2)分為3組，第一組為前兩列(12幅)，中間三列為第二組(24幅)，最后三列為第三組(29幅)。因清末至民國時期地圖尚無精確的橢球參考基準，所以數字化賦予《西京市區》圖的地理坐標系為WGS1984。

　　選取的參考點主要是明城墻四頂點、四城門、大雁塔、小雁塔、鐘樓等地標建筑以及河流堤壩、橋梁等具有明確可定位、未位移的相關參照物，且這些地物均勻分布在地圖的各個方位。河流侵蝕導致河床下蝕，且受氣候等因素影響大，本項配準盡量避免不選取河流作為參考點。配準過程中刪除誤差較大的參考點，用以調整變形較大的區域;適當參考配準好的地圖邊界處的特征點，以調整參考點較難選擇的區域。最后利用ArcTollbox中的無縫鑲嵌工具，將65幅地圖拼接成一個整體，方便后續數字化。

　　2.2圖幅配準誤差分析

　　將上述操作結果疊加到BingMaps(無偏移)影像上，選取一定量的參考點作為評價配準精度高低的參照系。由于一萬分之一地圖當中，聚落是以面狀符號來反映，且民國時期至今聚落持續發展，因此，選擇通過提取BingMaps影像中聚落的中心點與數字化民國時期聚落中心點進行誤差的大致估算，通過分析地圖特征，選取民國至今地名一致的31個聚落中心點作為評價配準結果的參考點，每個區域選取至少10個參考點，統計31個聚落中心點與實際位置的偏差，得到《西京市區》圖地理坐標差值及其偏移距差。

　　上述統計發現本次配準的《西京市區》圖精度良好。大體來說，各區域間偏移程度不同，第一組聚落樣本中心位置整體偏移程度較小，經度位置整體向南偏移，緯度位置整體向東偏移。第二組聚落樣本中心點位置整體偏移程度稍大于第一組，經度位置整體向南偏移，緯度位置整體向西偏移。第三組是本次配準過程中誤差較大的區域，整體上經度位置向北偏移，緯度位置向西偏移，是因為第一組較第二、第三組圖幅少。

　　但對整套圖來說，31個聚落樣本中心點偏移的位置均較小，基本與實際位置偏移距離都保持在3m以下，整體上經度位置偏移稍大于緯度位置，但偏移方向和程度不同，聚落位置坐標經度整體向西偏移，緯度整體向南偏移，平均偏移距離約1m。應該說以上較小的誤差值在地圖整體利用當中，可以忽略不計，數字化地圖可以進行下一步的科研利用。

　　需要說明的是，選取樣本具有隨機性，加上考慮到民國以來西安周邊社會經濟變化大，聚落擴張的重心具有不確定性。雖然本研究采用的以聚落中心點的位置偏移來探討配準數據的精度存在一定的誤差，但從最終配準數據疊加到BingMaps(無偏移)影像結果看，民國時期的聚落區基本落在今天聚落區范圍之內，河流也基本落到現今河床之內，因此上文所統計的誤差所反映地物整體偏移趨勢還是可以作為參考。

　　在誤差允許的范圍內，可以認為利用參考點配準底圖得到的結果與實際位置相差不大，基本可以忽略不計，可以繼續后續研究。在本研究中，除“鐘樓西”圖幅破損帶來的原圖少許誤差外，主要是數字化過程中配準的參考點的選取是否得當直接影響了GIS數據的精度。相比較，依據定位的圖幅獲取地圖經緯度實施地理配準，以及先將所有圖幅拼接起來，然后從現今無偏差的遙感影像選取至今未變化的地物進行配準的結果來說，適當小范圍拼接然后配準的結果更為精確③。

　　2.3圖幅的數字化賦予《西京市區》圖地理位置信息后，借助地理信息系統軟件ArcGIS，先對《西京市區》圖進行數字化，然后通過點、線、面等數據結構，采用坐標形式對圖中的地理實體進行表達，提取民國21年-22年(1932-1933年)西京市區各要素的幾何位置和屬性信息，建立《西京市區》圖信息數據庫。其中，點圖層有墳墓、廟宇、水井、土地廟等地物，線圖層有河流、城墻、土墻、交通路線等地物;面圖層有湖泊、沙洲、居民區等，整個區域覆蓋西京市城郊地區約832km2范圍。每個圖層均設計詳細的屬性表，方便查詢與使用。

　　2.4圖幅數字化方法的探討

　　民國萬分之一大比例尺地圖保存較多，多數為城市地圖，部分城鄉一體的圖幅也采用該比例尺編繪，其間仍有差異。針對這樣一批圖幅進行數字化提取，可以建立多個時空界面的地理信息圖層，意義重大。然而，目前該比例尺圖幅的數字化工作多未展開，《西京市區》圖具有一定的典型性，它屬民國萬分之一大比例尺實測地圖當中圖幅較多的一種，同時它有參考點、無經緯度坐標，針對這樣一套地圖進行數字化，如何能得到最精準的定位與最精確的復原，方法非常重要。為與分區域選擇參考點進行配準的結果進行比較，我們也曾選取與文中一致的31個聚落中心點，依據經緯度配準，進行整體拼接，發現誤差值基本都在2-10m，比較小范圍分區域配準明顯誤差要大，有些區域誤差會成倍增加。以上實踐為相關地圖的數字化可以提供一個參考。

　　3民國一萬分一《西京市區》圖數字化的價值與意義

　　3.1建立民國時期西京市區歷史地理數據庫

　　借助地圖數字化得到民國21-22年西京市自然與人文要素地理數據庫，結合文獻統計資料、當代遙感數據，為研究西安城市形態、人文景觀以及環境變遷提供了資料支撐。西北地區文獻、檔案資料并不豐富，受經濟技術限制，相關器測數據在民國時期存留少，且不成體系，有這樣一套數字化地圖資源，對復原民國年間西安市區的環境信息幫助極大。

　　4結語

　　將無經緯度參考的多幅民國大比例尺《西京市區》圖依據Arcgis軟件的SimpleGIS在線地圖插件下的BingMaps(無偏移)影像小范圍拼接，然后分區域選取至今未發生變化的地物作為參考點，使之與今天的西安城市地圖絕對配準，達到了古今地圖的對照，并依據聚落中心點位置誤差來分析配準的精度，發現對于依據定位的圖幅獲取其他地圖經緯度實施地理配準，以及先將所有圖幅拼接起來，然后選取參考點進行配準的結果來說，適當小范圍拼接然后配準的結果更為精確。

　　它為民國其它區域同比例尺地圖的數字化提供了一個可參考的方法，是該比例尺地圖數字化的一個較好樣本。精確解譯《西京市區》圖中的地理要素，極大程度地保留了民國時期西安地區的原始信息，對該圖起到了很好的保護作用。通過對該圖的分層數字化，建立相應的屬性表，形成了一套以該圖完成的民國21-22年為時間界面的覆蓋西安市區東抵灞河，南及樊川，西達灃河，北至渭河，約832km2范圍的歷史地理數據庫，包含墳墓、廟宇、土墻、水井、道路網絡、河流水系、城鄉居住區等信息，為研究西安市歷史地理提供便利，尤其是在聚落地理的研究上，可以通過數字化直接獲取更為準確的聚落用地數據，讓我們在以往對聚落用地的采取估計的方法基礎上提升了結果的可靠性。

　　而且也為我們研究聚落的規模、形態、各聚落用地的時空變遷以及聚落間互動關系強弱奠定了基礎。同時，通過對該圖的數字化，并與此后各個時期陜西繪制的相同地區的地圖進行空間對比分析，可以研究陜西不同地圖測繪機構技術間的異同，可進一步完善陜西的測繪史。最后，我們通過一萬分一《西京市區》圖的數字化方法探討，也為相關類似地圖的數字化提供了一個方法依據，為以后此類地圖更加精確的復原提供一個模版。

　　參考文獻

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　　作者：張萍,雙靜如