劉 彬，李丹農(nóng)，姚遠方

(1.寧波市測繪設計研究院，浙江寧波315012;2.浙江省工程勘察院，浙江寧波315012)

一、引 言

城市化是國家現(xiàn)代化的必經(jīng)之路，不同地區(qū)、不同國家的城市化發(fā)展呈現(xiàn)出不同的特點。有數(shù)字顯示，我國城鎮(zhèn)化率從20%到40%只用了22年，而西方發(fā)達國家用了幾十年至上百年。然而，我國城鎮(zhèn)化“超速”的負面效應也在顯現(xiàn):城區(qū)擴展過速打破了城市人口、資源、經(jīng)濟、就業(yè)等平衡狀態(tài)。這些現(xiàn)實問題迫使人們對城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展及其與自然生態(tài)環(huán)境的和諧相處進行思考。分析城市空間形態(tài)，掌握城市用地時空演變規(guī)律，對于優(yōu)化城市空間、推動城市發(fā)展具有重大意義。

城市發(fā)展演變研究多基于遙感影像，但是高精度、大面積的衛(wèi)星遙感影像是近20年才慢慢發(fā)展起來的，資料來源的時間段受限。歷史地圖作為城市地表直接映像，具有直觀、信息量大、資料來源豐富等特點，且城市空間發(fā)展演變或多或少地會受到歷史因素的影響，因此利用不同時期的歷史地圖可以很好地查明城市建成區(qū)在空間和時間序列上的變化。本文就如何尋找一種利用不同時期地圖進行空間信息整合，求得系列不同時期城市建成區(qū)范圍的方法作出嘗試。

二、地圖資料收集

本文基于不同時期地圖的空間信息整合方法研究寧波市建成區(qū)演變過程，擬利用寧波市近100年內的歷史地圖作為數(shù)據(jù)源，進行建成區(qū)范圍的比對，即從20世紀初的民國時期直至現(xiàn)階段。這期間的主要歷史時期有民國時期、新中國成立初期、70年代初期、改革開放初期、90年代、21世紀幾個階段。

寧波市歷史悠久，從秦漢時期就已經(jīng)設縣，有固定的常駐居民;唐朝時更名為明州，與揚州、廣州一起作為我國三大對外貿(mào)易港口;宋代時寧波古城的城池、港口、水網(wǎng)路網(wǎng)格局等已基本定型和完備，自此以來一直作為我國對外主要交通貿(mào)易港口，直至清朝的海禁時期。但是寧波在近代史上的興起是隨著鴉片戰(zhàn)爭后作為五港通商口岸漸漸發(fā)展起來的，城市建設發(fā)展有了長足變化，因此本文也就近100年間對寧波城區(qū)的空間演變進行示例分析。

在近代的歷史地圖中，本文分別收集了民國初期(約1912年)(如圖1所示)、1952年(如圖2所示)、1972年、1982年、1994年、2013年共計6幅寧波城區(qū)的不同時期地圖。

圖1 民國時期街巷圖(約1912年)

圖2 1952年寧波市區(qū)全圖

三、不同時期地圖空間整合方法

1.不同時期地圖重要同名地物點的提取

近百年來，寧波城區(qū)變化發(fā)展非常大，單憑普通的城區(qū)道路交叉點、橋梁中點、河流拐彎點等常規(guī)的自然、人工地理要素已經(jīng)不能滿足作為地圖糾正的同名地物點;且受歷史上測繪條件的限制，歷史地圖多為寫意性示意圖，數(shù)學精度無從考證，原圖存在著較大程度的變形，更加大了數(shù)據(jù)配準的難度?；谝陨显颍疚奶岢鲆韵绿崛⊥匚稂c定位、配準的原則。

1)提取亭、臺、碑、塔等歷史遺跡、遺存的相對地理位置點作為同名地物點。寧波古城歷史悠久，城區(qū)內現(xiàn)存有咸豐塔(建于清咸豐年間)、范宅(建于明代)、白云莊(建于明代)、七塔寺(改建于清代)等歷史遺跡、遺存，這些遺跡、遺存歷經(jīng)戰(zhàn)火依然保留了下來，古、今時期的地圖均有標識。雖然這些建筑的位置在歷史地圖中不能準確定位，但依據(jù)道路、水系形狀在圖中能確定其相對地理位置關系，可作配準之用。

2)提取甬江、奉化江、余姚江三江口中心位置作為同名地物點。寧波是沿海港口型城市，水網(wǎng)在城市的發(fā)展、演變過程中起著重要作用。其中三江口是甬江、奉化江、余姚江的交叉點，寧波中心城區(qū)依此發(fā)展而來，其地位及地理位置始終沒變。

3)提取古城的護城河與主要道路網(wǎng)交叉點作為同名地物點。寧波古城之外有護城河，有東、南、西、北4個城門，另有幾條主干道通出城門。這種城市交通模式在海曙區(qū)(老城區(qū))至今依然如此。因此，可提取古城的護城河與主要道路網(wǎng)交叉點作為同名地物點。

2.地圖資料的處理

早期的歷史地圖存儲格式為TIFF格式，均由古地圖掃描而成;20世紀90年代后的地圖均實現(xiàn)了計算機制作，柵格數(shù)據(jù)是從矢量圖中導出而成，地圖的數(shù)學精度及清晰度都有了保障。不同時期地圖的糾正步驟如圖3所示。

圖3 地圖資料的處理流程

1)將收集到的不同時期地圖柵格數(shù)據(jù)準備好;再準備現(xiàn)勢性好、精度高的參照數(shù)據(jù)(本文利用的是2013年WorldView衛(wèi)星遙感影像)作為糾正參照數(shù)據(jù)。

2)數(shù)據(jù)預處理工作。將不同時期地圖、影像數(shù)據(jù)轉為*.img格式，衛(wèi)星遙感影像配準為寧波市獨立坐標系坐標。

3)同名地物點的選取。依照前文所述原則分別在不同時期地圖和遙感影像上選取同名地物點(如圖4所示)。同名地物點盡量均勻分布于圖面上，以保障后期數(shù)據(jù)糾正的正確性。

圖4 同名地物點的選取

4)利用ERDAS軟件進行幾何糾正，糾正好的地圖數(shù)學成果為寧波市獨立坐標系。

3.不同時期地圖數(shù)據(jù)的疊加分析

經(jīng)過幾何糾正后的不同時期地圖具有數(shù)學精度，生成的*.img文件具有地理坐標信息。將糾正過的不同時期的地圖同時加載入ArcGIS 9.3軟件中，分別給予一定的透明度，疊加、比對，至此基本完成了地圖的空間信息整合(如圖5所示)。由此可以直觀、定性地反映近一個世紀以來寧波主城區(qū)的發(fā)展、演變。

圖5 歷史地圖資料疊加

4.不同時期城區(qū)范圍線的提取

由于早期歷史地圖顏色單一，加上年代較久、退色、圖紙保存不當?shù)仍?，掃描?shù)據(jù)清晰度受到一定的影響;另外，早期歷史地圖采用單純底色、單色線條的描繪方法，對城市建成區(qū)的描繪不能清晰可見，需要通過使用人工判讀的方法勾繪建城區(qū)范圍線。至于近現(xiàn)代的不同時期地圖，地圖表現(xiàn)方法有大幅度提高，已用色塊區(qū)分出了建城區(qū)范圍，因此可用一些軟件中的空間分析工具獲取同色系面狀區(qū)域的范圍線。

基于上述原因，在不同時期地圖上判讀城市建成區(qū)的過程中，總結如下幾個方法:

1)城區(qū)道路判別法。歷史地圖中交通、水系要素作為主要地理要素是一直存在的，其中道路交通要素作為人類活動的結果是鑒證城市建城區(qū)的重要標識。寧波市是依江、河航道而發(fā)展起來的城市，在歷史地圖中可以看出以舊城為中心向外呈散射狀。因此，可以通過對城市主干道的判讀，選擇主干道外延區(qū)域提取、繪制城區(qū)建成范圍面。

2)居民地判別法。主城區(qū)與外圍郊區(qū)存在一定的中間區(qū)域，即城郊結合部分。在歷史地圖中，此區(qū)域面積較小，這與從前的生產(chǎn)力是相適應的。郊區(qū)農(nóng)村居民以點狀符號和文字注記作為主要表達形式，在已構成主城區(qū)建成范圍面的基礎上加繪與之相連的農(nóng)村居民區(qū)域，共同構成城市主城區(qū)范圍面。

通過各不同時期地圖的疊加、判讀、勾繪，得出各取樣年代寧波市城區(qū)的擴展演變圖(如圖6所示)，以及各年代的建成區(qū)面積增長曲線(如圖7所示)。從這兩幅圖上不難看出，寧波市在近百年間城區(qū)范圍不斷增大，尤其是近20年間內擴張?zhí)貏e明顯;寧波市作為對外港口型城市，港口的發(fā)展促進了與之相聯(lián)系的交通干線的伸展，交通干線促進城市沿軸線走廊式生長。這種生長將控制城市的總體格局與伸展趨勢(向東和向南方向)，決定著城市的發(fā)展前景。

圖6 寧波市城區(qū)的擴展演變圖

圖7 寧波市建成區(qū)面積增長曲線

四、結束語

本文通過對歷史地圖進行空間定位、糾正、配準、判讀、提取建成區(qū)范圍線等工作，將寧波市近百年來的城市空間發(fā)展變化在一張圖上體現(xiàn)出來，可以清晰地看出其中的發(fā)展和變化趨勢。以寧波市為例，該方法拓展了研究時間跨度，豐富了研究數(shù)據(jù)來源，彌補了由于缺少遙感資料而不能作大時間跨度建成區(qū)空間發(fā)展演變分析的不足，為城市空間擴展研究提供了新的方法和思路。但是這種方法也有一定的弊端:首先是數(shù)據(jù)分析成果受歷史地圖的詳細程度影響很大，地圖的質量直接與提取的建成區(qū)面積相關，存在一定的不確定性;其次，對于較早期的歷史地圖進行人工判讀提取城區(qū)范圍線，雖有一定的原則和指導方法，但不同的人提取的建成區(qū)范圍線會不盡相同，存在一定的主觀性。

［1］李加林，朱曉華，張殿.群組型港口城市用地時空擴展特征及外部形態(tài)演變——以寧波市為例［J］.地理研究，2008(3):275-283.

［2］裴勇軍，周光紅，田學軍.基于GIS和RS的城市空間形態(tài)變化研究——以西昌市為例［J］.測繪通報，2013(S2):217-221.

［3］張赫，陳天，程功，等.基于歷史地圖數(shù)字化分析的城市空間特色演進研究［J］.城市發(fā)展研究，2013，20(7):I0011-I0016.

［4］楊勇，任志遠.基于GIS的西安市城鎮(zhèn)建設用地擴展研究［J］.遙感技術與應用，2009(1):46-51.

［5］李建，董衛(wèi).古代城市地圖轉譯的歷史空間整合方法——以杭州市古代城市地圖為例［J］.城市規(guī)劃學刊，2008(2):93-98.

［6］王磊，段學軍.長江三角洲地區(qū)城市空間擴展研究［J］.地理科學，2010，30(5):703-709.

［7］李保杰，顧和和，紀亞洲，等.基于地學信息圖譜的礦業(yè)城市空間擴展研究——以徐州市為例［J］.地域研究與開發(fā)，2012，31(1):50-54.

［8］李飛雪，李滿春，劉永學，等.建國以來南京城市擴展研究［J］.自然資源學報，2007，22(4):524-535.

［9］李曉峰，張樹清，韓富偉，等.基于多重信息融合的高分辨率遙感影像道路信息提?。跩］.測繪學報，2008，37(2):178-184.

［10］LI L，YOHEI S，ZHU H.Simulating Spatial Urban Expansion Based on a Physical Process［J］.Landscape and Urban Planning，2003(4):67-76.