建立地理空间数据库分析欧洲铁路（1830-2010） —— 历史GIS方法外文翻译资料

 2022-08-21 23:12:28

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建立地理空间数据库分析欧洲铁路（1830-2010）

—— 历史GIS方法

摘 要

GIS是一种工具。我们可以用它学习发生在地球表面的各种现象分部的逻辑。在这篇文章中，我们旨在探索它在长期历史研究中的潜力。这里，我们开发出一种历史GIS系统关于在1830-2010时期的欧洲地铁。使用传统分析以便估量地铁的地域性影响和人口分布的影响。这是一种对于这种需求的回应。这项工作主要的内容：宣传空间数据应用的延伸；解释方法以便更好得开发系统；强调一些通过它已经获得的结论。迄今为止，在研究该铁路的地域影响方面，HGIS所提供的可能性还很少被探讨。类似的，到现在，在欧洲范围内几乎没有工作在这个领域里。因此，本HGIS最具创新性的方面在于所使用的方法和所处理的主题。

关键字 地铁；历史GIS；历史地理；欧洲

1.引言

铁路在欧洲领土组织中发挥了重要作用，因为它一直是城市和经济增长及转型的主要引擎之一。这一点从1830年利物浦和曼彻斯特之间的第一个定期客运和货运服务开始，直到20世纪下半叶大众汽车运输的出现都可以看出。

本文介绍了1830-2010年欧洲铁路的历史地理信息系统（HGIS）。它在两个不同的层面上也作出了重要的方法学贡献。首先，它解释了这项工作是如何进行的，因为这是一种方法，可适用于世界其他地区的类似研究或其他类型的运输基础设施。其次，探讨了历史和地理参考数据库的潜力。

我们认为HGIS是分析欧洲铁路网影响的工具。作为一个案例研究，旧铁路网特别引人关注，因为它是铁路网发展的第一个地方。在欧洲，从1830年起，工业化国家参加了一场发展各自铁路网的竞赛，并向更多的外围国家投资。这个概述是相关的，但是这个数据库也可以用于在国家一级进行更详细的研究，我们将在后面看到。

利用地理信息系统的潜力提供的优势是“hellip;hellip;使用这些工具和技术可以让历史学家从根本上重新审视空间在学科中的使用方式”[2]。HGIS提供了一种新的分析方法，其经验基础是对传统的描述性研究方法的补充。这种从历史的角度分析铁路网的方法，到目前为止还很少被探索。

我们现在继续讨论一些其他的、更早的研究，确定我们的主要工作。在解释和证明建立数据库所采用的方法之前，我们将详细说明所咨询的来源及其各自的特点。然后，我们将展示通过分析这些数据而获得的一些结果，并以地图、图表的形式呈现出来。最后，我们将确定未来的研究方向：如何处理这些信息；哪些数据可以交叉；以及可以获得哪些结果。

2先进的技术

这个HGIS的创建是对需要进行几个与欧洲铁路发展相关的描述性和定量研究的回应。本质上，我们希望在分析这一基础结构时，赋予空间成分应有的重要性。在本节中，我们将展示其他作者是如何朝着这个方向努力的，尽管仍然需要一个关于整个欧洲社会经济因素的历史数据库。这是一个需要良好组织度的经验任务，Siebert[3]为如何实现这一目标提供了指导。

近年来，地理信息系统的潜力及其在不同学科中的应用得到了充分的证明。在研究中，它不仅被认为是绘制描述性地图的工具，而且还被认为是存储有关领土的社会经济数据的存储库，以及分析历史模式及其时空演变的工具[4,5]。欧洲铁路的建设和影响是几个可能的研究案例之一。

地理信息系统（GIS）在铁路日前路网的管理和分析中得到了广泛的应用，但对其历史组成部分的研究并不多见。尽管如此，在地理信息系统中已经建立了地理数据库，其中包括与铁路有关的历史数据。它们甚至被用来进行一些不同的社会经济研究[6-11]。然而，这些数据库只涵盖国家领土，并包含有关铁路基础设施的详细信息。因此，有必要在大陆范围内更全面地集中注意，这应符合相当普遍的利益，如本条所述。

在所有使用HGIS解决区域铁路发展问题的研究中，我们或许应该强调由Loren Siebert和Jeremy Atack进行的研究。Siebert描述了为Kanto（日本）建立铁路数据库的过程，目的是利用地理信息系统研究运输网络的历史。阿塔克等人。[12] 还开发了一个铁路HGIS来分析1850-1860年间美国中西部的城市化和人口增长。

就欧洲而言，当我们试图分析一个国家或地区时，我们常常发现，我们的研究可以获得完整可靠的数据，但这些数据往往侧重于每个地区或国家的特点。因此，需要为整个欧洲领土建立一个历史数据库。如果没有这一点，调查泛欧一级的社会经济进程，而不将研究局限于国家范围的任务将是复杂的。为了促进这一进程，INSPIRE1指令旨在为整个欧盟建立空间数据基础设施，并整合所有成员国的地理信息。在这一框架内，地理信息系统将为整个欧洲提供一套空间数据，其中包括：城市中心、交通网络、水文、地形等。这些举措的主要目的是为整个欧洲收集地理数据。然而，不幸的是，就目前而言，历史部分仍然非常不发达。

我们在这里所做的贡献遵循这样一条主线：这是一个历史铁路数据库，旨在定量分析铁路的演变和对整个欧洲的影响。然而，要做到这一点，就需要有一个在所有不同欧洲国家都具有同质性和可比性的数据库。

3.信息源

在任何研究过程中，寻找历史数据往往是最慢和最困难的部分，因为文献往往是有限和难以找到的。为了弥补这些局限性，有必要寻找并整合各种来源[4]，但还应补充的是，这也会损害所获得结果的可比性。与铁路有关的历史数据就是这样，因为没有一个单一的同质文件系列提供1830-2010年期间整个欧洲铁路网演变的信息。

正是由于这个原因，我们在这篇文章的另一部分专门讨论了我们的信息来源。我们首先评论源的类型，将它们分为书面文档和地图。这种分类是对我们必须使用的不同格式的响应，我们随后将对此进行解释。最后，我们将提到并解释为建立铁路数据库而查阅的主要文件。

书面资料通常可以在不同国家铁路公司和/或基金会的历史档案中找到。这些都是完整的，有详细的资料，每一个国家的铁路历史。然而，这些来源之间缺乏统一性，这使得很难对整个欧洲网络的演变进行比较研究。

地图通常在特定时刻提供空间的快照，尽管有些地图显示了特定主题的演变。它们往往是复杂的，因为它们综合了各种信息。然而，在我们的案例中，我们使用铁路专题地图作为首选来源，因为它们突出了铁路线。尽管这些来源往往是针对游客的旧版本，但这些地图往往是准确的，使我们能够追踪铁路网的历史演变。第一步是确定出版年份、地图比例尺、所示线条的类别以及用于区分它们之间的标准。不幸的是，在1830-2010年期间，欧洲没有单一的同质化铁路地图系列。地图通常在特定时刻提供空间快照，尽管有些地图显示了特定主题的演变。它们往往是复杂的，因为它们综合了各种信息。然而，在我们的案例中，我们使用铁路专题地图作为首选来源，因为它们突出了铁路线。尽管这些来源往往是针对游客的旧版本，但这些地图往往是准确的，使我们能够追踪铁路网的历史演变。第一步是确定出版年份、地图比例尺、所示线条的类别以及用于区分它们之间的标准。不幸的是，在1830-2010年期间，欧洲没有单一的同质-新异铁路地图系列。因此，我们选择了可用的最大系列，并借助国家铁路地图或更一般的专题地图（如地图集）填补了信息空白。

一个地理参考图与一个覆盖的矢量层的世界数字海图，使我们能够区分每一条铁路线。同时，书面文件为我们提供了特定线路开通和/或关闭年份的信息，以及始发地和目的地的市政设施（或车站）的信息。这是相当缓慢的协商，因为地图支持是需要覆盖视觉上的缺点，但获得的结果往往更完整和详细。

有几个重要的地图来源可以找到铁路线出现的历史地图，包括：剑桥大学图书馆、大英图书馆、法国国家图书馆和苏格兰国家图书馆。

我们用于本项目的主要信息来源是：

1） World3的数字图表，是一个1:1000000比例的矢量数据模型，由美国国防测绘局（DMA）创建，1992年由环境系统研究所（ESRI）发布。除其他特点外，这与欧洲的铁路有一层关系。从中，我们得到了铁路的空间组成部分，包括除英国以外的欧洲铁路线的布局。

2） 英国铁路，历史地图集[17]是英国铁路地图集，分两卷出版：第一卷，英格兰和威尔士，第二卷，苏格兰。作者Michael H.Cobb确认，“本图集的目的是展示1807年至1994年期间英国所有铁路通车的历史细节”[17]。地图比例尺是1英寸到1英里，所以这些地图既详细又精确。从这个来源，不仅可以得到空间的组成部分：线路的布局和车站的位置，而且还可以得到车站开放和关闭的年份。

3） Thomas Cook publishing提供了一系列欧洲铁路地图，其中每一张地图都显示了每一版本出版时向欧洲游客推荐的线路。尽管本系列最初是针对游客的，但它是研究铁路历史时需要认真考虑的数据源。20世纪70年代以前出版的地图不便作图解。然而，从1978年开始，这些数据变得更加完整，还包括与线路类型有关的信息（如窄轨、干线、高速线路等）。

4） 约翰·巴塞洛缪和儿子是哈珀·柯林斯收购的一家出版公司。自1826年成立以来，它出版了许多不同主题的欧洲地图册和地图。这家出版公司通过与苏格兰皇家地理学会的联系获得了声望[18]。

5） 欧洲铁路历史年表4网站包含了从1834年到1939年欧洲铁路的地图。该网站显示了整个欧洲（窄轨铁路除外）的铁路线，每年都有，超过100年。然而，在一些领域，有必要检查所提供的所有信息是否符合实际情况。

6） 为了完成数据库并填补一些与早期材料未解决的信息缺口，我们还查阅了其他国家一级的信息来源。这些通常由研究小组或国家铁路基金会提供。我们还查阅了包括铁路网完整信息的国家和国际地图集。

4.方法论

铁路数据库的发展经历了以下几个阶段：1）信息源的查找和评价；2）从选定的文献中重建欧洲铁路网的演变；3）拓扑误差的修正。下面将详细介绍这些不同的阶段。

对信息来源的搜索表明，与英国相对应的领土与欧洲其他地区之间的信息可得性存在差异；因此，我们决定对这两种情况使用不同的方法。对英国来说，有一个来源提供了完整的信息，从中可以提取线路的布局和开通年份，在某些情况下还可以提取关闭年份。我们还得到了各站的位置及其开闭年限。然而，这些数据并不适用于非洲大陆其他地区。对于欧洲其他国家，我们提供了各种信息来源，但不可能获得与我们无法找到的有关每条线路开通和关闭年份的相同详细程度的信息。

实现我们的数据库的一个可行的方法是以相同的时间间隔组织历史序列；在这种情况下，我们使用十年的间隔。我们建立了这一时间间隔，基准年以0结束，因为有必要将我们的铁路数据与城市和区域范围内的人口数据联系起来。间隔时间定为十年，以配合全国人口普查数据，这是所用信息的主要来源。在大多数国家，官方人口普查是以十年为间隔进行的，基本参考值与05年结束的年份相对应；这就是我们决定使用这一间隔和基本参考值的原因。

重建欧洲铁路网（英国除外）的发展阶段是以世界数字地图为基础的。通过查阅历史地图学和其他文献，我们确定了在0年（1830、1840、1850hellip;）结束的年份中，哪些线路在1月1日投入使用。然而，尽管它通常是相对准确的，但本文档通常并不涉及非常精确的数据。

图1是这个过程的一个例子。世界数字海图（DCW）矢量层的线在之前的地理参考之后，已经被覆盖在2001年版的Thomas Cook铁路图上。绿线是与2000年运营的铁路线相对应的DCW线，而红色线表示2000年未运营的DCW线。

相比之下，英国的铁路地图[17]允许我们对英国进行更详细的分析。它的类型是独特的，因为它提供了位置和一年的开放和关闭的不同延伸的英国网络和它的车站。此外，地理参考地图产生了一个低RMS6，它总是小于0.2毫米，这要感谢没有任何变形的光栅格式的图像的可用性。

英国的铁路线是用电脑鼠标数字化的。然后使用从同一地图集收集的信息编辑数据库字段。

图2显示了从atlas中提取的片段示例[17]。这是为了获得整个欧洲所希望获得的最佳细节水平。

为英国提供的数据非常精确，允许我们进行详细的研究，但在进行组合分析时，这些数据必须简化，并与欧洲的其他数据一致。

下一阶段涉及到地形误差的校正，这些误差是由空间特征随后相互连接的方式引起的[19]。

为了纠正拓扑错误，采用的拓扑规则如下：线路不能重叠（重复线路）；铁路线路必须位于欧洲边界内。最后一个条件要求边界为多边形向量层。

最好进行一次验证，以确保所有开放的车站实际位于运行中的铁路线上。然而，我们没有关于欧洲所有（开放或关闭）车站位置的完整信息。因此，只有为英国进行这一行动才有可能。

结果是一个包含所有主要和高速线路的铁路矢量层。从1830年到2010年，数据库中每年都有一个以零结尾的字段，该字段提供有关线路是否在使用的信息。就位于英国的铁路而言，该数据库还包含有关线路开通和关闭年份的信息。

欧洲干线采用标准轨距（1435 mm），爱尔兰（1600 mm）、伊比利亚半岛（1668 mm）、芬兰和波罗的海共和国（1524 mm）干线为特例。高速线路是最近修建的，用于快速运输（商业速度超过250公里/小时）。由于目的是集中于基本的客运网络，并撇开更具地方特色的线路，因此省略了窄轨、旅游和货运线路。此外，将所有窄轨铁路纳入在大陆范围进行的研究是不可行的。

这一铁路矢量层伴随着另一个显示英国火车站。数据库包括一些显示不同站点开放和关闭年份的字段。

最终数据的地理坐标系为1989年欧洲地面参考系。这是国际大地测量协会欧洲参考框架小组委员会自1990年以来推荐的欧洲数据参考系统[20]。

5.目前正在进行的成果和工作

这

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