基于GIS的宗教景觀空間分布特征分析

耿曉暉 張小麗 劉軍儒 陳 碩

(61206部隊(duì)，北京 100042)

基于GIS的宗教景觀空間分布特征分析

耿曉暉 張小麗 劉軍儒 陳 碩

(61206部隊(duì)，北京 100042)

宗教景觀空間分布研究對于拓展歷史、文化地理學(xué)的研究事業(yè)和方法具有重要意義。本文以北京地區(qū)為例，利用GIS技術(shù)對五種宗教文化景觀的格局特征進(jìn)行研究，制作出密度圖；根據(jù)宗教景觀樣本點(diǎn)的因變量和自變量取值建立宗教景觀密度與交通密度、人口密度和高程的多元線性回歸模型，解釋影響宗教傳播的因子，為宗教文化景觀的選址及宗教文化的研究提供科學(xué)依據(jù)。

宗教文化景觀 密度分析 多元線性回歸 空間分析

1 引言

在文化地理研究中，宗教一直是重要研究內(nèi)容之一[1]。近年來，在宗教文化地理研究的理論和技術(shù)手段方面，國外已有研究將GIS技術(shù)與宗教景觀研究相結(jié)合。Sopher總結(jié)了宗教地理研究常用的研究方法，包括：空間相互作用模型、中心地理論和多元回歸分析法[2]。在宗教地理的區(qū)域研究中，幾乎全部涉及對地圖分析工具的應(yīng)用；在較早的對美國宗教文化分區(qū)的研究中，已經(jīng)采用地圖作為分析的重要手段。隨著GIS技術(shù)的成熟，利用其空間分析功能，可以直觀反映出地理要素的空間分布和擴(kuò)散狀況，因而被廣泛地運(yùn)用到宗教地理學(xué)的研究中。國內(nèi)對宗教地理的研究起步較晚，研究方法也多采用歷史文獻(xiàn)與統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的方法，而較少運(yùn)用地理學(xué)中的空間分析方法[3]。已有學(xué)者開始在研究中嘗試運(yùn)用GIS技術(shù)。林輝等提出，GIS在人文學(xué)和社會(huì)科學(xué)研究方面要拓展的方向主要有歷史和人文學(xué)研究，宗教發(fā)展與文明對話研究等[4]?？臻g分析是GIS 的核心和靈魂。通過構(gòu)建特定的地理空間分析模型， 利用GIS 技術(shù)可發(fā)現(xiàn)歷史、文化過程中的隱含信息。

本文利用點(diǎn)的密度分析對北京地區(qū)宗教文化景觀的分布特征做研究，認(rèn)識(shí)其分布現(xiàn)狀，運(yùn)用多元線性回歸分析方法，主要討論交通密度、人口密度、地形地貌對宗教景觀格局的影響，比較各因素對宗教景觀密度貢獻(xiàn)度的大小。

2 研究區(qū)域概況和數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū)域概況

北京是聞名于世的歷史文化名城。宗教建筑和活動(dòng)場所遍布城市各處。許多宗教文化景觀在全國有較大的影響，一部分被列為市級乃至國家級的文物保護(hù)單位。北京的宗教景觀包括佛教寺廟、道教宮觀、基督教、天主教教堂和伊斯蘭教清真寺五類。除了中國基督教兩會(huì)外，五大全國性宗教團(tuán)體的會(huì)址都設(shè)在北京。正是由于北京的地位突出以及多元宗教文化體系等因素，北京宗教地理研究具有典型意義，因而本文選擇北京作為研究區(qū)域。

2.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本文以1∶100萬的北京市矢量數(shù)據(jù)的行政區(qū)劃、交通要素、人口密度數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、各種歷史文獻(xiàn)及年鑒等文字統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)，研究北京佛教、道教、伊斯蘭教、基督教、天主教的宗教文化景觀分布規(guī)律，189個(gè)宗教文化景觀樣本點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)是從北京市導(dǎo)航地圖中的旅游景點(diǎn)中篩選出來的(圖1)。

2.3 研究方法

空間統(tǒng)計(jì)分析是對空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，其核心就是用定量方法來研究區(qū)域化變量的空間關(guān)系和空間規(guī)律[5]。空間統(tǒng)計(jì)分析，包括“空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析”及“數(shù)據(jù)的空間統(tǒng)計(jì)分析”?？臻g數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析著重常規(guī)的統(tǒng)計(jì)分析方法，比如多元統(tǒng)計(jì)方法對地理數(shù)據(jù)的處理。多元線性回歸分析是統(tǒng)計(jì)方法中最常用的方法之一，是因變量與多個(gè)變量之間的線性關(guān)系，檢驗(yàn)自變量的顯著性程度，并比較各自變量對因變量的貢獻(xiàn)程度大小，進(jìn)而可以利用這多個(gè)自變量來解釋和預(yù)測因變量的變化[6]。多元線性回歸模型的一般表達(dá)式為：

y=b1x1+b2x2+…+bixi+B

(1)

式中，y為因變量，x為解釋變量，i為變量的個(gè)數(shù)，B為隨機(jī)誤差項(xiàng)，bi為回歸系數(shù)。線性回歸模型采用普通最小二乘法求模型參數(shù)。

3 北京宗教文化景觀的分布特征及影響因素

3.1 簡單密度分析原理、結(jié)果和分析

本次研究將每個(gè)宗教景觀點(diǎn)作為緩沖區(qū)的圓心，分別以緩沖距離1km、3km、5km、10km為半徑，建立四種類型的緩沖區(qū)單元(圖2)。計(jì)算緩沖區(qū)內(nèi)宗教景觀點(diǎn)個(gè)數(shù)和緩沖區(qū)單元面積的比值。計(jì)算公式為如式(2)和(3)所示。

ρij=nij/Ai

(2)

Ai=πRi2

(3)

其中，ρij表示第i類宗教景觀緩沖區(qū)第j個(gè)緩沖單元的宗教景觀密度，nij表示第i類宗教景觀緩沖區(qū)第j個(gè)緩沖單元的宗教景觀點(diǎn)個(gè)數(shù)，Ai為第i類宗教景觀緩沖區(qū)的區(qū)域面積，Ri為第i類緩沖區(qū)的圓半徑。

此小節(jié)計(jì)算出的各宗教景觀點(diǎn)的緩沖區(qū)密度，用做后續(xù)第3節(jié)的多元線性回歸分析的條件數(shù)據(jù)和因變量。通過比較四類不同半徑的緩沖區(qū)分析，發(fā)現(xiàn)以緩沖距離5km為半徑的密度分析實(shí)驗(yàn)效果最好，因此，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)本文采用5km半徑緩沖區(qū)計(jì)算出的宗教點(diǎn)密度數(shù)據(jù)。

從圖2可以看出，伊斯蘭教清真寺在城內(nèi)數(shù)量最多，且覆蓋范圍廣，其中二環(huán)內(nèi)更為明顯。清真寺在通州、大興等地也出現(xiàn)了集中分布的特征。

佛教和道教的宗教場所主要集中分布在內(nèi)城，外圍略有分布，且覆蓋面積低，沒有表現(xiàn)出空間均勻分布的趨勢?；浇毯吞熘鹘痰拿芏确植枷嗨疲h(huán)內(nèi)的數(shù)量最多，覆蓋范圍廣，但是沒有表現(xiàn)出在內(nèi)城和外圍的局部集中的態(tài)勢。分布比較均勻。

影響宗教擴(kuò)散的主要因素包括人口、地理、文化、政治、經(jīng)濟(jì)、族群以及宗教本身等多個(gè)方面[1]。從不同宗教的崇拜行為模式來看，聚集的崇拜模式與分散的崇拜模式受各種地理環(huán)境及社會(huì)因素的影響，如交通的通暢方便與否、人口居住的密集程度、地勢的高低以及植被、水文等等。基于數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，受時(shí)間維度的影響大小而定，筆者認(rèn)為交通密度、人口密度、高程點(diǎn)這些數(shù)據(jù)相對受時(shí)間的影響較小，是長時(shí)間的累積結(jié)果，具有歷史性，因此選用這三種數(shù)據(jù)做相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析研究。

3.2 交通因素

一個(gè)城市宗教文化景觀格局的形成，是由很多因素決定的，由于信徒會(huì)固定的時(shí)期去宗教景觀進(jìn)行宗教活動(dòng)，探索交通因素對于宗教景觀擴(kuò)散的影響程度十分重要。公路交通密度可以近似表達(dá)一個(gè)地區(qū)交通便捷性的大小[7]，本研究對于每個(gè)宗教景觀點(diǎn)數(shù)據(jù)以該點(diǎn)為中心，緩沖距離1km為半徑，建立每個(gè)宗教景觀的緩沖區(qū)，計(jì)算該緩沖區(qū)內(nèi)公路里程長度與所在緩沖區(qū)土地面積的比值，計(jì)算公式為：

Hi=hi/Ai

(4)

其中，Hi表示宗教景觀緩沖區(qū)i的公路交通密度，hi表示i緩沖區(qū)域內(nèi)交通道路的長度，Ai為緩沖區(qū)i的區(qū)域面積。

交通因素中本文選取了鐵路、國道、省道、縣道、鄉(xiāng)村道路和街道六種。根據(jù)北京市的宗教景觀分布特點(diǎn)設(shè)置不同的權(quán)重，比如在三環(huán)內(nèi)或是郊縣，街道和縣道的影響較大，城市街道設(shè)為0.2、縣道為0.2。在三環(huán)外尤其是郊區(qū)，國道的影響因素較大，設(shè)為0.25等。如表1。

表1 道路權(quán)重

將六種交通路線賦予不同權(quán)重求和，得到緩沖區(qū)內(nèi)的道路總長度。計(jì)算公式為：

hi=0.05Ti+0.25Gi+0.15Si+0.2Xi+0.15XCi+0.2Ji(5)

其中， hi表示i緩沖區(qū)域內(nèi)交通道路的長度，Ti為i緩沖區(qū)內(nèi)的鐵路長度，Gi為i緩沖區(qū)內(nèi)的國道長度，Si為i緩沖區(qū)內(nèi)的省道長度，Xi為i緩沖區(qū)內(nèi)的縣道長度，XCi為i緩沖區(qū)內(nèi)的鄉(xiāng)村道路的長度，Ji為i緩沖區(qū)內(nèi)的街道長度。

交通鐵路、公路數(shù)據(jù)來源于1：400萬的國家基礎(chǔ)要素?cái)?shù)據(jù)集，計(jì)算鐵路、公路長度是求解Hi的關(guān)鍵，步驟如下：首先將宗教景觀的點(diǎn)緩沖區(qū)圖與交通路線圖進(jìn)行疊加分析，得到的疊加圖層即為按照以宗教點(diǎn)為中心、1km為緩沖距離的緩沖區(qū)單元打斷的各條交通路線，屬性表中包含了線的長度以及所屬宗教景觀點(diǎn)緩沖區(qū)的名稱，最后按照宗教景觀的名稱屬性將其進(jìn)行求和，即可得到各個(gè)宗教景觀點(diǎn)緩沖區(qū)內(nèi)的六種類型的交通路線的總長度。

3.3 人口因素

人口密度數(shù)據(jù)來源2010年北京市統(tǒng)計(jì)年鑒，是指東城區(qū)、海淀區(qū)等區(qū)域內(nèi)的人口密度，單位為人/平方千米。每個(gè)宗教景觀的人口密度屬性里，依據(jù)宗教景觀的所屬區(qū)域，賦予密度。比如，雍和宮的位置在北京東城區(qū)，將其賦予東城區(qū)的人口密度21960人/平方千米。

3.4 地形地貌因素

各個(gè)宗教文化景觀點(diǎn)數(shù)據(jù)的高程值是通過直接利用宗教點(diǎn)圖層和高程數(shù)據(jù)疊置計(jì)算出的。DEM數(shù)據(jù)來源于1：100萬等高線渲染圖。設(shè)計(jì)格網(wǎng)的大小，格網(wǎng)中心是一個(gè)高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，疊置過程中，將落入該格網(wǎng)的宗教景觀點(diǎn)數(shù)據(jù)賦予該網(wǎng)格內(nèi)的高程值，這樣便得到了每個(gè)宗教景觀的高程值屬性，見圖3。

4 宗教文化景觀的多元線性回歸分析

選取2.1節(jié)簡單密度分析方法中緩沖區(qū)半徑為5km時(shí)的宗教景觀密度結(jié)果為模型的因變量，選取交通因素中的交通密度、人口因素中的人口密度、地形地貌因素中的高程三個(gè)影響宗教景觀密度的影響因素，根據(jù)下面公式將三個(gè)影響因素值歸一化。

(6)

xi表示宗教景觀i的某類影響因素取值， xmax表示宗教景觀i的某類影響因素取值的最大值，xmin表示宗教景觀i的某類影響因素取值的最小值，xNi表示宗教景觀的某類影響因素歸一化后的值。

根據(jù)189個(gè)宗教景觀樣本點(diǎn)的因變量和自變量取值建立宗教景觀密度與交通密度、人口密度和高程的多元線性回歸模型，回歸分析結(jié)果如下表所示，殘差結(jié)果表見表2。

表2 宗教景觀多元線性回歸統(tǒng)計(jì)表

表3 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

表2中，R square表示模型的擬合程度，可以看出，本文所選取的3種影響因素均可以從不同程度上解釋宗教景觀密度，R square為0.8207，表示利用人口密度、交通密度、高程三個(gè)變量可以解釋宗教景觀密度值的大約82.07%，其中人口密度和高程的回歸系數(shù)為正，交通密度和常量的回歸系數(shù)為負(fù)，表3表明，從統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)來看，山區(qū)、人口密度越大的地區(qū)將導(dǎo)致更高的宗教景觀密度，公路網(wǎng)越密集將導(dǎo)致更低的宗教景觀密度，其回歸方程為：

y=-0.032116715xJ+0.726793976xR

+0.036628596xG-0.01908996

(7)

式中，xJ為交通密度，xR為人口密度，xG為高程。

根據(jù)該公式，通過橫向比較得知，宗教景觀密度對各影響因素的敏感程度是不同的。通過統(tǒng)計(jì)上的t值和P值可以看出人口密度、交通密度、高程三個(gè)變量能比較一致的通過顯著性檢驗(yàn)，說明這幾個(gè)變量是合理的解釋變量。該回歸模型中，人口密度的系數(shù)是最大的，且為正值，這表明人口密度對宗教景觀密度的貢獻(xiàn)程度最大，人口密度越大的地區(qū)宗教景觀密度一致的宗教景觀點(diǎn)越多。其余解釋變量的貢獻(xiàn)度有所差異，權(quán)重差異較為明顯。三個(gè)變量在回歸模型表現(xiàn)出來的解釋變量貢獻(xiàn)度大小排名為：人口密度>交通密度>高程。

綜合分析各類因素對宗教景觀密度的影響可知，以人口密度為代表的人口因素的解釋變量權(quán)重高于交通密度為代表的交通因素以及高程為代表的地形地貌因素，說明人口因素對宗教的影響要高于交通因素與地形地貌因素。

5 結(jié)束語

運(yùn)用GIS可視化、空間分析等方法，結(jié)合歷史、文化地理學(xué)及相關(guān)理論，透析城市宗教景觀的空間格局及其社會(huì)文化特征，可以為宗教地理學(xué)的研究提供一種新的思路和方法。本文將GIS技術(shù)與定量研究方法應(yīng)用到文化景觀的研究中，在一定程度上反映宗教景觀的分布特征并解釋影響宗教傳播的成因，研究方法和思路可以為其他類型的文化現(xiàn)象的定性研究提供借鑒。

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Religious Culture Characteristics of Landscape Pattern Analysis Based on GIS

GENG Xiao-hui,ZHANG Xiao-li, LIU Jun-ru, CHEN Shuo

(Troops 61206, Beijing 100042, China)

The study of spatial distribution of Religious culture landscape is of great significance to the expansion of the business and methods for the research of the history and cultural geography. In this article ,taking Beijing area as an example, using GIS technology to study the pattern characteristics of the five religious culture landscape and produce density map; The multivariate linear regression model of religious landscape density and traffic density,population density and height which was established according to the religious landscape sample points of the dependent variable and independent variable values explained the impact factor of religious communication and provided a scientific basis for the location of the religious landscape and the religious culture research.

religious cultural landscape; density analysis; multivariate linear regression; spatial analysis

2016-04-28

P208

B

1007-3000(2016)06-5