基于遙感數(shù)據(jù)的漢長(zhǎng)安城遺址的景觀格局分析

夏宇佳

（西安交通大學(xué)城市學(xué)院，西安 710018）

漢長(zhǎng)安城遺址是西安歷史文化遺址中的重要組成部分，是全國(guó)迄今為止保持最完整、規(guī)模最大的都城遺址，具有極高的歷史、科學(xué)與藝術(shù)價(jià)值［1］。遺址位于西安市市區(qū)西北部，在城市快速發(fā)展的幾十年間，遺址區(qū)的保護(hù)與開(kāi)發(fā)有著越來(lái)越多的矛盾，隨著《漢長(zhǎng)安城遺址保護(hù)總體規(guī)劃（2009—2025）》的發(fā)布［2］，對(duì)遺址區(qū)內(nèi)環(huán)境治理改善工程有了明確的規(guī)劃，近些年人們看到遺址區(qū)內(nèi)環(huán)境整治工程一直在有序進(jìn)行并取得了一定成果，然而，從更大范圍看，漢長(zhǎng)安城遺址的環(huán)境整治工作還處于初步階段，未央宮遺址片區(qū)的環(huán)境治理效果顯然優(yōu)于遺址區(qū)內(nèi)其他部分，說(shuō)明如何完善漢長(zhǎng)安城遺址的環(huán)境整治工作，仍需進(jìn)一步的探索［3］。目前在環(huán)境景觀格局研究中的常用技術(shù)支撐手段之一為遙感技術(shù)，為各種景觀模型的建立與發(fā)展提供了充實(shí)資料［4］?；诖耍疚囊跃坝^生態(tài)學(xué)理論為研究基礎(chǔ)，以遙感技術(shù)（Remote Sense，RS）與地理信息系統(tǒng)（Geo graphic In?formation System，GIS）技術(shù)為支撐，計(jì)算景觀指數(shù)并對(duì)其進(jìn)行分析，從而對(duì)遺址區(qū)的規(guī)劃提供相關(guān)的數(shù)據(jù)指導(dǎo)和依據(jù)，以期為漢長(zhǎng)安城遺址保護(hù)作出一定貢獻(xiàn)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然特征狀況

西安漢長(zhǎng)安城遺址位于陜西省西安市市區(qū)的西北部，處于渭河的二級(jí)階地之上，地勢(shì)較為平坦，大致上呈現(xiàn)南高北低、東高西低的狀態(tài)［5］。漢長(zhǎng)安城城址東南部和西部分別是西安市的污水集中排放地團(tuán)結(jié)湖水庫(kù)和皂河，建章宮遺址西南方有蔡倫造紙廠，北部有石油化工組團(tuán)。這些污染源嚴(yán)重破壞了遺址區(qū)的大氣環(huán)境、土壤、植被和水環(huán)境。由于對(duì)大型遺址及文物的保護(hù)有限，文物保護(hù)區(qū)的工業(yè)發(fā)展受到嚴(yán)重限制［6］。農(nóng)業(yè)景觀占保護(hù)區(qū)當(dāng)前土地的大部分，約占總保護(hù)區(qū)的65%，也是遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)最開(kāi)放的景觀［7］。

1.2 地域文化特征狀況

漢長(zhǎng)安城遺址周邊文化資源豐富，北臨秦咸陽(yáng)遺址和漢陽(yáng)陵、漢安陵、漢長(zhǎng)陵，西接秦阿房宮遺址和周豐京、鎬京遺址，南至隋唐長(zhǎng)安城遺址和明清西安，東望秦始皇陵，位于眾多重要?dú)v史遺址的中心［8］。除隋唐長(zhǎng)安城遺址外，漢長(zhǎng)安城遺址是這一區(qū)域范圍內(nèi)規(guī)模最大的遺址，同時(shí)漢長(zhǎng)安城遺址區(qū)也是古絲綢之路的起點(diǎn)。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源主要為2018年和2020年Landsat TM影像數(shù)據(jù)。首先以《漢長(zhǎng)安城遺址保護(hù)總體規(guī)劃（2009—2025）》中的漢長(zhǎng)安城遺址地形圖為底圖，在AutoCAD2010向量繪圖軟件平臺(tái)上，將漢長(zhǎng)安城遺址內(nèi)土地使用現(xiàn)況重新描繪分類(lèi)。并于地理信息系統(tǒng)（GIS）ArcMap 10.2軟件下作屬性資料建立，并將套繪完成的向量圖進(jìn)行Grid（網(wǎng)格式資料）轉(zhuǎn)換。最后以FRAGSTATS3.4軟件，針對(duì)與研究相關(guān)之景觀指數(shù)進(jìn)行運(yùn)算分析，基于分析結(jié)果建置改善方案并進(jìn)行景觀格局分析。將現(xiàn)有土地使用狀況歸納成六大類(lèi)，分別為建筑物、道路、水體、開(kāi)放地、草地和林地。

2.2 景觀指數(shù)的選擇

由于城市的遺址景觀生態(tài)系統(tǒng)易受到人為的影響而破碎化，因此遺址景觀生態(tài)規(guī)劃主要針對(duì)景觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和重建，以改善受損的生態(tài)功能。建立以分析當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境和自然資源的適宜性水平為中心的生態(tài)框架，主要目的是確認(rèn)開(kāi)發(fā)的適合性，規(guī)模和研究?jī)?nèi)容因地區(qū)發(fā)展計(jì)劃、城市計(jì)劃、自然維護(hù)計(jì)劃和設(shè)計(jì)而異。其中包括生態(tài)調(diào)查與區(qū)域數(shù)據(jù)的分析，收集生物與非生物兩方面的景觀生態(tài)過(guò)程與相關(guān)聯(lián)的生態(tài)現(xiàn)象及人類(lèi)對(duì)景觀的影響程度。綜合分析規(guī)劃區(qū)的自然特征、人類(lèi)需要和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，并根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)和原則進(jìn)行景觀生態(tài)類(lèi)型制圖。

本研究采用FRAGSTATS進(jìn)行景觀指數(shù)計(jì)算，F(xiàn)RAGSTATS可以計(jì)算60多種景觀指標(biāo)，根據(jù)研究特征，選取了具有代表性的景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。本研究目的為應(yīng)用景觀指數(shù)分析方法在城市遺址景觀格局規(guī)劃中，因此選擇了11個(gè)景觀格局指數(shù)對(duì)研究區(qū)的景觀格局進(jìn)行研究，包括嵌塊體數(shù)量（NP）、最大嵌塊體指數(shù)（LPI）、嵌塊體密度（PD）、邊界總長(zhǎng)度（TE）、邊界密度（ED）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、面積加權(quán)平均分維數(shù)（PAFRAC）、連接度（CONNECT）、平均最鄰近距離（ENN_MN）、平均嵌塊體大小（AR?EA_MN）、散置和并排指數(shù)（IJI）。最后分析各類(lèi)別嵌塊體的破碎化情形、連接度與彼此間的影響關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果（表1）顯示，建筑物與開(kāi)放地呈現(xiàn)平均面積小、數(shù)量多的情形，由于遺址區(qū)域城中村數(shù)量多達(dá)45個(gè)行政村，實(shí)際居住人口約20萬(wàn)人（2019年）［9］，因此建筑物較為密集，且主要分布在遺址區(qū)的東部和北部；相反，林地與道路則密度較小，嵌塊體密度（PD）分別為18.172 3和5.784 2，雖然道路多為較窄的村道，但是較為連貫，且很多荒地與草坪類(lèi)型的場(chǎng)地間沒(méi)有過(guò)多的道路。水體的PD并不大且平均面積較小，是因?yàn)楫?dāng)?shù)剞r(nóng)民為促進(jìn)其農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，在遺址區(qū)內(nèi)挖有大量荷塘和魚(yú)池［10］，尤其集中在遺址區(qū)東北部；從最大嵌塊體指數(shù)（LPI）可說(shuō)明本區(qū)以林地受到最大嵌塊體的影響程度最高。

表2為漢長(zhǎng)安城遺址的景觀邊界和形狀指數(shù)。從表2可以看出，道路、開(kāi)放地和建筑的總邊界長(zhǎng)度（TE）最大，道路雖然總面積較小，但是因?yàn)槠湫螤顬榧?xì)窄狹長(zhǎng)型，所以其TE很大；開(kāi)放地由于其個(gè)數(shù)和總面積很大，也具有很大的TE；林地由于嵌塊數(shù)量大，同時(shí)嵌塊平均面積大，具有相對(duì)較高的TE；草地雖然嵌塊數(shù)量巨大，但由于平均面積小，所以TE較??；水體嵌塊個(gè)數(shù)最少，平均面積也很小，其TE最小。邊界密度的變化趨勢(shì)與總邊界長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的保持一致，原因也基本相同。道路、遺址的景觀形狀指數(shù)（LSI）呈現(xiàn)出兩個(gè)極端：道路、開(kāi)放地和建筑物的LSI最大，表明這3種類(lèi)型的土地形狀復(fù)雜，究其原因，是由于道路在遺址內(nèi)的分布雜亂廣泛，而且不規(guī)則，而建筑物主體是城中村，另外還有少量的遺址維護(hù)和管理機(jī)構(gòu)，城中村民房的修建既沒(méi)有統(tǒng)一的建筑標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有系統(tǒng)的規(guī)劃，導(dǎo)致其建筑形狀和分布都雜亂無(wú)章；開(kāi)放地則被建筑物、道路、水體、草地和林地所分割，也呈現(xiàn)出極為不規(guī)則的形狀和分布極為散亂的特點(diǎn)；而草地、水體和林地的LSI很低，說(shuō)明這3種類(lèi)型的土地形狀比較簡(jiǎn)單，這主要是因?yàn)椴莸亍⑺w和林地的面積很大，同時(shí)分布比較連續(xù)而且集中。6種類(lèi)別周長(zhǎng)面積分維數(shù)（PAFRAC）都在1～2［11］，當(dāng)其越接近于1，則嵌塊的幾何形狀就越簡(jiǎn)單，當(dāng)其數(shù)值越接近2，則嵌塊的邊界形狀更復(fù)雜。其中，建筑物、草地和林地的PAFRAC較小較為接近，為1.2左右，說(shuō)明其幾何形狀最簡(jiǎn)單；道路的PAFRAC最大，為1.5且遠(yuǎn)高于1，說(shuō)明其形狀復(fù)雜；水體和開(kāi)放地的PAFRAC數(shù)值居中，為1.3左右，說(shuō)明其幾何形狀也偏于簡(jiǎn)單。

表1 漢長(zhǎng)安城遺址景觀面積與密度指數(shù)

表2 漢長(zhǎng)安城遺址景觀邊界和形狀指數(shù)

漢長(zhǎng)安城遺址景觀鄰近度和聚散性指數(shù)見(jiàn)表3。從表3可以看出，道路、開(kāi)放地和林地的幾何最鄰近距離（ENN_MN）較小，道路和林地雖然數(shù)量較小，但因?yàn)槠浞植急容^均勻，所以ENN_MN小，而開(kāi)放地由于數(shù)量多，致使其ENN_MN也很??；建筑物雖然數(shù)量多，但是呈現(xiàn)出同類(lèi)建筑比較密集，不同類(lèi)的距離很遠(yuǎn)的分布特點(diǎn)，因此其ENN_MN居中；水體和草地嵌塊體的密度小，而分布不均勻，導(dǎo)致其ENN_MN較大。散置與并列指數(shù)（IJI）表明，整體類(lèi)型的的散置狀況值都較高，但草地嵌塊體的分布最離散，并與其他類(lèi)型斑塊的相接程度最高且比鄰概率均等。連接度（CONNECT）顯示出道路的最高，而林地和水體嵌塊體的次之，這三者的連接度高，具有作為生態(tài)廊道的優(yōu)勢(shì)。全區(qū)嵌塊體面積比變化顯示，規(guī)劃前后開(kāi)放地與草地嵌塊體面積比的差值約相等，而草地嵌塊體的增加，是由已閑置或低度使用之開(kāi)放地嵌塊體如工業(yè)用地轉(zhuǎn)變成公園綠地而來(lái)。藉由草地與林地的幾何最鄰近距離（ENN_MN）的計(jì)算結(jié)果，說(shuō)明草地與林地嵌塊體間的距離更為緊密。藉由草地嵌塊體的指數(shù)計(jì)算結(jié)果，說(shuō)明規(guī)劃后邊界形狀較不規(guī)則，利于邊緣地區(qū)的物種、物質(zhì)、能量交換。計(jì)算結(jié)果可以說(shuō)明景觀鑲嵌程度，草地嵌塊體IJI增加，可以判定部分草地鑲嵌程度較高。

表3 漢長(zhǎng)安城遺址景觀鄰近度與聚散性指數(shù)

4 小結(jié)

本研究應(yīng)用地理信息系統(tǒng)及遙感圖像對(duì)西安漢長(zhǎng)安城遺址景觀格局進(jìn)行分析，評(píng)估11個(gè)景觀指數(shù)的適用性。通過(guò)數(shù)據(jù)顯示，由于受到人類(lèi)活動(dòng)的干預(yù)，建筑物密度較大，數(shù)量較多，形狀也更為復(fù)雜，這為漢長(zhǎng)安城遺址的保護(hù)工作帶來(lái)了一定的困難；相對(duì)的，由于受到遺址保護(hù)政策的約束，開(kāi)放地?cái)?shù)量多，道路密度小，為居民生活帶來(lái)一定影響。農(nóng)業(yè)林業(yè)用地面積占比最高，在嵌塊體面積、最大嵌塊體指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、平均嵌塊體大小、幾何最鄰近距離的數(shù)據(jù)表現(xiàn)上占優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明其連接性與完整性比其他類(lèi)型嵌塊體占優(yōu)勢(shì)，但是林業(yè)地的現(xiàn)狀與早期規(guī)劃的期望依然有一定差距。