基于遙感數據的漢長安城遺址的景觀格局分析

夏宇佳

（西安交通大學城市學院，西安 710018）

漢長安城遺址是西安歷史文化遺址中的重要組成部分，是全國迄今為止保持最完整、規模最大的都城遺址，具有極高的歷史、科學與藝術價值［1］。遺址位于西安市市區西北部，在城市快速發展的幾十年間，遺址區的保護與開發有著越來越多的矛盾，隨著《漢長安城遺址保護總體規劃（2009—2025）》的發布［2］，對遺址區內環境治理改善工程有了明確的規劃，近些年人們看到遺址區內環境整治工程一直在有序進行并取得了一定成果，然而，從更大范圍看，漢長安城遺址的環境整治工作還處于初步階段，未央宮遺址片區的環境治理效果顯然優于遺址區內其他部分，說明如何完善漢長安城遺址的環境整治工作，仍需進一步的探索［3］。目前在環境景觀格局研究中的常用技術支撐手段之一為遙感技術，為各種景觀模型的建立與發展提供了充實資料［4］。基于此，本文以景觀生態學理論為研究基礎，以遙感技術（Remote Sense，RS）與地理信息系統（Geo graphic In?formation System，GIS）技術為支撐，計算景觀指數并對其進行分析，從而對遺址區的規劃提供相關的數據指導和依據，以期為漢長安城遺址保護作出一定貢獻。

1 研究區概況

1.1 自然特征狀況

西安漢長安城遺址位于陜西省西安市市區的西北部，處于渭河的二級階地之上，地勢較為平坦，大致上呈現南高北低、東高西低的狀態［5］。漢長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結湖水庫和皂河，建章宮遺址西南方有蔡倫造紙廠，北部有石油化工組團。這些污染源嚴重破壞了遺址區的大氣環境、土壤、植被和水環境。由于對大型遺址及文物的保護有限，文物保護區的工業發展受到嚴重限制［6］。農業景觀占保護區當前土地的大部分，約占總保護區的65%，也是遺產保護區最開放的景觀［7］。

1.2 地域文化特征狀況

漢長安城遺址周邊文化資源豐富，北臨秦咸陽遺址和漢陽陵、漢安陵、漢長陵，西接秦阿房宮遺址和周豐京、鎬京遺址，南至隋唐長安城遺址和明清西安，東望秦始皇陵，位于眾多重要歷史遺址的中心［8］。除隋唐長安城遺址外，漢長安城遺址是這一區域范圍內規模最大的遺址，同時漢長安城遺址區也是古絲綢之路的起點。

2 研究方法

2.1 數據來源

數據來源主要為2018年和2020年Landsat TM影像數據。首先以《漢長安城遺址保護總體規劃（2009—2025）》中的漢長安城遺址地形圖為底圖，在AutoCAD2010向量繪圖軟件平臺上，將漢長安城遺址內土地使用現況重新描繪分類。并于地理信息系統（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行Grid（網格式資料）轉換。最后以FRAGSTATS3.4軟件，針對與研究相關之景觀指數進行運算分析，基于分析結果建置改善方案并進行景觀格局分析。將現有土地使用狀況歸納成六大類，分別為建筑物、道路、水體、開放地、草地和林地。

2.2 景觀指數的選擇

由于城市的遺址景觀生態系統易受到人為的影響而破碎化，因此遺址景觀生態規劃主要針對景觀結構進行調整和重建，以改善受損的生態功能。建立以分析當地自然環境和自然資源的適宜性水平為中心的生態框架，主要目的是確認開發的適合性，規模和研究內容因地區發展計劃、城市計劃、自然維護計劃和設計而異。其中包括生態調查與區域數據的分析，收集生物與非生物兩方面的景觀生態過程與相關聯的生態現象及人類對景觀的影響程度。綜合分析規劃區的自然特征、人類需要和社會經濟條件，并根據規劃目標和原則進行景觀生態類型制圖。

本研究采用FRAGSTATS進行景觀指數計算，FRAGSTATS可以計算60多種景觀指標，根據研究特征，選取了具有代表性的景觀指數進行計算分析。本研究目的為應用景觀指數分析方法在城市遺址景觀格局規劃中，因此選擇了11個景觀格局指數對研究區的景觀格局進行研究，包括嵌塊體數量（NP）、最大嵌塊體指數（LPI）、嵌塊體密度（PD）、邊界總長度（TE）、邊界密度（ED）、景觀形狀指數（LSI）、面積加權平均分維數（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（IJI）。最后分析各類別嵌塊體的破碎化情形、連接度與彼此間的影響關系。

3 結果與分析

景觀指數計算結果（表1）顯示，建筑物與開放地呈現平均面積小、數量多的情形，由于遺址區域城中村數量多達45個行政村，實際居住人口約20萬人（2019年）［9］，因此建筑物較為密集，且主要分布在遺址區的東部和北部；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型的場地間沒有過多的道路。水體的PD并不大且平均面積較小，是因為當地農民為促進其農業結構升級，在遺址區內挖有大量荷塘和魚池［10］，尤其集中在遺址區東北部；從最大嵌塊體指數（LPI）可說明本區以林地受到最大嵌塊體的影響程度最高。

表2為漢長安城遺址的景觀邊界和形狀指數。從表2可以看出，道路、開放地和建筑的總邊界長度（TE）最大，道路雖然總面積較小，但是因為其形狀為細窄狹長型，所以其TE很大；開放地由于其個數和總面積很大，也具有很大的TE；林地由于嵌塊數量大，同時嵌塊平均面積大，具有相對較高的TE；草地雖然嵌塊數量巨大，但由于平均面積小，所以TE較??；水體嵌塊個數最少，平均面積也很小，其TE最小。邊界密度的變化趨勢與總邊界長度所對應的保持一致，原因也基本相同。道路、遺址的景觀形狀指數（LSI）呈現出兩個極端：道路、開放地和建筑物的LSI最大，表明這3種類型的土地形狀復雜，究其原因，是由于道路在遺址內的分布雜亂廣泛，而且不規則，而建筑物主體是城中村，另外還有少量的遺址維護和管理機構，城中村民房的修建既沒有統一的建筑標準，也沒有系統的規劃，導致其建筑形狀和分布都雜亂無章；開放地則被建筑物、道路、水體、草地和林地所分割，也呈現出極為不規則的形狀和分布極為散亂的特點；而草地、水體和林地的LSI很低，說明這3種類型的土地形狀比較簡單，這主要是因為草地、水體和林地的面積很大，同時分布比較連續而且集中。6種類別周長面積分維數（PAFRAC）都在1～2［11］，當其越接近于1，則嵌塊的幾何形狀就越簡單，當其數值越接近2，則嵌塊的邊界形狀更復雜。其中，建筑物、草地和林地的PAFRAC較小較為接近，為1.2左右，說明其幾何形狀最簡單；道路的PAFRAC最大，為1.5且遠高于1，說明其形狀復雜；水體和開放地的PAFRAC數值居中，為1.3左右，說明其幾何形狀也偏于簡單。

表1 漢長安城遺址景觀面積與密度指數

表2 漢長安城遺址景觀邊界和形狀指數

漢長安城遺址景觀鄰近度和聚散性指數見表3。從表3可以看出，道路、開放地和林地的幾何最鄰近距離（ENN_MN）較小，道路和林地雖然數量較小，但因為其分布比較均勻，所以ENN_MN小，而開放地由于數量多，致使其ENN_MN也很小；建筑物雖然數量多，但是呈現出同類建筑比較密集，不同類的距離很遠的分布特點，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，導致其ENN_MN較大。散置與并列指數（IJI）表明，整體類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，具有作為生態廊道的優勢。全區嵌塊體面積比變化顯示，規劃前后開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放地嵌塊體如工業用地轉變成公園綠地而來。藉由草地與林地的幾何最鄰近距離（ENN_MN）的計算結果，說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計算結果，說明規劃后邊界形狀較不規則，利于邊緣地區的物種、物質、能量交換。計算結果可以說明景觀鑲嵌程度，草地嵌塊體IJI增加，可以判定部分草地鑲嵌程度較高。

表3 漢長安城遺址景觀鄰近度與聚散性指數

4 小結

本研究應用地理信息系統及遙感圖像對西安漢長安城遺址景觀格局進行分析，評估11個景觀指數的適用性。通過數據顯示，由于受到人類活動的干預，建筑物密度較大，數量較多，形狀也更為復雜，這為漢長安城遺址的保護工作帶來了一定的困難；相對的，由于受到遺址保護政策的約束，開放地數量多，道路密度小，為居民生活帶來一定影響。農業林業用地面積占比最高，在嵌塊體面積、最大嵌塊體指數、景觀形狀指數、平均嵌塊體大小、幾何最鄰近距離的數據表現上占優勢，說明其連接性與完整性比其他類型嵌塊體占優勢，但是林業地的現狀與早期規劃的期望依然有一定差距。