基于遥感数据的汉长安城遗址的景观格局分析

夏宇佳

（西安交通大学城市学院，西安 710018）

汉长安城遗址是西安历史文化遗址中的重要组成部分，是全国迄今为止保持最完整、规模最大的都城遗址，具有极高的历史、科学与艺术价值［1］。遗址位于西安市市区西北部，在城市快速发展的几十年间，遗址区的保护与开发有着越来越多的矛盾，随着《汉长安城遗址保护总体规划（2009—2025）》的发布［2］，对遗址区内环境治理改善工程有了明确的规划，近些年人们看到遗址区内环境整治工程一直在有序进行并取得了一定成果，然而，从更大范围看，汉长安城遗址的环境整治工作还处于初步阶段，未央宫遗址片区的环境治理效果显然优于遗址区内其他部分，说明如何完善汉长安城遗址的环境整治工作，仍需进一步的探索［3］。目前在环境景观格局研究中的常用技术支撑手段之一为遥感技术，为各种景观模型的建立与发展提供了充实资料［4］。基于此，本文以景观生态学理论为研究基础，以遥感技术（Remote Sense，RS）与地理信息系统（Geo graphic In⁃formation System，GIS）技术为支撑，计算景观指数并对其进行分析，从而对遗址区的规划提供相关的数据指导和依据，以期为汉长安城遗址保护作出一定贡献。

1 研究区概况

1.1 自然特征状况

西安汉长安城遗址位于陕西省西安市市区的西北部，处于渭河的二级阶地之上，地势较为平坦，大致上呈现南高北低、东高西低的状态［5］。汉长安城城址东南部和西部分别是西安市的污水集中排放地团结湖水库和皂河，建章宫遗址西南方有蔡伦造纸厂，北部有石油化工组团。这些污染源严重破坏了遗址区的大气环境、土壤、植被和水环境。由于对大型遗址及文物的保护有限，文物保护区的工业发展受到严重限制［6］。农业景观占保护区当前土地的大部分，约占总保护区的65%，也是遗产保护区最开放的景观［7］。

1.2 地域文化特征状况

汉长安城遗址周边文化资源丰富，北临秦咸阳遗址和汉阳陵、汉安陵、汉长陵，西接秦阿房宫遗址和周丰京、镐京遗址，南至隋唐长安城遗址和明清西安，东望秦始皇陵，位于众多重要历史遗址的中心［8］。除隋唐长安城遗址外，汉长安城遗址是这一区域范围内规模最大的遗址，同时汉长安城遗址区也是古丝绸之路的起点。

2 研究方法

2.1 数据来源

数据来源主要为2018年和2020年Landsat TM影像数据。首先以《汉长安城遗址保护总体规划（2009—2025）》中的汉长安城遗址地形图为底图，在AutoCAD2010向量绘图软件平台上，将汉长安城遗址内土地使用现况重新描绘分类。并于地理信息系统（GIS）ArcMap 10.2软件下作属性资料建立，并将套绘完成的向量图进行Grid（网格式资料）转换。最后以FRAGSTATS3.4软件，针对与研究相关之景观指数进行运算分析，基于分析结果建置改善方案并进行景观格局分析。将现有土地使用状况归纳成六大类，分别为建筑物、道路、水体、开放地、草地和林地。

2.2 景观指数的选择

由于城市的遗址景观生态系统易受到人为的影响而破碎化，因此遗址景观生态规划主要针对景观结构进行调整和重建，以改善受损的生态功能。建立以分析当地自然环境和自然资源的适宜性水平为中心的生态框架，主要目的是确认开发的适合性，规模和研究内容因地区发展计划、城市计划、自然维护计划和设计而异。其中包括生态调查与区域数据的分析，收集生物与非生物两方面的景观生态过程与相关联的生态现象及人类对景观的影响程度。综合分析规划区的自然特征、人类需要和社会经济条件，并根据规划目标和原则进行景观生态类型制图。

本研究采用FRAGSTATS进行景观指数计算，FRAGSTATS可以计算60多种景观指标，根据研究特征，选取了具有代表性的景观指数进行计算分析。本研究目的为应用景观指数分析方法在城市遗址景观格局规划中，因此选择了11个景观格局指数对研究区的景观格局进行研究，包括嵌块体数量（NP）、最大嵌块体指数（LPI）、嵌块体密度（PD）、边界总长度（TE）、边界密度（ED）、景观形状指数（LSI）、面积加权平均分维数（PAFRAC）、连接度（CONNECT）、平均最邻近距离（ENN_MN）、平均嵌块体大小（AR⁃EA_MN）、散置和并排指数（IJI）。最后分析各类别嵌块体的破碎化情形、连接度与彼此间的影响关系。

3 结果与分析

景观指数计算结果（表1）显示，建筑物与开放地呈现平均面积小、数量多的情形，由于遗址区域城中村数量多达45个行政村，实际居住人口约20万人（2019年）［9］，因此建筑物较为密集，且主要分布在遗址区的东部和北部；相反，林地与道路则密度较小，嵌块体密度（PD）分别为18.172 3和5.784 2，虽然道路多为较窄的村道，但是较为连贯，且很多荒地与草坪类型的场地间没有过多的道路。水体的PD并不大且平均面积较小，是因为当地农民为促进其农业结构升级，在遗址区内挖有大量荷塘和鱼池［10］，尤其集中在遗址区东北部；从最大嵌块体指数（LPI）可说明本区以林地受到最大嵌块体的影响程度最高。

表2为汉长安城遗址的景观边界和形状指数。从表2可以看出，道路、开放地和建筑的总边界长度（TE）最大，道路虽然总面积较小，但是因为其形状为细窄狭长型，所以其TE很大；开放地由于其个数和总面积很大，也具有很大的TE；林地由于嵌块数量大，同时嵌块平均面积大，具有相对较高的TE；草地虽然嵌块数量巨大，但由于平均面积小，所以TE较小；水体嵌块个数最少，平均面积也很小，其TE最小。边界密度的变化趋势与总边界长度所对应的保持一致，原因也基本相同。道路、遗址的景观形状指数（LSI）呈现出两个极端：道路、开放地和建筑物的LSI最大，表明这3种类型的土地形状复杂，究其原因，是由于道路在遗址内的分布杂乱广泛，而且不规则，而建筑物主体是城中村，另外还有少量的遗址维护和管理机构，城中村民房的修建既没有统一的建筑标准，也没有系统的规划，导致其建筑形状和分布都杂乱无章；开放地则被建筑物、道路、水体、草地和林地所分割，也呈现出极为不规则的形状和分布极为散乱的特点；而草地、水体和林地的LSI很低，说明这3种类型的土地形状比较简单，这主要是因为草地、水体和林地的面积很大，同时分布比较连续而且集中。6种类别周长面积分维数（PAFRAC）都在1～2［11］，当其越接近于1，则嵌块的几何形状就越简单，当其数值越接近2，则嵌块的边界形状更复杂。其中，建筑物、草地和林地的PAFRAC较小较为接近，为1.2左右，说明其几何形状最简单；道路的PAFRAC最大，为1.5且远高于1，说明其形状复杂；水体和开放地的PAFRAC数值居中，为1.3左右，说明其几何形状也偏于简单。

表1 汉长安城遗址景观面积与密度指数

表2 汉长安城遗址景观边界和形状指数

汉长安城遗址景观邻近度和聚散性指数见表3。从表3可以看出，道路、开放地和林地的几何最邻近距离（ENN_MN）较小，道路和林地虽然数量较小，但因为其分布比较均匀，所以ENN_MN小，而开放地由于数量多，致使其ENN_MN也很小；建筑物虽然数量多，但是呈现出同类建筑比较密集，不同类的距离很远的分布特点，因此其ENN_MN居中；水体和草地嵌块体的密度小，而分布不均匀，导致其ENN_MN较大。散置与并列指数（IJI）表明，整体类型的的散置状况值都较高，但草地嵌块体的分布最离散，并与其他类型斑块的相接程度最高且比邻概率均等。连接度（CONNECT）显示出道路的最高，而林地和水体嵌块体的次之，这三者的连接度高，具有作为生态廊道的优势。全区嵌块体面积比变化显示，规划前后开放地与草地嵌块体面积比的差值约相等，而草地嵌块体的增加，是由已闲置或低度使用之开放地嵌块体如工业用地转变成公园绿地而来。藉由草地与林地的几何最邻近距离（ENN_MN）的计算结果，说明草地与林地嵌块体间的距离更为紧密。藉由草地嵌块体的指数计算结果，说明规划后边界形状较不规则，利于边缘地区的物种、物质、能量交换。计算结果可以说明景观镶嵌程度，草地嵌块体IJI增加，可以判定部分草地镶嵌程度较高。

表3 汉长安城遗址景观邻近度与聚散性指数

4 小结

本研究应用地理信息系统及遥感图像对西安汉长安城遗址景观格局进行分析，评估11个景观指数的适用性。通过数据显示，由于受到人类活动的干预，建筑物密度较大，数量较多，形状也更为复杂，这为汉长安城遗址的保护工作带来了一定的困难；相对的，由于受到遗址保护政策的约束，开放地数量多，道路密度小，为居民生活带来一定影响。农业林业用地面积占比最高，在嵌块体面积、最大嵌块体指数、景观形状指数、平均嵌块体大小、几何最邻近距离的数据表现上占优势，说明其连接性与完整性比其他类型嵌块体占优势，但是林业地的现状与早期规划的期望依然有一定差距。