王林林，路春燕
（1.滨州学院建筑工程系，山东 滨州256600；2.福建农林大学计算机与信息学院，福建 福州 350002；3.中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春130102）
聚落是人类居住、生活、休憩以及进行大部分社会活动的场所[1-2]，同时聚落也是区域经济社会特征与自然地理条件的外在表现，聚落的形成、发展与演变受其所在地域自然地理条件以及社会、文化、经济等诸多因素的深刻影响。目前，国内聚落的研究主要集中在聚落的分布格局、景观格局以及空间特征等方面[3-4]。聚落的分布格局是聚落所在地域的自然、经济、社会以及历史演变的反映，对其进行分析是深入探讨人类活动与景观格局相互作用的重要途径，可为进一步揭示聚落在自然地理条件与人类活动的综合影响下形成与演化的机制提供依据[5-7]。聚落景观格局的研究主要是对自然环境、生产环境与社会文化环境因素对聚落景观综合作用的探讨[8-10]，聚落空间特征的主要研究对象是聚落的地域空间特征及其内在规律，主要包括聚落的规模(人口、用地)、空间分布、空间形态、空间结构等方面[11-14]。
目前，随着技术的成熟以及聚落理论的不断发展，国内聚落的研究已经从早期的定性描述发展到以地理信息系统（Geo-Information system,GIS）技术为依托的定量研究阶段。汤国安等[15]基于GIS 空间分析理论，对陕北榆林地区聚落的空间分布进行了研究，得出其受自然条件与人为因素影响的基本特征。冯文兰等[16]运用GIS 空间分析方法对岷江上游山区聚落的空间聚集特征进行定量化分析，结果发现该地区部分聚落空间分布不合理，应采取适当的对策对其进行重建或迁建。郭晓东等[11,17]分析聚落的空间分布特征及其影响因素，提出了新时期促进聚落发展及其空间结构优化的基本思路。但当前聚落研究中聚落空间分布数据的获取多基于中低分辨率遥感影像进行解译得到[11,16-19]，数据分辨率较低，无法满足对中小区域研究的需要。
陕北黄土高原是我国黄土高原的重要组成部分。近年来，随着城镇化建设的加速推进，该区聚落发展进入了新的阶段，经济发展推动着聚落的分化重组，在此过程中涌现出了诸多新问题，如：农村居民点的无序扩张、空心村、土地闲置与不合理利用以及城镇聚落斑块的异速增长等现象[3,20-23]。对本区聚落的研究有利于统筹规划土地利用方式，合理利用土地资源，科学布局居民点，制定聚落发展建设规划，协调聚落布局建设与环境的关系，同时，可揭示聚落格局与环境、生产之间的关系。
陕北黄土高原丘陵沟壑区因其独特的地理自然条件以及社会、文化环境，一直是我国黄土高原自然环境研究的重点区域，但是对该区聚落的研究却相对较少，不能满足当地生产实践和管理的需求。本研究在借鉴前人研究的基础上，以陕北黄土丘陵沟壑区典型县域安塞县为例，采用安塞县大比例尺土地利用变更数据，基于GIS 空间分析方法，分析聚落的分布格局、景观格局以及空间特征，并对影响聚落空间演变的因素和驱动机制进行探讨。以期为进一步认识和掌握陕北黄土丘陵沟壑区聚落分布格局及用地情况，加强土地资源合理利用以及改善农村人居环境等提供一定的科学参考。
1 研究区及研究方法1.1 研究区概况陕北黄土高原丘陵沟壑区位于35°20′30″-38°24′00″N、107°41′00″-110°47′00″E，从行政界线上主要包括陕西北部甘泉县以北、长城沿线以南的延安以及榆林两市的大部分地区，总面积5.39×104km2，占陕西省总面积的21.37%[20]。陕北黄土高原丘陵沟壑区为典型的梁峁状黄土丘陵区，地表支离破碎，沟壑纵横、水土流失较为严重，农耕期短促而气候多变，土地面积广而类型多样，严峻的自然地理条件为当地农业生产带来一定的困难[6,11,20]。
安塞地处西北内陆黄土高原腹地，鄂尔多斯盆地边缘， 位于36°30′45″-37°19′31″N、108°51′44″-109°26′18″E 之间，陕西省北部，延安市正北，土地总面积2 887 km2。安塞地形地貌复杂多样，境内沟壑纵横、川道狭长、梁峁遍布、地表破碎、水土流失严重，是典型的黄土高原丘陵沟壑区。
1.2 数据来源与预处理本研究的土地利用数据为2013 年1∶10 000土地利用变更数据。该数据在全国第二次土地调查所得的土地利用数据基础上，通过逐年更新至2013年得到，具有较高精度以及现势性。该数据的土地利用分类系统采用国土资源部2007 年颁布的《第二次全国土地调查技术规程》（TD/T 1014—2007），分为一级12 类，二级57 类。本研究以国家权威土地利用现状数据（库）作为源数据，可避免因土地利用分类标准不同而带来的不确定性误差，从而为景观格局分析的有效性及准确度提供保障[8]。根据研究区的区域特征和研究目的，在ArcGIS 9.3 软件平台支持下，将研究区的土地利用现状数据归并为8 类，分别为交通运输用地（公路）、草地、园地、耕地、林地、水体、聚落用地（农村和城镇居民点）以及其他土地（图1）。对聚落用地斑块进行提取并统计分析可知，安塞县现有聚落斑块7 381 处，总面积为27.23 km2。
图1 研究区聚落景观与其他土地利用景观格局Fig.1 Settlement and other land use landscape pattern
为深入研究安塞县聚落分布与地形条件的关系，本研究收集下载安塞县30 m 空间分辨率的数字高程模型（DEM，来源于中国科学院国际科学数据镜像网(http://datamirror.csdb.cn)） 数据，并利用ArcGIS 9.3 中的表面分析功能对其进行空间计算，获得该县的坡度和坡向数据。
1.3 研究方法1.3.1 聚落景观格局分析 聚落景观格局的空间分布特征主要是指聚落空间分布格局、分布类型以及空间邻接特征，可通过格局指数予以量化进行表达[5]。本研究应用Patch Analyst（version5.0）软件[24]对景观格局指数进行计算。研究所选择的景观格局指标为景观类型面积（class area,CA）、景观类型面积百分比（percent of landscape,PLAND）、 平均斑块面积（mean patch size,MPS）、 平均斑块形状指数（mean shape index,MSI）、平均边缘长度（mean patch edge,MPE）、景观类型斑块数目百分比（percent of patches number,PNP）和平均斑块分维数（mean patch fractal dimension,MPFD）。
景观类型面积（CA）、 景观类型面积百分比（PLAND）和平均斑块面积（MPS）分别表示某景观类型斑块的面积、占景观总面积的百分比和平均面积，可反映该景观类型的大小特征。平均斑块形状指数（MSI）主要反映景观斑块的规则程度以及边缘的复杂程度。其取值范围为MSI≥1，无上限。当所有的景观斑块都为正方形时，MSI=1；当斑块的形状越偏离正方形时，MSI 越大。平均边缘长度（MPE）反映边缘效应的强弱，其值越大边缘效应越强。平均斑块分维指数（MPFD）是指景观组分中单个斑块的分维数以面积为基准的加权平均值，它在一定程度上也反映了人类活动对景观格局的影响，一般来说，受人类活动干扰小的自然景观的分维指数高，而受人类活动影响大的人为景观的分维指数低。
1.3.2 缓冲区分析 本研究以ArcGIS9.3 软件为操作平台，对主要交通运输用地（一级公路）及河流建立0-3 000 m 范围的缓冲区。为避免重复，在计算统计各距离带中聚落斑块数量及面积时，以聚落斑块的重心G（Xg，Yg）为基准进行计算，聚落景观斑块重心计算公式如下[8]：
式中：Xg，Yg分别为聚落景观斑块重心的经纬度，n为聚落图斑边界上经度和纬度的拐点个数，Xi、Yi分别为聚落图斑边界上经度和纬度的拐点。
1.3.3 网格分析 网格分析是一种可视化统计数据的有效手段[25]， 本研究根据研究区的具体情况以1000 m×1000 m 的网格大小对研究区聚落图斑进行分割，进而对各个网格单元内的聚落面积进行计算，并将计算结果赋予对应网格。
1.3.4 kernel密度分析 kernel 密度分析是指利用kernel 算子对密度进行求算的方法，其原理是将落入搜索区的点进行汇总合计后除以搜索区面积，从而得到每个单元的密度值[20]。为进一步分析聚落斑块空间分布特征，