吐鲁番市烽燧和驿站时空分布特征及影响因素分析——以汉唐和清朝为例

谢雨昕，王 璐，孙浩捷，赵新雨，随晴晴

（新疆师范大学 地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054）

近期，国家文物局、文化和旅游部、国家发展和改革委员会发布《关于开展中国文物主题游径建设工作的通知》，强调要以不可移动文物为主干，以特定主题为主线，建设文物主题游径。吐鲁番作为丝绸之路的重要节点，在历史时期发挥着不可或缺的作用，从汉唐至清朝，为保障丝绸之路通畅、维护国家统一，在此地设置了许多烽燧、驿站等；如今，烽燧等遗址资源，具有独特的历史文化意义和社会经济价值。运用GIS 等现代技术手段分析吐鲁番市烽燧、驿站时空分布特征及影响因素，成为目前亟待解决的问题，也将为吐鲁番市乃至其他地区文物主题游径提供建设依据。

近几年，GIS 空间分析方法在考古学等领域成功应用，这表明运用空间性地理思维挖掘数据信息可以为传统社会学科带来新的发展。国外GIS 考古研究开始较早，20 世纪80 年代，欧美学者就开始关注遗迹分布及其成因的空间关联，后将其拓展至地形地貌，发展为景观考古学，并以此关注人类的生产生活与复杂的地表空间形态之间的关系，感知文化架构和复杂的人地关系。主要研究内容集中在构建古遗址数据库系统和建立古遗址预测模型［1-3］、人类活动与地理因素或特征的关联性［4-6］、对人类活动时空过程仿真预测［7-8］等。

国内GIS 方面的发展相对滞后，20 世纪90 年代，随着西方聚落形态分析、遗址空间考古等研究的传入，国内GIS 考古最初仅具备理论可行性，随后开始研究不同时期人类活动空间的地理与环境区位的变化，但并不局限于地区环境分析方面，研究范围更加广泛，表现为区域考古调查的全面展开［9-11］、基于区域考察的聚落研究［12-16］、遗址空间分布与环境变量的关系研究［17-18］以及人地关系综合研究［19-20］等。

通过梳理现有研究可知：从研究对象来看，烽燧、驿站类遗址与古遗址地理研究较为割裂；从研究内容来看，现有研究主要集中在空间布局和保护性发展上，数据的时空相关性不强；从研究视角来看，目前对遗址选址的影响仅考虑自然或人文单一要素。鉴于此，本文结合相关历史文献，试图通过现代地理学方法探究：（1）吐鲁番市汉唐和清朝两个时期烽燧、驿站时空分布及其与水文地貌的关系，探讨各时期烽燧、驿站的时空演变特征；（2）从人类活动的角度说明吐鲁番盆地烽燧、驿站的空间选址如何承载其历史功能，探究过去人类对空间的理解和利用。

1 研究方法和数据来源

1.1 研究区概况

吐鲁番市（89°11′E，42°56′N）地处新疆维吾尔自治区东部，是一个被山脉包围，东西走向的橄榄型山间盆地，属典型的大陆性温带荒漠气候，日照充足、热量充沛，但降水少、多风、极度干旱，被称为“火洲”和“风库”。吐鲁番市下辖一区二县，东为鄯善县，西为托克逊县，中为高昌区，总面积69 713 km2。作为古丝绸之路上的重镇，吐鲁番市现遗存的烽燧以及交通驿站等遗址资源众多，时代特征明显，其时代远至汉唐，近到清朝。出于对各历史时期政治、经济特点及反映历史事件等影响的考虑，结合研究区实际情况对吐鲁番市的烽燧、驿站等选址，按照年代由远及近的次序分为汉唐和清朝两个时期，探讨其时空分布格局及影响因素（图1）。

图1 研究区与烽燧、驿站分布Fig.1 The study area and the distribution of beacons and post stations

1.2 数据来源及处理

本文使用的基础地理数据包括吐鲁番市各级行政区矢量数据和空间分辨率为30 m 的GDEMV2 数字高程模型（digital elevation model，DEM）数据，来源于地理空间数据云（http：//www.gscloud.cn）。数据预处理主要是基于ArcGIS 10.2 对研究区行政区矢量数据及DEM 数据进行裁剪，并根据DEM 数据获取研究区的地形起伏高度、坡度和坡向等状况。点要素数据包括吐鲁番市境内烽燧、驿站等遗址，来源新疆第三次文物普查报告以及研究区实地考察对比、筛选和校验。由于吐鲁番市的历史遗存年代久远，且受风蚀作用和人为取土等破坏，遗址数量有限，实测遗址共71 座。

1.3 研究方法

1.3.1 核密度分析 核密度分析是一种非参数的密度估算方法，其数值能很好反映点数据在空间上的密度分布情况。计算公式［21］为

其中，f（x，y）是该点位置的密度估计，h为窗宽，k为核函数，n为观测总数，x-xp表示观测点x到点p的距离。f（x，y）数值越大，表示点要素在空间上的分布越密集。

1.3.2 平均最近邻 最近邻是用于判断点要素在空间分布形态中集聚与否的方法，计算公式［22］为

其中，R为平均最近邻比率，当R＝1 时说明点要素的空间分布具有随机性，当R>1 时点要素趋向均匀分布，当R<1 时可将点状要素看作凝聚型。

1.3.3 全局空间自相关 全局空间自相关可以用于判断点要素分布是否具有集聚特征，计算公式［23］为

其中，I为全局空间自相关指数，n为要素总数，sij为要素i、j之间的空间权重，Yi、Yj为要素i、j属性值，C为Yi与其平均值偏差之和。当I＝0 时，说明分布具有随机性；当I>0 时，表明区域空间分布呈正相关，值越大空间相关性越明显；当I<0 时，呈空间负相关。

1.3.4 标准差椭圆 标准差椭圆能够用来概括地理要素的中心趋势、离散和方向趋势等空间属性，计算公式［24］为

式（4）中x、y是变量i的坐标，（x，y）表示变量的平均中心，n为变量数值。

2 烽燧和驿站时空分布特征

2.1 时空分布类型

地图点群的空间分布格局通常可分为均匀分布、随机分布和集聚分布三种类型。由于利用最近邻方法对点状对象的空间分布类型进行度量时，其定义条件仍有争论，故可利用空间自相关方法进一步检验。运用以上方法对汉唐、清朝时期烽燧、驿站的空间分布状况进行测度，结果表明R<1，空间自相关I>0。说明汉唐和清朝时期吐鲁番市烽燧、驿站分布均呈现集聚性（表1），最近邻R值变低，说明清朝时期烽燧、驿站的集聚趋势比汉唐时期有所增加。

表1 吐鲁番市烽燧和驿站平均最近邻和全局空间自相关分析Tab.1 Analysis of average nearest neighbor and global spatial autocorrelation of beacons and post stations in Turpan city

2.2 时空分布密度

利用ArcGIS 10.2 空间分析工具进一步对吐鲁番市烽燧、驿站进行空间核密度估计。从时间上看，汉唐到清朝烽燧、驿站的核密度位置及大小随着时间推移不断发生变化，其核密度数值也相应地变高，说明单位范围内烽燧、驿站的数量有所增加。汉唐时期烽燧、驿站密度高值区大部分集中于艾丁湖北缘；到了清朝时期，乌斯通沟与阿拉沟两侧烽燧、驿站核密度显著增加，呈现出扩散趋势，并在乌斯通沟南缘形成新的核密度高值区。从空间上看，汉唐与清朝吐鲁番市烽燧、驿站空间分布大体相似，总体上表现为“北密南疏”，以艾丁湖流域为中心向四周扩散，呈现出核密度廊道，并在火焰山-盐山南北两侧密集分布，恰能与吐鲁番南北盆地的潜水层形成对应。两个时期烽燧、驿站的时空分布具有不平衡性，存在明显的地区差异。可见，吐鲁番市烽燧、驿站分布并非无序，而是一种自然规律与人文因素共同作用的结果。

图2 汉唐（a）和清朝时期（b）吐鲁番市烽燧、驿站密度Fig.2 Han and Tang dynasties （a），Qing dynasty period （b） Turpan city beacon and post station density

2.3 时空分布重心与迁移方向

基于ArcGIS 10.2 软件平均中心工具，以吐鲁番市汉唐和清朝时期两个阶段的烽燧、驿站为基础，计算不同时期其分布重心，汉唐至明清时期烽燧、驿站空间迁移呈现出“东（略偏北）-西（略偏南）”方向的变化格局（图3）。汉唐时期烽燧、驿站空间的重心位置位于高昌区（X：89.442528，Y：42.940598），明清时期烽燧、驿站空间的重心变化不大，变动到高昌区（X：89.316419，Y：42.902243）。汉唐至明清时期，吐鲁番市烽燧、驿站的空间重心总位移约11 km，总体呈现向西移动的趋势，标准差椭圆x轴和y轴呈现出增长趋势，由此可见，吐鲁番市烽燧、驿站在“东-西”和“北-南”方向上均呈扩散状态。两个时期烽燧、驿站的形成重心都位于艾丁湖与各大河流汇集处，说明此处是遗址分布的重点区域。

图3 汉唐和清朝时期烽燧、驿站重心位置及标准差椭圆Fig.3 During the Han and Tang dynasties and the Qing dynasty，the position of the center of gravity and the standard deviation ellipse of the post station

3 烽燧和驿站时空分布影响因素

基于研究区特殊的自然地理特点、历史文化传统和数据可获得性原则，选取高程、坡度、坡向和水源4 项自然因子，以及政治经济、交通、防御通讯3 项人文因子，分析吐鲁番市烽燧和驿站分布格局。

3.1 烽燧和驿站时空分布自然因素分析

3.1.1 高程的影响 按地貌起伏高度结合研究区实际情况将吐鲁番市的高程分为丘陵（<200 m）、小起伏山地（200～<500 m）、中起伏山地（500～<1 000 m）、大起伏山地（1 000～2 500 m）和极大起伏山地（>2 500 m）［25］五个维度（图4a）。汉唐时期烽燧、驿站多位于盆地中心，即海拔最低处，分布数量大体上随海拔的升高而减少（表2）。此时古人生产力低下，戍卒随烽燧、驿站而居，在低海拔地区能够保障食物来源，可以满足基础的生存需求。到了清朝，烽燧、驿站在>2 500 m 的海拔范围内仅新增一处，其他高度上新增数量差距不大，总体上呈现出均匀分布的特点。这是由于生产力水平的提升，古人探索高海拔地区的可能性更大，范围更广，在不同高度的地貌上均能实现各类设施的修筑。

图4 汉唐、清朝时期烽燧、驿站高程（a）、坡度（b）、坡向（c）和河流缓冲区（d）分布Fig.4 Distribution of beacon and post station elevation （a），slope （b），aspect （c） and river buffer zone （d）during the Han and Tang dynasties and Qing dynasty

烽燧、驿站等设施主要负责守望御敌和传递公文的职能，一旦发现敌情，需要施放烟火信号，通报敌情消息。在建造此类设施时，必须考虑其观察瞭望的作用，同时还要考虑人的目力所能达到的极限，以保证传达出的信号被准确接收，因此该类遗址大多建造在地势相对较高的地方。吐鲁番市烽燧、驿站分布的海拔虽然略为低平，但与盆地中心的高度相比仍符合防御类设施建设时对高程的要求。站得高看得远是亘古不变的规则，在朝代更迭的进程中，也印证了高程对于该类遗址的选址有不可忽视的影响［26］。

表2 烽燧和驿站在不同高程分布的数量Tab.2 The number of beacons and post stations distributed at different elevations

3.1.2 坡度的影响 地表坡度对建设用地选择有多种影响。对吐鲁番市坡度数据进行重分类，分为5 个等级：平坡（0°～<5°）、缓坡（5°～<15°）、斜坡（15°～<25°）、陡坡（25°～35°）和急坡（>35°），再多值提取至点，提取每一处烽燧、驿站的坡度信息，对其总体分布特征进行分析（图4b）。

清朝新增的烽燧、驿站在坡度等级上的选取与汉唐非常相似。汉唐时期吐鲁番市烽燧、驿站在陡坡和急坡上分布数量为零，在平坡的数量最多，共有37 处（表3）。随着坡度的不断升高，遗址的数量也相应地减少。到了清朝时期，烽燧、驿站仅在平坡和缓坡上有新增。由于古代生产力水平的限制，遗址的空间选址更倾向地势平坦，交通便利，利于耕作，且适合戍卒在防御守边的同时还能进行农业生产和居住生活的区域。坡度大的区域容易遭受滑坡、泥石流等自然灾害的侵袭，不利于居住和建筑。虽然平坦地区是烽燧、驿站选址的首选区域，但在缓坡和斜坡也有少量的遗址分布，这可能与防御需要有关。

表3 烽燧和驿站在不同坡度分布的数量Tab.3 The number of beacons and post stations distributed on different slopes

3.1.3 坡向的影响 坡向对于古代建筑的选址起着重要作用。使用ArcGIS 10.2 软件对吐鲁番市数字高程地形图进行坡向分析（图4c）。按顺时针方向划分为0°～<22.5°、22.5°～<67.5°、67.5°～<112.5°、112.5°～<157.5°、157.5°～<202.5°、202.5°～<247.5°、247.5°～<292.5°、292.5°～<337°、337°～360°用以指代不同方向，对其进行重分类，将烽燧、驿站与重分类后的坡向进行叠加，统计各个坡向的古城遗址数量。两个时期烽燧、驿站在不同坡向上的数量分布图显示（图5a），汉唐时期超过半数的烽燧、驿站分布于东南、南、西南三个方向，占比达到61.2%；而清朝时期正西方向新增的遗址最多，其他方向分布数量差距不大。

北半球坐北朝南是建筑布局的理想状态，一般而言，南坡最适宜居住，东南为适合居住坡向，西北和北向为比较适合居住坡向。研究区烽燧、驿站的朝向多数符合居民点的适宜坡向，而少部分不适宜居住坡向有遗址分布可能需要利用地形特征实现防御需要。受吐鲁番市的自然地理状况和遗址类型特殊性的限制，其选址朝向不可能完全理想。

3.1.4 水源的影响 《管子·乘马》中提到“高毋近旱而水用足，低毋近水而沟防省”［27］，这说明水源是建筑选址的重要参考因素。利用ArcGIS 10.2 软件，对研究区河流缓冲区分析（图4d）。

唐朝时期绝大多数的烽燧、驿站分布在河流缓冲区范围5 km 内，占遗址总数的75.5%，说明烽燧、驿站选址呈现出显著的濒水性（图5b）。烽燧、驿站沿着河流分布，可有效地控制塞外的水源，起到防守的作用。选址近水便于补给，此外，汉唐时期采取了“寓兵于农”的屯田策略，通过开垦荒地，兴修水利，大规模屯田，为边塞驻军提供粮食，因而这类遗址更靠近河流。古吐鲁番北部地表水分条件更为优越，古艾丁湖面积较大，区域内适合农耕、居住和城市建设。南部主要以沙漠、戈壁为主，而沙漠以地下水系为主，地表河流较少，不适宜人居，因此遗址在此分布极少。也有一些遗址距离河流很远，是因为附近有坎儿井之类的人工水源，受自然水系的影响较弱。

到了清朝，位于5 km 河流缓冲区内的烽燧、驿站比例较唐朝大幅下降，且在河流各缓冲区范围内分布数量差距不大，说明遗址分布的濒河性特征减弱（图5b），这是由于历朝历代大兴修建水利设施，利用水资源的技术得到提高，因此对自然水体的依赖性逐渐减弱，尤其是坎儿井的大规模修建使这一时期遗址选址受自然环境的限制大大降低，这也反映出随着时代的发展和社会的进步，人们适应环境和改造环境的能力显著提高。

图5 汉唐和清朝时期烽燧、驿站不同坡向、河流距离雷达图Fig.5 Radar map of different slopes and river distances of beacons and post stations during the Han and Tang dynasties and Qing dynasty

3.2 烽燧、驿站空间分布人文因素分析

3.2.1 政治经济的影响 唐朝为了加强长安与西域间的交往，政治上，在伊州、西州、庭州推行均田制、府兵制等律令制度；经济上，在西州等要冲地区设置有“长行坊”；防御上，设置从戍、烽、铺到守捉、军、镇等组织严密的防卫系统；商旅交通上设置驿站、驿馆。唐朝以丝绸之路为主线，以城池为中心，修建烽燧、驿站等设施，共同组成完善的防御系统和行政系统，加强对丝绸之路的管理和保护，为丝绸之路的鼎盛繁荣创造了条件。

烽燧、驿站的作用是保证政令畅通，邮驿迅捷以及使者来往。这不仅是边塞体系中最基层的组织，也是边防候望系统的核心，服务于屯田和邮驿。清朝延用了屯田制度，吐鲁番屯田是清朝新疆屯田重要的一部分，烽燧、驿站等设施解决了在此驻防官兵的粮食供应问题，随着民屯的发展，大量来自内地的百姓迁入吐鲁番市，开发荒地、兴修水利。烽燧、驿站的存在对西北地区社会、经济的发展起到了不可忽视的推动作用。

3.2.2 交通的影响 吐鲁番市作为古代中国与西方文化交流和贸易往来的重要枢纽，境内有许多道路，这些道路是天山南北游牧民族通行的要道，是中原大地的先民、使臣、商旅通往中西亚的重要通道，更是丝绸之路的重要组成部分。现存的《西州图经》残卷中，对唐朝西州（今吐鲁番）主要道路的走向、用途和沿途风景有详细记载，如从高昌至北庭（今吉木萨尔）的“乌骨道”云“足水草、峻险……唯通人……马行多损”。清朝时新疆与内地的道路交通获得较大发展，形成南北两条重要路线，即宋元时期的漠北道和古丝路的北道；通往邻省的其他驿道也有许多条，例如，自迪化（今乌鲁木齐市）东南行，越达坂城天山隘口，经吐鲁番、鄯善、七克腾木、瞭墩、哈密、星星峡，沿河西走廊至兰州的兰新路及其支路，至今仍在使用。结合文献对汉唐以及清朝吐鲁番市主要道路复原（图6）发现，烽燧、驿站在东西、南北走向的主要道路上均有分布，二者密切相关，构成了严密的防御网。

历朝历代对吐鲁番战略要冲的掌控，实质上也是对交通枢纽的掌控，烽燧、驿站的分布得益于道路交通网的形成，同时也为沿途的使节、商人、僧侣们提供休整和补给。若该类设施距离交通干线近，将大大节约整个区域与外界交流的成本，同时还能推动不同地区之间的人流、物流和信息流流动，为城市的发展和完善带来了机遇。由此可见，吐鲁番烽燧、驿站的建设一方面是为管控交通，在交通干道上形成完整的防御、邮驿系统；另一方面还会对沿线的文化传播起到一定作用。

3.2.3 防御、通讯的影响 烽燧借助狼烟和火光所发出的讯号，都是由驻守的士兵用肉眼来观测的。在条件好的情况下，人的目力有效范围是30 km，超过这个范围，人眼就无法分辨出狼烟和火光［28］。汉代行书速度约为2.2 km/h；当驿站间相距小于2 km时，其设置就无法充分发挥视听信号可达到的最大距离，使信息传递效率下降，防御辐射范围缩小，那么其代替人工、车马进行长距离、低成本情报传递的目的也就失去了意义［29］。另有《武经总要》记载：“唐法：（烽燧）须在山岭高处，若有山岗隔绝，地形不便，则不限里数，要在烽烽相望。”吐鲁番市现存的大多数烽燧、驿站遗址之间的距离符合上述要求。个别遗址受地理条件的限制和其他需要，选址超出范围并不影响其整体信息网络传递。现存遗址之间的布置距离，是古代人根据视觉原理，并结合实际测绘、建造和规划经验以达到明确识别警报信号目的，并在此基础上实现低成本、高回报的最佳权衡。

总之，区域政治经济发展状况、区位交通以及遗址本身的职能都会对遗址在区域内的空间分布产生一定影响。研究区内自然基础条件以及人类活动的相互作用，形成了今天所看到的烽燧、驿站遗址的分布格局。

4 讨论与结论

4.1 讨论

文物资源既是地区历史的载体，又是地区空间的结晶，是地区发展与环境变化的“活化石”。一个区域的地貌水文、政治经济和交通区位等因素都会对遗址点的分布格局产生影响。探寻遗址时空演变过程和成因机制，可以发现并了解该区域自然环境与社会环境的变迁，对保护遗址以及进行旅游合理开发具有重大现实意义。

研究表明，吐鲁番市烽燧、驿站遗址的空间分布呈聚集型，其空间分布受制于诸多因素。一方面，自然地理要素是早期遗址选址考虑的主要因素［30-31］；另一方面，由于人地关系的综合研究越来越被重视，也应该考虑人类活动对遗址选址的影响。故研究区实际情况选取高程、坡度、坡向、距河流距离和政治经济、交通、防御、通讯来分析吐鲁番市烽燧、驿站遗址时空分布格局的成因。

历史时期，通过自然环境和人文活动的空间配置，烽燧、驿站肩负着防御系统中前后方通信和战略指挥功能，而吐鲁番市的71 座烽燧、驿站遗址仅是其中的部分样本。由于数据获取的局限性，收集的样本量相对来说较少，此外，形成因素的判断也存在主观性，因此本文定量结论的精度可能存在一定误差。未来可拓展该领域研究范围和层次，通过实地考察和阅读文献增加样本种类和数量，进一步完善影响因子的选取，如增加距中心城邑距离、耕地质量、年均温、年降水量等指标；为减少指标之间的相关性和避免信息重叠，可对原影响因子进行降维，识别主导因子，提高研究的准确性和科学性。让陈列在广阔大地上的遗产“活”起来，实现文物与旅游深度融合发展，增益旅游历史文化底蕴，满足人民日益增长的美好生活需要，服务国家战略和经济社会发展。

4.2 结论

对烽燧、驿站的空间分布形式进行研究，可以更好地了解其空间分异的现状和内在规律，能够反映出古代人类对自然环境的依赖性以及对自然环境的改造过程，以便更好地为后续文物的保护和利用提供研究基础。本文以吐鲁番市为例，借助GIS 技术，对烽燧、驿站遗址的空间分布特点及影响因素进行分析，得出如下结论。

（1）吐鲁番市烽燧、驿站的分布，总体呈集聚型特征，且随时间推移集聚趋势增强。遗址核密度呈廊道分布，两个时期艾丁湖流域均为高核密度区，至清朝，阿拉沟流域新增核密度高值区。烽燧、驿站的空间发展重心的转变体现在汉唐至清朝遗址空间重心自东向西的迁移路径，艾丁湖与各大河流汇集处是烽燧、驿站遗址分布的重点区域。

（2）河流系统与地形等自然因素对研究区烽燧、驿站的选址存在不可忽视的影响。在海拔适中、坡度较小、光照良好的区域，烽燧、驿站呈现出集中分布的特点，遗址点距离河流系统越远，数量越少，表现出明显的濒水性特征。

（3）政治经济、交通、防御与通讯需要等其他人文社会因子也会对烽燧、驿站选址产生一定影响。烽燧、驿站等设施的设置为满足丝绸之路的通畅和防御需要，表现出一定的职能指向性特征。