潘 峰, 唐曉嵐, 吳 雷, 顧哲衍

(1.南京林業(yè)大學 風景園林學院, 江蘇 南京 210037; 2.合肥學院 藝術(shù)設(shè)計系, 安徽 合肥 230601;3.南京大學 地理與海洋科學學院, 江蘇 南京 210023; 4.江蘇省水利勘測設(shè)計研究有限公司, 江蘇 揚州 225127)

基于RS&GIS的內(nèi)湖島嶼湖域視景資源開發(fā)分析

潘 峰1,2, 唐曉嵐1, 吳 雷3, 顧哲衍4

(1.南京林業(yè)大學 風景園林學院, 江蘇 南京 210037; 2.合肥學院 藝術(shù)設(shè)計系, 安徽 合肥 230601;3.南京大學 地理與海洋科學學院, 江蘇 南京 210023; 4.江蘇省水利勘測設(shè)計研究有限公司, 江蘇 揚州 225127)

[目的] 通過量化研究探索內(nèi)湖島嶼湖域視景資源開發(fā)過程中的可持續(xù)發(fā)展途徑，為此類區(qū)域風景規(guī)劃、低影響開發(fā)和湖域景觀保護等提供依據(jù)。[方法] 以太湖西山島及周圍湖域為典型研究范圍，基于RS&GIS的空間分析技術(shù)及方法，從路域視景、湖岸視景、視域開闊度、視景豐富度、地形因子等方面進行量化研究，并提取適宜的觀景平臺選址作為成果展現(xiàn)。[結(jié)果] 首先通過最佳坡度坡向、平臺地基尺寸、洪水淹沒、低影響開發(fā)、路域可達度等指標初步篩選出30處擬選址。其次通過視域、水景開闊度和視景資源豐富度進行分析，確定最終選址。[結(jié)論] 建立在量化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的視景資源開發(fā)屬于源頭控制，觀景平臺的選址科學有效，有利于視景資源的永續(xù)利用和區(qū)域生態(tài)。

RS & GIS; 內(nèi)湖島嶼; 太湖西山; 視景資源; 觀景平臺

文獻參數(shù)： 潘峰, 唐曉嵐, 吳雷, 等.基于RS & GIS的內(nèi)湖島嶼湖域視景資源開發(fā)分析[J].水土保持通報，2017,37(3)：279-283.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170309.001； Pan Feng, Tang Xiaolan, Wu Lei, et al. Analysis for visual landscape resources development of lake region of inner islands based on RS & GIS[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：279-283.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.20170309.001

視覺景觀資源(簡稱視景資源)指的是某一區(qū)域具有視覺價值的景觀總量，是區(qū)域自然資源的重要組成部分[1]。作為最直接、最容易被感知的對象，視景資源的品質(zhì)、特色和體量決定了觀者直接的觀賞印象和資源價值程度。在人口居住高度城市化的今天，良好的視景資源成為提升區(qū)域吸引力的重要因素，城市近郊的內(nèi)湖島嶼由于其良好的資源特性成為休閑游憩的重要載體。中國湖泊數(shù)量眾多、分布廣泛，其中僅面積大于1.0 km2的湖泊約有2 693個、總面積91 019.6 km2[2],其中相當數(shù)量的湖泊分布在城市內(nèi)部和周邊。湖泊區(qū)具有生態(tài)脆弱敏感的特性，針對內(nèi)湖島嶼湖域視景資源的開發(fā)需要采取持續(xù)可控的方法實現(xiàn)科學永續(xù)利用。

西方20世紀60年代萌發(fā)了視覺分析與評價學說，主要從視覺資源評價體系[3]、視覺感知心理[4]、五維風景評價[5]等角度在視覺美學領(lǐng)域內(nèi)研究景觀構(gòu)成的內(nèi)在規(guī)律。中國從70年代“曠奧對比”風景空間序列分析[6]開始，多位學者從不同的學科角度，如風景景觀工程體系[7]、景觀敏感度和景觀閡值[8]等分別對視景資源開展了系統(tǒng)研究。

隨著計算機多維度數(shù)字模擬與衛(wèi)星對地觀測技術(shù)的發(fā)展，近年來中國在此領(lǐng)域的研究不斷深入。研究方法的主觀性減弱，趨向于依托綜合定量的方法提高視景資源分析的科學性與景觀開發(fā)利用的可行性。張雙[9]利用數(shù)學模型和GIS技術(shù)對巫山小三峽夾江景觀的視覺效果進行了分析，并對實際的峽谷地貌進行了理論性評估；張巧等[10]運用相關(guān)因子加減法對惠州西湖風景名勝區(qū)景觀視覺廊道的整體性進行了綜合評價；湯曉敏[11]利用景觀視覺環(huán)境評價(LVEA)法建立了長江三峽(重慶段)沿江景觀視覺資源信息庫；裘亦書等[12]利用3S技術(shù)對從山地視覺景觀度假村選址的角度展開了量化研究。依托數(shù)字化技術(shù)平臺實現(xiàn)視景資源的綜合量化研究已成趨勢。

太湖西山島作為中國第一大內(nèi)湖島嶼，是擁有此類資源的典型代表。本文擬針對其獨特內(nèi)湖島嶼范圍的視景資源系統(tǒng)，立足島嶼建成區(qū)旅游行為的實際，運用三維數(shù)字高程模型修正并模擬背景環(huán)境和擬建工程作用下的“地形”高程變化，對湖域視景資源開發(fā)進行量化研究，以期為指導基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、低影響度開發(fā)、適宜地形選擇以及湖域景觀保護等提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

西山島位于江蘇省蘇州古城西南45 km的太湖之中，東西長15 km，南北寬11 km，面積約85 km2，是中國淡水湖泊中最大的島嶼，橫山、陰山等12個島嶼坐落于其北部、西部和南部。西山地勢較為復雜，平均海拔154.6 m，最高峰縹緲峰約311 m，亞熱帶季風氣候，四季分明，雨量充沛，年均降水量1 100 mm，年均氣溫15.7 ℃。西山屬棕色土壤，夾雜個別紅壤和潛育性水稻土的發(fā)育,植被垂直分布明顯，森林覆蓋率達到80%[13]。西山隸屬太湖風景名勝區(qū)，以群島風光、花果叢林和吳越以來古跡著稱，有石公山、林屋洞、古羅漢寺、明月灣村等20處景點，現(xiàn)存歷史文化古跡100余處，擁有典型的內(nèi)湖島嶼視景資源。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

2016年3月的Landsat8 OLI遙感影像由USGS提供(http:∥www.usgs.gov)，已經(jīng)過系統(tǒng)輻射校正和幾何校正。運用ArcGIS 10.2軟件對主干道路、風景名勝區(qū)等地表要素進行矢量化；數(shù)字高程模型ASTER GDEM DEM數(shù)據(jù)下載自地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn)，該數(shù)據(jù)是由日本METI和美國NASA聯(lián)合研制，空間平面分辨率為30 m，遙感影像預處理過程如圖1所示。

圖1 遙感影像預處理流程

2.2 研究方法

針對湖域視景資源，以西山島和臨島湖水為研究對象，基于RS & GIS的空間分析技術(shù)，建立逐層篩查標準，通過對環(huán)島道路沿線觀景平臺的適宜位置提取體現(xiàn)湖域視覺景觀分析。依據(jù)風景區(qū)規(guī)劃規(guī)范[14]、旅游心理學、人眼視知覺習慣等，結(jié)合西山湖域景觀特征和景區(qū)開發(fā)現(xiàn)狀，研究其理想的觀景平臺選取位置應具有的特征，如表1所示。

2.2.1 地形因子分析

(1) 坡度分析。通過地形圖、立體光學像對和激光雷達等多種方式獲取高程點集，構(gòu)建數(shù)字高程模型(digital elevation model, DEM)對地形進行模擬，應用解析幾何計算地形坡度[15]。國際地理學會地貌調(diào)查與制圖委員會將坡度劃分為7個級別，平原至微傾斜平原、緩斜坡、斜坡、陡坡、急坡、急陡坡和垂直坡[16]，如表2所示。地形坡度對營造觀景平臺的影響，主要體現(xiàn)在環(huán)境生態(tài)適宜性與工程復雜度2個方面。觀景平臺適宜布置在坡度平緩的區(qū)域，以便于空間的自由布局，避免受到地形過多約束。綜合考慮坡地與自然災害和建筑區(qū)布局特征的關(guān)系，本文以坡度小于15°的坡地為建造觀景平臺構(gòu)筑物的候選區(qū)，適宜區(qū)域總面積為1383.94 hm2。

表1 理想觀景平臺應具備的特征

表2 坡地與建筑(構(gòu)筑)物布局特征

(2) 坡向分析。坡向是地表面上一點切平面的法線矢量在水平面的投影與過該點正北方向的夾角，以正北方向為0°，按順時針方向計算，取值范圍為0～360°[17]。日照時長是營造觀景平臺時要考慮的重要問題，它主要與坡地的太陽赤緯、緯度、坡度和坡向有關(guān)[18]。由于地形坡度和坡向的不同，西山的日照時長有較大的差異。一般坡度越緩，日照時長相對較長，坡度越陡，日照時長相對較短；南坡、東南(西南)坡的日照時長相對較長，東坡和西坡次之，北坡和東北(西北)坡的日照時長相對較短。因此，為了獲得盡可能多的日照時長，觀景平臺宜布置在南坡、東南(西南)坡，避免北向的背陽坡。西山屬于亞熱帶季風氣候，夏季受海陸熱力差異的影響，盛行東南風(西南風相對較弱)，冬季受西伯利亞寒流的影響，盛行西北風。為避免正對盛行風向，抵御冬季寒冷的偏北風，同時滿足較好的通風條件，觀景平臺宜布置在南南西—南南東方向上。綜合考慮坡向后，以157.5°～202.5°為營造觀景平臺的最佳坡向，適宜區(qū)域總面積為966.72 hm2(如圖2所示)。

2.2.2 洪水淹沒趨勢性分析 西山位于太湖流域腹部的太湖之中，興建觀景平臺需要進行洪水淹沒趨勢分析。基于DEM模擬給定水位下的淹沒區(qū)，包括“無源淹沒”和“有源淹沒”2種模式。“無源淹沒”假定研究區(qū)均勻降水，所有低洼處都可能積水成災，如漫堤式淹沒；“有源淹沒”則需考慮流通淹沒的情形，水流受到地形起伏的影響，即使某一低洼處高程低于給定水位，也可能由于地形阻擋而不被淹沒，如決堤式淹沒[19]。本文應用ArcGIS空間分析模塊，對洞庭西山站建站以來最高水位(1999年7月8日4.948 m)進行“無源淹沒”模擬，未被淹沒的區(qū)域總面積為359.8 hm2，即為候選區(qū)。

圖2 西山地區(qū)坡向分布

2.2.3 低影響開發(fā)和路域可達度分析 西山開發(fā)歷史悠久，島上居民十幾萬，現(xiàn)已開發(fā)景點20個。針對低影響開發(fā)和路域可達度的研究，根據(jù)短期旅游的時間分布規(guī)律和以自駕游為主的方式，圍繞環(huán)島公路主干道進行。通過空間分析，選擇距離100 m，步行5 min以內(nèi)可達，并在洪水淹沒范圍外(親水性觀景平臺除外)進行選址，同時選址要規(guī)避現(xiàn)有建成建筑和各類構(gòu)筑物。

2.2.4 土壤和植被制約性分析 西山森林覆蓋率高達80%，森林保水固土作用明顯，發(fā)生地質(zhì)災害的可能性極小。土壤包括4大類。其中，山坡頂部母質(zhì)層厚薄不一，山坡低區(qū)有較厚坡積層，臨湖部分為灰棕色黏質(zhì)湖積物、黏質(zhì)或砂質(zhì)湖積物，本研究主要針對的湖灣地區(qū)較適合景觀構(gòu)筑物建造。

2.2.5 視域和水景開闊度分析 湖中島的視域開闊度，主要受到湖岸線曲線和觀景平臺高程的影響，如圖3所示。湖岸線外凸處的視域較開闊，如圖3中A，C點；湖岸線內(nèi)凹處視域較閉塞，如圖3中B，D點。當湖岸內(nèi)凹到一定程度，可以形成峽谷景觀。同時，觀景平臺的高程也是一個重要的影響因素，如圖3a中，觀景平臺與湖面之間如果有較高的視覺遮擋物(土堆、山坡、植物、建筑等)，會遮擋視線，影響視域開闊度；如圖3b中，如果觀景平臺無任何遮擋，且處于湖岸線外突出，故視域開闊。視域和水景開闊度還受到最遠可視范圍的影響，一般認為距離330 m以上的景深可以形成深邃感，研究發(fā)現(xiàn)西山周邊所有湖中島均處于此范圍之外。

圖3 視域和水景開闊度示意圖

2.2.6 視景豐富度分析 景觀視覺層次有2層含義，第1層是指在相對靜止的固定觀景平臺觀賞時，景物本身由于遠近距離的差別形成視覺層次，圖底關(guān)系良好而吸引人；第2層是指在相對移動的移動觀景區(qū)間，由于視角的頻繁轉(zhuǎn)換與觀賞者移動速度形成一定的韻律和節(jié)奏，產(chǎn)生了比較好的視覺層次。本研究著重針對第一層含義展開，研究區(qū)域處于太湖腹地，因此西山北側(cè)、東側(cè)由于與陸地的距離低于此距離，遠景即“底”為太湖沿岸陸地的山丘；而西側(cè)、南側(cè)由于與陸地的距離大于次距離，遠景即“底”為天際線。

中景層為島嶼，其中東側(cè)東山半島體型巨大，北側(cè)與東南側(cè)的湖中島嶼分布較多；近景均為湖水。其中中景層、近景層構(gòu)成“圖”。關(guān)于第二層含義，研究區(qū)域環(huán)島公路設(shè)計因為歷史原因，有部分路段形成比較高頻的視角轉(zhuǎn)換，其中島南側(cè)明月灣、西北側(cè)等比較明顯。

3 結(jié)果與分析

結(jié)合實地考察、拍照取樣和RS & GIS技術(shù)，通過最佳坡度坡向、平臺地基尺寸、洪水淹沒、低影響開發(fā)、路域可達度篩選出擬建觀景平臺選址30處樣本，如圖4所示。再通過30個樣本的視域和水景開闊度、視景資源豐富度進行比對分析，確定最終選址。

圖4 初步遴選獲得30處觀景平臺擬選址位置示意圖

針對視域和水景開闊度分析，根據(jù)樣本區(qū)可視景觀面積、可視水景面積，以及可視水景面積占可視景觀面積的比例，采用5級制評價體系對樣本進行篩選分類。

可視景觀面積越大等級越高，說明采樣位置視野越開闊、沒有臨湖遮擋物；可視景觀面積越小等級越低，說明采樣位置視野較狹窄、可能有山體、建筑等構(gòu)筑物的明顯遮擋，如表3所示。經(jīng)研究，樣本2，8，9，10，11，14，21位置可視景觀面積最大，樣本1，12，15，26，27，28位置可視景觀面積較小。

表3 景觀平臺擬選址樣本的視域開闊度分級

樣本區(qū)可視水景面積越大，占可視景觀面積的比例越高，說明采樣位置觀湖視野越好、更加適合品湖觀水的游憩行為；樣本區(qū)可視水景面積越小、占可視景觀面積的比例越低，說明采樣位置視覺景觀的干擾因素較多，不適合觀水游憩，如圖5所示。經(jīng)研究，可視水景面積在1 000/hm2以上的樣本包括2，5，7，8，9，10，11，13，14，16，18，21，25；水景面積比例在70%以上的樣本包括2，5，7，8，9，10，11，12，13，18，19，20，21，28。

圖5 景觀平臺擬選址樣本的視域、 水景面積與水景比例

針對視景豐富度分析，以觀景平臺可見湖中島(湖岸線)為標準，建立視覺景觀分析模型。由于站在岸邊(DEM=1.5 m)人類肉眼最遠可以觀測到水面距離為25.32 km，較清晰辨別出輪廓的距離為10 km[20]，所以選此范圍內(nèi)的島嶼和太湖湖岸線。西山北側(cè)區(qū)域可以看到太湖湖岸線，故將其視為1個島嶼納入計算，獲得圖6數(shù)據(jù)。其中，可以觀察到3個及以上湖中島的樣本視為視景資源較豐富，包括4，8，9，10，11，14，18，19，20，21，22，23，24，25，28，29，30；樣本7，17無法觀看到湖中島，視為視景資源匱乏。

圖6 景觀平臺擬選址樣本的視景資源豐富度分析

4 結(jié) 論

(1) 西山島作為中國淡水湖泊中最大的內(nèi)湖島嶼，深入太湖腹地、周邊小島眾多，具有湖中群島、湖灣山水、水天一色的景觀資源，其最具局域特色的景觀感受莫過于臨湖休憩、觀水品島。本文提取臨湖休憩類觀景平臺的選址作為研究媒介，通過最佳坡度坡向、洪水淹沒、低影響開發(fā)、路域可達度、土壤植被情況、平臺地基尺寸等制約因素，以及視域和水景開闊度、視景豐富度等條件逐層篩選，獲得擬建觀景平臺的最佳位置信息。

(2) 結(jié)合自駕游為主的西山旅游行為特點，根據(jù)景區(qū)控制車速30 km/h，以及“停走走停”的車行游覽節(jié)奏，綜合觀景平臺逐層篩選的分析結(jié)果，獲得西山觀景平臺最佳位置為樣本2，5，8，10，14，18，19，21，25，30。此10個擬建位置分布在西山東西南北各方位，相互之間道路距離不低于1 km，匯聚西山最具代表性的湖光山色視景資源；同時與已開發(fā)15個主要景點位置錯落有序，其中5，18，19，21位置分別可遠觀堂里古村、明月灣古村、石公山、林屋梅園景點，將自然景觀和人文景觀盡收眼底，成為城市邊緣區(qū)旅游的點睛之筆。

(3) 依托數(shù)字化技術(shù)平臺實現(xiàn)視景資源的綜合量化，有利于區(qū)域規(guī)劃和建設(shè)。在綠色休憩自助游成為旅游新趨向的時代，建立在視景資源充分研究基礎(chǔ)上的規(guī)劃設(shè)計屬于源頭控制，有利于視景資源的科學永續(xù)利用和區(qū)域生態(tài)，進而提升區(qū)域吸引力和綜合競爭力。

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Analysis for Visual Landscape Resources Development of Lake Region of Inner Islands Based on RS & GIS

PAN Feng1,2, TANG Xiaolan1, WU Lei3, GU Zheyan4

(1.CollegeofLandscapeArchitecture,NanjingForestryUniversity,Nanjing,Jangsu210037,China; 2.ArtDesignDepartment,HefeiUniversity,Hefei,Anhui230601,China;3.CollegeofGeographicandOceanographicSciences,NanJingUniversity,Nanjing,Jiangsu210023,China;4.JiangsuSurveylingandDesignInstituteofWaterResourcesCo.,Ltd,Yangzhou,Jiangsu225127,China)

[Objective] This paper aimed to provide some bases for inner lake landscape planning, low impact development and the protection of such regional landscape through quantitative research of sustainable development way in the process of landscape resource development. [Methods] We chose the Xishan Island and the surrounding lake areas in Taihu Lake as the typical research area. RS & GIS spatial analysis technology and method was used to provide quantitative analysis referring to road landscape, lake view, visual opening degree, visual richness and terrain factors. [Results] Firstly, 30 proposed locations were screened out with respect to indicators as slope gradient, the size of the platform foundation, flood, low impact development and the limited reach of the road landscape. Secondly, the final locations were identified through the analysis of viewing area, waterscape openness and visual richness. [Conclusion] Visual resources development based on quantitative date is a measure of source control. The location of viewing platform is reasonable and valid for visual resources sustainable utilization and regional ecology.

RS & GIS; inner islands; Taihu Xishan; visual landscape resources; view platform

2016-09-23

2016-10-21

國家自然科學基金項目“基于3S技術(shù)的太湖風景名勝區(qū)中村落景觀特色研究”(31270746); 江蘇省“六大人才高峰”第十批高層次人才選拔培養(yǎng)項目(2013-JZ-014); 安徽高校人文社科重點項目(SK2016A0777)

潘峰(1979—),男(漢族),安徽省蕪湖市人,博士研究生,副教授,主要從事景觀生態(tài)與設(shè)計研究。E-mail:lifefengfeng@163.com。

唐曉嵐(1968—),女(漢族),湖南省辰溪縣人,博士后,教授,主要從事城市規(guī)劃和生態(tài)等方面研究。E-mail:Xiaolantang@163.com。

A

1000-288X(2017)02-0279-05

P941.78, TP79