李發(fā)明 曹 磊 王婷婷 楊 海

近年來隨著國家經(jīng)濟水平和人民生活水平的提高，人們回歸自然親近自然的需求日益增強。加上《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展旅游業(yè)的意見》《國民旅游休閑綱要(2013—2020年)》等系列條例和推動旅游業(yè)發(fā)展的政策措施的相繼出臺，以山地景區(qū)為依托的項目逐年增加，旅游開發(fā)的力度不斷增強。中國作為世界上山地資源最為豐富的國家，山地景區(qū)必將成為休閑觀光游的重要目的地。由于山地本身復雜的生態(tài)環(huán)境、起伏的高差變化、豐富的植被分布等場地特征，給其規(guī)劃設(shè)計帶來了很多復雜且不可控的因素。因此對山體基本情況分析不足而導致景區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞的現(xiàn)象也不斷出現(xiàn)。如何科學合理地做好山地景區(qū)規(guī)劃設(shè)計，也成了設(shè)計師們關(guān)注的重要話題。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)整理

丁香裕景區(qū)位于遼寧省鞍山市千山風景區(qū)南溝(東經(jīng)123°08′～123°09′40″，北緯40°59′06″～41°01′27″)，距鞍山市中心17km，西南側(cè)是千山核心景區(qū)?；乇眰?cè)起始于積翠門，南側(cè)到大安寺，西側(cè)到鳳朝觀、中會寺、木魚庵，東側(cè)到丁香峪六大隊的東側(cè)山脊線，共756hm2。景區(qū)東西臨山，形成山谷狀的景觀空間，水源以山泉和降雨為主。現(xiàn)常住居民有丁香峪4、5、6大隊村民和部分養(yǎng)老院(圖1)。

選取丁香峪景區(qū)作為典型山地景區(qū)研究對象的主要原因有：1)景區(qū)位于我國北方，一年四季變化明顯且植被生長條件較為苛刻，其不僅可以代表北方地區(qū)，同時對季節(jié)變化不明顯，雨量充沛且植物豐富的南方同樣具有說服力；2)丁香峪景區(qū)獨特的地形地貌，涵蓋了我國山地中山體、溝壑、谷地、農(nóng)田、溪泉等基本組成特征。故針對丁香峪景區(qū)展開的分析和設(shè)計方法可對其他相似景區(qū)具有同等的借鑒意義。

本文所用資料包括：丁香峪1:2000地形圖、建設(shè)用地范圍線、農(nóng)田范圍線。2016年2月和10月2個時間點Landsat8 OLI遙感影像、DEM數(shù)據(jù)、實地考察數(shù)據(jù)、千山風景名勝區(qū)規(guī)劃圖和說明書等。通過ENVI對遙感影像進行了拼接和波段融合，為后續(xù)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。利用AutoCAD、ArcGIS軟件對地形圖進行處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，形成高程、坡度、坡向等初步分析資料(圖2)。

圖1 丁香峪景區(qū)現(xiàn)狀照片

圖2 丁香裕景區(qū)GIS豎向分析

2 研究方法

2.1 基于疊加分析的平臺選址

觀景平臺的設(shè)置從設(shè)計角度上要充分考慮到平臺的視線[1]、觀賞視點、視域范圍；從建設(shè)施工角度應(yīng)考慮場地坡度、起伏度、坡向、地基穩(wěn)定度等。傳統(tǒng)平臺的位置選擇由規(guī)劃者對場地豎向分析后結(jié)合個人經(jīng)驗進行設(shè)計，這樣的方法主觀臆斷較多且科學性較弱，容易造成觀景效果差或難以實施等問題。GIS系統(tǒng)的介入是通過場地遙感影像和DEM數(shù)據(jù)進行的較為科學合理的分析，進一步運用人機交互和比較評價得出平臺最合理的位置區(qū)域，為規(guī)劃者科學設(shè)置平臺提供量化依據(jù)。

規(guī)劃目標：以尊重景區(qū)生態(tài)環(huán)境為前提，采取局部開發(fā)、部分保留的模式，嚴格控制景點數(shù)量和人工干預。具體為以下3點：1)平臺以能看到開闊山景、山谷、溪泉、大安寺、木魚庵等景點為優(yōu)先目標；2)建設(shè)可行性和土地根基穩(wěn)定度為次要目標；3)規(guī)避觀景效果雷同的區(qū)域。

本文通過層次分析法(AHP)和GIS相結(jié)合的手段進行平臺最優(yōu)選址的量化分析。具體分析方法如下幾點。

首先，選取視域?qū)掗煻?、坡度、高?個決策層因子，其中視線并入視域因子中，起伏度并入坡度因子中。構(gòu)建目標層、決策層、實施層的各級影響因子樹狀模型(圖3)。對決策層內(nèi)各因子建構(gòu)判斷矩陣，進行多級別權(quán)重賦值。判斷矩陣運用隨機一致性比例(CR)來衡量，如式(1)。CR＜0.1，代表判斷矩陣符合要求；CR≥0.1，代表矩陣需要調(diào)整至符合要求[2]。

式中：CR代表隨機一致性比例；λmax為評分最大值；n代表矩陣階數(shù)；RI為平均隨機一致性指標。

通過對丁香峪景區(qū)當?shù)鼐用?、游客、景區(qū)管理者、景觀規(guī)劃師、旅游規(guī)劃專家等不同人群的問卷調(diào)查，利用Yaahp軟件對問卷評分進行統(tǒng)計分析，最終得出影響平臺選址的各個因子綜合權(quán)重：高程0.2599、坡度0.4126、視域0.3275、東/南向0.6667、西/北向0.3333(圖4)。經(jīng)過最后指標統(tǒng)計和不同因子組合結(jié)果，利用排列組合法將各組合指標數(shù)值進行從高至低排列，得出平臺布置最佳因素，即各因子權(quán)重值大于0.4126的組合：600m＜高程＜900m、視域≥15°、0＜坡度＜12°。

其次，基于2個原則條件：1)視域范圍越廣，視覺廊道越通透，站在平臺上欣賞景觀的空間量越多，看得也越遠；2)為減輕建設(shè)難易度，坡度越小施工越容易。土壤穩(wěn)定度越高，建設(shè)可能性越大。其中特殊位置和極限坡度需要布置平臺的情況將后期通過設(shè)計師人機交互布置。

最后，將各因子加權(quán)指標，在2個原則條件的限制下，利用GIS平臺進行數(shù)據(jù)空間可視化賦值、重分類和空間疊加分析，從而得出適宜建設(shè)平臺的區(qū)域范圍(圖5)。通過GIS的Sence技術(shù)進行三維可視化模擬來驗證平臺選址的科學性，對不適宜情況進行微調(diào)整，最終得出合理的平臺位置。

2.2 基于成本柵格的道路選線

山地景區(qū)由于地形變化復雜、坡度變化幅度較大等現(xiàn)狀特點，使得其道路選線具有一定的難度和復雜程度。傳統(tǒng)游覽路線的設(shè)計方法是設(shè)計者對現(xiàn)狀高程分析的基礎(chǔ)上，在地形圖上進行繪制，通過現(xiàn)場踏勘和二次核查修改形成最終方案。這對設(shè)計師經(jīng)驗水平要求較高，設(shè)計的周期也較長，設(shè)計結(jié)果的合理性和經(jīng)濟性也只能憑借主觀臆斷。在條件一致的情況下，不同設(shè)計者會有截然不同的線型設(shè)計結(jié)果。RS、GIS的出現(xiàn)讓山地景區(qū)道路選線更具科學性。本文基于成本柵格法和最短路徑分析法，考慮道路最大縱坡、最大坡長、坡度分級、造價等限制因素，結(jié)合場地條件算出最優(yōu)游覽路徑。

圖3 平臺選址AHP模型

規(guī)劃目標：景區(qū)內(nèi)交通以電瓶車、自行車、步行為主要游覽方式，村落點和景區(qū)出入口處集中設(shè)置停車場和疏散廣場。具體為以下3點：1)保留現(xiàn)狀省道，形成以景區(qū)出入口為起始點的游覽環(huán)線；2)各村口要有可以進入景區(qū)環(huán)線的接入點；3)考慮土方平衡，選擇建設(shè)成本低的最優(yōu)路徑。具體分析方法如下所述。

1)前期分析和數(shù)據(jù)整理。

首先，選線因子權(quán)重的確定?；诙∠阍＞皡^(qū)DEM數(shù)據(jù)和觀景平臺的位置，通過層次分析法確定影響游覽路線的判斷因子。(1)豎向方面選取高程、坡度、起伏度。由于景區(qū)屬于山地景觀，本次將坡度、高程、起伏程度等對道路建設(shè)影響較大的因子權(quán)重設(shè)置得較高。(2)水體方面選取水系、匯水區(qū)、徑流區(qū)。由于穿越水面的道路在旅游景區(qū)中屬于觀賞性較好的橋梁景觀，故水系里的因子影響權(quán)重設(shè)置較小。(3)植被方面選取農(nóng)田、常綠喬木、落葉喬木。其中道路可在樹木下穿行故權(quán)重設(shè)置較小，為保證農(nóng)田完整度所以其權(quán)重略高于喬木。(4)土地使用方面選取現(xiàn)狀村莊、道路、公共設(shè)施。由于基地內(nèi)部保留部分，其改造和建設(shè)成本相對較少，故本次設(shè)置的影響權(quán)重較低。層次樹狀模型和權(quán)重分析與平臺選址中運用的方法一致。

其次，通過GIS的重分類將各個因子權(quán)重指標進行空間可視化配對和輸入，生成各影響因子可視化分析圖。然后將各個決策層因子進行疊加分析，生成豎向、水體、植被、土地利用的綜合分析圖，作為后面分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖4 各因子加權(quán)賦值總表

2)量化分析和成本計算。

基于前文的平臺位置和景區(qū)出入口的預先設(shè)定，確定整體游覽路線的起始點、中間節(jié)點、終點[3]。通過成本距離、成本路徑的算法，將每個影響因子權(quán)重的參數(shù)輸入。介于景區(qū)道路組織的邏輯關(guān)系，將每個中間節(jié)點就近進行兩兩之間成本距離換算，最后將整體內(nèi)部節(jié)點進行網(wǎng)狀最優(yōu)成本距離和某單個點返回上一點的方向源的確認。由于出入口南北距離較大，故在中會橋、丁香裕四大隊處設(shè)置中間連接點，以確?，F(xiàn)狀省道可隨時進出景區(qū)環(huán)線。多參數(shù)的輸入將有助于最優(yōu)路徑的選取按照預先約定的限制條件而生成。

3)路徑生成和篩選優(yōu)化。

現(xiàn)有參數(shù)生成的路徑會有一定的限制性，易導致部分路徑不成環(huán)線，部分節(jié)點沒有與相鄰節(jié)點發(fā)生聯(lián)系等問題。通過進一步人機交互調(diào)整，選取最優(yōu)路徑。最后運用GIS轉(zhuǎn)換工具，可將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，通過AutoCAD平臺進一步應(yīng)用[4](圖6)。

景區(qū)游覽線路可根據(jù)不同因子和不同參數(shù)的設(shè)定產(chǎn)生不同的結(jié)果，故在設(shè)計之初就應(yīng)該充分對場地和項目性質(zhì)進行很好的分析和梳理，來確定哪些因子對游線的生成有最大影響，盡量多地選取參數(shù)進行分析計算，這樣生成的結(jié)果會無限接近于預期。

2.3 基于盆域分析的水系優(yōu)化

傳統(tǒng)的景區(qū)水系規(guī)劃設(shè)計方法存在如下2個方面的不足：1)設(shè)計師對景區(qū)匯水面積、匯水方向、匯水量、瞬時雨洪量等量化數(shù)據(jù)不夠了解，會造成設(shè)計的科學性較差，導致景區(qū)水系難以承載雨洪水體的排量壓力以及蓄積能力不足等問題；2)對視線、視域的考慮不夠充分，使得水系的規(guī)劃沒有很好地配合視覺廊道、視域范圍等進行合理布置，形成“見山不見水，見水望不穿”的局面。由此可見，傳統(tǒng)設(shè)計在方法和技術(shù)支撐上都有一定的欠缺和不足，因此GIS、SWMM等技術(shù)手段的應(yīng)用可以很好地解決景區(qū)水系規(guī)劃中所面臨的問題，從而得出更為科學合理的規(guī)劃設(shè)計成果[5]。

丁香裕景區(qū)四周環(huán)山，山谷處地勢較低，由于匯水面較大，遭遇強降雨時地表徑流量大，對山谷中小溪流量的承載力形成威脅，存在山洪及內(nèi)澇災(zāi)害的隱患。每年遇到強降雨時會造成村口、農(nóng)田邊緣等低洼地段有大面積積水?？茖W合理的水系規(guī)劃不僅僅能夠解決雨洪調(diào)蓄問題，同時為景區(qū)的美景度提供良好的幫助。

規(guī)劃目標：丁香裕景區(qū)為郊野自然景觀，應(yīng)以水土保持、生態(tài)修復為主要目標。具體為以下3點：1)通過不同生態(tài)設(shè)施的布置和水系格局的調(diào)整，解決10年一遇雨洪災(zāi)害；2)景區(qū)雨洪水體做到循環(huán)利用；3)區(qū)內(nèi)的生活廢水科學排放，保證水體質(zhì)量。具體分析方法如下。

首先，GIS的盆域分析。1)基于前文生成的DEM數(shù)據(jù)進行水文分析中的填洼分析，其中閾值設(shè)置為默認即：填充所有洼地，這樣會保證對結(jié)果的影響最??；2)進行水文分析下的流向、流量分析，最終形成水累積量柵格；3)運用地圖代數(shù)工具進行柵格計算器換算，由于丁香裕區(qū)域年平均降雨量在400～500mm，故本次累積量閾值選取為400，即大于400的柵格賦值為1，從而得出匯水河流網(wǎng)絡(luò)柵格；4)盆域分析之前應(yīng)對匯水網(wǎng)絡(luò)柵格進行平滑和矢量轉(zhuǎn)變，最后得出丁香裕景區(qū)的匯水面積和具體的匯水路徑。

其次，SWMM平臺的雨洪模擬。千山景區(qū)年降雨量在500mm左右，10年一遇瞬時最大降雨量為24h降雨160mm。由于丁香峪景區(qū)土壤類型為壤土，故選取3mm作為不透水區(qū)洼蓄深度，5mm為透水區(qū)洼蓄深度。在GIS合理劃分的匯水子區(qū)域的基礎(chǔ)上，利用SWMM建立雨洪分析模型。得出積翠門附近、中會寺下游、桑樹溝下游、部分農(nóng)田區(qū)域、中會橋等15處積水深度較大，深度超過500mm。共有17處水位深度為200～500mm，對部分農(nóng)田、村口等區(qū)域造成較為嚴重的洪災(zāi)。模擬結(jié)果如圖7所示，其中數(shù)字代表該區(qū)域積水深度。

最后，通過盆域分析和SWMM模擬分析結(jié)果，對丁香峪景區(qū)水系格局進行人機交互優(yōu)化設(shè)計。充分考慮高程地形和局部淹沒深度，適當布置具有雨洪調(diào)蓄功能的生態(tài)設(shè)施，例如：溢流湖、小型濕地、下凹式綠地、雨水花園等。結(jié)合視域分析、平臺選址等分析結(jié)果為前提，增設(shè)10個大面積溢流湖、17個面狀下凹式綠地、多個線性草溝等生態(tài)設(shè)施(圖8)。最終再次運用SWMM對設(shè)計后的場地進行模擬，驗證優(yōu)化后的場地解決了10年一遇洪災(zāi)的雨洪調(diào)蓄問題。

2.4 基于監(jiān)督分類的植被現(xiàn)狀數(shù)據(jù)獲取

在傳統(tǒng)的植物設(shè)計中，大尺度的景區(qū)很難做到現(xiàn)狀植被分布的細致定位，導致后期植物群落優(yōu)化的不準確性，從而出現(xiàn)反復修改矯正的費時工作。遙感、ENVI的出現(xiàn)讓設(shè)計者在高清衛(wèi)星影像中充分了解場地里面的植被分布情況[6]，季節(jié)變化明顯區(qū)域又可以通過冬夏不同影像區(qū)分出常綠和落葉喬木。其中ENVI的土地監(jiān)督分類法跟GIS結(jié)合又可以量化分析出景區(qū)植被的具體指標[7]。

規(guī)劃目標：山林保育是丁香裕景區(qū)植被規(guī)劃的首要目標，通過植被群落優(yōu)化防止場地水土流失，遏制土地沙化現(xiàn)象，提高景區(qū)山林資源的質(zhì)量和數(shù)量。具體以下3點：1)保留現(xiàn)狀山林的基礎(chǔ)上，做到常綠落葉混合配置來提升季相變化，其中平臺視域范圍內(nèi)的植被著重打造；2)部分農(nóng)田退耕還林，結(jié)合觀景點主題合理提升植被；3)增加鄉(xiāng)土水生、濕生草本植物，提升對雨洪水體的滯留、蓄積和凈化效果。具體分析方法如下。

丁香裕景區(qū)位于我國遼寧鞍山市，處于四季分明的北方區(qū)域，故選擇1月和10月植被季相明顯的Landsat 8 OLI_TRIS遙感影像。設(shè)定常綠、落葉、裸地、農(nóng)田、鄉(xiāng)村建設(shè)用地5個分布類別，其中農(nóng)田和鄉(xiāng)村建設(shè)用地范圍采用更為精確的現(xiàn)場踏勘資料。利用ENVI的土地監(jiān)督分類進行人機交互識別，對模糊區(qū)域通過現(xiàn)場踏勘和人眼識別進行錯誤糾正。然后運用歸一化植被指數(shù)(NDVI)分析丁香裕景區(qū)現(xiàn)狀植被覆蓋度和植被群落面積指標，為植物群落的優(yōu)化提供設(shè)計基礎(chǔ)和量化依據(jù)。NDVI方法在遙感基礎(chǔ)上研究植被方面應(yīng)用較為廣泛，他的指數(shù)得出是通過遙感影像中2個紅外波段Band3、Band4數(shù)值差與數(shù)值和的比值而得出的[8]。本文通過像元二分模型法將丁香峪景區(qū)范圍內(nèi)分成植被和裸地兩大類型，去除不必要的像元干預?；谇叭搜芯砍晒敬尾扇∪缦鹿剑?/p>

式中：fc是指ENVI監(jiān)督分類得出的植被覆蓋度，NDVImax、NDVImin是為了避免遙感影像存在的噪聲，所采用的最大和最小植被歸一化數(shù)值。結(jié)果顯示丁香峪景區(qū)的植被覆蓋度與NDVI值成正相關(guān)。其中NDVI數(shù)值在±1之間波動，地面植被覆蓋越少，NDVI數(shù)值越接近0；反之，植被覆蓋越豐富，NDVI數(shù)值越接近1。

圖5 平臺選址綜合分析圖

圖6 最優(yōu)路徑綜合圖

圖7 SWMM模擬分析圖

圖8 水系優(yōu)化綜合分析圖

圖9 現(xiàn)狀植被分布圖

圖10 景觀規(guī)劃總平面圖

圖11 規(guī)劃格局分析圖

將ENVI生成的植被覆蓋圖導入ArcGIS平臺進行分類和指標統(tǒng)計分析，得出植被分布面積指標，其比例大小排序依次為：常綠＞落葉＞農(nóng)田＞鄉(xiāng)村建設(shè)用地＞裸地，占地面積為：474.01、153.46、65.01、42.33、21.16hm2，各個類型分別占丁香裕景區(qū)面積比例為：62.7%、20.3%、8.6%、5.6%、2.8%(圖9)。由圖9可以看出：丁香峪景區(qū)主要常綠植被分布在山體北坡，落葉植被主要分布在山體南坡，溝谷中相對平坦區(qū)域以農(nóng)田為主。北側(cè)入口積翠門附近、丁香峪四大隊附近、大安寺附近區(qū)域落葉植被分布較為集中，其他成點狀分布。

通過現(xiàn)狀植被量化分析結(jié)果，景區(qū)植被優(yōu)化設(shè)計應(yīng)注重：1)北側(cè)積翠門主入口附近應(yīng)減少農(nóng)田面積，增強植被組團布置，提升入口區(qū)域植被景觀的豐富性和層次性，入口區(qū)域落葉植被比例較大，應(yīng)適當提升常綠植被的比例，提升大綠背景，更好地烘托落葉植被景觀；2)中部中會寺附近落葉植被群落分布較少，應(yīng)通過后期優(yōu)化進行增強；3)適當調(diào)整木魚庵與中會寺附近建設(shè)用地范圍和面積，增強植被群落配置，減少因建設(shè)用地分布較分散而造成景區(qū)生態(tài)斑塊破碎化問題；4)部分觀景點位置其對景處植被群落高中低層次較為欠缺，應(yīng)通過后期植被優(yōu)化設(shè)計保證視覺通廊的視線通透度和對景效果；5)利用GIS對視域范圍、水系格局、植被分布進行空間疊加分析[9]，得出需要調(diào)整的區(qū)域和需要補植的區(qū)域，結(jié)合丁香裕鄉(xiāng)土植物進行人機交互的植被群落優(yōu)化設(shè)計。

綜上所述，基于系列量化分析過程，提出丁香裕景區(qū)景觀規(guī)劃方法(圖10)。1)功能方面。通過平臺最佳選址分析設(shè)計篩選18個觀景平臺，結(jié)合場地坡度和高程人工調(diào)整平臺具體面積，并在平臺上設(shè)置相應(yīng)休息座椅和休息廊架；現(xiàn)狀建設(shè)用地進行旅游服務(wù)景點改造和提升，增添特色民宿、旅游餐飲、住宿、商業(yè)等服務(wù)設(shè)施；保留現(xiàn)狀大安寺、木魚庵等寺廟景點。2)交通方面。結(jié)合最優(yōu)路徑設(shè)計寬5m的非機動車和人行環(huán)線。在南北兩側(cè)主入口設(shè)置交通集散場地，中會橋和丁香裕四大隊特色民宿村處設(shè)置2處小型廣場，為觀光車和自行車的轉(zhuǎn)換提供平臺。3)水系方面。結(jié)合水系格局分析增設(shè)10處大面積溢流湖、17處下凹式綠地、多處線性草溝，通過不同生態(tài)設(shè)施的配合解決丁香裕景區(qū)雨洪水體的凈化和循環(huán)利用問題。其中溢流湖和下凹式綠地的面積大小根據(jù)場地具體坡度和高程而定。4)植被方面。結(jié)合監(jiān)督分類的現(xiàn)狀植被分析，選取千山景區(qū)鄉(xiāng)土常綠喬木16種、落葉喬木21種、常綠灌木10種、落葉灌木13種進行分區(qū)和不同主題性的種植，結(jié)合平臺的視覺通廊對植被群落進行有針對性的設(shè)計提升(圖11)。

3 結(jié)語

本文通過GIS等跨學科技術(shù)的融合推動了山地景區(qū)規(guī)劃設(shè)計方法的改變和創(chuàng)新。力求將山地景區(qū)的平臺、道路、水系、植被設(shè)計與計算機量化分析技術(shù)進行同步關(guān)聯(lián)，提出：1)多因子加權(quán)賦值的平臺適宜性選址設(shè)計；2)成本柵格的最優(yōu)道路選線設(shè)計；3)匯水面和匯水量計算的雨洪調(diào)蓄設(shè)計；4)監(jiān)督分類計算的植被設(shè)計。同時文中的數(shù)據(jù)計算、因子選擇、權(quán)重平衡等都對類似項目具有較強的參考價值，從而引導山地景區(qū)規(guī)劃設(shè)計從定性模式向定量模式轉(zhuǎn)變。

注：文中圖片均由作者繪制。