程逸楠

蘇 光

秦曉春

崔勝男

公路作為人與物轉(zhuǎn)移流通的通道，其路面本身連同周邊的環(huán)境一起構(gòu)成了一種大尺度的線性景觀廊道。通過精心設(shè)計，景觀優(yōu)美的公路，其本身就可以成為具有旅游觀光價值的重要通道和線性旅游目的地?！伴_敞的廊道空間與豐富多彩的視覺環(huán)境可以使得道路利用者充分欣賞到當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)景資源，并通過聯(lián)想等心理活動加深對沿線區(qū)域的認知與了解，以印象流的方式感受沿線自然景觀與人文景觀的深邃和俊美”[1]。因此，旅游公路的景觀規(guī)劃需要融入自然而不是與自然隔絕，公路沿線的帶狀空間應(yīng)該盡量開敞。

對于景觀規(guī)劃和公路景觀方面的研究，國外起源較早，“景觀生態(tài)學(xué)”源于20世紀(jì)70年代，Worfgang Haber和Rechard Forman基于景觀生態(tài)學(xué)理論提出了景觀格局優(yōu)化[2]；我國起步較晚，源于20世紀(jì)80年代后，彭鎮(zhèn)華等提出構(gòu)建森林復(fù)合生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的概念[3]。方法上，國外研究多集中于區(qū)域性質(zhì)的研究，Toccolini等基于區(qū)域提出了景觀生態(tài)學(xué)研究的4個過程：生態(tài)資源評估、現(xiàn)狀生態(tài)廊道和自然遺產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)分析、生態(tài)單因素評價、生態(tài)綜合評價和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建[4]；我國學(xué)者也結(jié)合3S及GIS等技術(shù)展開研究，陳劍陽等利用GIS、RS等工具對太湖展開生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的定量實現(xiàn)對其生態(tài)環(huán)境規(guī)劃的分析[5]，閆水玉等基于現(xiàn)狀生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，提出了理論研究與空間模擬相結(jié)合的方法[6]。

近年來，雖然我國學(xué)者在公路路域景觀領(lǐng)域開展了較多的研究，但尚未形成一套成熟的理論體系與技術(shù)手段，且多為借鑒國外的一些評價方法和經(jīng)驗，其研究缺陷主要表現(xiàn)為[7-11]：

1)對公路景觀的研究多停留在微觀的美學(xué)設(shè)計層面，尤其集中在公路綠化本身及其附屬設(shè)施的美化或具體景觀元素的分析，沒有從宏觀的路域尺度來開展公路景觀環(huán)境研究；

2)已有的路域景觀特征研究，采用定性分析的相對較多，缺少對公路所在區(qū)域的自然生態(tài)環(huán)境及景觀特征的科學(xué)系統(tǒng)開展有針對性的量化研究，尤其是缺乏基于高分辨率遙感影像和GIS技術(shù)手段的分析。

旅游公路的服務(wù)對象和其地理位置的特殊性，決定了它對環(huán)境保護的要求高于其他公路，且更加重視游客舒適性及景觀環(huán)境協(xié)調(diào)性[12]。因此，本文將路域景觀作為旅游公路建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，從生態(tài)保護與視覺景觀入手，利用GIS技術(shù)建立路域景觀分析方法，以實現(xiàn)對扎碾旅游公路路域景觀特征的科學(xué)量化分析。

1 路域景觀

1.1 內(nèi)涵

公路路域景觀是指路域范圍內(nèi)駕乘人員所能看到的各種自然、人文景觀、公路及其他交通要素的綜合體，是公路一定范圍內(nèi)在三維空間上疊加時間、人的視覺與心理感受等形成的多維綜合環(huán)境[13]。

1.2 組成要素

公路景觀由公路環(huán)境中各種相互作用的景觀要素所組成，這些景觀要素也構(gòu)成了公路路域景觀的基本內(nèi)容，主要包括路側(cè)地形地貌、植被、天象、水體、建筑、村落和沿線人工設(shè)施等基本要素。公路的景觀形態(tài)正是通過這些景觀構(gòu)成要素相互影響、相互制約、相互組合而展現(xiàn)出來[14]。

2 研究區(qū)概況

將依托青海省扎碾旅游公路開展路域景觀特征研究與分析。扎碾旅游公路位于青海省海東市，起點位于青海、甘肅兩省交界處互助縣扎隆口，終點位于樂都區(qū)。項目全長57.25km，采用二級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路基寬度10～12m，設(shè)計速度60～80km/h。該旅游公路是青海省干線公路網(wǎng)中“六縱、九橫、二十聯(lián)”第一縱的組成部分，也是青海東部地區(qū)溝通南北的重要通道。沿線景觀類型豐富，是青海省極具特色的一條旅游公路。

3 路域景觀特征分析方法

本文將根據(jù)扎碾旅游公路的景觀特點，選擇相應(yīng)的生態(tài)景觀敏感性指標(biāo)，結(jié)合ArcGIS軟件的功能，建立評價指標(biāo)數(shù)據(jù)庫，探討路域生態(tài)景觀敏感性指數(shù)綜合評價方法。

3.1 生態(tài)景觀敏感性評價指標(biāo)體系建立

首先，生態(tài)敏感性指標(biāo)的選取主要涉及研究區(qū)域的生態(tài)現(xiàn)狀及區(qū)域尺度。所在區(qū)域為省城周邊時，為了生態(tài)景觀敏感性分析橫向突出不同省域的地貌地質(zhì)及自然環(huán)境特點，可選取指標(biāo)有：氣候、地形、土壤和植被覆蓋度等[15-16]。所在區(qū)域為縣市級周邊時，為了確保敏感度分析指標(biāo)的精確和細化，選取指標(biāo)有土地利用現(xiàn)狀、面積和自然保護區(qū)等[17]。選取生態(tài)敏感性具體指標(biāo)一般不依據(jù)統(tǒng)計學(xué)方法進行，而采用常規(guī)經(jīng)驗結(jié)合實際應(yīng)用區(qū)域擇定。

表1 公路沿線生態(tài)景觀敏感性評價指標(biāo)體系

其次，參考原環(huán)境保護部發(fā)布的《生態(tài)功能區(qū)劃技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的有關(guān)于生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評價的內(nèi)容要求，主要考慮從自然環(huán)境要素(地質(zhì)、地貌、氣候、水文、土壤和植被等)、社會經(jīng)濟條件(人口、經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)布局等)、人類活動及其影響(土地利用、城鎮(zhèn)分布等)三大方面篩選評價指標(biāo)[18]。結(jié)合扎碾旅游公路路域的實際情況，公路的景觀基底為森林、草地和農(nóng)田景觀。此外，公路沿線丹霞地貌和喀斯特地貌顯著，形成了扎碾公路獨特的自然景觀。因此，公路沿線本底景觀應(yīng)由森林景觀與草地景觀、丹霞與喀斯特景觀組成。

最后，根據(jù)扎碾地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)特征、生態(tài)環(huán)境主要影響因子以及上述景觀格局特點，本研究綜合選取了可視視域、丹霞地貌面積比、喀斯特地貌面積比、草地面積比、林地面積比、農(nóng)田面積比、居民點密度和景觀綜合指數(shù)作為指標(biāo)，對公路沿線生態(tài)景觀敏感性進行評價(表1)。

在ArcGIS平臺，可以使用矢量-柵格工具生成與研究區(qū)范圍相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)，作為基本評價分析單元，應(yīng)用GIS投影轉(zhuǎn)換模塊將格網(wǎng)投影轉(zhuǎn)換為與屬性數(shù)據(jù)相同的投影。本研究選定格網(wǎng)大小為500m×500m，研究區(qū)內(nèi)共生成1 354個單元格。

3.2 路域生態(tài)景觀評價模型構(gòu)建

生態(tài)學(xué)中，對景觀的定義較為宏大，一般由基底、廊道和斑塊構(gòu)成。斑塊的數(shù)量、面積、形狀及其與廊道、基底的空間格局一起構(gòu)成了景觀生態(tài)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特征反應(yīng)了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣[19]。因此，通常用平均斑塊面積、破碎度指數(shù)、多樣性指數(shù)和形狀指數(shù)等作為表征景觀格局的指標(biāo)[20]。而在生態(tài)景觀敏感性研究中，部分學(xué)者已經(jīng)將景觀格局與生態(tài)敏感性進行了關(guān)聯(lián)分析，得出景觀格局指數(shù)可以反映區(qū)域生態(tài)敏感性。

本研究以空間分析格網(wǎng)為基本景觀單元，通過提取各格網(wǎng)中的上述景觀指數(shù)，并對各景觀指數(shù)進行歸一化處理，再運用等權(quán)重進行綜合評價，最終生成綜合評價指數(shù)，對扎碾旅游公路沿線景觀生態(tài)敏感性進行評價[21]。

平均斑塊面積表征景觀中所有斑塊或某一種斑塊的平均面積，其計算公式如下：

式中，An表示景觀中的斑塊數(shù)，S表征景觀總面積。

破碎度是指景觀被分割的碎裂程度，其實質(zhì)是反映人類對自然景觀的干擾程度。計算公式如下：

式中，Ci代表景觀類型i的破碎度，Ni代表景觀i的斑塊數(shù)，Ai則為景觀i的總面積。

多樣性指數(shù)是指景觀元素或生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能以及隨時間變化方面的多樣性，它反映了綠地景觀類型的豐富度和復(fù)雜度[1]。其計算公式如下：

式中，H為多樣性指數(shù)；Pi代表景觀類型i所占面積的比例；n為景觀類型數(shù)目。

分維數(shù)(形狀指數(shù))表征的是斑塊形狀的復(fù)雜程度，其計算公式如下：

式中，D表示分維數(shù)；P為斑塊周長；A為斑塊面積。

由于居民點密度、景觀破碎度指數(shù)等指數(shù)越高，則表征區(qū)域內(nèi)景觀由自然景觀轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ぞ坝^，或景觀趨于破碎化，景觀質(zhì)量出現(xiàn)惡化，因此對該類指數(shù)需要采用標(biāo)準(zhǔn)化計算公式：

式中，vmax為樣本數(shù)據(jù)的最大值，vmin為樣本數(shù)據(jù)的最小值，各參數(shù)含義與前公式相同。

圖1 扎碾旅游公路沿線可視域分析評價

圖2 路側(cè)居民點密度格網(wǎng)

4 扎碾旅游公路路域景觀特征分析評價

基于上述路域景觀特征分析的方法，本研究利用GIS技術(shù)分別對扎碾旅游公路展開路域景觀特征各分指標(biāo)分析評價，最后將各個指標(biāo)納入綜合評價模型進行路域景觀特征的綜合分析與評價。

4.1 景觀敏感性評價區(qū)域獲取

研究首先獲取了2015年12月研究區(qū)域的ETM+影像，通過正射校正、幾何校正、圖像裁剪和鑲嵌處理等，生成評價區(qū)遙感影像圖；再對扎碾旅游公路進行數(shù)字化，生成矢量格式，應(yīng)用緩沖區(qū)分析生成路側(cè)3 000m范圍內(nèi)緩沖區(qū)，作為本次景觀敏感性評價區(qū)域。通過對遙感影像進行輻射增強、去霾、降噪處理，對生成的影像進行目視解譯，參考一級土地利用類型編碼，本次評價共生成有林地、灌木林地、疏林地、草地、農(nóng)田、水域(池塘)和建設(shè)用地7種類型。本次研究收集了評價范圍內(nèi)30m分辨率的數(shù)字高程模型，并由此生成坡度、地形起伏度，分析評價范圍內(nèi)地形結(jié)構(gòu)特征。由地形圖初步分析可知，評價區(qū)內(nèi)地形以平原壩區(qū)為主，總體地勢平坦。在扎碾旅游公路終點丹霞地貌附近，海拔逐漸降低，但地形起伏較小，平均坡度也較低。

4.2 分指標(biāo)分析與評價

4.2.1 可視域

本研究進行的可視視域分析是在柵格數(shù)據(jù)集上，將整條線路設(shè)置為觀察點，基于一定的相對高度，查找緩沖區(qū)內(nèi)觀察點所能通視覆蓋的區(qū)域。在生成沿線視點集合的前提下，可實現(xiàn)沿線路側(cè)景觀視覺的動態(tài)分析，確定通視良好的位置以充分挖掘和體現(xiàn)景觀資源。駕乘人員所見路域范圍直接影響路域景觀的利用程度和效率。

扎碾旅游公路沿線可視域分析評價圖(圖1)分為2個層次：視域分析——紅色區(qū)域為駕乘人員在扎碾旅游公路可見區(qū)域；高程值——以漸變色底色表示高程值的高低，白色為最高區(qū)域。由圖1分析可知K10+000處視域條件最好，此處為北山國家森林公園，風(fēng)景獨特且通視良好、視野開闊，可作為觀景臺的優(yōu)選位置。而K15+000—K25+000處海拔較高，視域時而開闊時而狹窄，移步換景的效果較好，可合理選擇觀景臺位置，欣賞雪山的雄偉壯闊。

4.2.2 居民點密度

分析網(wǎng)格化后的土地利用數(shù)據(jù)，分別計算各格網(wǎng)中居民點及建設(shè)用地比例，用以表示各格網(wǎng)的居民點密度，將評價結(jié)果顯示在空間網(wǎng)格中(圖2)。通過圖2分析可知，在扎碾旅游公路接近終點處分布有大型城鎮(zhèn)，居民點密度最高，在公路建設(shè)和后期運營過程中，應(yīng)注重在此處提高土地的利用效率，美化路域環(huán)境，保護水體、植被等自然路域景觀。而路線沿線其他地區(qū)主要以村寨分散居民點為主，居民點密度相對較低。

4.2.3 丹霞地貌面積比

分別計算空間分析格網(wǎng)中丹霞占網(wǎng)格總面積比例，將評價結(jié)果反應(yīng)在空間格網(wǎng)中。從生成的丹霞地貌面積比圖中可以得知，沿線丹霞地貌主要分布在K50+000附近。各異的山石形成一種觀賞價值較高的風(fēng)景地貌，扎碾旅游公路可著重利用沿線這一突出特色進行重點景觀打造。

4.2.4 喀斯特地貌面積比

分別計算空間分析格網(wǎng)中喀斯特地貌占網(wǎng)格總面積比例，將評價結(jié)果反應(yīng)在空間格網(wǎng)中，生成喀斯特地貌面積比圖。從生成的喀斯特地貌面積比圖中可以得知，高山喀斯特地貌主要位于K14和K23附近，互助北山國家地質(zhì)公園內(nèi)，其凍融風(fēng)化強烈，喀斯特地貌頗具特色。對該路段應(yīng)重點進行喀斯特地貌展示，減少其他景觀營造，引導(dǎo)行人和游客充分欣賞喀斯特美景。

4.2.5 草地面積比

分別計算空間分析格網(wǎng)中草地占網(wǎng)格總面積比例，將評價結(jié)果反應(yīng)在空間格網(wǎng)中，生成草地面積比圖。從生成的草地面積比圖中可以得知，扎碾旅游公路全線草地占比較高，尤其是起點—K5、K15—K30、K44—K47段落，主要分布在公路沿線附近，其中絕大部分為高山寒漠草甸、高山草甸、灌叢草甸和山地草甸草原等。因此，扎碾旅游公路在這些區(qū)域的建設(shè)和后期運營過程中要格外注重高山和河谷草甸景觀的保護和修復(fù)。

4.2.6 林地面積比

分別計算空間分析格網(wǎng)中林地、疏林地占網(wǎng)格總面積的比例，將評價結(jié)果反應(yīng)在空間格網(wǎng)中，生成林地面積比圖。從生成的林地面積比圖中可以得知，扎碾旅游公路起點K0—K15+000和K30+000—K37+250林地占比較高。因此，在這些區(qū)域，扎碾旅游公路要在建設(shè)和后期運營過程中格外注重高山天然森林的

圖3 路側(cè)景觀綜合指數(shù)格網(wǎng)

保護和修復(fù)。

4.2.7 農(nóng)田面積比

分別計算空間分析格網(wǎng)中農(nóng)田占網(wǎng)格總面積比例，將評價結(jié)果反應(yīng)在空間格網(wǎng)中，生成農(nóng)田面積比圖。從生成的農(nóng)田面積比圖中可以得知，扎碾公路起點和終點分別與河流相接，農(nóng)田相對比較密集；路線K40+000—K45+000段，地勢較平坦，村鎮(zhèn)集中，農(nóng)田分布較廣，農(nóng)作物主要有小麥、油菜、蠶豆、馬鈴薯、青稞和豌豆等。由于扎碾旅游公路沿線的農(nóng)田距離路線較近且相對集中，尤其是靠近終點段落路線穿越的農(nóng)田較多，其環(huán)境生態(tài)敏感性較高，公路景觀規(guī)劃設(shè)計時要著重進行農(nóng)田景觀的保護和利用，盡可能通過“透景”方式展現(xiàn)沿線的農(nóng)田美景。

4.2.8 景觀綜合指數(shù)

應(yīng)用景觀綜合評價法，評價區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)空間格局。首先應(yīng)用空間分析格網(wǎng)對路側(cè)緩沖區(qū)范圍內(nèi)土地利用現(xiàn)狀格網(wǎng)化。以每個格網(wǎng)為單元，計算各格網(wǎng)平均斑塊面積、破碎度指數(shù)、多樣性指數(shù)和形狀指數(shù)。將歸一化后的指數(shù)等權(quán)重相加生成景觀綜合指數(shù)，并將評價結(jié)果顯示在空間格網(wǎng)中(圖3)。圖3路側(cè)景觀綜合指數(shù)格網(wǎng)圖直觀地描述了景觀格局現(xiàn)狀，圖中底色越深代表景觀綜合指數(shù)越高。

4.3 綜合分析與評價

通過對扎碾公路沿線路域景觀構(gòu)成元素運用GIS空間疊加方法進行量化分析評價，歸納出扎碾公路沿線的旅游景觀呈現(xiàn)如下特點。

1)起點—K16+000段：沿線植被分布相對復(fù)雜，植被茂密，居民點較少，臨近末處自然旅游資源豐富，且部分路段經(jīng)過互助北山國家森林公園。公園內(nèi)具有明顯的垂直分布景觀帶，帶譜清晰。因此，該段路線可充分借景路域森林景觀，并采用先進的生態(tài)修復(fù)方法，盡可能降低公路沿線森林景觀的破碎化程度，增加公路沿線生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2)K16+000—K27+000段：沿線主要分布有高山草甸等植被，且分布有少量喀斯特地貌，有凍融石丘、石墻等，凍融風(fēng)化強烈，居民居住地較分散，零零散散的寺廟等古建筑穿插其中。本路段的亮點就是喀斯特地貌和寺廟景觀，應(yīng)將其完美結(jié)合并納入景觀段落規(guī)劃中，提取文化鮮明的獨特符號應(yīng)用到附屬設(shè)施設(shè)計中，突出該段的地貌和人文景觀特色。

3)K28+000—K38+000段：沿線森林、高山草甸和農(nóng)田緊密相連，是重要的景觀過渡段，在景觀段落劃分中起承上啟下作用。后期規(guī)劃中應(yīng)對本段景觀進行重點研究，明確景觀主題，使其與前后景觀融合。

4)K39+000—終點：沿線分布有整齊的農(nóng)田，并且穿過大大小小的城鎮(zhèn)村落，部分路段經(jīng)過丹霞地貌，形狀各異的紅色山石形成一種觀賞價值很高的風(fēng)景地貌。本段路線田園風(fēng)貌特色濃郁，與丹霞美景相應(yīng)成章，可充分利用其獨特路域景觀特點，進行色彩強化，力求還原路域景觀的高山鄉(xiāng)野景象，突出丹霞觀賞價值。

5 結(jié)語

1)本研究利用遙感影像解譯技術(shù)獲取評價區(qū)土地利類型圖，分析相關(guān)景觀格局指數(shù)意義，選取并建立景觀路側(cè)景觀可視域指數(shù)、丹霞地貌面積比、喀斯特地貌面積比、草地面積比、林地面積比、農(nóng)田面積比和居民點密度的生態(tài)景觀敏感性評價指標(biāo)體系。

2)通過GIS空間分析模塊，以格網(wǎng)為基本景觀單元，計算并提取各格網(wǎng)中上述景觀指數(shù)對公路路域景觀進行生態(tài)敏感性評價，可以篩選出景觀格局較好的路段作為公路興奮點進行重點設(shè)計，并以此來提高公路景觀的可觀賞性、激發(fā)游人興趣、緩解旅途視覺疲勞。根據(jù)綜合評價結(jié)果，生態(tài)敏感性較高的路段應(yīng)在景觀營造和生態(tài)恢復(fù)方面予以重點考慮，使公路景觀與周邊環(huán)境融為一體。

注：文中圖片均由作者繪制。