肖志鵬,劉破浪,劉 曄,胡芳文,彭懷貞,張子妍,高萍

(中南林業(yè)科技大學(xué),長沙 410004)

觀景點(diǎn)選址是風(fēng)景規(guī)劃中的重要組成部分[1-2]。在風(fēng)景規(guī)劃的踏勘中,需記錄遇到的適宜觀景點(diǎn)及相關(guān)信息以進(jìn)行觀景點(diǎn)選址。對(duì)觀景點(diǎn)的選址,傳統(tǒng)做法往往依靠規(guī)劃者的認(rèn)知及相關(guān)經(jīng)驗(yàn),但大尺度場地會(huì)受踏查時(shí)間與次數(shù)限制,難以實(shí)現(xiàn)全面調(diào)查,故傳統(tǒng)方法存在局限。

GIS能夠集成處理地理信息。模糊層次分析法是規(guī)劃決策中的一種決策方法,與層次分析法相比更符合人類思維的模糊性[3-4]。為了更好地解決規(guī)劃中的問題,GIS技術(shù)結(jié)合模糊層次分析法被運(yùn)用在選址研究中,對(duì)運(yùn)用這一方法進(jìn)行選址分析的研究已在一些領(lǐng)域初步展開[5-7]。目前,在風(fēng)景規(guī)劃領(lǐng)域,基于GIS技術(shù)的景觀評(píng)價(jià)與選址已有初步研究。張強(qiáng)等[8-10]對(duì)選定景點(diǎn)的視覺景觀效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)；聶康才等[11]研究了基于景觀敏感度與用地適宜性的選址輔助決策；林鵬[12]基于GIS從坡度、游線距離、景觀敏感度等角度對(duì)亭的選址進(jìn)行了研究。但目前現(xiàn)有的研究無法確定潛在觀景點(diǎn)分布區(qū),國內(nèi)也未見將模糊層次分析法應(yīng)用于風(fēng)景規(guī)劃選址中的研究。

為減少風(fēng)景規(guī)劃中觀景點(diǎn)踏查工作量,實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)踏查,本文提出一種潛在觀景點(diǎn)分布區(qū)的評(píng)篩方法。該方法基于GIS和模糊層次分析法,針對(duì)上述問題,構(gòu)建適用于潛在觀景點(diǎn)分布適宜性評(píng)價(jià)體系。對(duì)得到的適宜性評(píng)價(jià),結(jié)合局部踏查結(jié)果設(shè)置閾值實(shí)現(xiàn)篩查。該方法能夠?yàn)轱L(fēng)景區(qū)觀景點(diǎn)選址、游線規(guī)劃提供參考和科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 觀景點(diǎn)分布適宜性指標(biāo)設(shè)計(jì)

觀景點(diǎn)分布適宜性反映了某一地點(diǎn)作為觀景點(diǎn)的可能性與適宜程度。一方面,與被觀測對(duì)象相關(guān),如,被觀測對(duì)象的種類、性質(zhì)；另一方面,與觀測者所在位置是否適宜觀景有關(guān),如,是否可達(dá),是否便于停留,與被觀察對(duì)象是否存在通視關(guān)系等。

參考以往的研究[12-15],本文基于指標(biāo)選取的科學(xué)性、表征性、獨(dú)立性、數(shù)據(jù)可獲取性等基本原則,建立了包括視距適宜性、視域開闊性、駐留適宜性、交通可達(dá)性4項(xiàng)基礎(chǔ)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。單因子評(píng)價(jià)計(jì)算主要參考俞孔堅(jiān)[15]介紹的方法。因本文旨在評(píng)篩潛在觀景區(qū),因此,不對(duì)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分級(jí)處理,而是在綜合評(píng)價(jià)后設(shè)置篩選閾值。

1.1.1視距適宜性

觀景點(diǎn)與特定景物的距離影響景觀視覺效果。對(duì)于一定的被觀測對(duì)象,在一定距離范圍內(nèi),所能取得的視覺效果最佳,超出一定范圍,效果隨距離變化而改變。

一方面,被觀測對(duì)象的體量和類別影響最佳觀賞距離,如高大山巒、建筑群體及水庫、池塘的最佳觀賞距離各有區(qū)別。另一方面,最佳觀賞距離受人眼視物規(guī)律影響,一定距離范圍內(nèi)能夠觀察對(duì)象的細(xì)部,超出一定范圍后細(xì)部不可見,一定范圍內(nèi)對(duì)象輪廓可被辨識(shí),超出后不可辨識(shí)。同時(shí),景物被觀察的效果,由近及遠(yuǎn),是由清晰到模糊的漸變的過程。

結(jié)合研究區(qū)具體情況,本文按表1對(duì)景物進(jìn)行分類。

表1 景物類別及其性質(zhì)Tab.1 Types and characteristics of views

按下列公式計(jì)算不同類別的單個(gè)景物在不同距離區(qū)間內(nèi)的評(píng)價(jià)值:

(1)

式中:Di為單個(gè)景物在不同距離上的評(píng)價(jià)值,d為觀景點(diǎn)與景物的距離；x1為最佳視距區(qū)間的下限,x2為最佳視距區(qū)間的上限；v為可見性,v=0代表在該位置與景物不存在通視關(guān)系,v=1則相反。

由于一特定位置可能存在多個(gè)可被觀賞的景物,基于多個(gè)景物,按下列公式計(jì)算,得到視距適宜性評(píng)價(jià):

(2)

考慮本研究區(qū)情況,認(rèn)為適合遠(yuǎn)距離觀賞景物最佳視距范圍在300～1 800 m,即對(duì)于適合遠(yuǎn)距離觀賞的景物,x1為300,x2為1 800；適合中等距離的觀賞景物中,僅適宜在中等距離取得效果的景物,其最佳視距范圍為30～300 m,即x1為30,x2為300,而在近距離取得與中等距離相近效果的景物,其最佳視距范圍為0～70 m,即x1為0,x2為70。

1.1.2視域開闊性

當(dāng)視域足夠開闊,雖不具特定的觀賞對(duì)象,同樣具有觀賞上的意義。同時(shí),在其他條件相同的情況下,在某一位置視域越廣闊,則作為觀景的位置越有利。結(jié)合研究區(qū)具體情況,本文按下列公式計(jì)算視域開闊性:

B=(α- minα)/(maxα- minα)

(3)

式中:B為視域開闊性評(píng)價(jià)值,α為在某一位置上環(huán)視360°的可視區(qū)域面積的大小。研究區(qū)所有位置中,可視面積最小為minα,最大為maxα。

1.1.3駐留適宜性

駐留適宜性與觀察者所處位置的坡度大小相關(guān),平坦地面適合停留,有利于作為觀景點(diǎn),當(dāng)?shù)孛婢哂衅露葧r(shí),則不利于停留觀景,坡度越大,可停留性越差,過大的坡度則無法停留。通常1.1 °以下的坡度對(duì)人的停留不造成影響,高于5.7 °時(shí)不易停留,坡度達(dá)到45°時(shí)通常無法停留[16]。參考以往研究[12-15],考慮坡度環(huán)境對(duì)人停留的影響及研究區(qū)情況,本文按下列公式計(jì)算駐留適宜性:

S=1-sin2[arctan(H×W-1)]

(4)

S=1- sin2β

(5)

式中:S為駐留適宜性評(píng)價(jià)值,H為等高距(m),W為等高線水平間距(m),β為觀察者所處位置的地面坡度值。

1.1.4交通可達(dá)性

交通可達(dá)性與距離游覽道路的距離相關(guān)。游人在游覽過程中通過道路方能抵達(dá)特定區(qū)域,同時(shí)在距離道路越近的區(qū)域,進(jìn)行新的道路建設(shè),如鋪設(shè)棧道,其成本更低。因此,距離道路越近,交通可達(dá)性越高。參考以往研究[12-15],結(jié)合研究區(qū)道路具體情況,本文按下列公式計(jì)算視距適宜性:

T=f/d

(6)

式中:T為交通可達(dá)性評(píng)價(jià)值,d為觀景點(diǎn)至道路邊緣的垂直距離。設(shè)距離道路一定距離內(nèi),對(duì)游人的到達(dá)基本不造成阻礙的最大距離為f,本文中f取25 m。

1.2 觀景點(diǎn)分布適宜性評(píng)價(jià)

徐澤水[17]提出了一種基于FOWA算子的三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣排序法,本文采用該方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。

觀景點(diǎn)分布適宜性記為S,結(jié)合得出權(quán)重,觀景點(diǎn)分布適宜性的計(jì)算方法如下:

S=w1×Q+w2×B+w3×S+w4×T

(7)

1.3 篩選方法及結(jié)果檢驗(yàn)

觀景點(diǎn)分布適宜性評(píng)價(jià),是對(duì)研究區(qū)內(nèi)各個(gè)位置的作為觀景點(diǎn)的適宜性做定量的評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)值越高,代表存在適宜的觀景點(diǎn)的可能性越高。但對(duì)于適宜或不適宜作為觀景點(diǎn)的界定值,單憑觀景點(diǎn)分布適宜性評(píng)價(jià)無法確定。

為確定篩選閾值,本文通過對(duì)研究區(qū)的局部區(qū)域進(jìn)行實(shí)地踏查,基于多位相關(guān)專業(yè)背景的踏查者的踏查結(jié)果,確定區(qū)域內(nèi)具有觀景點(diǎn)意義的若干地點(diǎn),并在觀景點(diǎn)分布適宜性評(píng)價(jià)中查詢這些地點(diǎn)的評(píng)價(jià)分值。取這些地點(diǎn)的評(píng)價(jià)分值的最小值及其它在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有意義的值(最小四分位數(shù)、平均值、中位數(shù)等),作為篩選閾值。高于閾值的為適宜區(qū)域,反之為不適宜區(qū)域。

結(jié)果檢驗(yàn)方法為選定另一條踏查路線,按上述方法得到適宜觀景點(diǎn),計(jì)算落在篩選為適宜范圍的點(diǎn)數(shù),并計(jì)算占總數(shù)的百分比。

上述單因子評(píng)價(jià),綜合評(píng)價(jià)及篩選均在Arcgis 10.5中完成。

2 案例檢驗(yàn)

2.1 研究區(qū)概況 數(shù)據(jù)源及景物選取

本文選取株洲九郎山山地公園作為研究區(qū)。九郎山山地公園位于湖南省株洲市石峰區(qū),地處長株潭交界地帶,九郎山主峰海拔328 m,為長、株、潭三市城區(qū)之最。研究區(qū)域總面積為771.1 hm2。區(qū)域內(nèi)主要為自然山體,植被主要為人工林,且植物景觀效果不突出,區(qū)域內(nèi)有寺廟、水庫數(shù)處。

研究數(shù)據(jù)包括:九郎山地形圖(含等高線、高程點(diǎn)、建筑物、道路等信息),谷歌衛(wèi)星影像,地理空間數(shù)據(jù)云DEM高程數(shù)據(jù)。

景物選取:結(jié)合衛(wèi)星影像、地形圖及研究區(qū)資料,參照《中國森林公園風(fēng)景資源質(zhì)量等級(jí)評(píng)定》對(duì)風(fēng)景資源類型的描述[18],選取在中、遠(yuǎn)距離上具有觀賞價(jià)值的景物,得到山體1(第1處突出的高大山體)、山體2(第2處突出的高大山體)、寒塘水庫、夾坡水庫、芭蕉水庫、上林寺、雙峰禪寺、九郎寺、秋瑾故居等共計(jì)9處觀賞對(duì)象。按表1所述定義對(duì)這些景物進(jìn)行分類,其中山體1、山體2屬于遠(yuǎn)距離觀賞景物；上林寺、雙峰禪寺、九郎寺、秋瑾故居屬于中距離觀賞景物中僅在中等距離取得最佳效果的一類；寒塘水庫、夾坡水庫及芭蕉水庫屬于中距離觀賞景物中在中、近距離取得最佳觀賞效果的景物。

研究區(qū)高程、道路與景物分布情況如圖1(a)所示。

2.2 基于FAHP的指標(biāo)權(quán)重測算

本文采用徐澤水[17]提出的方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。此計(jì)算方法大致步驟如下:

1) 針對(duì)決策方案,構(gòu)造三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣。

2) 確定FOWA算子的加權(quán)向量:選擇模糊語義量化準(zhǔn)則,以確定模糊語義量化算子的參數(shù),結(jié)合模糊語義量化算子計(jì)算結(jié)果,計(jì)算求得FOWA算子的加權(quán)向量。

3) 基于FOWA算子對(duì)判斷信息進(jìn)行集結(jié):確定決策態(tài)度(保守、中立、追求風(fēng)險(xiǎn)),計(jì)算模糊三角數(shù)矩陣各元素的期望值,根據(jù)期望值大小對(duì)模糊三角數(shù)矩陣按行進(jìn)行重排序,再對(duì)重排序結(jié)果按FOWA算子對(duì)判斷信息進(jìn)行集結(jié),得到各方案的優(yōu)先程度。

4) 計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重:計(jì)算優(yōu)先程度的期望值,對(duì)優(yōu)先程度的期望值歸一化,得到排序向量,基于三角模糊數(shù)期望值求得三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣的排序向量,排序向量即為權(quán)重。

本文指標(biāo)權(quán)重測算過程如下:

通過專家咨詢,構(gòu)建的觀景點(diǎn)分布適宜性三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣如表2所示。

模糊語義量化準(zhǔn)則選擇“大多數(shù)”,按文中徐澤水[17]提出的計(jì)算方法得到加權(quán)向量w=(0,0.4,0.5,1)T；決策態(tài)度為風(fēng)險(xiǎn)中立,按文中方法求得矩陣中元素期望值,并按期望值大小對(duì)矩陣中每行各數(shù)據(jù)按行進(jìn)行重排序。因篇幅有限,此處期望值結(jié)果及重排序結(jié)果省略；將FOWA算子計(jì)算方案與其它方案的優(yōu)先程度相比,計(jì)算得到優(yōu)先程度期望值,對(duì)優(yōu)先程度期望值歸一化得到排序向量,此時(shí)得到的排序向量即為各因素相對(duì)目標(biāo)所占權(quán)重。優(yōu)先程度、優(yōu)先程度的期望值與排序向量如表3所示。

表2 觀景點(diǎn)分布適宜性三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣Tab.2 Triangular fuzzy number complementary judge matrix of suitability of distribution of scenic view-point

表3 優(yōu)先程度 優(yōu)先程度期望值與排序向量Tab.3 Priority,priority expectation and ranking vector

2.3 單因子評(píng)價(jià)及綜合評(píng)價(jià)

2.3.1視距適宜性

對(duì)山體1、山體2、寒塘水庫、夾坡水庫、芭蕉水庫、上林寺、雙峰禪寺、九郎寺、秋瑾故居共計(jì)9處觀賞對(duì)象,按式(1)計(jì)算每一處景物在不同距離位置的評(píng)價(jià)值,按式(2)對(duì)所有景物在不同距離上的評(píng)價(jià)值求和并離差標(biāo)準(zhǔn)化,得到的視距適宜性評(píng)價(jià),具體情況如圖1(b)所示。

2.3.2視域開闊性

由于可視區(qū)域不局限于研究區(qū)紅線范圍內(nèi),而在視域開闊性評(píng)價(jià)方面,已有的地形圖中的高程數(shù)據(jù)不能滿足研究需要,故采用地理空間數(shù)據(jù)云提供的30m×30m地形高程數(shù)據(jù)進(jìn)行替代,以求近似解。過程如下:通過地理空間數(shù)據(jù)云30m×30m DEM高程數(shù)據(jù),取得研究區(qū)域邊界向外緩沖3 km的DEM柵格數(shù)據(jù)(同時(shí)包括研究區(qū)內(nèi)部區(qū)域高程),緩沖范圍如圖1(c)所示,對(duì)得到的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)點(diǎn),對(duì)點(diǎn)賦予地形高程,再進(jìn)行可視性分析。

可視性分析參數(shù):柵格數(shù)據(jù)選擇緩沖3 km的DEM柵格數(shù)據(jù),觀察點(diǎn)選擇賦予地形高程的點(diǎn),分析類型選擇頻次,視點(diǎn)高程選擇高程字段,表面偏移1.6 m?？梢曅苑治鎏幚淼玫降臇鸥駭?shù)據(jù),其每一柵格單元的值,即為此在單元的中心位置的可視單元的數(shù)量,按式(3)計(jì)算視域開闊性評(píng)價(jià)值。視域開闊性評(píng)價(jià)如圖1(d)所示。

2.3.3駐留適宜性

利用研究區(qū)地形圖,得到高程數(shù)據(jù),通過高程數(shù)據(jù)得到坡度分析結(jié)果。坡度分析結(jié)果表現(xiàn)形式為坡度值,由于坡度大于45°時(shí)游人不能停留,將45°以上坡度值統(tǒng)一為45°,再按式(5)求駐留適宜性評(píng)價(jià)值,駐留適宜性評(píng)價(jià)圖如圖1(e)所示。

2.3.4交通可達(dá)性

通過地形圖得到道路矢量(Polygon)文件,通過距離分析得到研究區(qū)域中各位置與道路的距離,按式(6)求得交通可達(dá)性評(píng)價(jià),具體情況如圖1(f)所示。

2.3.5觀景點(diǎn)分布適宜性

按式(7)計(jì)算觀景點(diǎn)分布適宜性,結(jié)果如圖1(g)所示。規(guī)劃范圍的觀景點(diǎn)分布適宜性評(píng)價(jià)值在0.02～0.74間,均值為0.28,標(biāo)準(zhǔn)差為0.11。

注:(a)高程、主要道路、景物；(b)視距適宜性評(píng)價(jià)；(c)邊界3 km緩沖區(qū)域；(d)視域開闊性評(píng)價(jià)；(e)停留適宜性評(píng)價(jià)；(f)交通可達(dá)性評(píng)價(jià)；(g)觀景點(diǎn)分布適宜性評(píng)價(jià)；(h)局部踏查路線及觀景點(diǎn)；(i)篩查結(jié)果

圖1 潛在觀景點(diǎn)分布區(qū)評(píng)篩

Fig.1 Evaluating and Screening of potential scenic spots

2.4 篩選閾值確定 篩選結(jié)果及檢驗(yàn)

研究中選定觀景點(diǎn)的位置,由5名風(fēng)景園林專業(yè)的碩士研究生進(jìn)行實(shí)地踏查確定。具體方法為:每人按相同路線獨(dú)立踏查,并標(biāo)記出認(rèn)為適宜作觀景點(diǎn)的位置。當(dāng)同一位置有3名及以上研究生認(rèn)為適宜作為觀景點(diǎn)位置時(shí),則認(rèn)為是適宜的。依據(jù)此方法,按線路1踏查,踏查得到A1-A16,共計(jì)16處適宜觀景位置。踏查路線1及A1-A16位置如圖1(h)所示。

各個(gè)適宜作為觀景點(diǎn)的位置在觀景點(diǎn)分布適宜性評(píng)價(jià)中的評(píng)價(jià)值如表4所示,由表4可知,適宜性評(píng)價(jià)極小值為0.40,第一四分位數(shù)0.43,均值為0.48±0.06,中位數(shù)為0.50。當(dāng)設(shè)置篩選閾值分別取0.4,0.43,0.48,0.50時(shí),篩選出潛在觀景點(diǎn)分布區(qū)的面積,占研究區(qū)總面積的16.9%,8.9%,3.6%,2.3%。當(dāng)篩選閾值為0.4時(shí),得到篩選結(jié)果如圖1(i)所示 。

對(duì)篩查結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)方法為:選定另一條踏查路線,按上述方法得到適宜觀景點(diǎn),計(jì)算落在篩選為適宜范圍的點(diǎn)數(shù),并計(jì)算占總數(shù)的百分比。檢驗(yàn)選定的踏查路線,文中記為檢查路線,得到的適宜觀景點(diǎn)文中記為檢查點(diǎn),檢查路線及檢查點(diǎn)(15處)如圖2所示。經(jīng)檢驗(yàn),80.0%的點(diǎn)都落在篩選得到的適宜范圍內(nèi)。

表4 踏查所得觀景點(diǎn)在觀景點(diǎn)分布適宜性評(píng)價(jià)中的評(píng)價(jià)值Tab.4 Evaluate value from the previous evaluation of scenic view-point that obtained from investigation

圖2 檢驗(yàn)路線及選定檢驗(yàn)點(diǎn)Fig.2 Inspection route and selected inspection point

3 討論

對(duì)于具有一定面積的風(fēng)景區(qū)、旅游區(qū)、郊野公園的規(guī)劃,需要進(jìn)行多次踏查,而即使多次踏查,也難以真正實(shí)現(xiàn)全面踏查?，F(xiàn)有的視覺評(píng)價(jià)研究中,通常引用景觀敏感性作為一項(xiàng)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)[8-10]。但景觀敏感性是景觀被注意到的程度的度量,因而主要用于景點(diǎn)評(píng)價(jià)研究,不能為潛在觀景點(diǎn)分布區(qū)的確定提供幫助。本研究提出的改進(jìn)指標(biāo)體系,對(duì)研究區(qū)任一位置均得到了對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià),具體情況如圖1(b),1(d),1(e),1(f),1(g)所示,因此,能夠針對(duì)潛在觀景點(diǎn)分布區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

一些基于GIS的景觀視覺評(píng)價(jià)研究,在評(píng)價(jià)后采取按自然間斷點(diǎn)或相等間距的分類方法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分類[11,19]。前者能使各個(gè)類之間的差異最大化,后者強(qiáng)調(diào)的是每個(gè)相同子范圍所涵蓋數(shù)據(jù)的量的差異,均是基于數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)特征而非實(shí)際意義考量。本研究采用局部踏查結(jié)果結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果確定分類臨界值,能更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在觀景點(diǎn)分布區(qū)的篩選。

綜上,對(duì)于具有一定面積的規(guī)劃區(qū),本研究提供的評(píng)篩方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)規(guī)劃區(qū)整體的評(píng)價(jià)與篩查,既可在未踏查時(shí)進(jìn)行初步分析,也可結(jié)合已有的初步踏查結(jié)果來設(shè)定篩選閾值,并根據(jù)踏查需要設(shè)定閾值,實(shí)現(xiàn)篩查。故本方法能幫助確定潛在觀景點(diǎn)分布的區(qū)域,減少踏查工作的工作量,提高踏查工作效率,并為觀景點(diǎn)選址及游線規(guī)劃提供參考。

需要指出的是,在規(guī)劃層面的工作中,按本研究方法對(duì)潛在觀景點(diǎn)分布區(qū)進(jìn)行篩選是可行的,而在觀景點(diǎn)位置的精確定點(diǎn)上,本方法無法提供解決方案,因?yàn)槲恢玫木_定點(diǎn)涉及到形態(tài)問題、空間搭配乃至意境的營構(gòu),而這一點(diǎn)必須通過實(shí)地踏勘才能確定。