基于景觀視覺質量與土地適宜性綜合評價的風景道選線研究
——以新疆博爾塔拉蒙古自治州為例

王子堯 李 倞 王宏偉 林 箐

1 背景

風景道是旅游與交通功能相結合的特殊景觀道路，實現了道路從單一的交通功能向交通、生態、游憩和保護等復合功能的轉變[1]。近年來，在自駕車旅游快速發展與普及的背景下，風景道作為一種新型的線性旅游目的地，將以往的旅行成本轉變為旅行者的旅行觀光體驗，順應了“旅游+”“生態+”“交通+”等融合發展的迫切需求[2]，逐步成為中國實施全域旅游發展、交通強國戰略和美麗中國建設的重要抓手[3]。

美國作為風景道這一概念的起源地，于1995年提出了國家風景道計劃(National Scenic Byway Program，NSBP)，將風景道定義為：“一條土地所有權公有的，具備風景、歷史、休閑、文化、考古和(或)自然六大品質的道路，該道路不單指道路本身，還包括道路兩邊視域范圍內的廊道風景。[4]”時至今日，歐美等國已經進行了大量有關風景道的研究，并且開發建設了一大批聞名于世的風景道項目，如美國藍嶺風景道、66號歷史路、德國浪漫之路、城堡之路等[5-7]。

我國風景道的研究起步相對較晚，21世紀初，余青等逐步將風景道的概念引入國內，早期重點介紹風景道的概念、起源、進展及國外案例[8-10]，而后逐步開展理論方法與技術研究，并在鄂爾多斯、康定等地進行了規劃探索[11]。2016年，《“十三五”旅游業發展規劃》提出要重點建設25條國家旅游風景道，標志著國家層面愈加重視風景道的發展，也在全國范圍內掀起了風景道建設的浪潮。

風景道的選線是風景道規劃的前提性工作，既要盡可能串聯起周邊的自然與人文資源，充分展現當地的自然生態風光與歷史文化底蘊，又要綜合考慮道路沿線的風景與工程建設難度。目前，風景道選線的研究大多集中于對既有道路網絡進行風景道建設適宜性評價，通過構建多層次的指標體系，篩選出適宜改造升級為風景道的現狀道路[12-13]。但是對于一些現有道路體系并不完善的地區，僅通過對現有道路的評價篩選，無法滿足風景道規劃建設的需求。

針對這類問題，一些學者嘗試將“最小累計阻力模型”引入道路選線研究中，在構建研究區阻力面的基礎上，利用軟件模擬并選擇出累計阻力最小的道路路線。阻力面評價指標的選擇是這類研究中需要明確的主要問題之一。官紫玲等通過對不同土地利用類型的分析與賦值，構建了研究區鄉土文化遺產阻力面[14]；馮君明等選用了坡度與土地利用2類指標構建阻力面[15]；李海龍等則從海拔高度、坡度、土地利用及與公路距離4個方面建立了阻力面評價指標體系[16]。然而，過去的研究往往只注重地形、土地利用等土地適宜性指標的評價，忽略了對于行駛在風景道上游客的視覺感受的評價與量化。由于風景道的特殊性，對風景道兩側視域范圍內的景觀視覺質量評價也應該納入阻力模型的構建中。

本文根據最小累計阻力模型的原理，從景觀視覺質量與土地適宜性2個層面構建起綜合阻力模型，嘗試建立一種新的風景道選線識別方法。以新疆博爾塔拉蒙古自治州風景道規劃為例，以期為未來我國風景道的規劃提供技術支持，助推旅游經濟的高質量發展。

2 研究區域概況與數據來源

2.1 研究區域概況

博爾塔拉蒙古自治州(以下簡稱“博州”)位于新疆維吾爾自治區西北邊緣，地處歐亞大陸腹地，西、北、南三面環山，屬北溫帶大陸性干旱氣候。博州自然資源豐富，博爾塔拉河作為博州的母親河，自西至東流經溫泉縣博樂市，最終在精河縣境內注入艾比湖，全長252km(圖1)。除此之外，博州還先后建立了4個國家級、自治區級自然保護區和1個國家級重點風景名勝區。同時，博州歷史文化悠久，既是古代絲綢之路上的重要節點，也是察哈爾西遷和土爾扈特東歸之地，分布著大量的歷史文化遺產。據統計，其野外不可動文物共計640處，全國重點文物保護單位5處，自治區級文物保護單位60余處[17]。

圖1 研究區域概況

然而，由于博州的現狀交通體系并不完善，多數景點的交通可達性并不高。與此同時，各景點之間聯動性不足，旅游資源缺乏整合與串聯，旅游品牌與目的地建設不足。在博州“交通+旅游”發展理念的指導下，通過風景道系統的建設，可以將博州豐富的人文與自然資源加以串聯，為博州產業發展、鄉村振興提供有效支撐。

2.2 數據來源

本研究中使用的土地利用數據來自清華大學全球地表覆蓋數據庫(http://data.ess.tsinghua.edu.cn/)，空間分辨率為10m；DEM高程數據來源于中國科學院計算機網絡信息中心(地理空間數據云平臺，http://www.gscloud.cn)，空間分辨率為30m；現狀道路矢量數據來源于BIGEMAP地圖下載器。以上數據在ArcGIS中進行投影變換、裁剪、重采樣等一系列數據預處理工作后，統一轉化為50m×50m的柵格數據。

人文與自然資源根據《新疆維吾爾自治區第三次全國文物普查成果集成：博爾塔拉蒙古自治州卷》[18]記錄的文化遺產分布及馬蜂窩旅游網站上記錄的博州景區景點的空間分布，在ArcGIS軟件中進行矢量化繪制而成。

3 研究方法

3.1 景觀視覺質量評價

道路兩側視域范圍內的廊道風景是風景道選線中需要考慮的重點之一。與以往的評價指標不同，景觀視覺質量評價需要分析觀察者在研究區域內任意一點全景觀察周圍時，視野范圍內的景觀質量，進而選擇出累計景觀質量最高的路徑。因此，需要重點解決以下2個關鍵問題：其一，視野范圍需要明確界定；其二，針對研究區域內的每一個柵格，都需要對其視野范圍內的各個景觀視覺質量指標進行量化，并賦值給該柵格。

針對視野范圍界定的問題，過去的研究表明，在不同視距下觀察物體會產生不同的視覺感知。一般而言，當視距小于25m時，可以辨別物體的細部特征；視距在70～100m時，能夠辨別他人的體態；視距在250～270m時，能夠較為清晰地辨別出物體的輪廓；視距在500～1 000m時，則需要根據光照、背景等因素隱約地辨別物體輪廓[19]。綜上所述，本研究將景觀視覺質量評價分析中的視距界定為250m，由于本文所分析的最小數據單元為50m×50m的柵格，因此對于每一個柵格而言，其視野范圍應為與柵格邊緣最短距離小于250m的周邊所有柵格的集合。也可以進一步概化為，以中心柵格的4個角點為圓心，分別做半徑為250m的圓，它們的并集范圍所覆蓋的所有柵格，如圖2所示。

圖2 視野范圍劃定示意

針對指標量化方法的問題，本文通過Fragstats 4.2中的“moving windows”功能實現各個指標的量化與賦值過程。該功能可以以每一個柵格為中心，展開一個分析窗格，通過對窗格內的柵格進行分析計算，將結果值返回至中心柵格。此外，本研究選用景觀多樣性、景觀豐富度和景觀均勻度3個指標進行景觀視覺質量評價。其中，景觀多樣性通過香農多樣性指數(Shannon's Diversity Index，SHDI)進行量化，表達一定區域內景觀類型的差異性；景觀豐富度(Patch Richness，PR)指景觀中斑塊類型的總數；景觀均勻度通過辛普森均勻度指數(Simpson's Evenness Index，SIEI)進行量化，用來反映景觀中各個斑塊在面積分布上的均勻程度。這3個指標目前已被廣泛應用于景觀視覺質量評價研究之中[20-22]。

參考前人研究，將各個指標進行歸一化處理，并對其進行分級[23]，利用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)確定各指標的權重，最終形成如表1所示的景觀視覺質量評價指標體系。

表1 景觀視覺質量評價指標體系

3.2 土地適宜性評價

參考前人研究，選擇土地利用、坡度、與道路的距離3個指標進行評價。其中，土地利用指標是土地適宜性評價中最為常見的指標之一。一般而言，風景道要盡量避免建設于濕地、水域、冰川、苔原等生態較為敏感的土地類型上，而道路、建設用地等土地利用類型則較適宜建設風景道[24-26]。除此之外，為減少建設成本，還應最大限度地減少新建項目工程量，充分整合利用現有的道路設施。因此，本文還將坡度和與現狀道路距離2個指標納入評價體系中[16]。利用AHP層次分析法確定各個指標的權重，最終形成如表2所示的土地適宜性評價指標體系。

表2 土地適宜性評價指標體系

3.3 阻力表面模型的構建

前文所述的景觀視覺質量評價與土地適宜性評價均屬于“適宜性評價”的范疇，即適宜性評價結果越高，表示越適宜風景道的建設。而阻力值則與之相反，阻力值越高，則表示越不適宜建設風景道。因此，本研究將景觀視覺質量與土地適宜性評價結果均進行歸一化處理并疊加，以得到綜合適宜性評價結果，再將該結果取倒數，以此構建起阻力表面模型，詳細計算公式如下：

式中，R為阻力值，且R∈[0，+∞]；T為歸一化處理后的景觀視覺質量評價結果；S為歸一化處理后的土地適宜性評價結果；ωt與ωs分別為兩者的權重，本研究認為兩者同等重要，均取值0.5。

3.4 源地的確立

阻力表面模型構建完成后，還應確定風景道需要串聯的各類源地。本研究中的源地共分為3種類型——特色鄉鎮源地、人文景觀源地與自然景觀源地。其中，特色鄉鎮源地是風景道系統上主要的旅游集散地，不僅其本身的景觀風貌極具特色，同時也能夠承擔交通、住宿、餐飲、咨詢等多種功能。人文景觀源地是指博州境內各種保存相對完好、旅游開發價值較高的古城遺址、墓葬遺跡、文物博物館等。自然景觀源地包括博州主要的自然保護區、森林公園、濕地公園，以及其他具有特色的景區。

本研究通過對博州自然與人文資源及重要城鎮的綜合評價，最終確定了59處源地，并通過源地點表示其位置分布(圖3)，其中包括鄉鎮景觀源地6個、人文景觀源地33個、自然景觀源地20個。

圖3 源地分布

3.5 風景道的選線模擬與修正

使用Linkage Mapper工具箱進行風景道選線模擬，該工具集成了最小累計阻力模型、Circuiscape電路理論、圖論等多種算法，并被廣泛應用于生態廊道、綠道等選線研究中[27-28]。本研究通過該工具模擬計算每一個源地與周邊相鄰源地之間的最小累計阻力路徑，并疊加形成風景道選線模擬結果。在此基礎上，綜合考慮串聯節點的重要性、道路網絡的連通性、施工難度等因素，對模擬結果進行比較、篩選與優化，確定風景道網絡的適宜線路與空間結構。

4 結果與分析

4.1 景觀視覺質量評價結果

借助Fragstats 4.2軟件，根據研究區域的現狀土地利用數據，經過模擬計算得出景觀視覺質量單因子評價結果與綜合評價結果(圖4、5)。結果顯示，研究區域內的景觀視覺質量從內至外呈現出“高-低-高”的圈層式分布格局。第一圈層指博州中部緊鄰博爾塔拉河的區域，該區域視覺質量最高，不同類型的土地利用斑塊相互交織，最適宜風景道的建設；第二圈層是博爾塔拉河與南北兩側山地間的農田、戈壁與荒漠，由于其斑塊面積大、景觀面貌單一，故視覺質量評價結果較低；第三圈層是指位于研究區域邊緣的山區，該區域景觀視覺質量值整體較高，但空間分布并不均勻，景觀視覺質量較高的區域集中分布于山地與平原的交接處。

圖5 景觀視覺質量綜合評價結果

4.2 土地適宜性評價結果

根據土地適宜性評價指標體系與權重模型，分別對土地利用、坡度及與道路距離3個因子進行數據處理、分級賦值和加權疊加，生成單因子適宜性評價結果和綜合評價結果(圖6、7)。

圖6 土地適宜性單因子評價結果

圖7 土地適宜性綜合評價結果

單因子評價結果表明：1)土地利用因子適宜性較高的區域為現狀道路與建設用地等，而現狀水體、濕地、冰川等生態敏感度較高的地區建設適宜性較低；2)坡度因子適宜性較高的區域位于博州中部與東部的河谷平原區，南北兩側的山地區適宜性較低；3)與道路距離因子表明現有國道、省道、縣道、鄉道公路沿線適宜性較高，其余地區適宜性較低。

土地適宜性綜合評價結果顯示：河谷地區、地勢平緩的草原地區及現狀道路沿線地區的風景道建設適宜性較高；而地形起伏較大的山區及高山冰川等區域建設適宜性較低，不適合風景道建設。

4.3 阻力表面模型的構建與風景道路徑模擬

在景觀視覺質量評價結果與土地適宜性評價結果的基礎上，經過歸一化處理、疊加、計算，形成綜合阻力表面模型(圖8)。將生成的阻力表面模型與源地數據一起輸入Linkage Mapper工具中進行風景道選線模擬，最終形成博州全域風景道網絡，如圖9所示。

圖8 綜合阻力表面模型

圖9 風景道線路模擬結果

4.4 風景道選線的優化

風景道線路的優化過程如圖10所示，本研究將風景道線路模擬結果與現狀道路進行對比分析，對需要穿越高山且無現狀道路的線路進行人工遴選去除。同時，在保證風景道可以串聯所有自然與文化資源的前提下，盡可能地選擇與現狀路網重合的線路，并去除多余的風景道支線，最終形成了博州風景道系統規劃成果。

圖10 風景道線路優化過程

優化后的風景道線路可以進一步分為改造提升道路和新增道路2類。其中，改造提升道路以現狀道路為基礎，通過適當的改造策略使其滿足風景道的各項功能需求，該類道路主要分布于研究區的中部與南部；新增道路則完善了整個風景道體系，使游客可以沿風景道到達博州的各個自然文化景點，該類道路主要分布于研究區的北部與東部。

總體來看，規劃后的博州風景道呈現“一軸四環”的格局。其中，“一軸”為沿博爾塔拉河的風景道，主要依托現狀的G577、X204、X208及部分防火道而建，串聯了研究區域內大部分的自然與文化資源；“四環”指與博爾塔拉河風景道主軸相連，且各具特色的風景道環路，自西向東分別為溫泉-賽里木湖風景道環路、博樂-夏爾西里風景道環路、托托-艾比湖風景道環路及精河-巴音阿門風景道環路(表3)。

表3 博州全域風景道結構與特色

5 總結與討論

本研究以景觀視覺質量評價與土地適宜性評價相關理論為基礎，構建了博州風景道選線的綜合阻力表面模型，通過Linkage Mapper工具，模擬生成了風景道網絡模擬結果。在此基礎上，通過與現狀道路分布狀況的對比分析，對模擬結果進行了篩選與優化，確定了最終的選線規劃方案。結果表明，利用該模型輔助風景道選線規劃的方法相對客觀，是較為理想的風景道選線規劃方法與工具。

本文提出的基于景觀視覺質量與土地適宜性綜合評價的風景選線方法具有以下優勢。1)利用Fragstats軟件中的“moving windows”功能對景觀視覺質量進行了較為準確的評估。針對研究區內的每一個柵格點，均通過分析窗格模擬其視野范圍，并對視野內的各個景觀質量指標進行定量分析。2)以往的選線研究常使用基于ArcGIS平臺的cost distance工具[29]，本文選用的Linkage Mapper工具集成了多種分析模型，可以同時創建各個源地的最小成本廊道，在數據處理方面具有一定優勢[30]。3)本文所使用的各項數據比較容易獲取，整個分析過程科學、技術操作簡便、結果直觀明了，整體的可行性較高，可以進一步推廣到其他地區的風景道選線研究與實踐之中。

值得注意的是，雖然該方法主要針對現狀路網不完善的地區，但是本研究中提出的風景道沿線的視覺景觀質量評價及通過最小累計阻力模型進行道路模擬的思路，對現狀路網密度較高地區的風景道選線研究也具有一定的指導意義。例如，視覺景觀質量評價可以作為一個重要指標納入風景道篩選評價體系之中；而最小累計阻力模型則可以用于對現狀路網無法覆蓋的區域的局部選線研究之中。

同時，如何與本行政區域以外的相關資源點進行連接，以便形成區域風景道網絡體系，也是風景道選線研究中應該重點考慮的問題。在未來的研究中，還需對這一問題進行深入探討，不斷完善指標體系構建、權重賦值、源地選擇、線路優化等技術方法，并根據實際情況對模擬分析結果進行驗證，從而提高規劃成果的科學性和可靠性。

注：文中圖片均由王子堯繪制。