基于MCR的溧陽全域風景道選線研究

嚴軍, 劉嘉暉, 吳皓琪

基于MCR的溧陽全域風景道選線研究

嚴軍*, 劉嘉暉, 吳皓琪

南京林業大學風景園林學院, 南京 210037

風景道作為一種擁有多種游憩和觀賞價值的景觀道路, 同時兼具串聯自然風景資源和人文歷史資源的功能, 是當前全域旅游發展的重要支撐。以溧陽為研究對象, 選取區域內各自然風景資源點和人文歷史資源點作為源, 以交通便捷性、資源點可達性、生態適宜性作為阻力面, 并選取多個評價因子構建基于MCR的溧陽全域風景道選線模型, 利用GIS空間分析技術模擬出最低成本路徑, 結合實際對選線進行優化, 最終得到覆蓋面廣、可達性強的溧陽全域風景道網絡, 并與現有的溧陽“一號旅游公路”進行比對。結果表明, 本研究所得到的風景道是一條結構更完善、布局更合理、生態可持續的全域風景道, 此結果可作為溧陽全域風景道實際建設的依據, 為溧陽未來旅游風景道的更新發展提供合理的理論數據支撐。

MCR模型; 全域旅游; 風景道選線

0 前言

風景道起源于西方, 國外學者從風景道的功能、規劃設計、管理、使用者等多個角度對其有較為深入的研究[1-3], 當前已形成一個獨立的、全面的科研領域。我國學者余青在總結國外研究的基礎上, 將風景道的概念分為廣義和狹義, 廣義的風景道是指兼具交通連接和景觀觀賞兩種功能的的交通通道; 狹義的風景道則專指道路兩側或視域內擁有審美風景的、自然的、歷史的、文化的、考古學上的和(或)值得保存、修復、保護和增進的游憩價值的景觀道路[4]。本文所研究的對象溧陽市全域風景道是一種廣義上的風景道。

最小累積阻力模型(MCR)指物種從源到目的地運動過程中所需耗費代價模型[5], 其主要關注水平生態過程, 我國學者俞孔堅最早將其從國外引入, 利用其建立生物保護的生態安全格局[6], 其在國內發展后常常被應用于土地適宜性分析中, 包括城市用地分析、自然保護分析及遺產廊道適宜性分析等[6-7]。近年來, 國內外學者將MCR進一步延伸至多個科研領域, 如Dai Lu結合MCR和DOI開發出一種綜合的生態安全網絡評價方法[9], 還有學者將其應用于農業面源污染風險的識別和預防[10], 李海龍在川西高原綠道游徑系統線路規劃中亦使用了MCR模型[11]。

盡管MCR應用廣泛, 但鮮有使用其進行全域風景道選線的相關研究。傳統的風景道選線方法主要包括景觀評價法和結合GIS的適宜性分析法兩種。景觀評價法的實施通常是已經擬定了備選道路, 通過咨詢專家和問卷調查等形式計算每條道路的評分, 以此選擇得分較高的道路作為風景道。國外較早的Clay和Smidt采用專家法, 邀請專業人員以形式美為原則, 凡是生動性、多樣性等符合標準的均認為是具有較高的美學價值[12]; 國內學者吳必虎從旅游者體驗風景道品質的特定要求出發, 創造性地建立了等距離專家目視評測法(EDVAET), 為風景道選線提供了科學依據[13]。總體來說, 景觀評價法往往需要評估人員具備豐富的技術水平和實踐經驗, 不同專家的經驗和評估思維也有差別, 致使得到的結果具有偶然性, 可信度不高。

為彌補景觀評價法主觀性過強的劣勢, 近年來隨著GIS技術的發展, 一些學者嘗試利用Arcgis平臺量化選線過程, 通過對一定區域范圍進行土地適宜性分析, 劃分適應性等級, 從而選擇合適的區域進行選線。如唐曉嵐等學者在風景道選線的研究中將高程、坡度、坡向等多項因子納入評價模型, 結合GIS的自然地理空間分析篩選出最符合條件的風景道[14]。此種方法將部分選線過程量化, 相較于單一的景觀評價法有所改進改, 但仍存在兩個弊端: 1)適宜性分析法本質上是基于麥克哈格的“千層餅模式”, 主要是以景觀垂直生態過程的連續性為依據, 全域風景道作為連接各類景觀資源點的線性綠色廊道, 服務于人類和自然在水平方向上的運動, 因此單純的適宜性方法忽略了水平的景觀過程; 2)基于適應性分析的選線在得出適宜性分級圖后, 仍然是依靠人工選取合適的線路, 費時費力且只能依靠主觀經驗形成模糊的判斷, 不能完全消除傳統景觀評價法的不足。

針對溧陽市域內生態地理環境復雜、旅游資源點眾多且分布較廣的特點, 本文嘗試將MCR模型引入溧陽全域風景道的選線當中, 與傳統方法相比, 最小累積阻力模型在溧陽的風景道選線中主要具備兩點優勢: 1)MCR模型將水平過程和垂直過程進行了聯系, 彌補了傳統方法只考慮垂直過程的缺陷, 將使用者在分散資源點之間的運動納入考慮因素; 2)MCR模型可與Arcgis平臺中的成本路徑算法(cost path)相結合, 利用計算機數字化手段實現最優選線路徑的自動提取, 在環境復雜的情況下, 所得到的線路能自動繞開不適宜風景道建設的區域, 更加科學客觀?？偟膩碚f, 在溧陽開展全域旅游的背景下, 希望通過全域風景道系統的建設, 串聯其豐富的旅游資源和自然遺產, 為溧陽旅游經濟的進一步發展提供合理有效的技術支撐。

1 研究區域和數據來源

1.1 研究區域概況

本研究以江蘇省溧陽市為研究對象, 溧陽市近年來以全域旅游為牽引, 形成“三山兩湖一團城”的發展格局, 并通過溧陽“一號旅游公路”環線串聯各文化景觀資源點。研究區域面積約1535.87 km2, 地理坐標介于東經119°08′—119°36′, 北緯31°09′—31°41′, 北接句容和金壇, 南與廣德、郎溪接壤, 東鄰宜興, 西與高淳、溧水毗鄰。

X104和X002旅游公路從中穿過, 南側有寧杭高鐵和寧杭高速, 東側有揚溧高速, 交通條件良好。區域內生態環境基底豐富, 重巒疊嶂、水系繁多, 北部瓦屋山和丫鬟山以及南山連綿起伏, 形成自然屏障, 水體資源以天目湖和大溪水庫為主體, 涵蓋神女湖、呂莊水庫、塘馬水庫等, 結合豐富的林田資源, 是著名的“魚米之鄉”(圖1)。

1.2 數據來源

本次研究采用的資料和數據包括: 2018年溧陽市Landsat8 OLI數據庫遙感影像、溧陽市GDEM 12M分辨率數字高程數據、《溧陽市域交通規劃2018—2030》、《溧陽市旅游發展總體規劃2011—2030》。將以上資料和數據進行梳理, 整理成矢量數據導入GIS平臺, 以WGS84坐標系為基準, 利用經緯度進行地理配準, 最終生成包含研究范圍、道路交通、資源點、山體水域、地形等的基礎數據庫。

2 研究方法

2.1 選線模型的構建

最小累積阻力模型(Minimum Cumulative Resistance)實際是一種用“成本/阻力”來標識適宜程度的度量, 體現了研究對象在空間上的潛在可達和擴張趨勢[15]。其基本公式如下:

本研究基于MCR構建風景道選線模型(圖2), 模型主要包括計算機模擬和人工優化兩部分, 其中計算機模擬部分包括阻力面評價體系的建立、權重判定和因子疊加分析, 得到區域選線的綜合成本柵格圖, 通過GIS的成本路徑工具自動模擬出最優路徑, 最后結合區域現狀進行人工篩選和優化, 形成最終的選線結果。

2.2 源的選擇

“源”是物種遷徙和擴散的原點[17], 往往選擇區域內重要的風景名勝、林地、水體、濕地等。由于溧陽全域風景道主要是作為游客在各類風景資源和歷史人文資源之間運動的載體, 因此, 本文通過POI獲取溧陽市全域范圍內156個旅游資源點, 結合《溧陽市旅游發展總體規劃(2011—2030)》和《旅游資源分類、調查與評價》(GB/T18972—2017)中的相關標準, 篩選出131個資源點作為本研究的源, 并將資源點分為三個等級,其中一級資源點19個, 二級資源點24個, 三級資源點88個, 具體位置及分布情況如圖3所示:

圖1 溧陽市區位圖

Figure 1 Location map of Liyang

圖2 基于MCR的風景道選線模型

Figure 2 Route selection model for scenic byway based on MCR

圖3 本研究所確定源分布圖

Figure 3 Source distribution determined in this study

2.3 阻力面的選取和評價體系的構建

MCR模型使用的關鍵在于生態阻力面的設定[18], 在本研究中, 風景道承載了使用者的運動空間, 使用者在源之間通過風景道進行運動時想要獲得較好的游憩體驗以及更高的便捷性, 則必須克服運動過程中的阻力, 因此本研究中的阻力面是對游客在旅游資源點之間轉移產生較大影響的客觀因素。通過對溧陽市的現狀調研, 結合其地形地貌、水系、交通等現狀條件, 本文選取交通便捷性、資源點可達性性、生態適宜性作為阻力面進行研究。

各阻力面又包括多個評價指標, 通過對歷年的文獻研究和咨詢相關專家, 結合研究區域的具體情況, 選擇離國省干道距離和離鄉縣道距離作為交通便捷性的評價指標; 選擇離一級資源點、二級資源點、三級資源點的距離作為資源點可達性的評價指標; 選擇離水體距離、植被覆蓋度、坡度、坡向、土地利用作為生態適宜性的評價指標。以上指標涵蓋了交通、使用者需求、生態環境、土地建設等多方面因素, 基于此構建完善的風景道選線阻力面評價體系(圖4)。

2.4 指標的分級賦值與權重確定

在建立阻力評價模型的基礎上, 對每一個評價指標采用分級賦值的方法進行定量研究, 將阻力值分為1—5五個等級分別賦予每個評價指標, 同時采用AHP層次分析法計算各個指標的權重, 由此建立完整的溧陽風景道選線評價體系。

2.4.1 交通便捷性

隨著高速公路的建設, 既有的國省干道和鄉縣道的交通流量大為減少, 往往可以通過提升改造納入區域風景道體系[19], 一方面節省資源, 避免重復建設, 另一方面方便使用者快速抵達。故而本研究以國省干道和鄉縣道為中心建立緩沖區, 將離國省干道的距離分為0—50 m、50—100 m、100—200 m、200—500 m和>500 m五個等級, 將離鄉縣道的距離分為0—30 m、30—50 m、50—100 m、100—200 m和>200 m五個等級。越臨近現有道路的的區域阻力值越低, 反之越高, 并利用AHP法計算得到離國省干道距離指標的權重為0.3333, 離鄉縣道距離指標的權重為0.6667, CR=0.0000<0.1, 通過一致性檢驗。

2.4.2 資源點可達性

旅游資源點可達性是衡量旅游資源空間格局合理性的重要指標[20], 它表示了使用者克服空間阻力到達目的地的難易程度, 因此在距離資源點越近的區域越適合風景道的建設, 以便于減小阻力, 方便使用者快速接近目的地。本研究以各級資源點建立緩沖區, 將0—1500 m、1500—2500 m、2500—3500 m、3500—10000 m、>10000 m作為離一級資源點距離的分級標準, 離二級資源點距離分為0—800 m、800—1500 m、1500—2500 m、2500—3500 m和>3500 m, 離三級資源點距離分為0—500 m、500—800 m、800—1500 m、1500—2500 m和>2500 m, 同樣采用AHP法確定各指標權重, 得到離一級資源點距離權重為0.6250, 離二級資源點距離權重為0.2385, 離三級資源點距離權重為0.1365, CR= 0.0176<0.1。

2.4.3 生態適宜性

全域風景道除了具備基本的交通連接功能之外, 其構建和維護離不開區域良好的自然環境基礎[21], 選線過程中注重生態性原則有助于營造良好的旅游氛圍, 提升風景道的游賞價值。大量文獻研究表明, 在鄰近水源、植被覆蓋度較高以及坡向朝南的區域生態環境良好, 景觀資源豐富, 而在坡度較大的區域建設難度高, 水平游憩阻力大, 基于此對各指標進行分級賦值, 通過AHP法得到離水體距離、植被覆蓋度、坡度、坡向和土地利用的權重分別為0.1722、0.3586、0.1130、0.0853、0.2709, CR=0.0290< 0.1(表1)。

3 結果與分析

根據以上建立的溧陽全域風景道選線阻力面評價體系, 利用GIS空間分析技術分別對各評價指標進行量化分析計算。

圖4 風景道選線阻力面評價體系

Figure 4 Evaluation system of the resistance surface for scenic byway route selection

表1 生態適宜性指標權重和阻力值分級

3.1 研究區域交通便捷性成本柵格分析

利用GIS多環緩沖分析工具對國省干道和鄉縣道進行緩沖分析, 再依據分級賦值重分類后得到的單因子成本柵格, 結合各因子權重疊加計算得出交通便捷性綜合成本柵格圖(圖5)。從綜合成本柵格圖中可以清晰地看出, 阻力值較低的區域均集中在現有道路周邊, 表明這些區域具備較高的交通便捷性和可達性, 更加適合風景道的建設。

3.2 研究區域資源點可達性成本柵格分析

同樣使用GIS多環緩沖分析工具對三類資源點分別進行緩沖分析并根據阻力值重分類, 結合各因子權重疊加計算得出資源點可達性綜合成本柵格圖(圖6)。阻力值較低的區域集中在各級資源點附近, 且南部天目湖和南山片區因其景觀資源點豐富, 總體來說更加適宜進行風景道選線。

3.3 研究區域生態適宜性成本柵格分析

將從LANDSAT8 OLI數據庫獲取的遙感圖像導入ENVI5.3中, 經過輻射定標和大氣校正等處理后, 利用監督分類工具結合人工目視解譯, 提取溧陽市土地利用現狀柵格數據; 再將處理后的遙感數據導入GIS平臺, 利用image analysis工具計算出區域植被覆蓋度; 運用slope和aspect工具獲取高程和坡度的柵格數據; 將各項單因子柵格數據根據分級標準重分類后按權重綜合疊加, 最終得到研究區域生態適宜性成本柵格圖(圖7)。

可以看出, 阻力較低的區域集中在北部和南部山區, 以及河流水系周邊, 因為這些區域林木繁茂、水網密布, 是各類旅游資源點的聚集區域, 具備良好的生態環境和較高的游賞價值。

圖5 交通便捷性成本柵格

Figure 5 Cost raster for traffic convenience

圖6 資源點可達性成本柵格

Figure 6 Cost raster for resource point accessibility

3.4 綜合成本柵格的構建

以上研究分別得到了交通便捷性、資源點可達性與生態適宜性三個阻力面的成本柵格數據, 通過AHP法對三個阻力面進行權重分配, 得到交通便捷性的權重為0.5499、資源點可達性的權重為0.2402、生態適宜性的權重為0.2098, 利用GIS中的weighted sum工具疊加得到溧陽全域風景道選線的綜合成本柵格圖如圖8所示。

圖7 生態適宜性成本柵格

Figure 7 Cost raster for ecological suitability

圖8 溧陽全域風景道選線綜合成本柵格

Figure 8 Comprehensive cost raster for route selection of liyang scenic byway

總體而言, 鄰近道路的區域因其地勢平坦、交通便利、建設方便, 阻力值相對最小, 是風景道建設的最佳區域; 溧陽南部和北部依托瓦屋山、天目湖等豐富的旅游資源以及優越的自然生態環境條件, 阻力值較低, 是風景道建設的較適宜區域; 而溧陽中西部和東部城區因其以大片的基本農田和建設用地為主, 旅游資源缺乏, 阻力值較高, 不適宜全域風景道的建設。

3.5 最優路徑的模擬

最優路徑的模擬可通過GIS中的成本路徑(cost path)工具實現, 該算法是以某個源或一組源為出發點, 計算其到柵格表面上各位置的最小累積行程成本, 它并不是通過“直線最短”的方式來選取線路, 而是利用已確定的綜合成本柵格圖, 計算最低“成本”下的路徑[22]。首先利用cost distance工具和cost back link工具計算得出源在擴散過程中的阻力趨勢表面及其回溯鏈接圖, 基于此, 再通過cost path工具模擬使用者在源和源之間運動的最小成本路徑, 本研究開始時將源分為一級資源點、二級資源點、三級資源點三個等級, 在模擬最優路徑時亦分別計算使用者在這三種源之間運動的最小成本路徑, 以便于進行風景道選線的分級, 最終模擬出的最優路徑如圖9所示。

3.6 路徑優化與最終選線結果的確定

由于模擬出的路徑是計算機在最理想狀況下所計算出的結果, 而實際中不可能完全依據其進行風景道建設, 還應考慮區域的現實條件, 因此, 在計算機模擬路徑的基礎上通過人工對路徑進行針對性的篩選優化, 盡可能完善選線布局結果。路徑優化的方式主要包括: 1)去除不合理、不符實際的模擬路徑; 2)對各級路徑之間重復的線路進行合并整合; 3)對計算機未能識別但具備連接條件的路徑進行補充串聯, 最終得到溧陽全域風景道選線布局如圖10所示。

圖9 最優路徑模擬

Figure 9 Optimal path simulation

圖10 溧陽全域風景道選線結果

Figure 10 Results of route selection of liyang scenic byway

圖11 溧陽“一號旅游公路”布局(來自網絡)

Figure 11 Layout of liyang No.1 tourist road

本研究所得到的溧陽全域風景道是在GIS模擬最優路徑的基礎上, 充分考慮溧陽市目前的現狀資源分布狀況與道路體系等而形成的一條覆蓋面廣、可達性強的通行性網絡。

依據所連接旅游資源點的重要性, 將此風景道分為三級, 一級風景道總體上為一條依托X002、X104鄉道串聯區域內各核心景點,并與高速、省道等交通線路相銜接的環線, 是溧陽市對外交通的主要干線, 同時兼具游客自駕旅游車行道的功能; 二級風景道主要串聯區域內大中型景點, 與一級風景道相銜接, 起到內部協調組織的作用, 在部分條件允許的路段疊加考慮環境因素設騎行或步行風景道, 大部分為自駕車行線路; 三級風景道主要作為片區內部風景道間的相互補充, 多環湖或依山而建, 串聯各小型旅游節點, 可作為騎行、步行、健身、觀光等休閑游覽活動的主選道路。

4 討論與結論

4.1 討論

4.1.1 與溧陽“一號公路”的比對

溧陽“一號旅游公路”借助現有的公路路網, 形成“大環小環內外聯通”的旅游公路網絡, 串聯六大景觀片區(圖11), 總體上流線清晰、連接度較高。但公路整體規劃不夠深入, 未做分級, 沒有對旅游片區內部的景點連接做細致的規劃,不能形成真正意義上的風景道體系。而本研究所得到的溧陽全域風景道選線布局在“一號旅游公路”的基礎上針對其不足之處進行了優化提升, 主要包括:

(1)北片區在現有旅游公路的基礎上增加了部分二級和三級風景道, 二級風景道主要串聯北部瓦屋山和丫鬟山沿線旅游景點, 三級風景道依托鄉縣道, 將月亮灣生態農業園、呂莊水庫、塘馬濕地等三級資源點進行了聯系, 增強了區域整體的通達性。

(2)天目湖片區和南山片區, 設置三級風景道串聯沿湖景點形成環線, 同時通過二級風景道增強兩個區域之間的聯系, 地勢崎嶇的山區采用三級風景道連接各小型節點, 具備步行、健身的功能。

(3)西部曹山片區原有旅游公路僅從外部經過, 本研究通過二級風景道將其延伸至區域內部, 串聯芳芝林生態園、白露山生態園、曹山現代農業園等景點, 進一步增強了資源點的可達性。

總體而言, 與溧陽“一號旅游公路”相比, 本研究所確定的風景道是一條結構更加完善、布局更加合理、生態可持續的全域風景道。

4.1.2 溧陽全域風景道的未來發展方向

在分析選線結果時筆者發現, 模擬出的風景道雖然覆蓋溧陽全域, 但主要集中于天目湖片區、瓦屋山片區、南山片區、西片區和東片區等, 而溧陽中部地區僅有兩條一級風景道穿過, 究其原因是該區域旅游資源匱乏, 除新四軍江南指揮部一處大型景點, 其他資源尚未挖掘, 致使片區的風景道體系薄弱, 可達性不強。而全域旅游作為一種新興的旅游模式, 應當是對目的地進行資源要素整合, 整體策劃, 從而盤活區域閑置資源, 實現全域共建共享[23]。因此, 筆者建議溧陽未來在進行全域旅游規劃時, 可深挖該區域的文化旅游資源, 結合區域特色打造溧陽新的全域產業經濟核心亮點, 從而帶動該區域的風景道體系更加完善的建設, 使其積極融入溧陽全域風景道網絡之中。

4.2 結論

風景道的交通、生態、景觀、游憩、文化和保護等復合功能, 對于指導道路規劃、實施和管理等實踐工作, 以及促進道路、生態、旅游、文化等多項事業的有機整合和健康、持續發展具有十分重要的理論意義和實踐價值[24], 而風景道選線作為風景道建設的基礎, 應當更加科學合理。本文通過實際案例研究, 證實了MCR模型在模擬溧陽全域風景道選線的過程中, 能夠較好的反映使用者在水平方向上運動時所遇到的阻力, 且能夠通過計算機實現選線路徑的自動提取, 得出的結果相較于一般的適宜性分析法客觀性更強、可信度更高。目前, 溧陽“一號公路”建設雖已基本成型, 但仍有進一步完善發展的空間, 筆者希望此研究對未來溧陽風景道的建設有所啟示。

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Research on route selection of Liyang global scenic byway based on MCR

YAN Jun*, LIU Jiahui, WU Haoqi

College of Landscape Architecture, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China

Scenic byway is a landscape road with a variety of recreational and ornamental values, and it also has the function of linking natural scenic resources, cultural and historical resources. It is an important support for the current global tourism development. This paper takes the whole area of Liyang as the research object, selects various natural scenic resource points and cultural and historical resource points in the area as sources, takes traffic convenience, resource points accessibility, and ecological suitability as resistance surfaces, and selects multiple evaluation factors to construct MCR-based Liyang global scenic route model. The lowest-cost route is simulated by GIS spatial analysis technology, and the route selection is optimized based on the actual situation. Finally, a wide-coverage and highly accessible Liyang gobal scenic road network is obtained, which is compared with the existing "No. 1 Tourist Highway" in Liyang. The results show that the scenic byway obtained in this study is a whole-region scenic track with a more complete structure, a more reasonable layout, and a sustainable ecological environment. This result can be used as a basis for the actual construction of Liyang's global scenic byway and provide reasonable theoretical data support for the renewal and development of Liyang's future tourist scenic byway.

MCR model; global tourism; scenic route selection

嚴軍, 劉嘉暉, 吳皓琪. 基于MCR的溧陽全域風景道選線研究[J]. 生態科學, 2023, 42(1): 56–66.

YAN Jun, LIU Jiahui, WU Haoqi. Research on route selection of Liyang global scenic byway based on MCR[J]. Ecological Science, 2023, 42(1): 56–66.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2023.01.007

TU986

A

1008-8873(2023)01-056-11

2020-10-26;

2021-01-02

江蘇高校優勢學科建設工程資助項目(PAPD)

嚴軍(1969—), 男, 江蘇南京人, 博士, 主要從事生態景觀規劃研究, E-mail: csthesis@163.com

嚴軍