基于MCR的溧阳全域风景道选线研究

严军, 刘嘉晖, 吴皓琪

基于MCR的溧阳全域风景道选线研究

严军*, 刘嘉晖, 吴皓琪

南京林业大学风景园林学院, 南京 210037

风景道作为一种拥有多种游憩和观赏价值的景观道路, 同时兼具串联自然风景资源和人文历史资源的功能, 是当前全域旅游发展的重要支撑。以溧阳为研究对象, 选取区域内各自然风景资源点和人文历史资源点作为源, 以交通便捷性、资源点可达性、生态适宜性作为阻力面, 并选取多个评价因子构建基于MCR的溧阳全域风景道选线模型, 利用GIS空间分析技术模拟出最低成本路径, 结合实际对选线进行优化, 最终得到覆盖面广、可达性强的溧阳全域风景道网络, 并与现有的溧阳“一号旅游公路”进行比对。结果表明, 本研究所得到的风景道是一条结构更完善、布局更合理、生态可持续的全域风景道, 此结果可作为溧阳全域风景道实际建设的依据, 为溧阳未来旅游风景道的更新发展提供合理的理论数据支撑。

MCR模型; 全域旅游; 风景道选线

风景道起源于西方, 国外学者从风景道的功能、规划设计、管理、使用者等多个角度对其有较为深入的研究[1-3], 当前已形成一个独立的、全面的科研领域。我国学者余青在总结国外研究的基础上, 将风景道的概念分为广义和狭义, 广义的风景道是指兼具交通连接和景观观赏两种功能的的交通通道; 狭义的风景道则专指道路两侧或视域内拥有审美风景的、自然的、历史的、文化的、考古学上的和(或)值得保存、修复、保护和增进的游憩价值的景观道路[4]。本文所研究的对象溧阳市全域风景道是一种广义上的风景道。

最小累积阻力模型(MCR)指物种从源到目的地运动过程中所需耗费代价模型[5], 其主要关注水平生态过程, 我国学者俞孔坚最早将其从国外引入, 利用其建立生物保护的生态安全格局[6], 其在国内发展后常常被应用于土地适宜性分析中, 包括城市用地分析、自然保护分析及遗产廊道适宜性分析等[6-7]。近年来, 国内外学者将MCR进一步延伸至多个科研领域, 如Dai Lu结合MCR和DOI开发出一种综合的生态安全网络评价方法[9], 还有学者将其应用于农业面源污染风险的识别和预防[10], 李海龙在川西高原绿道游径系统线路规划中亦使用了MCR模型[11]。

尽管MCR应用广泛, 但鲜有使用其进行全域风景道选线的相关研究。传统的风景道选线方法主要包括景观评价法和结合GIS的适宜性分析法两种。景观评价法的实施通常是已经拟定了备选道路, 通过咨询专家和问卷调查等形式计算每条道路的评分, 以此选择得分较高的道路作为风景道。国外较早的Clay和Smidt采用专家法, 邀请专业人员以形式美为原则, 凡是生动性、多样性等符合标准的均认为是具有较高的美学价值[12]; 国内学者吴必虎从旅游者体验风景道品质的特定要求出发, 创造性地建立了等距离专家目视评测法(EDVAET), 为风景道选线提供了科学依据[13]。总体来说, 景观评价法往往需要评估人员具备丰富的技术水平和实践经验, 不同专家的经验和评估思维也有差别, 致使得到的结果具有偶然性, 可信度不高。

为弥补景观评价法主观性过强的劣势, 近年来随着GIS技术的发展, 一些学者尝试利用Arcgis平台量化选线过程, 通过对一定区域范围进行土地适宜性分析, 划分适应性等级, 从而选择合适的区域进行选线。如唐晓岚等学者在风景道选线的研究中将高程、坡度、坡向等多项因子纳入评价模型, 结合GIS的自然地理空间分析筛选出最符合条件的风景道[14]。此种方法将部分选线过程量化, 相较于单一的景观评价法有所改进改, 但仍存在两个弊端: 1)适宜性分析法本质上是基于麦克哈格的“千层饼模式”, 主要是以景观垂直生态过程的连续性为依据, 全域风景道作为连接各类景观资源点的线性绿色廊道, 服务于人类和自然在水平方向上的运动, 因此单纯的适宜性方法忽略了水平的景观过程; 2)基于适应性分析的选线在得出适宜性分级图后, 仍然是依靠人工选取合适的线路, 费时费力且只能依靠主观经验形成模糊的判断, 不能完全消除传统景观评价法的不足。

针对溧阳市域内生态地理环境复杂、旅游资源点众多且分布较广的特点, 本文尝试将MCR模型引入溧阳全域风景道的选线当中, 与传统方法相比, 最小累积阻力模型在溧阳的风景道选线中主要具备两点优势: 1)MCR模型将水平过程和垂直过程进行了联系, 弥补了传统方法只考虑垂直过程的缺陷, 将使用者在分散资源点之间的运动纳入考虑因素; 2)MCR模型可与Arcgis平台中的成本路径算法(cost path)相结合, 利用计算机数字化手段实现最优选线路径的自动提取, 在环境复杂的情况下, 所得到的线路能自动绕开不适宜风景道建设的区域, 更加科学客观。总的来说, 在溧阳开展全域旅游的背景下, 希望通过全域风景道系统的建设, 串联其丰富的旅游资源和自然遗产, 为溧阳旅游经济的进一步发展提供合理有效的技术支撑。

1.1 研究区域概况

本研究以江苏省溧阳市为研究对象, 溧阳市近年来以全域旅游为牵引, 形成“三山两湖一团城”的发展格局, 并通过溧阳“一号旅游公路”环线串联各文化景观资源点。研究区域面积约1535.87 km2, 地理坐标介于东经119°08′—119°36′, 北纬31°09′—31°41′, 北接句容和金坛, 南与广德、郎溪接壤, 东邻宜兴, 西与高淳、溧水毗邻。

X104和X002旅游公路从中穿过, 南侧有宁杭高铁和宁杭高速, 东侧有扬溧高速, 交通条件良好。区域内生态环境基底丰富, 重峦叠嶂、水系繁多, 北部瓦屋山和丫鬟山以及南山连绵起伏, 形成自然屏障, 水体资源以天目湖和大溪水库为主体, 涵盖神女湖、吕庄水库、塘马水库等, 结合丰富的林田资源, 是著名的“鱼米之乡”(图1)。

1.2 数据来源

本次研究采用的资料和数据包括: 2018年溧阳市Landsat8 OLI数据库遥感影像、溧阳市GDEM 12M分辨率数字高程数据、《溧阳市域交通规划2018—2030》、《溧阳市旅游发展总体规划2011—2030》。将以上资料和数据进行梳理, 整理成矢量数据导入GIS平台, 以WGS84坐标系为基准, 利用经纬度进行地理配准, 最终生成包含研究范围、道路交通、资源点、山体水域、地形等的基础数据库。

2.1 选线模型的构建

最小累积阻力模型(Minimum Cumulative Resistance)实际是一种用“成本/阻力”来标识适宜程度的度量, 体现了研究对象在空间上的潜在可达和扩张趋势[15]。其基本公式如下:

本研究基于MCR构建风景道选线模型(图2), 模型主要包括计算机模拟和人工优化两部分, 其中计算机模拟部分包括阻力面评价体系的建立、权重判定和因子叠加分析, 得到区域选线的综合成本栅格图, 通过GIS的成本路径工具自动模拟出最优路径, 最后结合区域现状进行人工筛选和优化, 形成最终的选线结果。

2.2 源的选择

“源”是物种迁徙和扩散的原点[17], 往往选择区域内重要的风景名胜、林地、水体、湿地等。由于溧阳全域风景道主要是作为游客在各类风景资源和历史人文资源之间运动的载体, 因此, 本文通过POI获取溧阳市全域范围内156个旅游资源点, 结合《溧阳市旅游发展总体规划(2011—2030)》和《旅游资源分类、调查与评价》(GB/T18972—2017)中的相关标准, 筛选出131个资源点作为本研究的源, 并将资源点分为三个等级,其中一级资源点19个, 二级资源点24个, 三级资源点88个, 具体位置及分布情况如图3所示:

图1 溧阳市区位图

Figure 1 Location map of Liyang

图2 基于MCR的风景道选线模型

Figure 2 Route selection model for scenic byway based on MCR

图3 本研究所确定源分布图

Figure 3 Source distribution determined in this study

2.3 阻力面的选取和评价体系的构建

MCR模型使用的关键在于生态阻力面的设定[18], 在本研究中, 风景道承载了使用者的运动空间, 使用者在源之间通过风景道进行运动时想要获得较好的游憩体验以及更高的便捷性, 则必须克服运动过程中的阻力, 因此本研究中的阻力面是对游客在旅游资源点之间转移产生较大影响的客观因素。通过对溧阳市的现状调研, 结合其地形地貌、水系、交通等现状条件, 本文选取交通便捷性、资源点可达性性、生态适宜性作为阻力面进行研究。

各阻力面又包括多个评价指标, 通过对历年的文献研究和咨询相关专家, 结合研究区域的具体情况, 选择离国省干道距离和离乡县道距离作为交通便捷性的评价指标; 选择离一级资源点、二级资源点、三级资源点的距离作为资源点可达性的评价指标; 选择离水体距离、植被覆盖度、坡度、坡向、土地利用作为生态适宜性的评价指标。以上指标涵盖了交通、使用者需求、生态环境、土地建设等多方面因素, 基于此构建完善的风景道选线阻力面评价体系(图4)。

2.4 指标的分级赋值与权重确定

在建立阻力评价模型的基础上, 对每一个评价指标采用分级赋值的方法进行定量研究, 将阻力值分为1—5五个等级分别赋予每个评价指标, 同时采用AHP层次分析法计算各个指标的权重, 由此建立完整的溧阳风景道选线评价体系。

2.4.1 交通便捷性

随着高速公路的建设, 既有的国省干道和乡县道的交通流量大为减少, 往往可以通过提升改造纳入区域风景道体系[19], 一方面节省资源, 避免重复建设, 另一方面方便使用者快速抵达。故而本研究以国省干道和乡县道为中心建立缓冲区, 将离国省干道的距离分为0—50 m、50—100 m、100—200 m、200—500 m和>500 m五个等级, 将离乡县道的距离分为0—30 m、30—50 m、50—100 m、100—200 m和>200 m五个等级。越临近现有道路的的区域阻力值越低, 反之越高, 并利用AHP法计算得到离国省干道距离指标的权重为0.3333, 离乡县道距离指标的权重为0.6667, CR=0.0000<0.1, 通过一致性检验。

2.4.2 资源点可达性

旅游资源点可达性是衡量旅游资源空间格局合理性的重要指标[20], 它表示了使用者克服空间阻力到达目的地的难易程度, 因此在距离资源点越近的区域越适合风景道的建设, 以便于减小阻力, 方便使用者快速接近目的地。本研究以各级资源点建立缓冲区, 将0—1500 m、1500—2500 m、2500—3500 m、3500—10000 m、>10000 m作为离一级资源点距离的分级标准, 离二级资源点距离分为0—800 m、800—1500 m、1500—2500 m、2500—3500 m和>3500 m, 离三级资源点距离分为0—500 m、500—800 m、800—1500 m、1500—2500 m和>2500 m, 同样采用AHP法确定各指标权重, 得到离一级资源点距离权重为0.6250, 离二级资源点距离权重为0.2385, 离三级资源点距离权重为0.1365, CR= 0.0176<0.1。

2.4.3 生态适宜性

全域风景道除了具备基本的交通连接功能之外, 其构建和维护离不开区域良好的自然环境基础[21], 选线过程中注重生态性原则有助于营造良好的旅游氛围, 提升风景道的游赏价值。大量文献研究表明, 在邻近水源、植被覆盖度较高以及坡向朝南的区域生态环境良好, 景观资源丰富, 而在坡度较大的区域建设难度高, 水平游憩阻力大, 基于此对各指标进行分级赋值, 通过AHP法得到离水体距离、植被覆盖度、坡度、坡向和土地利用的权重分别为0.1722、0.3586、0.1130、0.0853、0.2709, CR=0.0290< 0.1(表1)。

根据以上建立的溧阳全域风景道选线阻力面评价体系, 利用GIS空间分析技术分别对各评价指标进行量化分析计算。

图4 风景道选线阻力面评价体系

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

表1 生态适宜性指标权重和阻力值分级

3.1 研究区域交通便捷性成本栅格分析

利用GIS多环缓冲分析工具对国省干道和乡县道进行缓冲分析, 再依据分级赋值重分类后得到的单因子成本栅格, 结合各因子权重叠加计算得出交通便捷性综合成本栅格图(图5)。从综合成本栅格图中可以清晰地看出, 阻力值较低的区域均集中在现有道路周边, 表明这些区域具备较高的交通便捷性和可达性, 更加适合风景道的建设。

3.2 研究区域资源点可达性成本栅格分析

同样使用GIS多环缓冲分析工具对三类资源点分别进行缓冲分析并根据阻力值重分类, 结合各因子权重叠加计算得出资源点可达性综合成本栅格图(图6)。阻力值较低的区域集中在各级资源点附近, 且南部天目湖和南山片区因其景观资源点丰富, 总体来说更加适宜进行风景道选线。

3.3 研究区域生态适宜性成本栅格分析

将从LANDSAT8 OLI数据库获取的遥感图像导入ENVI5.3中, 经过辐射定标和大气校正等处理后, 利用监督分类工具结合人工目视解译, 提取溧阳市土地利用现状栅格数据; 再将处理后的遥感数据导入GIS平台, 利用image analysis工具计算出区域植被覆盖度; 运用slope和aspect工具获取高程和坡度的栅格数据; 将各项单因子栅格数据根据分级标准重分类后按权重综合叠加, 最终得到研究区域生态适宜性成本栅格图(图7)。

可以看出, 阻力较低的区域集中在北部和南部山区, 以及河流水系周边, 因为这些区域林木繁茂、水网密布, 是各类旅游资源点的聚集区域, 具备良好的生态环境和较高的游赏价值。

图5 交通便捷性成本栅格

Figure 5 Cost raster for traffic convenience

图6 资源点可达性成本栅格

Figure 6 Cost raster for resource point accessibility

3.4 综合成本栅格的构建

以上研究分别得到了交通便捷性、资源点可达性与生态适宜性三个阻力面的成本栅格数据, 通过AHP法对三个阻力面进行权重分配, 得到交通便捷性的权重为0.5499、资源点可达性的权重为0.2402、生态适宜性的权重为0.2098, 利用GIS中的weighted sum工具叠加得到溧阳全域风景道选线的综合成本栅格图如图8所示。

图7 生态适宜性成本栅格

Figure 7 Cost raster for ecological suitability

图8 溧阳全域风景道选线综合成本栅格

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

总体而言, 邻近道路的区域因其地势平坦、交通便利、建设方便, 阻力值相对最小, 是风景道建设的最佳区域; 溧阳南部和北部依托瓦屋山、天目湖等丰富的旅游资源以及优越的自然生态环境条件, 阻力值较低, 是风景道建设的较适宜区域; 而溧阳中西部和东部城区因其以大片的基本农田和建设用地为主, 旅游资源缺乏, 阻力值较高, 不适宜全域风景道的建设。

3.5 最优路径的模拟

最优路径的模拟可通过GIS中的成本路径(cost path)工具实现, 该算法是以某个源或一组源为出发点, 计算其到栅格表面上各位置的最小累积行程成本, 它并不是通过“直线最短”的方式来选取线路, 而是利用已确定的综合成本栅格图, 计算最低“成本”下的路径[22]。首先利用cost distance工具和cost back link工具计算得出源在扩散过程中的阻力趋势表面及其回溯链接图, 基于此, 再通过cost path工具模拟使用者在源和源之间运动的最小成本路径, 本研究开始时将源分为一级资源点、二级资源点、三级资源点三个等级, 在模拟最优路径时亦分别计算使用者在这三种源之间运动的最小成本路径, 以便于进行风景道选线的分级, 最终模拟出的最优路径如图9所示。

3.6 路径优化与最终选线结果的确定

由于模拟出的路径是计算机在最理想状况下所计算出的结果, 而实际中不可能完全依据其进行风景道建设, 还应考虑区域的现实条件, 因此, 在计算机模拟路径的基础上通过人工对路径进行针对性的筛选优化, 尽可能完善选线布局结果。路径优化的方式主要包括: 1)去除不合理、不符实际的模拟路径; 2)对各级路径之间重复的线路进行合并整合; 3)对计算机未能识别但具备连接条件的路径进行补充串联, 最终得到溧阳全域风景道选线布局如图10所示。

图9 最优路径模拟

Figure 9 Optimal path simulation

图10 溧阳全域风景道选线结果

Figure 10 Results of route selection of liyang scenic byway

图11 溧阳“一号旅游公路”布局(来自网络)

Figure 11 Layout of liyang No.1 tourist road

本研究所得到的溧阳全域风景道是在GIS模拟最优路径的基础上, 充分考虑溧阳市目前的现状资源分布状况与道路体系等而形成的一条覆盖面广、可达性强的通行性网络。

依据所连接旅游资源点的重要性, 将此风景道分为三级, 一级风景道总体上为一条依托X002、X104乡道串联区域内各核心景点,并与高速、省道等交通线路相衔接的环线, 是溧阳市对外交通的主要干线, 同时兼具游客自驾旅游车行道的功能; 二级风景道主要串联区域内大中型景点, 与一级风景道相衔接, 起到内部协调组织的作用, 在部分条件允许的路段叠加考虑环境因素设骑行或步行风景道, 大部分为自驾车行线路; 三级风景道主要作为片区内部风景道间的相互补充, 多环湖或依山而建, 串联各小型旅游节点, 可作为骑行、步行、健身、观光等休闲游览活动的主选道路。

4.1 讨论

4.1.1 与溧阳“一号公路”的比对

溧阳“一号旅游公路”借助现有的公路路网, 形成“大环小环内外联通”的旅游公路网络, 串联六大景观片区(图11), 总体上流线清晰、连接度较高。但公路整体规划不够深入, 未做分级, 没有对旅游片区内部的景点连接做细致的规划,不能形成真正意义上的风景道体系。而本研究所得到的溧阳全域风景道选线布局在“一号旅游公路”的基础上针对其不足之处进行了优化提升, 主要包括:

(1)北片区在现有旅游公路的基础上增加了部分二级和三级风景道, 二级风景道主要串联北部瓦屋山和丫鬟山沿线旅游景点, 三级风景道依托乡县道, 将月亮湾生态农业园、吕庄水库、塘马湿地等三级资源点进行了联系, 增强了区域整体的通达性。

(2)天目湖片区和南山片区, 设置三级风景道串联沿湖景点形成环线, 同时通过二级风景道增强两个区域之间的联系, 地势崎岖的山区采用三级风景道连接各小型节点, 具备步行、健身的功能。

(3)西部曹山片区原有旅游公路仅从外部经过, 本研究通过二级风景道将其延伸至区域内部, 串联芳芝林生态园、白露山生态园、曹山现代农业园等景点, 进一步增强了资源点的可达性。

总体而言, 与溧阳“一号旅游公路”相比, 本研究所确定的风景道是一条结构更加完善、布局更加合理、生态可持续的全域风景道。

4.1.2 溧阳全域风景道的未来发展方向

在分析选线结果时笔者发现, 模拟出的风景道虽然覆盖溧阳全域, 但主要集中于天目湖片区、瓦屋山片区、南山片区、西片区和东片区等, 而溧阳中部地区仅有两条一级风景道穿过, 究其原因是该区域旅游资源匮乏, 除新四军江南指挥部一处大型景点, 其他资源尚未挖掘, 致使片区的风景道体系薄弱, 可达性不强。而全域旅游作为一种新兴的旅游模式, 应当是对目的地进行资源要素整合, 整体策划, 从而盘活区域闲置资源, 实现全域共建共享[23]。因此, 笔者建议溧阳未来在进行全域旅游规划时, 可深挖该区域的文化旅游资源, 结合区域特色打造溧阳新的全域产业经济核心亮点, 从而带动该区域的风景道体系更加完善的建设, 使其积极融入溧阳全域风景道网络之中。

4.2 结论

风景道的交通、生态、景观、游憩、文化和保护等复合功能, 对于指导道路规划、实施和管理等实践工作, 以及促进道路、生态、旅游、文化等多项事业的有机整合和健康、持续发展具有十分重要的理论意义和实践价值[24], 而风景道选线作为风景道建设的基础, 应当更加科学合理。本文通过实际案例研究, 证实了MCR模型在模拟溧阳全域风景道选线的过程中, 能够较好的反映使用者在水平方向上运动时所遇到的阻力, 且能够通过计算机实现选线路径的自动提取, 得出的结果相较于一般的适宜性分析法客观性更强、可信度更高。目前, 溧阳“一号公路”建设虽已基本成型, 但仍有进一步完善发展的空间, 笔者希望此研究对未来溧阳风景道的建设有所启示。

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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

严军, 刘嘉晖, 吴皓琪. 基于MCR的溧阳全域风景道选线研究[J]. 生态科学, 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

江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)

严军(1969—), 男, 江苏南京人, 博士, 主要从事生态景观规划研究, E-mail: csthesis@163.com

严军

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