基于GIS的鐵路建設(shè)項(xiàng)目視覺景觀影響評價(jià)探討

白占雄,朱正清,張麗君

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

1 背景

土地資源緊缺是人類當(dāng)前面臨的世界性問題之一。隨著城市化進(jìn)程加快和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人地關(guān)系的矛盾更加突出,一些可能產(chǎn)生視覺景觀不良影響的項(xiàng)目不得不建設(shè)于自然保護(hù)區(qū)、歷史文化遺跡、風(fēng)景名勝區(qū)、森林公園等視覺景觀敏感區(qū)內(nèi)或附近。目前,鐵路項(xiàng)目由于地形地貌、地質(zhì)條件、施工技術(shù)、車站設(shè)置要求、投資等多因素的限制,線路無法完全繞避此類視覺景觀敏感區(qū),為避免或盡量減少鐵路建設(shè)對敏感區(qū)造成的影響或損失,同時(shí)滿足人們對視覺景觀質(zhì)量日益提高的要求,必須對涉及視覺景觀敏感區(qū)的鐵路項(xiàng)目進(jìn)行視覺景觀影響評價(jià),進(jìn)而降低鐵路建設(shè)對視覺景觀敏感區(qū)的影響,達(dá)到鐵路建設(shè)和生態(tài)保護(hù)、景觀保護(hù)并重的目的。

制約視覺景觀環(huán)境影響評價(jià)的關(guān)鍵因子為空間可視關(guān)系的模擬分析,而以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件,則以其強(qiáng)大的空間模擬和數(shù)據(jù)綜合分析能力,恰恰滿足了地理空間可視化的模擬和預(yù)測要求,為視覺景觀環(huán)境影響評價(jià)提供了技術(shù)操作平臺。本文即利用GIS的空間分析功能,以新建鐵路長昆客運(yùn)專線為例,科學(xué)、定量地評價(jià)該項(xiàng)目對沿線視覺景觀敏感區(qū)大乘山風(fēng)景名勝區(qū)的視覺景觀影響。希望通過本案例探討為鐵路建設(shè)項(xiàng)目的視覺景觀環(huán)境影響評價(jià)提供技術(shù)支持與參考。

2 研究區(qū)概況

大乘山位于湖南省冷水江市,屬雪峰山余脈,形成于距今約5億～7億年前寒武紀(jì),最高峰海拔724 m,植被繁茂,水土保持較好,佛教“大乘派”以此為源地,因此得名。大乘山風(fēng)景名勝區(qū)位于冷水江市東南部,總面積約2 450 hm2,包括波月洞、茶山溪、大乘山、祖師嶺等4個(gè)景區(qū),1994年12月被湖南省政府批準(zhǔn)為省級風(fēng)景名勝區(qū)。

長昆客運(yùn)專線在CK185+300～CK189+100以隧道和路基形式穿越大乘山風(fēng)景區(qū)北部邊緣約3.8 km,其中隧道3.6 km(大乘山隧道總長3 940 m),路基0.2 km；路基面高程平均在38 m左右。根據(jù)風(fēng)景名勝區(qū)的功能區(qū)劃,長昆客運(yùn)專線穿越景區(qū)規(guī)劃范圍約3 km(其中二級保護(hù)區(qū)2.5 km,三級保護(hù)區(qū)0.5 km),穿越外圍保護(hù)地帶約0.8 km。隧道進(jìn)出口周圍無重要景點(diǎn)及保護(hù)建筑,隧道進(jìn)出口為森林景觀。大乘山風(fēng)景名勝區(qū)功能區(qū)劃及與長昆客運(yùn)專線位置關(guān)系見圖1。

圖1 大乘山風(fēng)景名勝區(qū)功能區(qū)劃及與長昆客運(yùn)專線位置關(guān)系

3 研究方法

由于鐵路線路長、涉及敏感區(qū)較多,且敏感區(qū)區(qū)域較大、無鐵路實(shí)體,很難逐個(gè)到現(xiàn)場選取視點(diǎn)分析鐵路與敏感區(qū)的可視關(guān)系,故需借助虛擬現(xiàn)實(shí)來分析可視關(guān)系。采用圖形疊置法,將視覺敏感區(qū)、鐵路、遙感影像、DEM疊置在一個(gè)視圖窗口進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí),并利用GIS的三維分析功能,進(jìn)行視覺景觀影響分析評價(jià)。

景觀產(chǎn)生的視覺影響同該景觀的暴露程度、視點(diǎn)與景觀的距離,景觀的醒目程度以及景觀在視野中出現(xiàn)的幾率有關(guān)。當(dāng)鐵路項(xiàng)目確定了線路走向及縱斷面后,其對某景觀敏感區(qū)的影響就只與敏感區(qū)的暴露程度、視點(diǎn)與敏感區(qū)的距離有關(guān),線位相對于敏感區(qū)的距離越近,可能帶來的視覺沖擊就越大。綜合應(yīng)用GIS技術(shù),以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、敏感視點(diǎn)選擇、景觀暴露程度分析、可視距離分析和可視區(qū)域綜合分析為重點(diǎn),評價(jià)技術(shù)流程如圖2所示。

圖2 基于GIS的視覺景觀影響評價(jià)技術(shù)流程

本次數(shù)據(jù)處理及分析軟件采用ArcGIS、ERDAS IMAGINE、Skyline、Globalmapper等。具體步驟如下。

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

本研究采用的地形數(shù)據(jù)由中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所提供,為SRTM(Shuttle Radar Topography Mission,即航天飛機(jī)雷達(dá)地形測繪任務(wù))地形數(shù)據(jù),通過Global Mapper生成DEM數(shù)字高程模型(圖3),并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式、投影坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和提取高程坡度信息等。

本研究區(qū)為線性工程,采用大比例尺和中比例尺影像相結(jié)合的方法,中比例尺影像選用TM數(shù)據(jù)(圖4)，大比例尺影像采用我院三維雷達(dá)影像(圖5、圖6)。

圖3 大乘山風(fēng)景名勝區(qū)DEM圖

圖4 大乘山風(fēng)景名勝區(qū)TM圖

圖5 大乘山隧道進(jìn)口高分辨率影像圖

圖6 大乘山隧道出口高分辨率影像圖

3.2 視點(diǎn)選擇

為避免建設(shè)項(xiàng)目對視覺景觀造成較大影響,應(yīng)選取景觀敏感視點(diǎn),使人在該點(diǎn)上基本感覺不到鐵路建設(shè)項(xiàng)目的存在。

根據(jù)互視原理,選擇鐵路線位(扣除隧道區(qū)段)為視點(diǎn),即視點(diǎn)為鐵路線位上點(diǎn)的集合；此外,在大乘山隧道進(jìn)出口各設(shè)1個(gè)視點(diǎn)。

所有視點(diǎn)高程=軌面高程(平均約38 m)+觀察者身高(1.75 m)≈39.75 m。

3.3 暴露程度分析

通過在所生成的數(shù)字地形圖上選擇視點(diǎn),分析可以看到的區(qū)域(即可以看到該視點(diǎn)的區(qū)域),按出現(xiàn)的概率進(jìn)行分級,分為暴露區(qū)域、部分暴露區(qū)域、輕微暴露區(qū)域、不可視區(qū)域,見表1。

表1 敏感區(qū)暴露程度分級

本次在ArcGIS中利用視域工具(Viewshed)來實(shí)現(xiàn)視域分析,典型視點(diǎn)視域圖利用Skyline軟件完成,結(jié)果見圖7～圖10。

圖7 大乘山風(fēng)景名勝區(qū)視域圖

圖8 大乘山風(fēng)景名勝區(qū)暴露程度分析

圖9 大乘山隧道進(jìn)口視域圖

注：視域范圍內(nèi)白色區(qū)域?yàn)榭梢暡糠?其他區(qū)域?yàn)椴豢梢暡糠帧?/p>

3.4 可視距離分析

本次可視距離分析利用ArcGIS空間分析中的的距離制圖工具(Distance)完成,距離制圖即根據(jù)每一柵格相距其最鄰近要素(也稱為“源”)的距離來進(jìn)行分析制圖,從而反映出每一柵格與其最鄰近源的相互關(guān)系。本文利用直線距離函數(shù)求得距線位不同距離的分級圖。

本研究中,根據(jù)互視原理及實(shí)際觀察情況,分別以0～2 km、2～4 km和>4 km劃分距離帶。在0～2 km范圍內(nèi)觀景者能看清敏感區(qū)的結(jié)構(gòu)質(zhì)地等；2～4 km范圍內(nèi)能看清景觀格局；在>4 km的范圍內(nèi)只能看到敏感區(qū)的整體輪廓。結(jié)果見圖11。

圖11 大乘山風(fēng)景名勝區(qū)可視距離分析

3.5 可視區(qū)域綜合分析

根據(jù)對視覺敏感區(qū)大乘山風(fēng)景名勝區(qū)的暴露程度分析及距離分析結(jié)果(圖8和圖11),充分運(yùn)用ArcGIS的重分類、格式轉(zhuǎn)換、相交、賦值等多種功能,對擬建長昆客運(yùn)專線可能對其產(chǎn)生的視覺景觀影響進(jìn)行綜合分析評價(jià),并根據(jù)綜合影響的不同程度分別劃分為4個(gè)等級,即嚴(yán)重影響區(qū)域、中等影響區(qū)域、輕微影響區(qū)域、無影響區(qū)域,詳見表2。

表2 可視區(qū)域景觀影響綜合分級標(biāo)準(zhǔn)

4 評價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)以上綜合分析,擬建長昆客運(yùn)專線對大乘山風(fēng)景名勝區(qū)的視覺景觀影響綜合分析結(jié)果如圖12所示。

圖12 大乘山風(fēng)景名勝區(qū)視覺景觀影響綜合分析

由圖12可知,鐵路項(xiàng)目對大乘山風(fēng)景名勝區(qū)的視覺景觀影響主要集中在大乘山隧道的進(jìn)口附近區(qū)域以及海拔相對較高的山體。根據(jù)實(shí)地考察,大乘山隧道進(jìn)口影響范圍主要為景區(qū)的外圍保護(hù)地帶,無景點(diǎn)分布,該影響區(qū)域內(nèi)距離鐵路線位較近的景點(diǎn)僅有仙人橋、澄碧湖、朝陽庵等3個(gè)景點(diǎn)；部分海拔較高的山體影響范圍雖位于景區(qū)范圍內(nèi),但無景點(diǎn)分布。而大乘山隧道出口區(qū)域的視覺景觀影響輕微,其他海拔相對較低或距離鐵路線位較遠(yuǎn)的區(qū)域則由于不可視而對其不造成影響。

經(jīng)綜合分析,長昆客運(yùn)專線對大乘山風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi)的視覺景觀影響總體較小,但可能對位于景區(qū)東北部、大乘山隧道進(jìn)口區(qū)域的仙人橋、澄碧湖、朝陽庵等3個(gè)景點(diǎn)造成中等程度的視覺影響。

5 結(jié)語

縱上所述,地理信息系統(tǒng)特有的空間數(shù)據(jù)綜合、模擬與分析評價(jià)能力,使其可以輕松得到常規(guī)方法或普通信息系統(tǒng)難以得到的重要信息,對實(shí)現(xiàn)視覺景觀影響的定量化評價(jià)起到非常重要的技術(shù)支撐作用。

目前,鐵路項(xiàng)目涉及到的視覺敏感區(qū)(自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等)較多,但由于地形地貌、工程技術(shù)等不可抗因素的限制,某些線路無法繞避,為了更直觀有效地判別鐵路對景區(qū)的影響,可利用此技術(shù)搞清楚線路與景區(qū)的可視關(guān)系,并依據(jù)可視距離綜合評判鐵路工程建設(shè)對景區(qū)的視覺景觀影響。另外根據(jù)鐵路(或景觀道路)的兩側(cè)區(qū)域的可視范圍圖進(jìn)行取棄土場、大臨工程的選址合理性分析,將對景觀破壞嚴(yán)重的大臨工程調(diào)至可視范圍之外。

本文為鐵路建設(shè)項(xiàng)目的視覺景觀影響提供了一套相對較完整、定量的評價(jià)方法,為今后類似視覺景觀敏感區(qū)問題提供了技術(shù)參考。通過圖形疊置法,將遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)等先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用于評價(jià)當(dāng)中,一定程度上也提高了評價(jià)成果的科技含量及技術(shù)水平。但也還存有不足之處,在敏感視點(diǎn)選擇和評價(jià)影響分級方面的技術(shù)還不夠成熟,缺乏相關(guān)的技術(shù)規(guī)范。但這并不影響GIS技術(shù)在視覺空間分析上的應(yīng)用,相信隨著科技的不斷進(jìn)步,GIS必將在視覺景觀環(huán)境影響評價(jià)及其他環(huán)境科學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用。

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