基于3S的森林公園游步道設(shè)計(jì)應(yīng)用

楊堯蘭等

摘要以廣東省新豐縣某森林公園為例，通過(guò)GPS選定建設(shè)景點(diǎn)，同時(shí)選擇高程、坡度、地類和坡向作為影響游步道選線的因子，結(jié)合專家意見(jiàn)，通過(guò)層次分析法和等級(jí)賦值法確定各因子在游步道選線中的權(quán)重及得分，采用GIS最佳路徑選擇技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原始森林公園游步道的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞GPS；GIS；森林公園；游步道

中圖分類號(hào)S759.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）24-166-04

隨著森林公園的開發(fā)建設(shè)，許多學(xué)者將GIS運(yùn)用于風(fēng)景區(qū)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域進(jìn)行研究。廖嶸從風(fēng)景的空間構(gòu)成入手， 以靈山森林公園總體規(guī)劃原則為依據(jù)， 通過(guò)改善客觀空間以及提供不同的主觀感受條件兩條途徑， 重新組織、完善了靈山森林旅游的風(fēng)景空間序列， 為靈山森林公園的游覽線路規(guī)劃提供依據(jù)。付晶等人基于Arc View軟件平臺(tái)， 以廣東省南昆山七仙湖生態(tài)旅游區(qū)為例， 分析旅游區(qū)內(nèi)各景點(diǎn)之間的最短路徑關(guān)系， 設(shè)計(jì)了該旅游區(qū)內(nèi)的5條一日游線路， 以此驗(yàn)證了將GIS 技術(shù)應(yīng)用于旅游線路設(shè)計(jì)時(shí)的技術(shù)路線的可行性[1]。陳永貴等人通過(guò)運(yùn)用GIS技術(shù)的分析功能，對(duì)規(guī)劃地環(huán)境進(jìn)行空間分析，并結(jié)合傳統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行科學(xué)合理的道路選線及規(guī)劃，為解決道路選線規(guī)劃過(guò)程中所出現(xiàn)的若干問(wèn)題提供了一種行之有效的方法[2]。

綜上所述，目前我國(guó)對(duì)于森林公園旅游線路的設(shè)計(jì)缺乏對(duì)地形、地貌、坡向等方面的考慮及研究，同時(shí)規(guī)劃應(yīng)用軟件和設(shè)計(jì)手法上具有一定的局限性，而將GPS定位與GIS最佳路徑分析完美結(jié)合應(yīng)用于森林公園游步道選線的例子更加罕見(jiàn)。為此，筆者以廣東省某森林公園為例，充分考慮高程、坡度等因子對(duì)原始森林公園游步道設(shè)計(jì)的影響，在專家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合GPS定位系統(tǒng)和GIS最佳路徑選擇，實(shí)現(xiàn)森林公園游步道的科學(xué)設(shè)計(jì)。

1技術(shù)路線

選定該森林公園的景點(diǎn)，通過(guò)GPS定位獲取各景點(diǎn)坐標(biāo)，選擇高程、坡度、坡向、地類作為影響游步道選線的因子，咨詢相關(guān)專家意見(jiàn)，確定因子之間的重要性，采用層次分析法確定各因子的權(quán)重，通過(guò)等級(jí)賦值法得到影響游步道選線的專題信息圖，結(jié)合GIS最佳路徑分析優(yōu)化，選出最佳游步道。

2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1資料的收集

由三維測(cè)繪公司提供廣東省新豐縣某森林公園分辨率為1m的航拍圖和該森林公園的DEM圖。

2.2景點(diǎn)的選擇及相應(yīng)GPS坐標(biāo)的獲取

2.2.1GPS采集的方法。根據(jù)該森林公園的特點(diǎn)和當(dāng)?shù)貍髡f(shuō)及具體地貌，考慮公園整體發(fā)展規(guī)劃，結(jié)合地形地貌等各要素確定相應(yīng)景點(diǎn)，并通過(guò)GPS采集13個(gè)景點(diǎn)坐標(biāo)。在原始森林公園入口采集第一個(gè)景點(diǎn)坐標(biāo)，然后按照景點(diǎn)順序依次采集坐標(biāo)，以走走停停的方式，平均每2 min 采集一個(gè)點(diǎn)，信號(hào)穩(wěn)定之后讀取坐標(biāo)，每個(gè)點(diǎn)采集3次后取平均值[3]。

2.2.2GPS采集的結(jié)果。各景點(diǎn)的名稱及編號(hào)坐標(biāo)見(jiàn)表1。

2.3游步道影響因子的選擇和專題信息的提取及賦值

根據(jù)因子選取原則，應(yīng)考慮易操作且穩(wěn)定性較強(qiáng)的因子，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)選線的主觀性，使選線更加合理，節(jié)約修建成本，有利于游步道選線及其優(yōu)化[4]。筆者查閱相關(guān)文獻(xiàn)，選取高程、地類、坡度、坡向4個(gè)因子，并對(duì)其進(jìn)行分析。

2.3.1高程因子。

根據(jù)實(shí)地調(diào)查可知，森林公園最低海拔為182.7 m，最高海拔597.0 m，兩點(diǎn)高程差為414.3 m，森林的海拔高度主要集中于182.7～348.0 m。高程越低，修建難度和修建成本越低，游覽適宜性就越高，得分越高。通過(guò)游步道縱坡的要求，將高程進(jìn)行分類及等級(jí)賦得分值，分值由高到低分別為10、8、6、4、2。圖3為高程得分圖。

2.3.2地類因子。

根據(jù)實(shí)際情況將森林公園劃分為5類，分別為交通運(yùn)輸用地、林地、水域及水域設(shè)施用地、住宅用地、耕地。該原始森林公園的主要功能是供游客觀賞景觀、休閑娛樂(lè)等，因此林地、水域得分較高，住宅用地次之。鑒于森林公園的開發(fā)程度較低，交通不便，游步道選線需要和原有交通運(yùn)輸用地相結(jié)合，得分最高。耕地相對(duì)于森林公園景觀觀賞的角度，作用不明顯，得分最低。圖4為地類得分圖。

2.3.3坡度因子。

坡度的陡緩程度是影響游步道選擇的重要因子。坡度越低，修建難度和修建成本越低，游覽適宜性就越高，得分越高。根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果和一般坡度分類依據(jù)，對(duì)森林公園進(jìn)行分類和賦值，其坡度得分結(jié)果見(jiàn)圖5。

2.3.4坡向因子。游步道的日照時(shí)間、溫度、濕度和風(fēng)速受坡向影響，坡向變化度越大，修建的難易程度越大，適宜群體變小，得分越低。根據(jù)地形坡向大小和實(shí)地調(diào)查情況對(duì)森林公園進(jìn)行分類和賦值，圖6為坡向得分圖。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2015年

2.4因子權(quán)重的確定

將影響游步道的指標(biāo)因子高程、地類、坡度、坡向柵格化，采納專家意見(jiàn)，用層次分析法獲得因子權(quán)重及得分。層次分析法把復(fù)雜的問(wèn)題分解成各個(gè)組成因素，將這些因素按支配關(guān)系分組形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)這些因素的成對(duì)比較，可以得到各因素在層次中的相對(duì)重要性，較合理地解決了定性問(wèn)題定量化的處理過(guò)程[5]。

權(quán)重計(jì)算方法有很多種，該研究采用的是幾何平均法。其計(jì)算公式為：

Wi=nj-iAij1/n

ni-1nj-iAij1/n

通過(guò)計(jì)算獲得各因子的權(quán)重得分，分別為地類（0.061 0）、高程（0.161 5）、坡度（0.490 5）、坡向（0.287 8）。

2.5影響游步道因子的疊加

通過(guò)GIS技術(shù)，提取森林公園的高程、地類、坡度、坡向4個(gè)因子并將其柵格化，根據(jù)研究所確定的各因子權(quán)重及得分值，疊加分析獲得每個(gè)柵格的累計(jì)得分值。具體操作如下：

點(diǎn)擊Spatial Analyst-Raster Calculator進(jìn)行運(yùn)算，得到森林公園游步道選線最終累計(jì)得分圖（圖7）。

2.6游步道的選線過(guò)程

2.6.1最佳路徑原理。

游步道選線的含義是通過(guò)函數(shù)獲得從一個(gè)源（即目標(biāo)點(diǎn)或目的地）或一組源出發(fā)，到達(dá)一個(gè)目標(biāo)地或一組目標(biāo)地的最佳路徑。

游步道最佳路徑的選擇主要考慮的因子有高程、地類、坡度、坡向。首先要獲取選線因子累計(jì)得分，其次執(zhí)行選線加權(quán)距離函數(shù)，根據(jù)各因子的權(quán)重，每個(gè)柵格累計(jì)值可以表達(dá)為一個(gè)線形方程：

R=0.061 0×A+0.161 5×B+0.490 5×C+0.287 8×D

式中，A為地類因子；B為高程因子；C為坡度因子；D為坡向因子。

2.6.2選線過(guò)程。

通過(guò)以上闡述，高程、地類、坡度、坡向?yàn)橛尾降雷罴堰x擇的因子。通過(guò)層次分析法和等級(jí)賦值法獲得因子權(quán)重和得分，按因子權(quán)重進(jìn)行柵格形式的因子疊加得

到各累計(jì)值，計(jì)算出每個(gè)柵格到景點(diǎn)最近、最少的得分值，最后通過(guò)執(zhí)行最短路徑功能獲得最優(yōu)路徑[6]。研究所求的最優(yōu)路徑就是該森林公園所采集的景點(diǎn)1到景點(diǎn)13之間的最優(yōu)路徑，把這景點(diǎn)按順序標(biāo)記為1～13。

由累計(jì)得分圖可以獲得景點(diǎn)間的游步道，下面以點(diǎn)1到13間的最佳路徑為例，說(shuō)明其具體過(guò)程：

單擊Spatial Analyst-Distance-Cost Weighted，設(shè)置參數(shù)，可以得到成本距離圖和方向圖。

單擊Spatial Analyst-Distance-Shortest Path，設(shè)置參數(shù)，通過(guò)函數(shù)獲得由點(diǎn)1到13的最佳路徑。使用該方法，可以獲得景區(qū)游步道（圖8）。

3游步道選線結(jié)果

3.1游覽時(shí)間的估計(jì)

人一般的步行速度為5～8 km/h，但從公園游憩考慮，一般步行速度為3 km/h。因此，將森林公園徒步的速度設(shè)為3 km/h，即50 m/min。游客乘車或駕車到風(fēng)景區(qū)，游步道兩側(cè)的景觀對(duì)行駛的乘客來(lái)說(shuō)是一道動(dòng)態(tài)風(fēng)景線。經(jīng)文獻(xiàn)查找，觀賞風(fēng)景的最佳車速擬定為30～40 km/h，即500 m/min。

在森林公園游覽中，景點(diǎn)路徑間的距離因受地形因子、坡度、景點(diǎn)分布狀況的影響，將不再是兩點(diǎn)間直線距離，而是一組隨地形變化的曲線段。用ArcGIS測(cè)量工具得到的兩個(gè)景點(diǎn)間的距離是兩點(diǎn)間的投影距離， 需要再次量算在數(shù)字化游步道中添加測(cè)量出的實(shí)際距離[7]。根據(jù)上文確定的步行和駕車游覽速度，用“距離=速度×?xí)r間”公式，并考慮不同景點(diǎn)的特色，預(yù)留景點(diǎn)的停留游憩時(shí)間，最后累計(jì)游步道的游覽時(shí)間。詳細(xì)的景點(diǎn)距離、到達(dá)時(shí)間及停留間隔見(jiàn)表2。

3.2游覽路線的設(shè)計(jì)結(jié)果

通過(guò)森林公園游步道選線得到3條游覽路線，分別為：①路線一，出入口1—觀景亭—松鼠園—天然氧吧—果園—游客休息點(diǎn)—瀑布—桉樹園——出入口2—獅子山—竹林深處—日光寨—桃花園—客家風(fēng)俗村—出入口；②路線二出入口1—觀景亭—松鼠園—天然氧吧—果園—游客休息點(diǎn)—瀑布—桉樹園——出入口2—原有步道—出入口1；③路線三，出入口1—客家風(fēng)俗村—桃花園—日光寨—竹林深處—獅子山—出入口2—原有步道—出入口1。

路線一幾乎環(huán)繞整個(gè)原始森林公園，途經(jīng)森林茂密區(qū)、水庫(kù)瀑布區(qū)、動(dòng)物活動(dòng)區(qū)、花圃區(qū)、農(nóng)業(yè)種植區(qū)和最佳觀景點(diǎn)，適于療養(yǎng)放松健身等游覽；路線二是茂密森林和動(dòng)物活

動(dòng)區(qū)及水域的結(jié)合，適于學(xué)習(xí)和研究型的游覽，比較適合青少年和青年人游覽；路線三有果園和桃花園和可攀爬的山坡，具有適于周末都市人群體驗(yàn)農(nóng)業(yè)生活和放松等游覽功能（圖9）。

4總結(jié)

森林公園游步道的設(shè)計(jì)結(jié)合了GIS最佳路徑分析和GPS定位技術(shù)，確定景點(diǎn)的坐標(biāo)和最佳游覽路徑。同時(shí)，以上兩種技術(shù)的結(jié)合還可應(yīng)用于旅游度假村、道路規(guī)劃等的設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的景區(qū)游步道的設(shè)計(jì)比較注重路線主題的設(shè)計(jì)。從行為地學(xué)的角度或者旅行社的角度出發(fā)，使用一些數(shù)學(xué)模型或運(yùn)籌規(guī)劃模型分析景點(diǎn)之間的關(guān)系，總結(jié)旅游線路的安排，但是往往對(duì)旅游活動(dòng)量和活動(dòng)時(shí)間的安排不夠重視。以上兩種技術(shù)解決了傳統(tǒng)游步道選線的不足。使用GIS 技術(shù)設(shè)計(jì)游步道，其優(yōu)勢(shì)在于根據(jù)復(fù)雜的道路網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到點(diǎn)關(guān)系

的分析，篩選出路徑通路合理的景點(diǎn)組合，從而避開了人為

分析設(shè)計(jì)的主觀性。這樣組合設(shè)計(jì)的游步道不僅在時(shí)間安

排上有可靠的確定性， 也增大了實(shí)際操作的彈性， 而且

在旅游活動(dòng)的結(jié)合上也比較豐富、舒適，旅游活動(dòng)的主題突出，這是較傳統(tǒng)游步道設(shè)計(jì)更為科學(xué)的一大特點(diǎn)。

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