杭州市蕭山區(qū)林區(qū)道路規(guī)劃方法應(yīng)用探討

陳　偉，朱　磊*，李國志，沈偉東

(1.國家林業(yè)局華東林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，杭州 310019；2.杭州市蕭山區(qū)農(nóng)業(yè)局，杭州 311200)

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杭州市蕭山區(qū)林區(qū)道路規(guī)劃方法應(yīng)用探討

陳偉1，朱磊1*，李國志1，沈偉東2

(1.國家林業(yè)局華東林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，杭州 310019；2.杭州市蕭山區(qū)農(nóng)業(yè)局，杭州 311200)

合理規(guī)劃林區(qū)道路對科學(xué)布設(shè)配套基礎(chǔ)設(shè)施起著關(guān)鍵作用。本文以地形圖、DEM和土壤類型圖為基礎(chǔ)，以3S(GIS、RS、GPS)為技術(shù)手段，以景觀生態(tài)及生態(tài)保護為理念，采用疊加分析、坡度分析、通視域分析和水文分析等空間分析方法，二三維一體化展現(xiàn)規(guī)劃路線，并現(xiàn)地調(diào)查及征求當(dāng)?shù)厝藛T的意見，最終得到符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)匦枨蟮囊?guī)劃成果。與傳統(tǒng)作業(yè)模式相比，該方法能降低外業(yè)調(diào)查工作強度和項目勘察設(shè)計成本，為林業(yè)規(guī)劃提供了一種新的探索模式。

林區(qū)道路；3S；DEM；通視域分析；水文分析

0　引　言

林區(qū)道路建設(shè)是實現(xiàn)林業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)條件，是促進(jìn)林業(yè)增效、林農(nóng)增收的有效途徑[1]，加快蕭山南部山區(qū)林區(qū)道路建設(shè)特別是林區(qū)骨干道路建設(shè)，對于挖掘林地綜合潛力、促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和社會主義新農(nóng)村建設(shè)以及浦陽江生態(tài)經(jīng)濟區(qū)發(fā)展都具有十分重要的意義。

目前，蕭山林區(qū)道路主要存在以下問題：

(1)數(shù)量不足，路網(wǎng)密度低，蕭山南部山區(qū)現(xiàn)有林區(qū)道路密度僅3.05 m/hm2，遠(yuǎn)低于國外發(fā)達(dá)國家水平[2]，道路延伸不到較偏遠(yuǎn)的林區(qū)，給當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)、生活帶來較大的不便。

(2)與德國、奧地利等林區(qū)道路發(fā)展成熟的國家相比，蕭山林區(qū)道路等級低，并且規(guī)劃等級需要考慮地質(zhì)地貌與經(jīng)濟生產(chǎn)條件。

(3)與美國、英國等發(fā)達(dá)國家相比[3-4]，林區(qū)道路缺乏科學(xué)系統(tǒng)的規(guī)劃，蕭山由于沒有經(jīng)過統(tǒng)一的規(guī)劃，林區(qū)道路布局不合理，存在重復(fù)建設(shè)、達(dá)不到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等現(xiàn)象，浪費了森林和土地等資源，行車安全性也差，環(huán)境保護措施不到位，破壞了生態(tài)環(huán)境和森林景觀。

以往林區(qū)道路規(guī)劃主要采用兩種方式，一是根據(jù)地質(zhì)地貌進(jìn)行勘察設(shè)計[5-6]，這種方式工作量大、成本高，并且對森林資源分布、林地保護等級、森林生態(tài)環(huán)境考慮較少；二是基于GIS、GPS等技術(shù)手段進(jìn)行選線、定線[7-11]，這種方式雖然利用了高新技術(shù)，并且大大減少了工作量，但布線方式比較單一，較少考慮相應(yīng)基礎(chǔ)配套設(shè)施以及森林防火、林地生產(chǎn)和森林旅游等相關(guān)的理念。林區(qū)道路的規(guī)劃與建設(shè)，選線是極為重要的一步[12-14]。選線的合理、最佳與否，直接關(guān)系到林區(qū)道路建設(shè)工程量的大小、養(yǎng)護條件以及整個工程的總體造價大小。而本文以3S(GIS、RS、GPS)為技術(shù)手段，以景觀生態(tài)及生態(tài)保護為理念、采用疊加分析、坡度分析、通視域分析和水文分析等空間分析方法，二三維一體化展現(xiàn)規(guī)劃路線，并現(xiàn)地核查及征求各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村等當(dāng)?shù)厝藛T的意見，最終確定符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)匦枨蟮募夹g(shù)方案。

1　研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)處理

1.1實驗數(shù)據(jù)

杭州市蕭山區(qū)地處錢塘江南岸，為杭州市南大門，蕭山區(qū)介于東經(jīng)120°04′22″～120°43′46″，北緯29°50′54″～ 30°23′47″，土地總面積1414.17 km2，全境東西寬約57.2 km，南北長約59.4 km，位于浙東低山丘陵區(qū)，北部至浙北平原南部的過渡地區(qū)，地勢南高北低，自西南向東北傾斜，中部略呈低洼。蕭山全境可分為4個不同特征的地貌區(qū)：低山區(qū)、丘陵區(qū)、山間河谷平原區(qū)、錢塘江河口平原區(qū)。屬中亞熱帶常綠闊葉林北部亞地帶-浙皖山丘青岡苦櫧林栽培植被區(qū)。境內(nèi)森林物種較多，因人類活動頻繁，原生植被基本已消失，局部保留天然次生林。主要森林植被類型有暖性針葉林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、針闊混交林、竹林、經(jīng)濟林和灌木林等。

1.2數(shù)據(jù)收集

本文研究區(qū)域為蕭山南部山區(qū)(如圖1所示)，所用數(shù)據(jù)分為GIS數(shù)據(jù)和非GIS數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)包括：遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、森林資源分布數(shù)據(jù)和土壤類型圖等，非空間數(shù)據(jù)包括：社會經(jīng)濟調(diào)查數(shù)據(jù)、林業(yè)產(chǎn)業(yè)基地調(diào)查數(shù)據(jù)、風(fēng)景旅游資源調(diào)查數(shù)據(jù)、人文景觀資源調(diào)查數(shù)據(jù)。遙感影像數(shù)據(jù)為下載的谷歌地球影像，采用WGS84地理坐標(biāo)系，0.5 m空間分辨率、時相為2015年，從而保證了數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性；基礎(chǔ)地形圖為1∶2000比例尺，等高距為2 m，國家2000地理坐標(biāo)系，3度帶、高斯克呂格投影、中央經(jīng)線120°；森立資源分布數(shù)據(jù)為2009年二類調(diào)查數(shù)據(jù)、2013年林地變更數(shù)據(jù)，為西安80坐標(biāo)系；土壤類型圖為北京54坐標(biāo)系。其他非GIS數(shù)據(jù)，主要為紙質(zhì)或電子材料，供線路規(guī)劃參考。

1.3數(shù)據(jù)處理

由于林區(qū)地形復(fù)雜、收集數(shù)據(jù)種類多，需要對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)系中；DEM(數(shù)字高程模型)數(shù)據(jù)、坡度分析數(shù)據(jù)、三維電子沙盤等，為計算道路橫坡、縱坡、轉(zhuǎn)彎半徑的計算提供基礎(chǔ)支撐[15]。為提取線路規(guī)劃特征點，需要對非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化，如山區(qū)鞍部、古樹名木都位置、景點分布位置等。為此，需進(jìn)行如下數(shù)據(jù)處理：

圖1　研究區(qū)域Fig.1 Study area

(1)對影像坐標(biāo)系進(jìn)行修改：由于谷歌地球原始坐標(biāo)系為WGS84地理坐標(biāo)系，而國內(nèi)最新數(shù)據(jù)采用國家2000地理坐標(biāo)系，但兩者誤差很小，對本項目沒有影響。故需要在Arcgis軟件中，直接把WGS84地理坐標(biāo)系替換為國家2000地理坐標(biāo)系即可。

(2)對森林資源數(shù)據(jù)和土壤類型圖進(jìn)行七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：森林資源數(shù)據(jù)和土壤類型圖的坐標(biāo)系分別為西安80坐標(biāo)系和北京54坐標(biāo)系，需要采用對應(yīng)的七參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，七參數(shù)需要測繪部門提供。

(3)從基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中提取等高線，生成DEM：從基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中提取計曲線和首曲線圖層，然后進(jìn)行圖層合并，通過ArcGIS的地形轉(zhuǎn)柵格功能對等高線進(jìn)行空間插值，生成DEM。

(4)對DEM做坡度分析，生成坡度分析圖。

(5)DEM與遙感影像疊加生成三維電子沙盤。

(6)對非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化和GPS定位，生成特征點分布圖。

2　研究方法

2.1道路選線原則

林區(qū)骨干道路選線根據(jù)南部山區(qū)交通、路網(wǎng)特征、交通量和地形、地質(zhì)等條件，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H和經(jīng)濟發(fā)展水平，堅持“因地制宜、量力而行、保證質(zhì)量、注重安全”的原則，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，合理選用指標(biāo)，控制工程規(guī)模和造價，便于施工和養(yǎng)護。具體做到：

(1)應(yīng)根據(jù)森林經(jīng)營管理的需求，綜合沿線地形、水文、地質(zhì)和建筑材料等條件全面考慮，認(rèn)真做好比較，正確選定線路走向及其標(biāo)準(zhǔn)，不得在坡度35°以上布設(shè)線路。

(2)應(yīng)平、縱、橫三方面綜合考慮，做到平面順適、縱坡均衡、橫面合理。平面曲線半徑在15～75 m，最大縱坡不超過10%。橫向坡度應(yīng)有利于路面排水和行車平穩(wěn)為原則，中級路面橫坡為2%～4%；低級路面為3%～5%。

(3)應(yīng)滿足生態(tài)保護的相關(guān)要求，盡量占用商品林地，不占或少占生態(tài)公益林地；盡量占用荒山荒地和灌木林地，不占或少占有林地；注意保護古樹名木和珍稀樹種。

(4)應(yīng)因地制宜，就地取材，要便于施工，便于養(yǎng)護。

(5)應(yīng)考慮村鎮(zhèn)的實際需求，與城鎮(zhèn)建設(shè)、社會主義新農(nóng)村建設(shè)相結(jié)合，方便群眾。

2.2道路選線、定線技術(shù)路線

根據(jù)蕭山區(qū)林區(qū)骨干道路的設(shè)計目的、功能要求等，搜集地形圖數(shù)據(jù)、土壤類型圖、遙感影像數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、DEM(數(shù)字高程模型)數(shù)據(jù)等相關(guān)基礎(chǔ)資料。通過遙感影像數(shù)據(jù)與DEM疊加，展現(xiàn)三維可視化場景如圖2所示。圖2給人一種真實的沉浸感，形象化地認(rèn)識道路沿線相關(guān)的地質(zhì)地貌狀況；對DEM進(jìn)行坡度分析，并對坡度進(jìn)行分梯度渲染，并與1∶2000矢量地形圖疊加，可直觀鎖定坡度較小、距離較短的道路規(guī)劃路線，并結(jié)合等高距為2m的地形圖，對道路的橫坡、縱坡和曲線半徑進(jìn)行方向性選擇；通過GPS技術(shù)，現(xiàn)地定位特征點，如山區(qū)的鞍部、沿途所要經(jīng)過的景點和重要路段的GPS軌跡，可為整個道路的關(guān)節(jié)和骨架搭建提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。通過對以上遙感數(shù)據(jù)、非遙感數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行整合形成地理信息系統(tǒng)(GIS)，并借助GIS強大的網(wǎng)絡(luò)分析、疊加分析、坡度分析、水文分析和通視域分析，合理布設(shè)相關(guān)配套基礎(chǔ)設(shè)施，如了望臺、消防水池、楞臺(停車場)，至此形成多條道路布線方案。如圖3所示，通過網(wǎng)絡(luò)分析選擇一條距離最短的規(guī)劃線路作為初始路線；如圖4所示，通過坡度分析，直觀展現(xiàn)不同地段的坡度，從而與等高線疊加，繞過較陡區(qū)域；如圖5所示，設(shè)置觀察點，通過視域分析，可得出觀察點的視域范圍，從而確定了望臺的初始位置；如圖6所示，通過水分分析，得到矢量水文特征線，為消防水池和涵洞選址提供參考；如圖7所示，通過水文特征線與規(guī)劃線路疊加求交集，得到涵洞初選位置。其他基礎(chǔ)設(shè)施布設(shè)，如以上過程相似，不再詳述。然后再通過實地調(diào)查(社會經(jīng)濟調(diào)查、現(xiàn)狀交通體系調(diào)查、地形地貌地質(zhì)調(diào)查、森林資源調(diào)查、防火道調(diào)查、林業(yè)產(chǎn)業(yè)基地調(diào)查、風(fēng)景旅游資源調(diào)查和人文景觀資源調(diào)查)，進(jìn)行綜合論證，篩選確定出林區(qū)骨干道路最佳道路布線方案。蕭山區(qū)林區(qū)骨干道路選線、定線技術(shù)路線如圖8所示。

圖2　三維場景Fig.2 3D scene

圖3　網(wǎng)絡(luò)分析Fig.3 Network analysis

圖4　坡度分析Fig.4 Slope analysis

圖5　視域分析Fig.5 Viewshed analysis

圖6　水文分析Fig.6 Hydrological analysis

圖7　疊加分析Fig.7 Overlay analysis

圖8　技術(shù)流程圖Fig.8 Flow chart of the technique

3　結(jié)果與討論

通過坡度分析以及與等高線疊加分析，得出多條布線方案；通過網(wǎng)絡(luò)分析得到最優(yōu)的線路；通過視域分析得到了望臺布設(shè)位置；通過對線路沿線的坡度分析得到楞臺初始位置；通過水文分析及疊加分析，得到消防水池及橋梁涵洞的初步位置。通過以上步驟得到林區(qū)骨干道路初步結(jié)果，然后，再進(jìn)行現(xiàn)地調(diào)查分析與征求意見，從而得出滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實際的規(guī)劃結(jié)果。

從圖9可以看出，規(guī)劃道路大部分處于坡度在35°以下，滿足林區(qū)道路設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在地勢平緩地區(qū)及鞍部布設(shè)了楞臺，在視野比較開闊區(qū)域布設(shè)了了望臺，并依據(jù)水系及水文分析合理設(shè)置了消防水池與橋梁涵洞(如圖10所示)。道路選線、建設(shè)等技術(shù)指標(biāo)符合林區(qū)道路相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，并且已與蕭山區(qū)現(xiàn)有道路連接，融會貫通交通網(wǎng)絡(luò)體系。

但要注意以下幾個問題：

(1)新建道路有涉及到山體切坡時，注意做好地質(zhì)災(zāi)害防治、水土保持工作，不要等路建好了再去做地質(zhì)災(zāi)害防治。

(2)道路要適應(yīng)生活生產(chǎn)需要，結(jié)合百姓需求，發(fā)揮其最大的效益，與鎮(zhèn)、村協(xié)商，不同鎮(zhèn)的情況不同考慮。

(3)林區(qū)道路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要與交通部門的一二三四及準(zhǔn)四級公路標(biāo)準(zhǔn)有機結(jié)合起來，不僅要符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還要滿足營運安全標(biāo)準(zhǔn)，所以林業(yè)部門要與交通部門進(jìn)行有效溝通解決問題。

(4)生態(tài)文明建設(shè)的地位越來越重，林區(qū)道路密度應(yīng)該：經(jīng)濟林>用材林>公益林，這樣更符合保護生態(tài)環(huán)境的理念。

(5)林區(qū)道路的布線，從全面經(jīng)營森林的要求出發(fā)，在滿足森林培育、林產(chǎn)品生產(chǎn)以及護林防火工作需要的基礎(chǔ)上，可以兼顧森林旅游開發(fā)。

圖9　坡度分析圖Fig.9 Slope analysis map

圖10　規(guī)劃成果圖Fig.10 Map of planning results

4　結(jié)束語

本文以杭州市蕭山南部山區(qū)為研究區(qū)域，采用3S技術(shù)、以景觀生態(tài)及生態(tài)保護為理念、兼顧林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、森林防火需要和森林旅游發(fā)展，選定滿足當(dāng)?shù)匦枰牧謪^(qū)道路，同時采用通視域和水文分析法，合理布設(shè)了了望臺、消防水池和橋梁涵洞等配套基礎(chǔ)設(shè)施。林業(yè)道路規(guī)劃是林業(yè)、交通、地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)環(huán)境和景觀設(shè)計等領(lǐng)域結(jié)合的交叉學(xué)科，后續(xù)的道路施工應(yīng)該要全面考慮相關(guān)領(lǐng)域保障措施。

[1]楊學(xué)春，孫云佩，張春祥，等.基于GIS技術(shù)林區(qū)道路選線方案優(yōu)化方法的研究[J].森林工程，2004，20(4)：51-52.

[2]白秀萍，陳紹志，何友均，等.國外林區(qū)道路發(fā)展現(xiàn)狀及啟示[J].世界林業(yè)研究，2015，28(1)：85-91.

[3]陳紹志，趙榮.美國林區(qū)道路發(fā)展模式研究[J].林業(yè)資源管理，2014，27(1)：173-178.

[4]李劍泉，田康，陳紹志.英國林區(qū)道路發(fā)展及啟示[J].世界林業(yè)研究，2013，26(6)：75-80.

[5]李建新，王卿，陳才清.林區(qū)道路建設(shè)有關(guān)問題的探討[J].中國林業(yè)，2008(2)：37-37.

[6]馬健霄，王建民.我國林區(qū)道路運輸規(guī)劃建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展分析[J].森林工程，2001，17(1)：45-48.

[7]馮海霞，馮仲科，張秋紅.基于3S技術(shù)的林區(qū)道路選線研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，S1(0)：127-132.

[8]邱榮祖，蘭樟仁，黎建明.基于GIS的山地林道網(wǎng)優(yōu)化配置系統(tǒng)[J].山地學(xué)報，2006，24(6)：716-720.

[9]馬健霄，王建民.基于GIS的林區(qū)道路網(wǎng)規(guī)劃項目構(gòu)建[J].林業(yè)建設(shè)，2000(5)：15-18.

[10]Abdi E，Majnounian B，Darvishsefat A，et al.A GIS-MCE based model for forest road planning[J].Journal of Forest Science，2009，55(4)：171-176.

[11]Girvetz E，Shilling F.Decision support for road system analysis and modification on the Tahoe National Forest[J].Environmental Management，2003，32(2)：218-233.

[12]邱榮祖.山地林道網(wǎng)合理密度與配置的研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2000，24(1)：51-55.

[13]戚春華，朱守林，姚大地.考慮森林生態(tài)效益因子的林道網(wǎng)合理密度研究[J].北華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003，4(5)：429-432.

[14]邱榮祖.山地林道網(wǎng)對林地環(huán)境的影響[J].山地學(xué)報，2001，19(1)：38-43.

[15]郭根勝，朱守林，楊文光.林區(qū)道路平曲線半徑對駕駛員生理疲勞影響研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，31(4)：177-181.

Study on the Application of Forest Road PlanningMethods in Xiaoshan District of Hangzhou City

Chen Wei1，Zhu Lei1*，Li Guozhi1，Shen Weidong2

(1.East China Forest Inventory and Planning Institute，State Forestry Administration，Hangzhou 310019；2.Xiaoshan District Agricultural Bureau of Hangzhou，Hangzhou 311200)

The rational planning of forest roads plays an important role in the scientific layout of supporting infrastructure.In this paper，based on the topographic maps，DEM and soil type map were depended on 3S(GIS，GPS，RS)technologies and the concept of landscape ecology and ecological protection，the 2D and 3D integrated route planning was conducted by using some methods such as overlay analysis，slope analysis，visibility analysis，hydrological analysis，and spatial analysis.In combination with in situ investigation and the opinions of local people，the final planning results were obtained，which were in line with the technical standards and local requirements.Compared with the traditional mode，this method can reduce the intensity of field investigation and also can reduce the survey and design cost of the project，which provides a new exploration mode for forestry planning.

forest roads；3S；DEM；visibility analysis；hydrological analysis

2016-01-20

國家自然科學(xué)基金資助課題(61201177)，國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201504323)

陳偉，博士研究生。研究方向：智慧林業(yè)與資源環(huán)境遙感。

朱磊，碩士，高級工程師。研究方向：智慧林業(yè)應(yīng)用。E-mail：zhuxianghua@126.com

陳偉，朱磊，李國志，等.杭州市蕭山區(qū)林區(qū)道路規(guī)劃方法應(yīng)用探討[J].森林工程，2016，32(5)：71-75.

S 773

A

1001-005X(2016)05-0071-05