基于GIS的全域旅游公路識別方法研究

陳 煒，彭 明，肖向良，戴一萌

(1.湖南省交通運(yùn)輸廳規(guī)劃與項(xiàng)目辦公室，湖南 長沙 410015；2.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司，湖南 長沙 410015)

0 引言

湖南是旅游大省，旅游資源豐富，擁有張家界、崀山2處世界自然遺產(chǎn)，韶山、花明樓、岳麓山等享譽(yù)中外的國家5A級景區(qū)。省十一次黨代會明確提出全省打造以“錦繡瀟湘”為品牌的全域旅游基地目標(biāo)。湖南公路網(wǎng)絡(luò)較為發(fā)達(dá)，截至2019年底，總里程達(dá)24萬km，公路網(wǎng)面積密度為113.58 km/100 km2，構(gòu)建了以高速公路為骨架、國省干線為支撐、農(nóng)村公路為基礎(chǔ)的公路網(wǎng)絡(luò)，為服務(wù)全域旅游發(fā)展打下了較好的基礎(chǔ)。

然而，在龐大的公路網(wǎng)絡(luò)下，旅游公路難以有效識別。為節(jié)約資源與成本，仍以交通功能為主導(dǎo)，缺少旅游功能與特色；部分旅游公路等級低，旅游公路品質(zhì)不高，交通與旅游的融合程度不夠，制約了公路交通進(jìn)一步支撐旅游業(yè)的發(fā)展。因此，如何在規(guī)模龐大的公路網(wǎng)中精準(zhǔn)識別旅游公路，打造出具有特色功能的旅游公路是實(shí)現(xiàn)全域旅游公路高質(zhì)量發(fā)展的重要前提。史超[1]通過“交通+旅游”模式實(shí)施的可行性和價值，研究了旅游公路的規(guī)劃布局方法，黃睿等[2]通過“路學(xué)”為研究公路交通對旅游地影響提供新視角，曹芳東等[3]通過高速公路流與景區(qū)旅游流的空間關(guān)聯(lián)及其耦合路徑研究分析交通流與旅游流的空間關(guān)系。但現(xiàn)有方法缺少大區(qū)域范圍內(nèi)旅游資源點(diǎn)與公路網(wǎng)絡(luò)之間關(guān)聯(lián)性分析，對全域旅游發(fā)展趨勢的適應(yīng)性較差。

本文基于GIS構(gòu)建了覆蓋湖南省全域的旅游交通分析模型，通過劃分旅游資源的等級權(quán)重，分析旅游資源要素之間公路網(wǎng)的連接關(guān)系，提出了全域旅游發(fā)展趨勢下旅游公路的識別分析方法，有效識別旅游公路網(wǎng)絡(luò)，為旅游公路的規(guī)劃建設(shè)提供依據(jù)。

1 旅游交通分析模型的構(gòu)建

1.1 旅游資源與交通資源分布

湖南是旅游資源與旅游產(chǎn)業(yè)大省，境內(nèi)山水風(fēng)光秀美奇特，形成以洞庭湖為中心，以武陵-雪峰、南嶺、羅霄-幕阜山為構(gòu)架的“一湖三山四水”總體格局。區(qū)域內(nèi)歷史文化遺跡資源豐富，民俗多姿多彩。截至2019年底，全省共有A級及以上旅游景區(qū)482個，其中4A以上景區(qū)130個，全年旅游總收入為9 762億元，同比增加16.8%；2019年國內(nèi)外游客人數(shù)為8.32億人次，同比增加10.43%。

本研究納入GIS分析的各類要素節(jié)點(diǎn)包括：旅游資源、交通資源、城鎮(zhèn)資源，其中景區(qū)資源點(diǎn)596個，包括全省A級景區(qū)、國家級紅色旅游經(jīng)典景區(qū)、國省級特色小鎮(zhèn)、全國鄉(xiāng)村旅游重點(diǎn)村、國家級歷史文化名鎮(zhèn)、名村等國省級旅游資源；交通資源點(diǎn)包括機(jī)場、高鐵站、普鐵站、高速公路互通、汽車站(二級以上)等714個；市級行政單元14個，縣級行政單元等點(diǎn)122個；共計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)1 446個。各類交通要素節(jié)點(diǎn)范圍見表1，湖南省旅游相關(guān)要素分布見圖1。

表1 GIS分析各類要素節(jié)點(diǎn)范圍類型主要內(nèi)容數(shù)量/個A級景區(qū)482國家級紅色旅游經(jīng)典景區(qū)30主要景區(qū)國省級特色小鎮(zhèn)28全國鄉(xiāng)村旅游重點(diǎn)村34國家級歷史文化名鎮(zhèn)、名村22樞紐節(jié)點(diǎn)機(jī)場、高鐵站、普鐵站、汽車站(二級以上)284互通節(jié)點(diǎn)高速公路互通430城市節(jié)點(diǎn)市級行政單元14縣級行政單元122合計(jì)1 446

1.2 規(guī)劃方法

本次交通網(wǎng)絡(luò)分析主要采用2019年湖南省公路網(wǎng)GIS路網(wǎng)，包高速公路、普通國省干線、縣道鄉(xiāng)道等，總里程24.06萬km，數(shù)據(jù)格式為shp，主要包括路線名、編碼、速度、里程、路基路面等屬性。

1.3 模型數(shù)據(jù)處理

為滿足GIS網(wǎng)絡(luò)分析的需求，對全省路網(wǎng)進(jìn)行預(yù)處理，完善空間位置、屬性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，主要包括補(bǔ)充路網(wǎng)、拓?fù)涮幚?、屬性更新、?gòu)建網(wǎng)絡(luò)等方面內(nèi)容。

補(bǔ)充路網(wǎng)主要為對非公路系統(tǒng)管養(yǎng)的城市主要路網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充，以滿足路網(wǎng)連通的需求。

拓?fù)涮幚碇饕▽Ξ?dāng)前路網(wǎng)內(nèi)的懸掛點(diǎn)、非連通點(diǎn)的連接，對相交線路進(jìn)行打斷或者非連通性處理。

屬性更新主要包括定義不同公路運(yùn)行速度、運(yùn)行時間、交通管制規(guī)則、收費(fèi)公路權(quán)重設(shè)置等。

a) 旅游資源分布b)交通及行政資源分布

構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)主要為路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、路段線、屬性文件等構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)分析模型，以滿足最短路徑分析、服務(wù)區(qū)分析、設(shè)施分析等功能。

2 旅游公路網(wǎng)絡(luò)分析方法

2.1 主要方法

本文首先采用空間密度分析法對旅游資源的分布進(jìn)行分析，得出資源點(diǎn)的核密度,以此來分析旅游資源的權(quán)重，再采用GIS網(wǎng)絡(luò)分析法，將資源點(diǎn)銜接的最短路徑與權(quán)重相結(jié)合，分析出全域旅游公路網(wǎng)。

2.1.1空間密度分析法

空間分析法主要用于分析旅游資源的空間分布特征。采用二維核密度分析函數(shù)[4]，主要包括核函數(shù)和概率密度預(yù)測函數(shù)，核密度分析用于計(jì)算每個輸出要素周圍的點(diǎn)要素密度。

其中核函數(shù)為：

(1)

概率密度預(yù)測值為：

(2)

式中：R為搜索距離；popi為給定的權(quán)重值；n為二維點(diǎn)個數(shù)；di為要素i與其他要素距離。

2.1.2 交通GIS網(wǎng)絡(luò)路徑分析法

為分析各類旅游資源之間連接的主要公路，研究采用Dijkstra 算法[5]，該算法是最常用的最短路徑算法之一，可用于當(dāng)尋找2節(jié)點(diǎn)之間以及起始點(diǎn)到剩余全部頂點(diǎn)的最短路徑。主要原理如下：

設(shè)帶權(quán)圖G=是n階簡單帶權(quán)圖，W(Vi,Vj)大于等于零(即第i條邊的權(quán)大于等于0)，若頂點(diǎn)Vi與Vj不相鄰，則令W(Vi,Vj)=∞。，求G=中V0到其余各個頂點(diǎn)的最短路徑。

同時通過以下公式計(jì)算各公路路段的旅游功能權(quán)重：

wn(i,j)=wi·wj

(3)

式中：wi和wj為最短路徑起點(diǎn)和終點(diǎn)連接資源要素權(quán)重；wn(i,j)為第n條資源點(diǎn)對路徑穿過路段的要素權(quán)重。

(4)

式中：N為所有穿過L路段的點(diǎn)對路徑集；wL為所有穿過路段L的要素點(diǎn)對集合的權(quán)重和。

2.2 分析流程

2.2.1交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

將已完成拓?fù)涮幚砑皩傩愿潞蟮墓肪W(wǎng)、已整理的旅游資源節(jié)點(diǎn)、交通資源節(jié)點(diǎn)、行政資源節(jié)點(diǎn)通過Arcgis軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建模，形成網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)據(jù)集。

2.2.2旅游資源空間分析及權(quán)重劃分

通過結(jié)合空間密度分析法，明確1 286個的全域旅游相關(guān)要素點(diǎn)主要內(nèi)容，對各類旅游資源的空間分布特征進(jìn)行核密度分析，明確全省旅游資源的空間集聚特征，根據(jù)其在全域旅游中的重要性，結(jié)合類比法、專家經(jīng)驗(yàn)法(DEPHI法)定性分析，劃分各要素權(quán)重。

2.2.3交通網(wǎng)絡(luò)分析

通過網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)據(jù)集的OD成本矩陣和路徑分析功能，對各類要素資源點(diǎn)進(jìn)行最短路徑分析，其中權(quán)重主要采用行駛時間，計(jì)算各資源點(diǎn)對相互之間的最短路徑，在路徑尋找上限，主要考慮以下2種方式:① 基于一定數(shù)量要素點(diǎn)分別尋找最短路徑；② 基于一定距離范圍內(nèi)的要素點(diǎn)分別尋找最短路徑。

2.2.4交通網(wǎng)絡(luò)密度分析

結(jié)合已分析形成的要素點(diǎn)對路徑集合，結(jié)合不同要素點(diǎn)對起終點(diǎn)的權(quán)重賦值，對全路網(wǎng)的路段承擔(dān)旅游路徑對應(yīng)的權(quán)重價值進(jìn)行疊加，分析識別全省全域旅游公路網(wǎng)分布特征。

3 旅游公路公路識別分析

3.1 旅游資源權(quán)重分布情況

結(jié)合不同等級旅游資源點(diǎn)權(quán)重，通過Arcgis軟件分析空間核密度，其中像元設(shè)置為200 m，搜索半徑為20 km，形成全省旅游資源空間強(qiáng)度特征如圖2所示。目前湖南省旅游資源主要集中在長株潭地區(qū)、大湘西地區(qū)、湘南片區(qū)、環(huán)洞庭湖片區(qū)。其中長株潭地區(qū)核密度最高，核心資源數(shù)量多、分布廣，已形成連片發(fā)展的趨勢，其次是大湘西片區(qū)，形成了張家界和鳳凰2個核心點(diǎn)，湘南片區(qū)則形成以東江湖和南岳雙核心格局。

圖2 全域旅游資源核密度分析示意圖

在旅游空間交通廊道格局上，已形成長張高速串聯(lián)的長益常張人文山水旅游廊道、京港澳串聯(lián)的岳郴生態(tài)文化旅游廊道，并逐漸形成長婁邵懷生態(tài)文化旅游廊道、張吉懷武陵山世界遺產(chǎn)旅游廊道。

3.2 旅游公路分析

3.2.1要素連接數(shù)量分析

基于要素點(diǎn)連接數(shù)量進(jìn)行旅游公路網(wǎng)絡(luò)分析，在此基礎(chǔ)上研究各景區(qū)到周邊一定數(shù)量的要素資源點(diǎn)路徑集,結(jié)果如圖3。圖3a表示各景區(qū)要素點(diǎn)連接到5個臨近點(diǎn)形成的廊道旅游權(quán)重分布，由圖可以反映市州內(nèi)部旅游出行廊道，跨市的廊道特征不明顯;圖3b表示各景區(qū)要素點(diǎn)連接到10個臨近點(diǎn)形成的廊道旅游權(quán)重分布，由圖可以看出，跨市出行的廊道特征已基本體現(xiàn)。若再用20個、30個全要素點(diǎn)進(jìn)行分析，廊道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化，主要表現(xiàn)在要素點(diǎn)之間聯(lián)系關(guān)系增強(qiáng)。分析結(jié)果中，龍吉高速與包茂高速對于串聯(lián)大湘西板塊旅游資源發(fā)揮重要作用，夏廈蓉高速對串聯(lián)湘南郴州永州的旅游資源功能明顯。

通過分析可知，基于要素?cái)?shù)量的交通網(wǎng)絡(luò)分析在景區(qū)空間和道路均衡布局的情況下，能較好地反映出景區(qū)之間共用的廊道關(guān)系，但是對于旅游資源和路網(wǎng)分布不均衡的地區(qū)，易造成分析結(jié)果失真，如湘西地區(qū)旅游景區(qū)相對較為分散，通道較為單一，部分通道全域旅游功能權(quán)重偏高，無法準(zhǔn)確地反映全網(wǎng)旅游特征，但能夠?qū)ψR別區(qū)域關(guān)鍵旅游公路提供參考。

a) 鄰近5要素

b)鄰近10要素

3.2.2要素連接距離分析

基于要素點(diǎn)連接距離進(jìn)行旅游公路網(wǎng)絡(luò)分析，在此基礎(chǔ)上研究各景區(qū)到周邊一定距離的要素資源點(diǎn)路徑集,結(jié)果如圖4。圖4a表示各景區(qū)要素點(diǎn)連接到40 km的要素點(diǎn)廊道分布，由圖可以看出，該條件下，主要以張家界、長沙、湘潭、衡陽等5A級景區(qū)所在區(qū)域的廊道最為突出，而缺乏大多數(shù)區(qū)域的跨市廊道特征;圖4b表示各景區(qū)要素點(diǎn)連接到60 km的要素點(diǎn)廓道分布，分析來看，跨市出行的廊道特征已基本體現(xiàn)，且保留了高等級景點(diǎn)的聚集特征，特別是與市場化選擇的“5+2”湖南旅游精品線路高度重合。若再采用距離80 km或以上進(jìn)行分析，廊道路網(wǎng)規(guī)模繼續(xù)增加，其路網(wǎng)特征類似于省域重要經(jīng)濟(jì)干線通道，且以高速為主。

a) 相鄰40 km

b)相鄰60 km

通過對比湖南省旅游景區(qū)自駕游軌跡數(shù)據(jù)、省“兩客一?！甭糜未蟀统鲂熊壽E等數(shù)據(jù)，基于60 km范圍內(nèi)要素點(diǎn)分別尋找最短路徑得出的結(jié)論與實(shí)際旅游公路分布較為吻合，研究以此作為識別全域旅游公路的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

本文主要采用GIS網(wǎng)絡(luò)分析方法對湖南省旅游資源分布空間特征進(jìn)行分析，并對服務(wù)全域旅游功能的公路網(wǎng)進(jìn)行識別，初步形成全省各層級全域旅游公路分布格局,可為下一步全省旅游公路規(guī)劃布局提供重要分析基礎(chǔ)，為旅游公路規(guī)劃建設(shè)提供參考，促進(jìn)全域旅游公路高質(zhì)量發(fā)展。