基于GIS的張家界國家森林公園景觀視覺敏感度評價

夏夢霞 吳金桃 孫 青 劉清和 李悅豐

（吉首大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，張家界 427099）

以張家界國家森林公園內(nèi)24個代表性景觀節(jié)點為研究對象進(jìn)行景觀視覺敏感度評價。選取相對坡度、相對距離、視覺幾率和醒目度4個敏感度評價指標(biāo)，客觀層面以ArcGIS空間分析法為基礎(chǔ)，主觀層面以專家評價法為補充，使用AHP層次分析法構(gòu)建評價體系，劃分I、II、III、IV級視覺敏感度等級。結(jié)果表明，景觀視覺敏感度I級景點6個、II級景點8個、III級景點6個、IV級景點4個?？偨Y(jié)張家界國家森林公園景點景觀視覺敏感度高低排序特點：（1）按高程，山上＞山下；（2）按空間類型，臨崖＞臨水＞人文＞林下；（3）按景區(qū)，袁家界＞楊家界＞天子山＞黃石寨＞金鞭溪＞十里畫廊。通過定量化評價景點的景觀視覺敏感度，提出研究區(qū)域景觀保護(hù)與管理的相應(yīng)建議，以期為森林公園的開發(fā)建設(shè)與景觀規(guī)劃提供依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。

ArcGIS；森林公園；視覺敏感度；景觀評價；張家界

景觀視覺敏感度是衡量景觀被注意到的程度的量度，是景觀的易見性、可見性、清晰性和景觀醒目程度等的綜合反映，與景觀本身的空間位置、物理屬性等都有密切關(guān)系，敏感度越高，景觀變化引起觀景者的反應(yīng)就越強烈[1-2]。國外在20世紀(jì)60年代，出于對景觀資源的管理與保護(hù)，以美英為代表的西方國家，開展了景觀視覺資源的評價及方法研究[3-4]。國內(nèi)在20世紀(jì)80年代末，以俞孔堅、劉濱誼等為代表的專家學(xué)者將國外景觀評價方法引入，在對景觀敏感度和閥值評價、景觀感知及視覺評價方法等多類景觀評價進(jìn)行了深入研究。俞孔堅[5]以南太行山王相巖風(fēng)景區(qū)峽谷景觀為例，提出將景觀敏感度與閥值評價作為景觀保護(hù)和建設(shè)規(guī)劃的基本依據(jù)，并根據(jù)評價結(jié)果進(jìn)行景觀保護(hù)規(guī)劃探討。王存祿等[6]以徐家山國家森林公園為例，討論景觀視覺敏感度評價在森林公園規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用方法。聶康才等[7]對千佛山風(fēng)景名勝區(qū)子景區(qū)進(jìn)行景觀視覺敏感度和用地適宜性評價，提高風(fēng)景名勝區(qū)規(guī)劃與管理決策的科學(xué)性。沈欽煒等[8]對江西梅嶺國家森林公園視覺敏感度評價，定量化描述與評價景點景觀視覺資源。Xu等[9]對天蒙山風(fēng)景區(qū)從人的主觀審美需求和客觀視覺敏感度的角度對景觀質(zhì)量進(jìn)行評價、量化和分級。21世紀(jì)以來，國內(nèi)景觀視覺評價的研究也隨之進(jìn)入多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉融合高速發(fā)展階段。

張家界國家森林公園是國內(nèi)第一個國家森林公園、首批世界地質(zhì)公園和5A級景區(qū)，自命名成立以來，旅游業(yè)發(fā)展迅速。其所獨有的地貌形態(tài)和自然地理特征在景觀美學(xué)上具有極大的欣賞價值，不少專家學(xué)者對張家界森林公園的景觀進(jìn)行研究和評價。李世東[10]使用AHPQ-Ⅰ法最早對張家界國家森林公園進(jìn)行風(fēng)景質(zhì)量評價研究。李杰義等[11]基于張家界旅游景觀的特點，運用AHP層次分析法構(gòu)建評價體系及評價模型。吳吉林等[12]使用SBE法與模糊層次分析法對森林公園中多類地貌景觀點的景觀質(zhì)量進(jìn)行評價及特征分析，提出建議改善張家界地貌景觀質(zhì)量。由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及對新技術(shù)的嘗試，ArcGIS突出的空間分析和處理能力得到廣泛認(rèn)可。與此同時，景觀視覺評價的精確度要求也在不斷提高。越來越多的專家學(xué)者開始將ArcGIS應(yīng)用于景觀視覺評價，希望使景觀資源的價值具有可衡量的標(biāo)準(zhǔn)。隨著張家界旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，張家界國家森林公園的景觀資源開發(fā)與保護(hù)亟需更為客觀、科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。前人研究多為主觀定性評價，暫未有學(xué)者基于ArcGIS對張家界國家森林公園進(jìn)行更具客觀性的景觀視覺敏感度定量評價研究。

游覽者對景觀的敏感度與關(guān)注度主要受景觀資源的可視性、游覽者與視覺資源的臨近度、相對于視覺資源的仰角（海拔）、視野的頻率和持久性、游覽者的個性與期盼等方面的影響[13]。而景點是游客在張家界國家森林公園進(jìn)行游覽活動的重點場所，其景觀視覺敏感度將直接影響到游客的觀賞感受，進(jìn)而關(guān)系到森林公園的景觀價值是否得到充分的利用[14]。對于景觀視覺敏感度高的景點，即便是輕微的破壞也可能給游覽者造成很大的視覺沖擊。因此，對張家界國家森林公園進(jìn)行景觀視覺敏感度評價，不僅可以為景區(qū)的景觀規(guī)劃和管理提供有價值的參考，而且對于合理地開發(fā)與利用森林公園的景觀資源具有極其重要的意義。綜上，本研究基于ArcGIS對張家界國家森林公園內(nèi)的景點進(jìn)行景觀視覺敏感度評價研究，以期為張家界國家森林公園視覺景觀資源的保護(hù)利用與可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與資料來源

1.1 研究區(qū)概況

張家界國家森林公園位于湖南省內(nèi)張家界市武陵源區(qū)金鞭路279號，距離張家界市城區(qū)32 km，地處東經(jīng)110°24′-110°28′、北緯29°17′-29°21′，包括整個國營張家界林場，東北與慈利縣索溪峪、桑植縣天子山相接，西北與楊家界景區(qū)相靠，南與張家界市永定區(qū)成四凸?fàn)罱尤溃偯娣e達(dá)4 810 hm2，坐落在湖南省武陵山脈中段，屬于石英砂巖峰林地貌[15]。研究基于森林公園現(xiàn)狀，排除維修關(guān)閉景點（天波府、烏龍寨、千里相會等）和待開發(fā)景區(qū)（鷂子寨），選取具有一定代表性、知名度、游客量及活動范圍的24個景點作為研究對象（圖1，表1）。

表1 景點所在景區(qū)及空間類型Tab.1 Attractions located scenic area and spatial type

圖1 研究區(qū)域及景點分布Fig.1 Study area and attractions distribution

1.2 資料來源

本研究DEM 30 m高程數(shù)據(jù)在地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站獲得，道路系統(tǒng)數(shù)據(jù)在OpenStreetMap下載，點數(shù)據(jù)通過GPS實地調(diào)研定點獲取。在ArcGIS 10.5中利用Google高清衛(wèi)星影像圖對照進(jìn)行景點坐標(biāo)與道路校正，在WGS_1984_UTM_Zone_49N投影坐標(biāo)系下進(jìn)行所有數(shù)據(jù)處理。

2 研究方法

2.1 ArcGIS空間分析法

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，ArcGIS由于其強大的空間分析功能，在景觀領(lǐng)域也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，為景觀規(guī)劃和保護(hù)提供了有利的技術(shù)支持。本研究利用ArcGIS基于張家界國家森林公園地理信息數(shù)據(jù)對其景觀視覺敏感度中的相對坡度、相對距離和視覺幾率進(jìn)行客觀分析。

2.2 專家評價法

專家評價法是許多西方國家最為常用的評價方法，在國外景觀評價領(lǐng)域中勢力最大，在風(fēng)景區(qū)規(guī)劃和土地、環(huán)境管理等方面起著重要作用。專家評價的優(yōu)點在于其突出的實用性，適用于各種景觀類型，其評價過程較為簡易，僅需少量該領(lǐng)域的專家[16]。其審美標(biāo)準(zhǔn)也高于其他各類人群[17]，可作為主觀輔助評價。本研究基于專家評價法，邀請7位具有風(fēng)景園林專業(yè)知識，在景觀規(guī)劃、植物生態(tài)等研究方向和領(lǐng)域的副教授及以上的專家于張家界國家森林公園實地調(diào)研，對景點進(jìn)行醒目度評分。并在參考前人研究的基礎(chǔ)上[18-19]，根據(jù)張家界國家森林公園實際情況，咨詢專家意見制定景觀視覺敏感度評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表2 景觀視覺敏感度評價指標(biāo)研究方法及分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Research methods and grading criteria of landscape visual sensitivity evaluation indicators

3 評價內(nèi)容

3.1 相對坡度

相對坡度可表明不同坡度下的景觀可視性。對游覽者而言，風(fēng)景與游覽者視線所形成的視線夾角α越大，投影面積就越大，則景觀可視域面積也越廣，其可見部位和引起關(guān)注的可能性越高。投影面積即為相對坡度景觀視覺敏感度：Sa=Sina（0°≤α≤90°）[5]。本研究基于俞孔堅在南太行山王相巖風(fēng)景區(qū)研究中提出的景觀視覺敏感度理論，運用ArcGIS對張家界國家森林公園DEM數(shù)字高程模型進(jìn)行分析得出坡度，并依據(jù)劃分等級重分類，得出本研究區(qū)的相對坡度分析圖（圖2）。

圖2 相對坡度分析Fig.2 Relative slope analysis

3.2 相對距離

相對距離指觀賞點與被觀賞的風(fēng)景之間的距離。游覽者一般沿著已有的道路觀賞風(fēng)景，景點與游覽者間的距離會在一定程度上影響游客的美景感受。游覽者與景觀的距離越近，則景觀的易見性和清晰度就越高，給游覽者帶來的視覺沖擊也更大。參考張強等[20]對山地型公園景觀視覺敏感度評價研究，基于張家界國家森林公園道路現(xiàn)狀，根據(jù)游覽者的正常視覺能力與實際情況，選取其主干道與游步道為線數(shù)據(jù)，利用ArcGIS的多環(huán)緩沖分析工具，得出研究區(qū)的相對距離分析圖（圖3）。

圖3 相對距離分析Fig.3 Relative distance analysis

3.3 視覺幾率

視覺幾率指景點在游覽者視野中出現(xiàn)的頻率。當(dāng)景點出現(xiàn)的持續(xù)時間愈久、愈頻繁，則視覺敏感度愈高。覃婕等[21]在武漢九峰城市森林保護(hù)區(qū)的景觀視覺敏感度研究中，提出景觀長度百分比概念。假定游覽者在規(guī)定的道路上勻速行進(jìn)，將游覽者在沿線所觀察到的景觀占整條游覽線路所經(jīng)景觀的百分比數(shù)據(jù)來進(jìn)行視覺幾率的計算。參考前人研究，結(jié)合實際情況以張家界國家森林公園的主道路與游步道作為觀測視野的分析基線，將沿線每個位置（100 m為一個值）的視覺水平量化為資源像元的可見數(shù)量，也就是道路的視覺幾率。使用ArcGIS的視域空間分析工具，得出研究區(qū)的視覺幾率分析圖（圖4）。

圖4 視覺幾率分析Fig.4 Visual probability analysis

3.4 醒目度

醒目度是景觀與周邊環(huán)境的對比度及公眾關(guān)注度，主要由景點自然或人為的地形地貌特點、景觀與周圍環(huán)境的對比程度以及相對特征所決定。通常情況下，景點的醒目度越高其景觀越獨特、越突出。周銳等[14]在猴石國家森林公園景觀視覺敏感度研究中，邀請專家進(jìn)行實地考察，根據(jù)影響景觀醒目度的主要因素，對各景點進(jìn)行了醒目度打分。本研究參考前人對醒目程度的量化研究[22-23]，基于專家學(xué)派，由7名風(fēng)景園林領(lǐng)域的專家對24個景點實地調(diào)研，依據(jù)影響景觀醒目程度的4個主要因素：景觀豐富度、地貌醒目度、植被豐富度、景點知名度，對各景點進(jìn)行打分（各因素同等權(quán)重滿分均為5分）。

4 評價體系構(gòu)建

4.1 評價指標(biāo)及權(quán)重

本研究運用AHP層次分析法構(gòu)建景觀視覺敏感度評價體系（表3）。采取專家群體判斷方式對各評價指標(biāo)的重要程度進(jìn)行賦值，使用軟件YAAHP對判斷矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理與權(quán)重計算，并通過一致性檢驗。最后將各因子指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行疊加分析，進(jìn)而得到張家界國家森林公園景點的景觀視覺敏感度評價的綜合得分。

表3 基于AHP的景觀視覺敏感度評價指標(biāo)及其權(quán)重Tab.3 AHP-based landscape visual sensitivity evaluation index and its weights

4.2 敏感度評價等級

研究將各景點的相對坡度、相對距離、視覺幾率和醒目度綜合得分得分進(jìn)行歸一化處理。參考前人各種綜合指數(shù)的分組方法[24]，建立景觀視覺綜合敏感度評價集標(biāo)準(zhǔn)（表4），對張家界國家森林公園景點的景觀視覺敏感度進(jìn)行等級劃分。

表4 景觀視覺敏感度評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Landscape visual sensitivity evaluation criteria

5 結(jié)果與分析

5.1 相對坡度評價

由相對坡度評價結(jié)果可見（表5），張家界國家森林公園中的相對坡度普遍較高，即各景點的可視性較佳，景物引起游客的關(guān)注度高。以棱角平直、高大的石柱林為主要地貌代表，兼具深切嶂谷、方山、石墻、臺地、天生橋等造型。在相對坡度評價研究中，袁家界景區(qū)處于森林公園腹地，具有相對坡度優(yōu)勢，特別是景點迷魂臺、乾坤柱和百龍?zhí)焯菽芙o游客帶來震撼的視覺體驗，廣受游客關(guān)注。而相對坡度較小、有一定平坦面積的景點已因地制宜規(guī)劃建設(shè)紀(jì)念廣場和人文建筑如賀龍墓與六奇閣。

表5 ArcGIS相對坡度、相對距離、視覺幾率分析結(jié)果Tab.5 ArcGIS analysis results of relative slope, relative distance, visual probability

5.2 相對距離評價

由相對距離評價結(jié)果可見（表5），張家界國家森林公園景點相對距離差值較小，大部分的景點都處在道路附近，通達(dá)性較好，游客觀賞景點的相對距離普遍在50 m以內(nèi)總樣本的比例達(dá)到79.1%。進(jìn)一步說明，張家界國家森林公園道路規(guī)劃較為合理，觀景相對距離較近，游客可清晰地觀賞該景點的自然景觀，其奇特的地質(zhì)地貌可給游客帶來極大的視覺沖擊與景觀美觀。

5.3 視覺幾率評價

由視覺幾率評價結(jié)果可見（表5），沿張家界國家森林公園的道路游覽時，觀賞者能多次看到的景點主要出現(xiàn)在地形開闊處的山上景區(qū)中，最優(yōu)視覺觀賞幾率景點主要為兩類：一類是游線圍合的自然景點，如天橋遺墩、一步登天；一類是地形的至高點處的人文景點，如天子閣、六奇閣，這也進(jìn)一步說明天子閣和六奇閣作為標(biāo)志性建筑在選址上規(guī)劃的科學(xué)性。視覺幾率低的景點主要為峽谷景點、道路末梢景點以及植被覆蓋度高的景點。峽谷中的景點在游線上表現(xiàn)為視覺的長線方向性，視覺回看率低，如金鞭巖、駱駝峰；道路端點式景點具有一定的相對獨立，表現(xiàn)為視覺的不可逆性，如天然長城；植被覆蓋度高的景點因視線受阻而表現(xiàn)為視線遮蔽性，如霧海金龜。

5.4 醒目度評價

由醒目度評價結(jié)果可見（表6），張家界國家森林公園景點醒目度普遍較高。醒目度高的景點主要可以概況為以下5類：（1）峰林地貌醒目，視線開闊者，如迷魂臺、點將臺、一步登天；（2）景觀豐富度高的，如水繞四門、摘星臺；（3）景觀資源獨特的，如天下第一橋、三姐妹峰；（4）人文景觀突出的，如天子閣；（5）知名度高的，如乾坤柱。景點醒目度低的原因如下：（1）自然景觀單調(diào)，易產(chǎn)生審美疲勞，如評分最低的猴園為純林景觀和猴舍；（2）景觀視線受阻，可觀景物有限，如駱駝峰位于金鞭溪峽谷深處，植被茂密遮擋了地貌景觀。

表6 專家評價醒目度評分結(jié)果Tab.6 Expert evaluation of conspicuity score results

5.5 景觀視覺敏感度評價

從綜合評價結(jié)果可見（表7），張家界國家森林公園24個代表性景點的景觀視覺敏感度綜合評價為：I級景點6個，b百龍?zhí)焯?、c乾坤柱、g空中走廊、f一步登天、a百龍?zhí)焯?、h點將臺。II級景點8個，j天子閣、u水繞四門、x三姐妹峰、o天橋遺墩、k空中田園、d天下第一橋、l摘星臺、n六奇閣。高敏感度的景點通常有很好的景觀視覺資源，能給游覽者帶來極佳的觀賞體驗和美景感受，且普遍為山上臨崖式觀景點，多分布在袁家界、楊家界、天子山景區(qū)。其景觀可視性強，觀景視線開闊，視覺幾率高，在醒目度上表現(xiàn)為地形變化大、地貌醒目、景觀組成要素豐富等特點。

表7 景觀視覺敏感度綜合評價結(jié)果Tab.7 Results of landscape visual sensitivity comprehensive evaluation

III級景點6個，m五指峰、e天然長城、i賀龍墓、r金鞭巖、s豬八戒背媳婦、q大氧吧廣場。IV級景點4個，t駱駝峰、p霧海金龜、v壽星迎賓、w猴園。低敏感度的景點普遍在山下，多分布在黃石寨、金鞭溪、十里畫廊景區(qū)，為比較獨立的景區(qū)，視覺幾率方面表現(xiàn)不足；或在山下峽谷地形中，景觀可視性不夠強，植被覆蓋度高，視線受阻。低視覺敏感度的景點雖沒有突出的景觀視覺資源，但往往具有其獨特的功能，比如臨溪的親水空間、人文的集散廣場與服務(wù)站點、林下的幽靜空間。

6 結(jié)論與建議

本研究選取張家界國家森林公園內(nèi)24個代表性景點，通過GIS空間分析法和專家評價法對各景點的相對坡度、相對距離、視覺幾率和醒目度進(jìn)行評分，使用AHP層次分析法構(gòu)建景觀視覺敏感度評價體系，劃分敏感度等級。結(jié)果顯示張家界國家森林公園24個代表景點景觀敏感度綜合評價為I級景點6個，II級景點8個，III級景點6個，IV級景點4個。基于研究結(jié)果按景點在各級敏感度占比情況可知，張家界國家森林公園代表性景點的景觀視覺敏感度高低排序特點：（1）按高程，山上＞山下；（2）按空間類型，臨崖＞臨水＞人文＞林下；（3）按景區(qū)，袁家界＞楊家界＞天子山＞黃石寨＞金鞭溪＞十里畫廊。研究最終評價結(jié)果與張家界國家森林公園的實際的景觀視覺特征基本一致，其評價結(jié)果與實際偏差相對較小，可給后續(xù)同類森林公園景觀視覺敏感度評價提供參考。

基于景觀視覺敏感度理論和研究結(jié)果，針對森林公園提出以下建議：（1）景觀視覺敏感度評價較高的I、II級景點，這些景點不僅有著豐富的景觀資源，還有高可見度和敏感度，應(yīng)該把保護(hù)作為第一原則，盡可能地保留景觀原貌。景點周圍除了必需的石制臺階和山路之外，還應(yīng)嚴(yán)格禁止進(jìn)一步的人為開發(fā)建設(shè)。在視野范圍內(nèi)，現(xiàn)有的植被和山石都應(yīng)得到嚴(yán)格的保護(hù)，維持森林公園的自然景觀特征。（2）景觀視覺敏感度評價低的III、IV級景點，由于其地理位置和服務(wù)屬性，如集散廣場與服務(wù)站點，可能沒有較突出的景觀資源，因此這些景點不需要成為發(fā)展的主要對象，而是要揚長避短充分發(fā)揮自己的功能屬性。臨溪的親水空間，可加強自身的特點，打造金鞭溪特色景觀。在開發(fā)和建設(shè)時需通過有關(guān)部門的審核和批準(zhǔn)，針對性調(diào)整優(yōu)化，確保森林公園內(nèi)的景觀自然、協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，使張家界國家森林公園能夠良好可持續(xù)發(fā)展。（3）通過評價結(jié)果與實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，存在一些高景觀視覺敏感度評價，但地理位置隱蔽且可達(dá)性較弱的景點，如張家界國家森林公園中I級敏感度景點空中走廊、一步登天和點將臺，這些景點景觀資源豐富風(fēng)景優(yōu)美，但只能通過游步道深入景區(qū)到達(dá)，不容易被游覽者發(fā)掘，因此在對這些景點進(jìn)行管理時，可通過宣傳和引導(dǎo)等方法吸引游覽者的到來。

景觀視覺敏感度作為評判景觀視覺質(zhì)量的重要指標(biāo)，于游客而言，敏感度評價較高的景點通常也是景觀資源豐富的區(qū)域，可成為優(yōu)先選擇的觀光目的地。于景區(qū)而言，通過景觀視覺敏感度的評價，確定森林公園景觀在不同屬性層面上的優(yōu)劣勢，將評價結(jié)果應(yīng)用于景觀建設(shè)的各個階段，可以維護(hù)和提高森林公園的景觀品質(zhì)，以及為長期規(guī)劃和建設(shè)提供有指導(dǎo)意義的參考。

7 結(jié)語

本研究使用ArcGIS空間分析法和專家評價法，從相對坡度、相對距離、視覺幾率與醒目度4個維度對張家界國家森林公園內(nèi)的主要景點進(jìn)行景觀視覺敏感度探討。研究內(nèi)容方面，由于景點整改維修、地理位置分散等不可抗力因素的限制，研究僅對24處代表性景點進(jìn)行研究，較少的樣本可能會對結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，希望今后的樣本選取更豐富，研究可以更加精確。研究深度方面，因張家界國家森林公園為地質(zhì)公園主要觀賞其奇特地貌，且植被優(yōu)勢種為常綠武陵松，故本研究排除了季節(jié)因素。但是隨季節(jié)轉(zhuǎn)換，植被在外貌形態(tài)、覆蓋度等方面也必然相應(yīng)改變，從而影響游覽者觀賞感受并使得研究理論值在一定程度上偏離實際情況，對評價結(jié)果有一定的影響。所以在ArcGIS空間分析的基礎(chǔ)上，還要結(jié)合大量實地調(diào)研，對處于不同季節(jié)的景點及其周邊環(huán)境進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步思考和完善植被和地形變化對景觀視覺敏感度的影響。研究拓展方面，未來景觀視覺敏感度評價研究，還可以借助RS遙感影像與VR虛擬現(xiàn)實等先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，對景觀資源和視覺敏感度進(jìn)行更精細(xì)化、可視化的定量研究。

注：文中圖表均由作者繪制。