基于GIS的鐵路建設項目視覺景觀影響評價探討

白占雄,朱正清,張麗君

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300251)

1 背景

土地資源緊缺是人類當前面臨的世界性問題之一。隨著城市化進程加快和經濟的飛速發展,人地關系的矛盾更加突出,一些可能產生視覺景觀不良影響的項目不得不建設于自然保護區、歷史文化遺跡、風景名勝區、森林公園等視覺景觀敏感區內或附近。目前,鐵路項目由于地形地貌、地質條件、施工技術、車站設置要求、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,為避免或盡量減少鐵路建設對敏感區造成的影響或損失,同時滿足人們對視覺景觀質量日益提高的要求,必須對涉及視覺景觀敏感區的鐵路項目進行視覺景觀影響評價,進而降低鐵路建設對視覺景觀敏感區的影響,達到鐵路建設和生態保護、景觀保護并重的目的。

制約視覺景觀環境影響評價的關鍵因子為空間可視關系的模擬分析,而以地理空間數據庫為基礎的地理信息系統(GIS)軟件,則以其強大的空間模擬和數據綜合分析能力,恰恰滿足了地理空間可視化的模擬和預測要求,為視覺景觀環境影響評價提供了技術操作平臺。本文即利用GIS的空間分析功能,以新建鐵路長昆客運專線為例,科學、定量地評價該項目對沿線視覺景觀敏感區大乘山風景名勝區的視覺景觀影響。希望通過本案例探討為鐵路建設項目的視覺景觀環境影響評價提供技術支持與參考。

2 研究區概況

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,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。大乘山風景名勝區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個景區,1994年12月被湖南省政府批準為省級風景名勝區。

長昆客運專線在CK185+300～CK189+100以隧道和路基形式穿越大乘山風景區北部邊緣約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。根據風景名勝區的功能區劃,長昆客運專線穿越景區規劃范圍約3 km(其中二級保護區2.5 km,三級保護區0.5 km),穿越外圍保護地帶約0.8 km。隧道進出口周圍無重要景點及保護建筑,隧道進出口為森林景觀。大乘山風景名勝區功能區劃及與長昆客運專線位置關系見圖1。

圖1 大乘山風景名勝區功能區劃及與長昆客運專線位置關系

3 研究方法

由于鐵路線路長、涉及敏感區較多,且敏感區區域較大、無鐵路實體,很難逐個到現場選取視點分析鐵路與敏感區的可視關系,故需借助虛擬現實來分析可視關系。采用圖形疊置法,將視覺敏感區、鐵路、遙感影像、DEM疊置在一個視圖窗口進行虛擬現實,并利用GIS的三維分析功能,進行視覺景觀影響分析評價。

景觀產生的視覺影響同該景觀的暴露程度、視點與景觀的距離,景觀的醒目程度以及景觀在視野中出現的幾率有關。當鐵路項目確定了線路走向及縱斷面后,其對某景觀敏感區的影響就只與敏感區的暴露程度、視點與敏感區的距離有關,線位相對于敏感區的距離越近,可能帶來的視覺沖擊就越大。綜合應用GIS技術,以基礎數據采集、敏感視點選擇、景觀暴露程度分析、可視距離分析和可視區域綜合分析為重點,評價技術流程如圖2所示。

圖2 基于GIS的視覺景觀影響評價技術流程

本次數據處理及分析軟件采用ArcGIS、ERDAS IMAGINE、Skyline、Globalmapper等。具體步驟如下。

3.1 基礎數據采集

本研究采用的地形數據由中國科學院地理科學與資源研究所提供,為SRTM(Shuttle Radar Topography Mission,即航天飛機雷達地形測繪任務)地形數據,通過Global Mapper生成DEM數字高程模型(圖3),并進行數據格式、投影坐標系的轉換和提取高程坡度信息等。

本研究區為線性工程,采用大比例尺和中比例尺影像相結合的方法,中比例尺影像選用TM數據(圖4)，大比例尺影像采用我院三維雷達影像(圖5、圖6)。

圖3 大乘山風景名勝區DEM圖

圖4 大乘山風景名勝區TM圖

圖5 大乘山隧道進口高分辨率影像圖

圖6 大乘山隧道出口高分辨率影像圖

3.2 視點選擇

為避免建設項目對視覺景觀造成較大影響,應選取景觀敏感視點,使人在該點上基本感覺不到鐵路建設項目的存在。

根據互視原理,選擇鐵路線位(扣除隧道區段)為視點,即視點為鐵路線位上點的集合；此外,在大乘山隧道進出口各設1個視點。

所有視點高程=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

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

表1 敏感區暴露程度分級

本次在ArcGIS中利用視域工具(Viewshed)來實現視域分析,典型視點視域圖利用Skyline軟件完成,結果見圖7～圖10。

圖7 大乘山風景名勝區視域圖

圖8 大乘山風景名勝區暴露程度分析

圖9 大乘山隧道進口視域圖

注：視域范圍內白色區域為可視部分,其他區域為不可視部分。

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,距離制圖即根據每一柵格相距其最鄰近要素(也稱為“源”)的距離來進行分析制圖,從而反映出每一柵格與其最鄰近源的相互關系。本文利用直線距離函數求得距線位不同距離的分級圖。

本研究中,根據互視原理及實際觀察情況,分別以0～2 km、2～4 km和>4 km劃分距離帶。在0～2 km范圍內觀景者能看清敏感區的結構質地等；2～4 km范圍內能看清景觀格局；在>4 km的范圍內只能看到敏感區的整體輪廓。結果見圖11。

圖11 大乘山風景名勝區可視距離分析

3.5 可視區域綜合分析

根據對視覺敏感區大乘山風景名勝區的暴露程度分析及距離分析結果(圖8和圖11),充分運用ArcGIS的重分類、格式轉換、相交、賦值等多種功能,對擬建長昆客運專線可能對其產生的視覺景觀影響進行綜合分析評價,并根據綜合影響的不同程度分別劃分為4個等級,即嚴重影響區域、中等影響區域、輕微影響區域、無影響區域,詳見表2。

表2 可視區域景觀影響綜合分級標準

4 評價結果分析

根據以上綜合分析,擬建長昆客運專線對大乘山風景名勝區的視覺景觀影響綜合分析結果如圖12所示。

圖12 大乘山風景名勝區視覺景觀影響綜合分析

由圖12可知,鐵路項目對大乘山風景名勝區的視覺景觀影響主要集中在大乘山隧道的進口附近區域以及海拔相對較高的山體。根據實地考察,大乘山隧道進口影響范圍主要為景區的外圍保護地帶,無景點分布,該影響區域內距離鐵路線位較近的景點僅有仙人橋、澄碧湖、朝陽庵等3個景點；部分海拔較高的山體影響范圍雖位于景區范圍內,但無景點分布。而大乘山隧道出口區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的區域則由于不可視而對其不造成影響。

經綜合分析,長昆客運專線對大乘山風景名勝區內的視覺景觀影響總體較小,但可能對位于景區東北部、大乘山隧道進口區域的仙人橋、澄碧湖、朝陽庵等3個景點造成中等程度的視覺影響。

5 結語

縱上所述,地理信息系統特有的空間數據綜合、模擬與分析評價能力,使其可以輕松得到常規方法或普通信息系統難以得到的重要信息,對實現視覺景觀影響的定量化評價起到非常重要的技術支撐作用。

目前,鐵路項目涉及到的視覺敏感區(自然保護區、風景名勝區等)較多,但由于地形地貌、工程技術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的影響,可利用此技術搞清楚線路與景區的可視關系,并依據可視距離綜合評判鐵路工程建設對景區的視覺景觀影響。另外根據鐵路(或景觀道路)的兩側區域的可視范圍圖進行取棄土場、大臨工程的選址合理性分析,將對景觀破壞嚴重的大臨工程調至可視范圍之外。

本文為鐵路建設項目的視覺景觀影響提供了一套相對較完整、定量的評價方法,為今后類似視覺景觀敏感區問題提供了技術參考。通過圖形疊置法,將遙感(RS)、地理信息系統(GIS)等先進技術運用于評價當中,一定程度上也提高了評價成果的科技含量及技術水平。但也還存有不足之處,在敏感視點選擇和評價影響分級方面的技術還不夠成熟,缺乏相關的技術規范。但這并不影響GIS技術在視覺空間分析上的應用,相信隨著科技的不斷進步,GIS必將在視覺景觀環境影響評價及其他環境科學研究中得到廣泛的應用。

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