杭州市蕭山區林區道路規劃方法應用探討

陳　偉，朱　磊*，李國志，沈偉東

(1.國家林業局華東林業調查規劃設計院，杭州 310019；2.杭州市蕭山區農業局，杭州 311200)

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杭州市蕭山區林區道路規劃方法應用探討

陳偉1，朱磊1*，李國志1，沈偉東2

(1.國家林業局華東林業調查規劃設計院，杭州 310019；2.杭州市蕭山區農業局，杭州 311200)

合理規劃林區道路對科學布設配套基礎設施起著關鍵作用。本文以地形圖、DEM和土壤類型圖為基礎，以3S(GIS、RS、GPS)為技術手段，以景觀生態及生態保護為理念，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，二三維一體化展現規劃路線，并現地調查及征求當地人員的意見，最終得到符合技術標準和當地需求的規劃成果。與傳統作業模式相比，該方法能降低外業調查工作強度和項目勘察設計成本，為林業規劃提供了一種新的探索模式。

林區道路；3S；DEM；通視域分析；水文分析

0　引　言

林區道路建設是實現林業現代化的基礎條件，是促進林業增效、林農增收的有效途徑[1]，加快蕭山南部山區林區道路建設特別是林區骨干道路建設，對于挖掘林地綜合潛力、促進林業產業發展和社會主義新農村建設以及浦陽江生態經濟區發展都具有十分重要的意義。

目前，蕭山林區道路主要存在以下問題：

(1)數量不足，路網密度低，蕭山南部山區現有林區道路密度僅3.05 m/hm2，遠低于國外發達國家水平[2]，道路延伸不到較偏遠的林區，給當地群眾的生產、生活帶來較大的不便。

(2)與德國、奧地利等林區道路發展成熟的國家相比，蕭山林區道路等級低，并且規劃等級需要考慮地質地貌與經濟生產條件。

(3)與美國、英國等發達國家相比[3-4]，林區道路缺乏科學系統的規劃，蕭山由于沒有經過統一的規劃，林區道路布局不合理，存在重復建設、達不到相關技術標準等現象，浪費了森林和土地等資源，行車安全性也差，環境保護措施不到位，破壞了生態環境和森林景觀。

以往林區道路規劃主要采用兩種方式，一是根據地質地貌進行勘察設計[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、森林生態環境考慮較少；二是基于GIS、GPS等技術手段進行選線、定線[7-11]，這種方式雖然利用了高新技術，并且大大減少了工作量，但布線方式比較單一，較少考慮相應基礎配套設施以及森林防火、林地生產和森林旅游等相關的理念。林區道路的規劃與建設，選線是極為重要的一步[12-14]。選線的合理、最佳與否，直接關系到林區道路建設工程量的大小、養護條件以及整個工程的總體造價大小。而本文以3S(GIS、RS、GPS)為技術手段，以景觀生態及生態保護為理念、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，二三維一體化展現規劃路線，并現地核查及征求各鄉鎮、村等當地人員的意見，最終確定符合技術標準和當地需求的技術方案。

1　研究區概況及數據處理

1.1實驗數據

杭州市蕭山區地處錢塘江南岸，為杭州市南大門，蕭山區介于東經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，北部至浙北平原南部的過渡地區，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：低山區、丘陵區、山間河谷平原區、錢塘江河口平原區。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。境內森林物種較多，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、經濟林和灌木林等。

1.2數據收集

本文研究區域為蕭山南部山區(如圖1所示)，所用數據分為GIS數據和非GIS數據。空間數據包括：遙感影像數據、基礎地形圖數據、森林資源分布數據和土壤類型圖等，非空間數據包括：社會經濟調查數據、林業產業基地調查數據、風景旅游資源調查數據、人文景觀資源調查數據。遙感影像數據為下載的谷歌地球影像，采用WGS84地理坐標系，0.5 m空間分辨率、時相為2015年，從而保證了數據的現勢性；基礎地形圖為1∶2000比例尺，等高距為2 m，國家2000地理坐標系，3度帶、高斯克呂格投影、中央經線120°；森立資源分布數據為2009年二類調查數據、2013年林地變更數據，為西安80坐標系；土壤類型圖為北京54坐標系。其他非GIS數據，主要為紙質或電子材料，供線路規劃參考。

1.3數據處理

由于林區地形復雜、收集數據種類多，需要對各種數據進行坐標轉換到統一坐標系中；DEM(數字高程模型)數據、坡度分析數據、三維電子沙盤等，為計算道路橫坡、縱坡、轉彎半徑的計算提供基礎支撐[15]。為提取線路規劃特征點，需要對非空間數據進行矢量化，如山區鞍部、古樹名木都位置、景點分布位置等。為此，需進行如下數據處理：

圖1　研究區域Fig.1 Study area

(1)對影像坐標系進行修改：由于谷歌地球原始坐標系為WGS84地理坐標系，而國內最新數據采用國家2000地理坐標系，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地理坐標系替換為國家2000地理坐標系即可。

(2)對森林資源數據和土壤類型圖進行七參數坐標轉換：森林資源數據和土壤類型圖的坐標系分別為西安80坐標系和北京54坐標系，需要采用對應的七參數進行坐標轉換，七參數需要測繪部門提供。

(3)從基礎地理數據庫中提取等高線，生成DEM：從基礎地理數據庫中提取計曲線和首曲線圖層，然后進行圖層合并，通過ArcGIS的地形轉柵格功能對等高線進行空間插值，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)對非空間數據進行矢量化和GPS定位，生成特征點分布圖。

2　研究方法

2.1道路選線原則

林區骨干道路選線根據南部山區交通、路網特征、交通量和地形、地質等條件，結合當地實際和經濟發展水平，堅持“因地制宜、量力而行、保證質量、注重安全”的原則，依據相關標準和規范，合理選用指標，控制工程規模和造價，便于施工和養護。具體做到：

(1)應根據森林經營管理的需求，綜合沿線地形、水文、地質和建筑材料等條件全面考慮，認真做好比較，正確選定線路走向及其標準，不得在坡度35°以上布設線路。

(2)應平、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%。橫向坡度應有利于路面排水和行車平穩為原則，中級路面橫坡為2%～4%；低級路面為3%～5%。

(3)應滿足生態保護的相關要求，盡量占用商品林地，不占或少占生態公益林地；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)應因地制宜，就地取材，要便于施工，便于養護。

(5)應考慮村鎮的實際需求，與城鎮建設、社會主義新農村建設相結合，方便群眾。

2.2道路選線、定線技術路線

根據蕭山區林區骨干道路的設計目的、功能要求等，搜集地形圖數據、土壤類型圖、遙感影像數據、GPS數據、DEM(數字高程模型)數據等相關基礎資料。通過遙感影像數據與DEM疊加，展現三維可視化場景如圖2所示。圖2給人一種真實的沉浸感，形象化地認識道路沿線相關的地質地貌狀況；對DEM進行坡度分析，并對坡度進行分梯度渲染，并與1∶2000矢量地形圖疊加，可直觀鎖定坡度較小、距離較短的道路規劃路線，并結合等高距為2m的地形圖，對道路的橫坡、縱坡和曲線半徑進行方向性選擇；通過GPS技術，現地定位特征點，如山區的鞍部、沿途所要經過的景點和重要路段的GPS軌跡，可為整個道路的關節和骨架搭建提供關鍵的技術支撐。通過對以上遙感數據、非遙感數據和GPS數據進行整合形成地理信息系統(GIS)，并借助GIS強大的網絡分析、疊加分析、坡度分析、水文分析和通視域分析，合理布設相關配套基礎設施，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，通過網絡分析選擇一條距離最短的規劃線路作為初始路線；如圖4所示，通過坡度分析，直觀展現不同地段的坡度，從而與等高線疊加，繞過較陡區域；如圖5所示，設置觀察點，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劃線路疊加求交集，得到涵洞初選位置。其他基礎設施布設，如以上過程相似，不再詳述。然后再通過實地調查(社會經濟調查、現狀交通體系調查、地形地貌地質調查、森林資源調查、防火道調查、林業產業基地調查、風景旅游資源調查和人文景觀資源調查)，進行綜合論證，篩選確定出林區骨干道路最佳道路布線方案。蕭山區林區骨干道路選線、定線技術路線如圖8所示。

圖2　三維場景Fig.2 3D scene

圖3　網絡分析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　技術流程圖Fig.8 Flow chart of the technique

3　結果與討論

通過坡度分析以及與等高線疊加分析，得出多條布線方案；通過網絡分析得到最優的線路；通過視域分析得到了望臺布設位置；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骨干道路初步結果，然后，再進行現地調查分析與征求意見，從而得出滿足技術標準和當地生產實際的規劃結果。

從圖9可以看出，規劃道路大部分處于坡度在35°以下，滿足林區道路設計技術標準。在地勢平緩地區及鞍部布設了楞臺，在視野比較開闊區域布設了了望臺，并依據水系及水文分析合理設置了消防水池與橋梁涵洞(如圖10所示)。道路選線、建設等技術指標符合林區道路相關標準、規范，并且已與蕭山區現有道路連接，融會貫通交通網絡體系。

但要注意以下幾個問題：

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

(2)道路要適應生活生產需要，結合百姓需求，發揮其最大的效益，與鎮、村協商，不同鎮的情況不同考慮。

(3)林區道路建設標準要與交通部門的一二三四及準四級公路標準有機結合起來，不僅要符合技術標準還要滿足營運安全標準，所以林業部門要與交通部門進行有效溝通解決問題。

(4)生態文明建設的地位越來越重，林區道路密度應該：經濟林>用材林>公益林，這樣更符合保護生態環境的理念。

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

圖9　坡度分析圖Fig.9 Slope analysis map

圖10　規劃成果圖Fig.10 Map of planning results

4　結束語

本文以杭州市蕭山南部山區為研究區域，采用3S技術、以景觀生態及生態保護為理念、兼顧林業產業發展、森林防火需要和森林旅游發展，選定滿足當地需要的林區道路，同時采用通視域和水文分析法，合理布設了了望臺、消防水池和橋梁涵洞等配套基礎設施。林業道路規劃是林業、交通、地質災害、生態環境和景觀設計等領域結合的交叉學科，后續的道路施工應該要全面考慮相關領域保障措施。

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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

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

陳偉，博士研究生。研究方向：智慧林業與資源環境遙感。

朱磊，碩士，高級工程師。研究方向：智慧林業應用。E-mail：zhuxianghua@126.com

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

S 773

A

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