三維GI S視域分析在旅游公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

羅紹仟

（國家林草局昆明勘察設(shè)計(jì)院，昆明650000）

1 引言

旅游公路是一種重要的旅游交通方式，是旅游業(yè)與公路運(yùn)輸業(yè)相互結(jié)合的產(chǎn)物。國內(nèi)旅游公路研究正逐步升溫，成為旅游交通的研究熱點(diǎn)之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的飛速發(fā)展和大量旅游資源的開發(fā)，旅游公路作為振興當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)步伐正逐年加快。同時(shí)，大眾旅游消費(fèi)時(shí)代的到來，勢(shì)必造成旅游交通運(yùn)輸需求量的持續(xù)增長，對(duì)旅游公路發(fā)展規(guī)模和質(zhì)量提出了新的要求[1]。

目前，我國的山區(qū)旅游公路建設(shè)仍存在一些問題：如采用的指標(biāo)過高，從而出現(xiàn)大量的高填深挖路段，易對(duì)自然環(huán)境造成破壞；由于部分設(shè)計(jì)人員對(duì)景觀設(shè)計(jì)理念不重視、理解不透徹、缺乏對(duì)現(xiàn)場走廊帶的數(shù)值分析手段，設(shè)計(jì)方法過于簡單，使旅游公路與沿線自然環(huán)境、景觀出現(xiàn)不協(xié)調(diào)等問題；再加之目前關(guān)于旅游公路的設(shè)計(jì)方法沒有相關(guān)的規(guī)程和規(guī)范可依，主要還是參考一般公路的設(shè)計(jì)手段和方法。因此，為提高山區(qū)旅游公路的整體建設(shè)水平和可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到旅游公路“車在景中走，人在畫中游”的效果[2]，研究山區(qū)旅游公路的設(shè)計(jì)具有十分重要的工程意義。

旅游公路路線方案選擇十分關(guān)鍵，其不僅會(huì)影響游客在沿線走廊帶景點(diǎn)的旅游體驗(yàn)，還會(huì)影響當(dāng)?shù)鼐用竦某鲂校鼤?huì)決定旅游對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的帶動(dòng)效果。本文以三維GIS 沿線走廊帶的視域分析作為突破口，充分考慮沿線景觀帶給游客的感受，來確定路線方案。

2 三維GI S中視域分析的原理

三維GIS 中空間視域分析是指依據(jù)數(shù)字高程模型來分析一個(gè)或多個(gè)觀測點(diǎn)的通視度、可視范圍和阻擋范圍的操作。觀測者的位置、高度、視角、視程等參數(shù)都是可以任意調(diào)整的，其通視度、可視范圍和阻擋范圍既可以通過圖形直觀表達(dá)，也可以通過表格定量表達(dá)[3]。空間視域分析是基于對(duì)象的地理位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的在于提取和傳輸空間信息，將三維虛擬技術(shù)應(yīng)用到旅游公路的路線方案的取舍中。

數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)是指用于描述地形表面起伏特征的幾何數(shù)據(jù)模型，它是用于空間視域分析的基礎(chǔ)[4]，也是GIS 軟件進(jìn)行坡度分析、坡向分析、填挖方量分析、水庫淹沒分析、土地利用分析、降雨量分析等的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 項(xiàng)目背景

林周縣唐古鄉(xiāng)至旁多鄉(xiāng)公路改建工程，位于西藏林周縣境內(nèi)，全長27.3 km，三級(jí)公路，7.5 m 路基寬。途經(jīng)著名的熱振寺，往前接措多、娘浦，是拉薩市5 條重要旅游環(huán)線中的一條，定位為拉薩河流域旅游公路，兼顧沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)的交通運(yùn)輸功能。

項(xiàng)目位于熱振藏布（拉薩河的主要支流）東岸，青藏高原腹地，河流切割的高原階地，每逢夏季沿線鋪滿金燦燦的油菜花，加之藍(lán)天白云的襯托，是拉薩市重要的旅游資源。設(shè)計(jì)時(shí)以熱振藏布作為主景觀，對(duì)沿線走廊帶做空間視域分析，最大限度地提高旅游公路的景觀感受。

4 三維GI S視域分析模型

4.1 三維地形圖的建立

三維GIS 中視域分析，是基于數(shù)字高程模型（DEM）的柵格表面進(jìn)行的，這個(gè)柵格表面可以通過CAD 地形圖、等高線、高程點(diǎn)等矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到[5]。也可以通過目前市面上很多下載矢量地圖的軟件（如BIGEMAP、Loca Space Viewer 等）下載項(xiàng)目區(qū)域的DEM 數(shù)字地圖以及影像圖，并把他們的坐標(biāo)及投影相互統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系中（可以借助第三方軟件，如Global Mapper），再把這些數(shù)據(jù)都導(dǎo)入到ArcScene 中，通過制作三維地形的相關(guān)操作[6～9]，即可做出逼真的三維地形，詳細(xì)操作方法可以參考GIS 的相關(guān)用戶手冊(cè)，三維地形圖如圖1 所示（因地形圖涉密僅展示局部）。

圖1 三維地形圖

4.2 三維GI S視域分析模型的建立

在上述三維地形圖的基礎(chǔ)上，建立以熱振藏布作為主景觀的視域分析，打開ArcSence 模塊，操作步驟[10]如下：

第一步：加載水系（河流）圖層→查找到3DAnalystTools.tbx→3D 要素→依據(jù)屬性實(shí)現(xiàn)要素轉(zhuǎn)3D→“高度字段”選擇depth字段，把二維的河流轉(zhuǎn)換成3D 的圖層，此時(shí)的屬性表中可以見到Shap 字段中多了一個(gè)“Z”，并把3D 的河流加到DEM 表面之上。

第二步：把河流轉(zhuǎn)折點(diǎn)離散成很多點(diǎn)，查找到Data Management Tools.tbx→要素→要素折點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，把3D 河流離散成很多個(gè)點(diǎn)。

第三步：提取點(diǎn)高程值，查找到Spatial Analyst Tools.tbx→提取分析→值提取至點(diǎn)，此時(shí)打開屬性表可以看到點(diǎn)的高程字段RASTERVALU。

第四步：為了進(jìn)行旅游公路的觀景線路的視域分析，要把上一步提取的高程值加到3D 河流的這條線上，采用GIS 中屬性表連接的功能實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行如下操作，右擊3D 河流的圖層→選擇“連接和關(guān)聯(lián)”→選擇“連接”，選擇基于的字段為osm-id（只要都有的字段均可），這就把按點(diǎn)提取的高程值加到了線狀河流中。

第五步：打開3D 河流屬性表→選擇添加字段→名稱必須為“SPOT”→右擊SPOT 字段→字段計(jì)算器→令SPOT=高程字段RASTERVALU。到此SPOT 字段就轉(zhuǎn)換完成，由于是模擬河流的沿線視域，故不需要再增加OFFSET 字段或AZIMUTH 字段，通俗地講就是對(duì)這條河流做一個(gè)上下左右360°的視域分析。

第六步：進(jìn)行視域分析，查找到Spatial Analyst Tools.tbx →表面分析→視域，輸入柵格為DEM、觀察點(diǎn)為3D 河流，即可進(jìn)行視域分析，分析結(jié)果展示如表1 所示。

表1 分析結(jié)果表（部分）

分析結(jié)果中，Rowid 為柵格序號(hào)；VALUE 為DEM 中能看到這個(gè)柵格點(diǎn)的柵格數(shù)，這個(gè)值越高表示能看到這個(gè)柵格點(diǎn)的柵格數(shù)越多；COUNT 為統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)。所以在柵格圖像中可以根據(jù)VALUE 值的高低進(jìn)行分類，然后在柵格圖像上以顏色的方式表達(dá)，以便確定路線方案所在的區(qū)域。

4.3 視域分析模型與地形圖的疊加

把通過測量的地形圖與三維視域分析模型進(jìn)行疊加，就可以清楚地看到各個(gè)區(qū)域的視域情況，同時(shí)等高線可以為公路路線方案的確定提供支撐，這就定量實(shí)現(xiàn)了普通公路的紙上定線與沿線視域分析的視野狀況相結(jié)合，如圖2 所示（因地形圖涉密僅展示局部）。

圖2 三維視域分析模型

5 結(jié)論與展望

通過三維視域分析模型與地形圖的疊加模型可以非常直觀地看到地形圖與沿線景觀視域范圍的相互關(guān)系。這為確定旅游公路的路線方案提供重要依據(jù)。在滿足一般公路橋梁、隧道、特殊路基等要求的前提下盡量往視域值高的區(qū)域上靠，這有利于提高“車在景中走，人在畫中游”的游客感受。本項(xiàng)目根據(jù)沿線視域分析的結(jié)果，綜合考慮少占耕地、降低洪水對(duì)路基下邊坡的影響，采用高線順著山腳展線，視域值高，景觀感受好，而且少占耕地。并在K12 附近視域值高的部位設(shè)置景觀臺(tái)，供游客休息、拍照。

在旅游公路設(shè)計(jì)工作的前期，通過沿線走廊帶三維視域分析對(duì)確定路線方案尤為重要，走高線還是走低線、景觀路線的視域范圍好壞可以一目了然，在跟甲方匯報(bào)或?qū)彶閰R報(bào)時(shí)更讓人清楚明了。通過視域分析確定好大概的走廊帶后，再進(jìn)行測圖、定線、設(shè)計(jì)出圖，這有利于降低時(shí)間成本和資金成本。三維環(huán)境下的視域分析，不僅可以用于旅游的方案確定，還可以用于設(shè)施選址布局分析、景觀規(guī)劃、高度控制分析、旅游景區(qū)景點(diǎn)規(guī)劃[11]等方面的工作。