基于層次分析與GIS方法的漢冶萍鐵路沿線景觀評價

陳 茹,姬 琳,夏 鵬

(1.中國地質大學(武漢)藝術與傳媒學院，湖北 武漢 430074；2.黃石市工業遺產保護中心，湖北 黃石 435001)

景觀評價始于20世紀50年代的歐美國家，20世紀70年代前后，美國產生了林務局風景視覺管理系統(VMS)、土地管理局視覺資源管理(VRM)、土壤保護局景觀資源管理(LRM)和聯邦公路局視覺影響評價(VIA)4個被廣泛運用的景觀視覺質量評價系統；英國學者提出了包括自然、文化和社會，感知與美學三個體系在內的景觀特征評價指標環，建立了一種基于公眾參與的地理信息系統評價方法。除此之外，國外景觀評價也在實踐方面出現精細化的發展趨勢，如運用GIS技術判斷景觀類型與斑塊建立評價體系或將其與攝影技術結合，目前已逐步形成一些較為固定的操作方法和模式。

我國的景觀評價起步略晚，1985年國務院頒布的《風景名勝區管理暫行條例》是我國首次從國家層面出臺法案法規對景觀資源進行規范化管理。隨后我國相關的政策陸續出臺，我國一些學者和相關從業人員也開始展開了對景觀評價理論的研究。如陸兆蘇等提出了風景評價的定量化方法；湯小敏等總結了景觀分類與評價的生態原則；劉濱誼等從鄉村景觀評價入手闡述了其概念，并建立了相應的評價體系；王保忠等探討了景觀資源美學評價的理論與方法。在實踐方面，我國學者采用多種方法對景觀進行了綜合評價。如早期的模糊綜合評判法和模糊積分法，以及基于遺產轉型建構的綜合評價模型。近年來，隨著景觀評價理論研究的深入以及相關技術的更新發展，景觀評價方法也越來越全面和科學。例如：結合層次分析法和模糊數學法，建立的景觀功能、安全功能和生態效益的公路綠化景觀評價方法；通過層次分析法與GIS技術結合建立的景觀綜合評價體系；基于景觀評價構建的城市工業遺產GIS數據庫；等等。

雖然我國當前對景觀評價領域的研究有所突破，但對鐵路沿線景觀評價方面的研究卻少之又少，更未形成系統化、理論化的研究體系。隨著經濟的發展和人們生態意識的提高，火車作為人們出行廣為使用的交通工具，其沿線景觀也越來越受人們的關注，而僅僅從功能上考慮鐵路建設已經不能滿足時代的需要，道路美學、綠色鐵路等意識也漸漸走進人們的視野。因此，本文對以漢冶萍鐵路為研究對象，通過對其沿線景觀資源的調查與構成要素分類，結合其沿線周邊鐵路工業遺產地的相關資料，對鐵路沿線景觀展開了研究，并綜合運用環境美學、規劃設計學、恢復生態學等多學科知識，探索解決目前漢冶萍鐵路工業遺產部分資源浪費的問題，力求為鐵路沿線景觀今后的發展和生態恢復提供一定的理論指導與建議。

1 研究區概況

漢冶萍鐵路位于湖北省黃石市，是我國目前保存歷史最早且使用時間最長的城市軌道鐵路。漢冶萍鐵路總長22.8 km，呈東西向穿過黃石市主城區，與城市主干道沿湖路平行，連接著黃石各個重要的工礦企業、礦區和港口。該鐵路起自鐵山區，終至石灰窯江邊，設有鐵山、新豐(后改為盛洪卿)、下陸驛、李家坊、石灰窯，共5個站點，見圖1。漢冶萍鐵路曾是黃石與外界聯系的重要交通工具，不僅有客運功能，也是工業原料輸入以及礦石等材料輸出的主要運輸方式。

圖1 黃石漢冶萍鐵路沿線遙感影像(圖片來源:高分二號衛星影像截圖)

隨著社會的進步、科技的發展，鐵路運輸技術也隨之不斷升級，加之城市規模的擴大，如今黃石市的城市格局較之前相比也發生了巨大的變化，曾經的車站有的已經被廢棄，有的被改造重建。盡管近年來人們對漢冶萍鐵路的關注度有所提升，湖北省政府也將漢冶萍鐵路及其沿線遺留的工業遺產資源一起列為黃石工業遺產片區，但仍有部分與鐵路相關的工業遺產資源及附屬建筑未能得到合理的保護，對這些遺產價值的整體性認知也比較缺乏。因此，有必要對黃石漢冶萍鐵路沿線的景觀展開研究。

2 數據收集與處理

黃石漢冶萍鐵路數據資料的來源主要包括兩個方面：一是通過實地調研獲取的數據；二是通過相關部門、史料文獻、網站等搜集的相關數據。其中，遙感影像數據以我國自主研制的高分二號(GF-2)衛星影像作為信息源。此外，研究區數字高程地圖是根據2019年數字地形圖中等高線和高程點，對其進行數據提取并利用ArcGIS 10.0生成研究區數字高程模型(DEM)數據，精度為30 m×30 m。在對黃石漢冶萍鐵路沿線經過多次實地調研后，結合當地實際情況和景觀生態學等相關理論知識，本文將黃石漢冶萍鐵路沿線景觀的構成要素分為本體景觀、自然景觀和人文景觀三大類，并從中挑選出19個重要景觀點，它們依次分布于漢冶萍鐵路沿線500m范圍內，在對整個研究區域景觀進行綜合評價的同時，同時邀請專家著重對19個重要景觀點進行評價打分，最后對最終的景觀綜合評價結果進行分級，繪制出黃石漢冶萍鐵路沿線主要景觀分布圖，見圖2。

圖2 黃石漢冶萍鐵路沿線數字高程模型和主要景觀分布圖

3 鐵路沿線景觀評價指標體系的建立

3.1 鐵路沿線景觀評價的層次性

通常情況下，參與景觀評價的評價主體不同，采用的評價方法和評價標準也不相同，也會得到不同的評價結果。因此，針對鐵路沿線景觀評價所涉及的眾多評價指標，需要利用層次分析法進行多層次的分析，以幫助我們更全面、合理地對評價指標進行分類，以便更好地完成最終的景觀評價工作。

3.2 鐵路沿線景觀評價指標的選取與評價指標體系的建立

在景觀評價中，評價指標體系的構建直接影響到最終評價結果的合理性，故需要全面、合理地確定各評價指標因子。本文在充分考慮鐵路沿線景觀特點的基礎上，采用綜合分析法與專家咨詢法相結合的指標篩選方法，并結合鐵路沿線景觀構成要素和道路景觀三元論，最終確定了景觀視覺美學、景觀生態環境、景觀人文環境和景觀功能為鐵路沿線景觀評價的四個方面；同時，采用專家咨詢法，以調查問卷的形式邀請相關專家對指標進行初選；最終，經綜合考慮并根據專家意見，保留符合標準且專家認可的指標，剔除一些無法合理反映評價對象的指標。鐵路沿線景觀評價指標體系建立的流程(見圖3)如下：

圖3 鐵路沿線景觀評價指標體系建立的流程

(1) 鐵路沿線景觀評價指標初選。本文采取綜合分析法進行指標初選，在整理總結人文環境學者在該領域相關研究成果的基礎上，通過文獻查詢和專家咨詢征集到36個評價指標因子。并根據層次分析法原理，將景觀視覺美學、景觀生態環境、景觀人文環境和景觀功能作為準則層，以初選的36個評價指標因子作為具體評價指標，得到了黃石漢冶萍鐵路沿線景觀評價指標的初選結果，見表1。

表1 黃石漢冶萍鐵路沿線景觀評價指標的初選結果

(2) 鐵路沿線景觀評價指標的篩選與評價指標體系構建。根據以上初選的36個評價指標因子，邀請15位該領域研究的相關專家和20位景觀及環評專業的師生對初選指標進行賦值打分。賦值在“1～7”區間內，其中 “1”表示所評價指標因子的重要性最低；“7”表示所評價指標因子的重要性最高。通常情況下，被選的評價指標數量為預選的1.5倍，也就是從36個被選指標中需要剔除三分之一，剩下的三分之二(24個)作為選中的指標個數。然后，在初選指標的基礎上，將剩余的24個指標作為復選指標，仍然采用問卷調查的方式向專家咨詢意見，即逐一向上述35位專業人士征詢意見，并以總分從高到低的順序截取16個指標。這些指標是從專業的角度出發，結合系統性、科學性、可操作性等原則，最終遴選出的在鐵路沿線景觀評價中具有代表性且有助于后續實踐操作的指標。在此基礎上，采用層次分析法逐層遞進，構建了鐵路沿線景觀評價指標體系的層次結構，見圖4。

圖4 鐵路沿線景觀評價指標體系的層次結構

3.3 基于AHP法的評價指標權重確定

在評價指標體系中，計算出的各評價指標的權重是否合理將對最終得出的評價結果產生直接的影響。因此，確定評價指標權重是評價結果科學性的前提。在鐵路沿線景觀評價指標權重確定的過程中，首先建立鐵路沿線景觀評價指標體系的層次結構；然后構建兩兩比較的判斷矩陣，即采用1～9標度法對任意兩兩要素相對比較評分，構造出單層次的判斷矩陣與層次總排序并進行一致性的檢驗；最后可得出黃石漢冶萍鐵路沿線景觀評價各指標因子的權重排序結果，見表2和表3。

表2 黃石漢冶萍鐵路沿線景觀評價各層判斷矩陣及權重

表3 黃石漢冶萍鐵路沿線景觀評價指標總權重及層次總排序計算結果

4 基于GIS模糊綜合評判的漢冶萍鐵路沿線景觀綜合評價

在評價指標體系構建后，讓各指標在GIS中實現量化是漢冶萍鐵路沿線景觀評價的關鍵，本文借助GIS技術分別從景觀視覺美學、景觀生態環境、景觀人文環境和景觀功能四個方面入手，對漢冶萍鐵路沿線景觀進行綜合評價。

4.1 景觀視覺美學評價

視覺敏感度是景觀視覺美學的重要衡量方面，因此對漢冶萍鐵路沿線景觀視覺美學的評價主要參考景觀視覺敏感度的標準，分別從相對視距、相對坡度、視覺機率、醒目程度和景觀特殊性這五個評價指標因子展開，即利用Arcgis 10.0對研究區整體及主要研究區域的數據進行分析，根據各評價指標因子權重大小并通過疊加分析，可得出研究區景觀視覺美學的綜合評價結果，見圖5。具體操作如下。

(1) 相對視距：乘客一般主要在列車上對鐵路沿線景觀進行觀賞，因此乘客與景觀之間距離的大小可以直觀地影響乘客的視覺體驗感受，按照近景帶、中景帶、遠景帶和鮮見帶4個景觀帶等級對漢冶萍鐵路沿線景觀視覺美學的相對視距區間進行劃分，通過GIS中緩沖區分析功能，可獲得研究區相對視距景觀視覺敏感度分級圖，見圖5(a)。

圖5 黃石漢冶萍鐵路沿線景觀視覺美學評價分級圖

(2) 相對坡度：鐵路沿線景觀表面相對于鐵路游客視線之間的坡度越大，該景觀被乘客觀測到和被注意到的可能性就越大。根據漢冶萍鐵路沿線地形特征情況，利用GIS技術，將研究區景觀帶分為四級敏感區、三級敏感區、二級敏感區和一級敏感區4個等級，可獲得研究區相對坡度景觀視覺敏感度分級圖，見圖5(b)。

(3) 視覺機率：在鐵路線上每隔100m取一個觀景點，在ArcGIS視域分析的基礎上獲得分布在觀景線上景點被游客觀察到的次數。通過對觀察次數的重分類，利用GIS技術，將研究區分為不可見區、低可見區、中可見區和高可見區4個等級，可獲得研究區視覺機率景觀視覺敏感度分級圖，見圖5(c)。

(4) 醒目程度：以調研過程中拍攝的實景照片為基礎，邀請5位專家對研究區內各研究區域的醒目程度打分，利用GIS的插值分析功能，將研究區醒目度分為高醒目度、中醒目度、一般醒目度和低4個等級,可獲得研究區醒目程度景觀視覺敏感度分級圖，見圖5(d)。

(5) 特殊性：邀請專家從是否含有珍稀生物和是否是風景名勝區或歷史遺跡等特殊性景觀兩個方面對該指標進行判定，利用GIS技術的插值分析功能，將研究區景觀特殊性分為低、中、較高、高4個等級，可獲取研究區特殊性景觀視覺敏感度分級圖,見圖5(e)。

4.2 景觀生態環境評價

(1) 景觀和諧度：通常從植物與其他景觀要素如建筑、雕塑、小品等周邊環境的搭配是否和諧來判定鐵路沿線景觀的和諧度。利用GIS的插值分析功能，將研究區景觀和諧度劃分為低、中、較高、高4個等級，可獲得研究區景觀和諧度分級圖,見圖6(a)。

(2) 地形地貌多樣性：在對地形地貌多樣性的分析中，一個地區的地形變化越是復雜，對游客的吸引力就越大。通過DEM數據，在ArcGIS中直觀地提取研究區地勢起伏度，將研究區地形起伏度劃分為較小、一般、較大和大4個等級，可獲得研究區地形起伏度分級圖，見圖6(b)。

(3) 土壤侵蝕度：土壤侵蝕度越弱，代表其越穩定，出現水土流失現象的概率就越小，對乘客視覺敏感度的破壞也越小。以預處理后的高分二號衛星影像和DEM為主要數據源，采用多因素綜合法，選取植被覆蓋度和坡度等評價指標因子，對研究區土壤侵蝕狀況進行監測，根據相關標準將研究區土壤侵蝕度分為輕度、中度、強度、極強、劇烈5個等級，可獲得研究區土壤侵蝕度分級圖，見圖6(c)。

(4) 植被覆蓋度：植被覆蓋度對分析植被發展趨勢和維護景觀生態平衡等方面都具有重要的意義。首先通過植被指數(NDVI)的計算，得出研究區植被指數分級圖，再借助GIS的柵格計算器功能，將研究區植被覆蓋度分為低、中、較高、高 4個等級，可獲得研究區植被覆蓋度分級圖，見圖6(d)。

圖6 黃石漢冶萍鐵路沿線景觀生態環境評價分級圖

4.3 景觀人文環境評價

對于鐵路沿線景觀人文環境評價部分，根據漢冶萍鐵路沿線景觀的特點以及研究區的實際情況，選取了城鎮景觀、田園景觀、沿線著名旅游景點和故事性及文化內涵4個評價指標因子對研究區域展開評價，并邀請10位專家學者根據現場實地調研照片、航拍錄像以及搜集的相關文字資料進行綜合考評后打分，滿分為10分。選取專家給出的平均分作為研究區最終人文景觀環境狀況的綜合評分，并將最終的打分結果輸入GIS，利用其插值分析功能，可獲得研究區的田園景觀分級圖、城鎮景觀分級圖、著名景點分級圖和故事性及文化內涵分級圖，見圖7。

圖7 黃石漢冶萍鐵路沿線景觀人文環境評價分級圖

4.4 景觀功能評價

對于鐵路沿線景觀功能評價部分，根據漢冶萍鐵路沿線景觀的特點，選取對人文歷史遺跡的影響、動植物棲息地的影響度和服務設施完善程度3個評價指標因子，邀請7位專家學者根據現場實地調研照片、航拍錄像以及搜集的相關文字資料進行綜合考評后打分，滿分為10分。通過對專家的打分進行整理和計算，將最終的打分結果輸入GIS，利用其插值分析功能，可獲得研究區對人文歷史遺跡的影響分級圖、動植物棲息地的影響度分級圖和服務設施完善程度的分級圖，見圖8。

圖8 黃石漢冶萍鐵路沿線景觀功能評價分級圖

4.5 評價結果與分析

在確定完整的漢冶萍鐵路沿線景觀評價指標體系的基礎上，通過AHP法得出各層指標的權重系數，并根據當地實際情況，利用GIS技術對C層16項評價指標進行了景觀評價分級，確定了各項評價指標的分級標準。本文參照國家相關的標準及文獻資料，將鐵路沿線景觀綜合評價結果劃分為一級區域、二級區域、三級區域、四級區域4個等級，依次代表優、良、中、差4個景觀評價等級，每個景觀評價等級的含義見表4。

表4 鐵路沿線景觀評價等級及其含義

4.5.1 A層級評價結果分析

綜合分析A層級綜合評價結果發現，研究區景觀整體綜合評級為“良”。其中，一級區域主要分布在漢冶萍鐵路沿線的中部，東西部有少量零散分布，多位于自然風景區及山地、河流處，如磁湖濕地公園、西塞山風景區、長江、談山隧道等地；而二級區域在研究區內的占比較大，多分布于漢冶萍鐵路沿線的東部，部分分布于西部；較差的三級、四級區域主要分布在漢冶萍鐵路沿線的西部，中部也有少量分布，但多集中于中部邊緣地帶。在對研究區景觀整體評價的同時，本文重點考察了研究區內多個工業遺跡和景點，發現大部分研究景點處于一級、二級區域，該評價結果與實際情況相符，見圖9。

圖9 黃石漢冶萍鐵路沿線景觀A層級綜合評價等級圖

4.5.2 B層級評價結果分析

通過對B層級4項指標綜合評價結果的分析發現:研究區在景觀視覺美學方面的綜合評級為“良”，研究區內的大部分區域位于景觀綜合評價等級圖中的二級區域，多分布在漢冶萍鐵路沿線的中部和東部，四級區域僅零星分布在研究區中部的邊緣位置；研究區在景觀方面的綜合評級為“中”，區內較多區域為三級區域，且集中分布于漢冶萍鐵路沿線的中部和西部，這說明研究區內景觀生態環境遭到了一定程度的破壞，在今后的保護或再生過程中應加以重視；研究區在景觀人文環境方面的綜合評級為“優”，說明研究區有豐富的景觀文化內涵；研究區在景觀功能方面的綜合評級為“優”，其中大部分地區位于一級、二級區域范圍內，說明研究區對周圍產生了較為積極的影響，見圖10。

圖10 黃石漢冶萍鐵路沿線景觀B層級綜合評價等級圖

依據研究區景觀綜合評價結果，對漢冶萍鐵路沿線景觀分級提出了再生設計策略，具體如下：對一級區域應減小干預并保留原真，盡可能展現場地真實的景觀特色；對二級區域應部分保持及整體優化，并要對場地內有價值的工業遺跡進行保留，對場地內受到沖擊甚至被破壞的景觀進行整體優化；對三級區域要著力進行環境整治及生態恢復，達到喚醒場地活力的目標；而針對景觀總體評價結果較差的四級區域應進行改造，重點修復場地生態環境，提升場地生態環境質量。

5 結 語

本文在借鑒國內外鐵路工業遺產及景觀評價研究成果的基礎上，歸納出鐵路沿線景觀構成要素和景觀評價的特點及原則，并結合漢冶萍鐵路沿線景觀的特點和構成要素，通過AHP法構建了漢冶萍鐵路沿線景觀綜合評價指標體系，該指標體系共分為三層，其中指標層的評價指標因子采用調查問卷法由專家篩選得出，進而利用GIS技術對漢冶萍鐵路沿線景觀進行了綜合評價。整個景觀評價過程從景觀視覺美學、景觀生態環境、景觀人文環境和景觀功能四個方面展開，較為全面地分析了漢冶萍鐵路沿線景觀的狀況，并對最終的景觀綜合評價結果進行分級，整理出每個研究景點所對應的景觀綜合評價等級。通過以上方法可以提供一套完整的鐵路沿線景觀評價流程，可為相關設計者和管理者提供一定的參考。