基于GIS的铁路建设项目视觉景观影响评价探讨

白占雄,朱正清,张丽君

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

1 背景

土地资源紧缺是人类当前面临的世界性问题之一。随着城市化进程加快和经济的飞速发展,人地关系的矛盾更加突出,一些可能产生视觉景观不良影响的项目不得不建设于自然保护区、历史文化遗迹、风景名胜区、森林公园等视觉景观敏感区内或附近。目前,铁路项目由于地形地貌、地质条件、施工技术、车站设置要求、投资等多因素的限制,线路无法完全绕避此类视觉景观敏感区,为避免或尽量减少铁路建设对敏感区造成的影响或损失,同时满足人们对视觉景观质量日益提高的要求,必须对涉及视觉景观敏感区的铁路项目进行视觉景观影响评价,进而降低铁路建设对视觉景观敏感区的影响,达到铁路建设和生态保护、景观保护并重的目的。

制约视觉景观环境影响评价的关键因子为空间可视关系的模拟分析,而以地理空间数据库为基础的地理信息系统(GIS)软件,则以其强大的空间模拟和数据综合分析能力,恰恰满足了地理空间可视化的模拟和预测要求,为视觉景观环境影响评价提供了技术操作平台。本文即利用GIS的空间分析功能,以新建铁路长昆客运专线为例,科学、定量地评价该项目对沿线视觉景观敏感区大乘山风景名胜区的视觉景观影响。希望通过本案例探讨为铁路建设项目的视觉景观环境影响评价提供技术支持与参考。

2 研究区概况

大乘山位于湖南省冷水江市,属雪峰山余脉,形成于距今约5亿～7亿年前寒武纪,最高峰海拔724 m,植被繁茂,水土保持较好,佛教“大乘派”以此为源地,因此得名。大乘山风景名胜区位于冷水江市东南部,总面积约2 450 hm2,包括波月洞、茶山溪、大乘山、祖师岭等4个景区,1994年12月被湖南省政府批准为省级风景名胜区。

长昆客运专线在CK185+300～CK189+100以隧道和路基形式穿越大乘山风景区北部边缘约3.8 km,其中隧道3.6 km(大乘山隧道总长3 940 m),路基0.2 km；路基面高程平均在38 m左右。根据风景名胜区的功能区划,长昆客运专线穿越景区规划范围约3 km(其中二级保护区2.5 km,三级保护区0.5 km),穿越外围保护地带约0.8 km。隧道进出口周围无重要景点及保护建筑,隧道进出口为森林景观。大乘山风景名胜区功能区划及与长昆客运专线位置关系见图1。

图1 大乘山风景名胜区功能区划及与长昆客运专线位置关系

3 研究方法

由于铁路线路长、涉及敏感区较多,且敏感区区域较大、无铁路实体,很难逐个到现场选取视点分析铁路与敏感区的可视关系,故需借助虚拟现实来分析可视关系。采用图形叠置法,将视觉敏感区、铁路、遥感影像、DEM叠置在一个视图窗口进行虚拟现实,并利用GIS的三维分析功能,进行视觉景观影响分析评价。

景观产生的视觉影响同该景观的暴露程度、视点与景观的距离,景观的醒目程度以及景观在视野中出现的几率有关。当铁路项目确定了线路走向及纵断面后,其对某景观敏感区的影响就只与敏感区的暴露程度、视点与敏感区的距离有关,线位相对于敏感区的距离越近,可能带来的视觉冲击就越大。综合应用GIS技术,以基础数据采集、敏感视点选择、景观暴露程度分析、可视距离分析和可视区域综合分析为重点,评价技术流程如图2所示。

图2 基于GIS的视觉景观影响评价技术流程

本次数据处理及分析软件采用ArcGIS、ERDAS IMAGINE、Skyline、Globalmapper等。具体步骤如下。

3.1 基础数据采集

本研究采用的地形数据由中国科学院地理科学与资源研究所提供,为SRTM(Shuttle Radar Topography Mission,即航天飞机雷达地形测绘任务)地形数据,通过Global Mapper生成DEM数字高程模型(图3),并进行数据格式、投影坐标系的转换和提取高程坡度信息等。

本研究区为线性工程,采用大比例尺和中比例尺影像相结合的方法,中比例尺影像选用TM数据(图4)，大比例尺影像采用我院三维雷达影像(图5、图6)。

图3 大乘山风景名胜区DEM图

图4 大乘山风景名胜区TM图

图5 大乘山隧道进口高分辨率影像图

图6 大乘山隧道出口高分辨率影像图

3.2 视点选择

为避免建设项目对视觉景观造成较大影响,应选取景观敏感视点,使人在该点上基本感觉不到铁路建设项目的存在。

根据互视原理,选择铁路线位(扣除隧道区段)为视点,即视点为铁路线位上点的集合；此外,在大乘山隧道进出口各设1个视点。

所有视点高程=轨面高程(平均约38 m)+观察者身高(1.75 m)≈39.75 m。

3.3 暴露程度分析

通过在所生成的数字地形图上选择视点,分析可以看到的区域(即可以看到该视点的区域),按出现的概率进行分级,分为暴露区域、部分暴露区域、轻微暴露区域、不可视区域,见表1。

表1 敏感区暴露程度分级

本次在ArcGIS中利用视域工具(Viewshed)来实现视域分析,典型视点视域图利用Skyline软件完成,结果见图7～图10。

图7 大乘山风景名胜区视域图

图8 大乘山风景名胜区暴露程度分析

图9 大乘山隧道进口视域图

注：视域范围内白色区域为可视部分,其他区域为不可视部分。

3.4 可视距离分析

本次可视距离分析利用ArcGIS空间分析中的的距离制图工具(Distance)完成,距离制图即根据每一栅格相距其最邻近要素(也称为“源”)的距离来进行分析制图,从而反映出每一栅格与其最邻近源的相互关系。本文利用直线距离函数求得距线位不同距离的分级图。

本研究中,根据互视原理及实际观察情况,分别以0～2 km、2～4 km和>4 km划分距离带。在0～2 km范围内观景者能看清敏感区的结构质地等；2～4 km范围内能看清景观格局；在>4 km的范围内只能看到敏感区的整体轮廓。结果见图11。

图11 大乘山风景名胜区可视距离分析

3.5 可视区域综合分析

根据对视觉敏感区大乘山风景名胜区的暴露程度分析及距离分析结果(图8和图11),充分运用ArcGIS的重分类、格式转换、相交、赋值等多种功能,对拟建长昆客运专线可能对其产生的视觉景观影响进行综合分析评价,并根据综合影响的不同程度分别划分为4个等级,即严重影响区域、中等影响区域、轻微影响区域、无影响区域,详见表2。

表2 可视区域景观影响综合分级标准

4 评价结果分析

根据以上综合分析,拟建长昆客运专线对大乘山风景名胜区的视觉景观影响综合分析结果如图12所示。

图12 大乘山风景名胜区视觉景观影响综合分析

由图12可知,铁路项目对大乘山风景名胜区的视觉景观影响主要集中在大乘山隧道的进口附近区域以及海拔相对较高的山体。根据实地考察,大乘山隧道进口影响范围主要为景区的外围保护地带,无景点分布,该影响区域内距离铁路线位较近的景点仅有仙人桥、澄碧湖、朝阳庵等3个景点；部分海拔较高的山体影响范围虽位于景区范围内,但无景点分布。而大乘山隧道出口区域的视觉景观影响轻微,其他海拔相对较低或距离铁路线位较远的区域则由于不可视而对其不造成影响。

经综合分析,长昆客运专线对大乘山风景名胜区内的视觉景观影响总体较小,但可能对位于景区东北部、大乘山隧道进口区域的仙人桥、澄碧湖、朝阳庵等3个景点造成中等程度的视觉影响。

5 结语

纵上所述,地理信息系统特有的空间数据综合、模拟与分析评价能力,使其可以轻松得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息,对实现视觉景观影响的定量化评价起到非常重要的技术支撑作用。

目前,铁路项目涉及到的视觉敏感区(自然保护区、风景名胜区等)较多,但由于地形地貌、工程技术等不可抗因素的限制,某些线路无法绕避,为了更直观有效地判别铁路对景区的影响,可利用此技术搞清楚线路与景区的可视关系,并依据可视距离综合评判铁路工程建设对景区的视觉景观影响。另外根据铁路(或景观道路)的两侧区域的可视范围图进行取弃土场、大临工程的选址合理性分析,将对景观破坏严重的大临工程调至可视范围之外。

本文为铁路建设项目的视觉景观影响提供了一套相对较完整、定量的评价方法,为今后类似视觉景观敏感区问题提供了技术参考。通过图形叠置法,将遥感(RS)、地理信息系统(GIS)等先进技术运用于评价当中,一定程度上也提高了评价成果的科技含量及技术水平。但也还存有不足之处,在敏感视点选择和评价影响分级方面的技术还不够成熟,缺乏相关的技术规范。但这并不影响GIS技术在视觉空间分析上的应用,相信随着科技的不断进步,GIS必将在视觉景观环境影响评价及其他环境科学研究中得到广泛的应用。

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