基于GIS的秦皇岛市生态旅游适宜度评价

吴玉红,刘 琳,郑 丹,刘思思,郭冬梅

(1. 河北环境工程学院 环境科学系,河北 秦皇岛 066102 2. 秦皇岛职业技术学院,河北 秦皇岛 066100)

生态旅游适宜度评价是在生态旅游资源与生态旅游环境调查评价的基础上,对研究区域开展生态旅游的适宜程度进行的评价[1]。随着国内外生态旅游业的不断发展,对生态旅游适宜度的评价越来越受到人们的关注。随着“3S”技术的不断发展,基于GIS技术与层次分析法(AHP)开展生态旅游适宜性评价已经成为国外生态旅游的研究热点。Bunruamkaew等[2]采用层次分析法从自然性、野生生物分布、地形地貌、原生态性及社区特征5个方面构建评价指标体系,在GIS技术的支持下,对泰国的素叻他尼省进行生态旅游适宜性评价。Mansour等[3]以阿曼的马西拉岛为例,结合GIS技术与层次分析法对生态旅游开发进行适宜性评价。近年来,国内研究者分别采用层次分析法(AHP)[4]、人工神经网络模型[5]、GIS方法[1]等对乌苏里江国家森林公园[6]、黄土高原[7]、山地景区[8-9]、自然保护区[10-11]、沙漠[12]等不同类型的区域进行了生态旅游适宜度评价,为各区域生态旅游的合理开发提供了科学依据。

秦皇岛市位于河北省的东北部(39°24′～40°37′N,118°33′～119°51′E),全市现辖4区(海港区、北戴河区、山海关区、抚宁区)3县(昌黎县、卢龙县、青龙满族自治县)。秦皇岛市自然景观特色突出、生态环境良好、人文资源丰富,目前已形成以长城、滨海、生态为主要特色的旅游产品体系,生态旅游发展前景广阔。近年来,大规模、高强度的旅游开发活动使得秦皇岛市部分旅游资源和生态环境受到破坏。因此,在秦皇岛地区进行生态旅游开发一定要结合旅游资源和生态环境状况进行生态旅游适宜度评价。基于此,本研究以秦皇岛市为例,基于生态旅游、适宜度评价的相关理论和研究区域的实际情况,从生态旅游资源、生态环境条件和社会经济条件三方面构建生态旅游适宜度评价指标体系,结合GIS空间数据处理的技术方法进行生态旅游适宜度评价,为秦皇岛市生态旅游规划和未来发展方向提供科学依据。

1 研究方法

1.1 数据来源与预处理

秦皇岛市A级旅游景区分布、旅游基础设施数量均来源于秦皇岛市旅游局官方网站。秦皇岛市30 m分辨率DEM数据和Landsat 8 OLI_TIRS遥感影像均来源于地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn/)。以研究区Landsat遥感影像为基础数据源,按照土地利用分类系统,通过监督分类和目视解译得到研究区土地利用类型图。秦皇岛市行政区划数据、主要交通干道数据、主要居民点数据均是以秦皇岛市行政区图作为底图进行屏幕矢量化获取。秦皇岛市人均GDP和第三产业比重数据从《秦皇岛市统计年鉴2019》和《河北经济年鉴2019》中获取。运用ArcGIS10.2软件将上述指标数据坐标系统一为WGS_1984_UTM_Zone_50N 投影坐标系,栅格单元大小统一为100 m ×100 m。

1.2 评价指标体系的构建

本研究参考生态旅游适宜度评价的相关文献[1,13-14],综合考虑指标全面性、数据可获得性和可操作性以及秦皇岛地区的实际情况,从生态旅游资源、生态环境条件和社会经济条件三方面,选取13个指标构建秦皇岛市生态旅游适宜度的评价指标体系,具体指标见表1。

1.3 权重的确定

邀请有关旅游、生态、环境等方面10位专家进行问卷调查,采用1-9标度法对生态旅游适宜度评价指标体系中的各项指标的重要性程度通过两两比较进行赋值。然后基于层次分析法的Yaahp6.0软件,通过构建层次结构模型、判断矩阵并对矩阵进行一致性检验,得到每位专家对各层级评价指标的权重的计算结果,最后将10位专家的权重计算结果取平均值得到各层级评价指标的最终权重(表1)。

表1 秦皇岛市生态旅游适宜度评价指标体系

1.4 评价因子的分级标准

本研究依据国家、行业和地方标准,相关参考文献的类比标准、自然间断方法和主观判断方法等对各评价指标值进行标准化。根据指标是否适宜开发生态旅游这一标准,分为4个等级,由高到低依次赋值4,3,2,1,结果见表2:

表2 秦皇岛市生态旅游适宜度评价指标分级标准

1.5 生态旅游适宜度评价模型

本研究采用多因子加权叠加法对秦皇岛市生态旅游适宜度进行评价。其评价模型为:

式中:Si——某评价单元生态旅游适宜度综合得分;Wj——第j个因子的权重;Fj——第j个因子的得分;n为评价因子数。

2 结果与分析

2.1 单因子评价

2.1.1 生态旅游资源品位

在生态旅游资源点数据的属性表中建立一个表示生态旅游资源等级的字段,5A级景区赋值为4,4A级景区赋值为3,3A级景区赋值为2,2A级景区赋值为1。基于ArcGIS10.2软件的Spatial Analyst工具对生态旅游资源数据进行反距离权重插值运算,插值字段选择等级字段,得到生态旅游资源品位的栅格数据。依据评价指标分级标准(表2),对其进行重分类得到生态旅游资源品位适宜度分级图(图1(a))。生态旅游资源品位高度适宜区和中度适宜区面积分别占秦皇岛市总面积的10.87%和27.44%,主要分布在研究区的东南部沿海和东北部山区,这些区域具有祖山景区、山海关风景区、乐岛海洋公园、角山、长寿山、新澳海底世界、秦皇求仙入海处、野生动物园等品位较高的旅游资源;临界适宜区和不适宜区面积分别占总面积的23.58%和38.11%,主要分布在研究区的西部。

2.1.2 旅游资源分布密度

通过百度地图获取秦皇岛市主要的80个旅游景区(包括A级旅游景区)地理坐标,基于Arc-GIS10.2软件,将其转换成点矢量数据,基于Spatial Analyst工具对其进行核密度分析,不设Population计算字段,设置搜索半径为50 000,得到生态旅游资源分布密度的栅格数据。依据评价指标分级标准(表2),对其进行重分类得到旅游资源分布密度适宜度分级图(图1(b))。旅游资源分布密度高度适宜区和中度适宜区面积占总面积的比例分别为17.34%和18.83%,主要分布在研究区的东部;临界适宜区和不适宜区面积占总面积的比例为26.83%和37.00%,主要分布在研究区的西部。

2.1.3 自然旅游资源比重

基于ArcGIS10.2软件的Spatial Analyst工具,计算所有旅游资源点与点之间的欧氏距离。设定旅游资源点处为圆心,并以 20 km 为半径划定评价单元,对每个单元的自然旅游资源占比情况进行计算,将值赋在中心点处,同时利用反距离权重法对其进行空间插值运算,得到自然旅游资源比重的栅格数据。依据评价指标分级标准(表2),对其进行重分类得到自然旅游资源比重适宜度分级图(图1(c))。自然旅游资源比重高度适宜区面积占总面积的24.80%,主要分布在研究区的东北部山区;中度适宜区面积占比为25.89%,主要分布在研究区的北部;临界适宜区面积占比为22.75%,主要分布在研究区的东南部沿海;不适宜区面积占比为26.56%,主要分布在研究区的西南部。

图1 旅游资源条件准则层单因子适宜度评价分级

2.1.4 高程和坡度

基于ArcGIS10.2软件的Spatial Analyst工具—提取分析工具,以秦皇岛行政区边界为掩膜,裁剪得到秦皇岛市DEM栅格数据。基于秦皇岛市DEM数据,利用Spatial Analyst工具—坡度工具,得到秦皇岛市坡度栅格数据。依据评价指标分级标准(表2),对其进行重分类得到DEM和高程适宜度分级图(图2(a)和2(b))。高程和坡度的高度适宜区面积均最大,占总面积比例为51.89%和47.64%,主要分布在研究区的南部平原地区。高程和坡度不适宜区面积均最小,占总面积比例为0.73%和3.99%,主要分布在研究区的北部山区。

2.1.5 生物丰度指数

基于ArcGIS10.2软件,将土地利用现状图和秦皇岛行政区图进行相交、融合等操作,获取秦皇岛市不同县区不同土地利用类型的数据,然后通过生物丰度指数公式[15]计算出各县区生物丰度指数,最后利用要素转栅格工具将其转换为生物丰度指数栅格数据。依据评价指标分级标准(表2),对其进行重分类得到生物丰度指数适宜度分级图(图2(c))。生物丰度指数高度适宜区面积最大,占总面积的67.70%,分布在青龙满族自治县、海港区和抚宁区;中度适宜区面积最小,所占比重为2.48%,分布在山海关区;临界适宜区所占比重为12.28%,分布在卢龙县;不适宜区面积所占比重为17.54%,分布在昌黎县和北戴河区。

2.1.6 植被覆盖度

利用秦皇岛市30 m的Landsat 8 OLI_TIRS影像数据,根据NDVI计算公式,基于ENVI软件的波段运算工具,得到植被覆盖度栅格数据。依据评价指标分级标准(表2),对其进行重分类得到植被覆盖度适宜度分级图(图2(d))。植被覆盖度指数高度适宜区和中度适宜区面积分别占总面积的18.48%和39.19%,主要分布在研究区北部的青龙县;临界适宜区面积所占比重为28.54%,主要分布在研究区南部地区;不适宜区面积所占比重为13.79%,主要分布在研究区东南部沿海地区。

图2 生态环境条件准则层单因子适宜度评价分级

2.1.7 水网密度指数

基于ArcGIS10.2软件的Spatial Analyst工具—水文分析工具,从秦皇岛市DEM中提取河网数据,将秦皇岛市行政区图与河网数据进行叠加分析,统计得到不同县区的河流长度数据。不同县区的水域面积来源于土地利用现状数据,水资源量数据来源于秦皇岛市水资源公报。通过水网密度指数公式[14]计算出各县区水网密度指数,最后利用要素转栅格工具将其转换成水网密度指数栅格数据。依据评价指标分级标准(表2),对其进行重分类得到水网密度指数适宜度分级图(图2(e))。水网密度指数高度适宜区面积占总面积的15.47%,分布在昌黎县;中度适宜区面积占比为4.54%,分布在山海关区和北戴河区;临界适宜区面积占比为13.25%,分布在抚宁区;不适宜区面积最大,占比为66.74%,分布在海港区、卢龙县和青龙满族自治县。

2.1.8 交通便利性和与主要居民点距离

基于ArcGIS10.2软件的Spatial Analyst工具对主要交通干道数据和主要居民点数据进行欧氏距离制图,得到与主要交通干道距离和与主要居民点距离的栅格数据。依据评价指标分级标准(表2),对其进行重分类得到主要交通干道距离和与主要居民点距离适宜度分级图(图3(a)和3(b))。研究区交通便利性较好,主要以高度适宜区和中度适宜区为主,面积占比分别为48.07%和23.00%。研究区大部分地区距离主要居民点较近,高度适宜区和中度适宜区面积占比分别为21.00%和34.47%。

图3 社会经济条件准则层单因子适宜度评价分级

2.1.9 旅游设施数量、人均GDP和第三产业比重

以县级行政区为评价单元,将秦皇岛市4区3县的旅游设施数量、人均GDP和第三产业比重数据分别输入到属性表中,然后基于ArcGIS10.2软件的要素转栅格工具,将其转换成旅游设施数量、人均GDP和第三产业比重的栅格数据。依据评价指标分级标准(表2),对其进行重分类得到旅游设施数量、人均GDP和第三产业比重适宜度分级图(图3(c)、3(d)和3(e))。旅游设施数量和人均GDP主要以不适宜区为主,面积占比均为57.23%,分布在卢龙县和青龙满族自治县。旅游设施数量高度适宜区面积占比为9.50%,分布在海港区,人均GDP高度适宜区面积占比为27.04%,分布在海港区、北戴河区和昌黎县。第三产业比重主要以临界适宜区为主,面积占比为59.71%,分布在山海关区、卢龙县和青龙满族自治县;高度适宜区面积占比为11.57%,分布在海港区和北戴河区。

2.2 综合评价

在ArcGIS10.2软件中,加载上述重分类后的各评价指标分级栅格图,利用Spatial Analyst工具—地图代数模块中的栅格计算器,根据表1中各评价指标的综合权重值,将这些栅格数据进行加权叠加,得到秦皇岛市生态旅游适宜度评价指数图(图4(a)),秦皇岛市生态旅游适宜度评价指数范围为1.41～3.79。根据表3,利用Spatial Analyst工具中的重分类功能,采用自然间断法,将其分为四个等级:即高度适宜区、中度适宜区、临界适宜区、不适宜区,并得到秦皇岛市生态旅游开发适宜度等级分布图(图4(b))。

表3 秦皇岛市生态旅游适宜度评价统计

图4 秦皇岛市生态旅游适宜度评价

2.2.1 高度适宜区

秦皇岛市生态旅游开发高度适宜区面积为1 425.19 km2,占秦皇岛市总面积的18.26%,这些地区集中分布在秦皇岛市的东南部沿海和东北部山区,涉及海港区、山海关区的大部分地区、抚宁区的东北部和东南部、北戴河区的中南部、青龙满族自治县的东南部。从生态旅游资源条件方面看,该区域生态旅游资源分布密度最高,生态旅游资源品位等级最高,东北部山区自然旅游资源比重最高,东南部沿海区域自然旅游资源比重相对较低,具有发展生态旅游的资源优势。从生态环境条件方面看,该区域东南部沿海地区地处平原,地形坡度小、海拔低,植被覆盖度相对较低。东北部山区植被覆盖度较高。生物丰度指数除北戴河区较低外,其他区域均较高。山海关区和北戴河区的水网密度指数较高。从社会经济条件方面看,除青龙满族自治县之外,该区域人均GDP、旅游基础设施数量和第三产业比重均较高。该区域有国道102、国道205、京哈高速、秦滨沿海高速、省道251、省道364等多条公路穿过,交通十分便利。附近县区级居民点也较多。该区域旅游资源、生态环境和社会经济条件等方面都存在一定的优势,是未来生态旅游开发的首选地段,应当在不破坏生态环境的情况下,建设生态旅游区,大力推进生态旅游规划和建设,使之成为省内乃至国内生态旅游的典范。

2.2.2 中度适宜区

秦皇岛市生态旅游开发中度适宜区面积为2 015.95 km2,占秦皇岛市总面积的25.83%,大部分分布在高度适宜区的周边外围地区,涉及海港区的北部、山海关区的中部、抚宁区的中部、青龙满族自治县东部、昌黎县的东北部、北戴河区的东北部和西北部。从生态旅游资源条件方面看,该区域生态旅游资源分布密度、生态旅游资源品位、自然旅游资源比重均较高,具有一定的旅游资源基础。从生态环境条件方面看,生物丰度指数除昌黎县和北戴河区较低外,其他区域均较高。植被覆盖度除青龙满族自治县较高外,其他区域均较低。水网密度指数除昌黎县最高外,其他区域均较低。从社会经济条件方面看,除了青龙满族自治县和抚宁区的人均GDP和旅游设施数量较低外,其他区域较高。北戴河区、海港区和抚宁区的第三产业比重较高,其他区域第三产业比重较低。综合来看,与高度适宜区相比较,该区域总体条件存在一些不足,可作为开发生态旅游活动的备选区。该区域在开展生态旅游活动时要注意与高度适宜地区相互配合,同时要加强生态环境的保护,使旅游发展和生态环境相协调。

2.2.3 临界适宜区

秦皇岛市生态旅游开发临界适宜区面积为25 74.42 km2,占秦皇岛市总面积的32.98%,主要分布在秦皇岛市的中部地区,涉及昌黎县的中部和东南部、青龙满族自治县的中部和西部、抚宁区的西部、卢龙县中部一小部分地区。从生态旅游资源条件方面看,该区域生态旅游资源分布密度、生态旅游资源品位均较低,自然资源比重除了青龙满族自治县部分区域较高外,其他区域均较低。从生态环境条件方面看,该区域植被覆盖度相对较高。生物丰度指数除昌黎县较低外,其他区域较高。水网密度指数除昌黎县最高外,其他区域均较低。从社会经济条件方面看,昌黎县的人均GDP、旅游设施数量较高,其他区域人均GDP和旅游设施数量均较低。第三产业比重除抚宁区较高外,其他区域均较低。该区域生态旅游发展条件一般,不能过度进行旅游开发建设项目,应在保护生态环境基础上,利用现有条件适当发展生态旅游。

2.2.4 不适宜区

秦皇岛市生态旅游开发不适宜区面积为1 790.40 km2,占秦皇岛市总面积的22.93%,主要分布在秦皇岛市的西部地区,涉及卢龙县大部分地区、昌黎县的西部、青龙满族自治县的西部。从生态旅游资源条件方面看,该区域旅游资源分布密度、旅游资源品位和自然资源比重均较低,开展生态旅游的资源基础较差。从生态环境条件方面看,水网密度指数除昌黎县最高外,其他区域均最低,青龙满族自治县生物丰度指数和植被覆盖度较高,其他区域均较低。从社会经济条件方面看,人均GDP除昌黎县较高外,其他区域均较低,旅游设施数量和第三产业比重均较低,同时交通也欠发达。综合看来该区域不适宜生态旅游的开发。

3 结论

本研究以秦皇岛市为例,运用层次分析法(AHP)从生态旅游资源、生态环境条件和社会经济条件三方面构建生态旅游适宜度评价指标体系,并基于GIS空间分析技术,以100 m×100 m栅格作为评价单元对其生态旅游适宜度进行了综合评价,得到秦皇岛市生态旅游适宜度的空间分布图。研究结果将生态旅游适宜度划分为高度适宜、中度适宜、临界适宜和不适宜四个等级。其中临界适宜区所占面积最大,占秦皇岛市总面积的32.98%;其次是中度适宜区,占25.83%;再次是不适宜区,占22.93%;高度适宜区面积最少,占18.26%。影响生态旅游适宜度的因素很多,受数据获取方式的制约,本研究只从生态旅游资源、生态环境条件、社会经济条件三方面选取了13个有代表性指标作为秦皇岛市生态旅游适宜度评价因子,这可能会在一定程度上影响生态旅游适宜度划分结果,今后应该进一步完善生态旅游适宜度评价指标体系。评价指标体系中的生物丰度指数、水网密度指数、人均GDP、旅游设施数量、第三产业比重都是以县区为单元进行统计制图的,指标因子空间化精度还有待进一步提高。