公路景观环境评价与S技术应用

公路景观环境评价与3S技术应用贺志勇张肖宁摘要：公路景观环境设计与评价是我国公路建设中的新课题，3S技术在公路交通建设领域具有广阔的应用前景。介绍了公路景观的视觉特征，给出了公路景观环境评价程序，初步探讨了3S技术在景观评价数据采集、管理、分析、模型建立以及公众参与等方面的应用功能及发展趋势，旨在促进我国公路景观环境评价技术的提高，实现公路景观建设的可持续发展。关键词：公路景观；3S技术；环境；评价公路景观环境设计与评价研究，欧美国家始于19世纪初。如1965年美国国会通过的《道路美化条例》及1969年通过的《国家环境政策法》等，均清楚的表达了保护景观审美资源的目标，以期能使公路给使用者提供一个赏心悦目的经历，并尽可能把公路构筑物对周围环境的视觉冲击影响减低到最小。随着计算机技术的发展，GIS技术在景观规划设计和评价领域也得到了广泛的应用，早在1971年美国就开始研制基于GIS技术的城市景观规划模型METLAND（theMetropolitanLandscapePlanningModel），该模型已在自然景观资源管理、土地利用规划、景观规划与评价、生态和公众参与等方面获得成功应用。英国、德国、新西兰等国家近年来也大量采用GIS、RS、GPS等技术进行景观的规划设计和评价管理，取得了举世注目的成就。我国也开始重视公路景观环境问题，从政府官员到景观规划师、地理学家、林学家、旅游专家以及心理学家等开始着手对景观评价、景观感知等进行研究，促进了“绿色通道”、“旅游道路”和“生态公路”的建设，使一些高等级公路和大跨度桥梁变成了当地的旅游道路和旅游景点。同时，3S技术在公路建设各方面也得到开发和应用，如“九五”国家重点科技攻关项目“国道主干线设计集成系统开发研究”（包括“GPS、航测遥感、CAD集成技术开发研究”、“GIS在公路设计中应用的共性及综合技术研究”、“基于公路环境保护的GIS应用与开发”等子项目）。这些研究对公路建设发挥出巨大的科技推动力。但3S技术在公路景观环境评价方面的应用研究还比较少，本文首先分析了公路景观的视觉特征，给出了公路景观环境评价程序，探讨了3S技术在公路景观环境数据采集、管理、模拟分析和公众参与中的应用，以期促进3S技术在公路景观环境评价领域的开发研究，提高我国公路景观环境评价的技术水平。1、人对景观的理解及公路景观的视觉特征无论东方文化还是西方文化，“景观”的含义更多具有视觉美学方面的意义，与“风景”（scenery）同义或近义。公路景观分为内部景观和外部景观，行驶在公路上的司乘人员见到的路上的景观、在停车场、服务区等附属设施内所看到的景观称为内部景观；从公路沿线居住地和其他道路上看到的公路景观称为外部景观。公路景观是一个动态三维空间景观，具有韵律感和美感，同时又包含一定的社会、文化、地域、民俗等涵义。视觉是人认识世界、判断物体物理特征的基础。具研究，人们所获得外界信息的90%以上来自视觉感受。当人在运动中想要看清物体时，需要停下来仔细观察，走马观花只能获得物体的大概印象，因为人的感官适应于感受和处理运动速度在1.4-4.2米/秒以下的对象，如果运动速度增加，观察的细节和处理信息的能力就会下降。运动过程中视野的大小随车速在变化，视野中的画面也随着周围环境而变化。公路景观是视觉艺术，公路上的用路者进行的是有方向性的活动，对驾驶员而言，当速度逐渐增高时，头部转动的可能性逐渐变小，注意力被吸引在车道上，视线集中在较小的范围以内，注视点也逐渐固定起来，此时视野很窄而形成所谓的隧道视。且车速越大，驾驶员对前面不容易注意到的范围也越大。驾驶员只有在不紧张的情况下，才可能观察与公路交通无关的事物或注意两旁的景物。当车辆以60km/h速度行驶时可看清前方370m处的标志，而车速增加到80km/h,则辨认距离为500m。对于一个标志而言也就是车速增加后，如果以相同距离识别标志则需要加大标志尺度，对交通环境而言，就是车速增大景观元素的尺度也应加大（图1）。车速的变化还会引起人对道路两侧景观的观察，试验证明当车速为64km/h时，能看清两侧24m之外的物体，而车速在90km/h时，则需在33m以外才能看清，小于上述距离则无法看清。一般用路者在公路上活动时，俯视要比仰视来得自然而容易，站立者的视线俯角约为10度，端坐俯角为15度，如在地势高的地方对公路眺望，角度没有明显的影响，因此对路面以上一段高度内的景物，印象较清晰，而对上部印象则较为淡薄。车厢内的人与步行者、骑车者视野的不同点之一，是车厢内视线受到车窗尺寸的限制而形成多处死角，同时驾驶者夜间视野又受到头灯角度及中心光束等的限制。根据心理学理论，快速行驶中的用路者需要前方视野开阔才能具有舒畅和安全的感觉，而左右两侧的风景在中距离上具有视觉上的舒适感，部分近距离的视域可以给观察者较清晰的映象，但如果过于集中的近距离视域容易产生压迫感。对于较远的两侧视域来说，过远的景色将会减弱其对观赏者的信息输送水平，达不到较完整的信息传播的目的。在公路景观的规划、设计和评价研究中，要充分考虑景观的视觉特性，从而形成具有时代气息的公路景观。图1注意力集中点和视野、车速关系2公路景观环境评价体系与3S技术应用公路景观环境是一个综合景观体系，由公路本身形成的景观以及公路沿线的自然景观和人文景观所组成。进行公路景观环境评价的目的是为公路建设项目政策制定、规划和设计提供参考，使建成后的公路不仅质量优良、行车通畅，而且风景优美，与自然环境融合协调，让人感到安全、亲切、舒适、雅致和心情舒畅，实现公路建设的可持续发展。公路景观环境及视觉影响评价是环境影响评价中的一个新领域，具有自身的特点和性质，需单独进行评价。公路建设项目环境影响评价与景观规划设计是一个迭代的过程，即在项目的政策制定、规划和设计各个阶段都要考虑环境影响因素，并根据评价反馈信息不断进行修改。国内外经验证明，这是一种成功方法，不但投入少，而且效率高，可以使公路建设项目对环境的影响和破坏降到最小。一般的公路景观环境及视觉影响评价程序见图2，其主体部分一般是由影响评价的类型识别及等级划分、现状调查评价、影响预测、影响评价和减缓措施等构成，下面重点阐述3S技术在其中的应用。图2公路景观环境评价程序框图2.1RS（遥感）、GPS--景观数据野外调查和收集的主要手段进行景观及视觉影响评价，需要调查和收集的资料包括：区域发展计划，各种规划设计文件，最新或已有的地形图，各种专题图，地质、地形、排水、土壤、气候，建筑物、道路、铁路、桥梁以及其他人工建筑物；史迹、文物遗迹等文化遗迹及景观的演化过程、建筑物及受影响的人士以及他们对景观特色的感受，可供观赏的景色、怡人的视觉景象和视觉景象的特色，景观和视觉景象对环境改变的敏感程度，景观整体的美学特征和环境氛围等等。景观数据是景观分析和评价的基础，传统的方法是通过野外实地考察、测量、调查来获取，而对于大范围景观分析评价，需要采集和处理的数据量非常庞大，传统方法无法满足要求，遥感（RS）技术和GPS是解决问题的有效方法。RS能及时获得大范围、多时相、多波段的地表信息，为不同时序上从局域到全球各种现象的综合分析创造了条件。尤其是美国1米全色和4米多光谱IKONOS遥感影像的获得，为在更深层次上进行景观分析和监测提供了准确获取所需数据的源泉。利用遥感影像可以进行景观特征分类，制作各种专题地图，以及制作三维地貌影像图及可视化。而GPS的快速精确定位功能弥补了RS的不足，能将RS获取的数据实时、快速的进入GIS系统，并保证RS数据与地面同步调查数据获取的动态配准，动态地进入GIS数据库。在进行野外调查和测量时，要确保收集到的信息全面、一致和精确。传统的手工记录方式，不但效率低，而且容易遗漏数据。当有多个测量队同时开展工作时，在对景观类型的调查、描述和理解等方面，很容易出现不一致，导致出现错误。手持式GPS和PDA或PocketPC以及MobileGIS系统的出现，很容易的解决了这些问题。将调查区的地图事先输入到PDA或PocketPC中，这样就可以在现场边测边检查，或者通过MobileGIS方式来进行，剩去了数据的二次输入，减少了出错机会，节省了时间，保证了精度。子2.2叫GIS不-案-悼景观数据管理渴的有效工具弦景观评价的数把据资料包括定牛量数据和定性骗数据，类型众注多，如航空影愁像，卫星遥感决影像，各种照缠片，数字地面权模型淘（于DT准M势）崇，目栋地形图，规划仪文件，建筑物喉，北水文，地理、摆土壤和土地利殖用迹/煌土地覆盖图，业历史遗迹、考赶古和生态数据喘，测量数据，优统计资料等。开如此复杂的数嚷据，只有利湿用梁GIS忍育技术才能进行米有效的管理译。青GI冤S眠具有对空间数拦据进行采集、甩存储、更新、典检索、统计、堆制图、模型应脂用和空间分析颠的强大功能。辣采妄用称GI翅S狱可以：搏（卡1液）将不同即格舍巩式、零散的数衔据和图像资料恨（如各类图表晚、记录）加以某综合并存储在康一起，便于长辨期、有效的利恼用；夏（隆2第）将各类地图竭（空间资料）焦和有关图中内漫容的文字和数尾字础记纱全录（特征资料误）完善地融为佩一体；杨（誓3来）方便的检查珍和更新空间资棍料及其相关信女息；染（成4给）为进行景观逗分析和建立景夏观模拟模型提砌供技术构架，坚有利于景观及折生态托学紧辟家等进行复杂膨的数学计算和越模拟研究；鄙（削5逐）提高景观资轿料的质量，大雷大增加了对资油料的存取速度敏和分析能力，奸促进景观规划吸设计、评价和脸资源管理的效丙率。城（被6戒）举监功能强大的数旷字化功能，克抽服了传统数字指化方法费时、掀费力，精度不址容易控制的不贿足。荐（协7关）界面友好，航操作方便，是圾一个开放式的涛研究平台。旧可视化、虚拟惰现实臂（装V刺R简）感、桑3DGI门S刃和恳WebGI吐S专是狠GI序S础技术的最新发蚊展登。赔GI央S盟可视化是采用缘计算机图形图乎象技术，将复陵杂的自然景观长，甚至十分抽偏象的地理概念饰图形化，以便饮了解自然遍现仗睁象，发现规律工和传播知识努。替V禁R索技术的研究促更进扰了胞GI美S习与很Intern韵et民平、塘We租b筑的集成，通过线链接声音、照拜片、遥感影像摇、视频动画等县，使用户在三魔维虚拟地理环翻境中实现观察澡、触摸、操作漏和检测。耀2.3控赤景观模型芳景观分析技术贝，常用的有透采视图法、素描啊、集成照片法筛、制作模型法起和计算机模拟伴等。景观模型岭和模拟，无论桐对于景观分析创、影响预测、晕景观评价，还萍是专家或公众雹参与以及减缓竖措施和影响效齿果的复核等，羞都具有举足轻挠重的作用。早抬期吹GIS饱术在模拟模型中票的作用主要是坚收集、储存和既处理数据，当脖前，地理信息倦系亦统斧(GIS树)同分析技术得到故迅速发展，各劣种盟GI产S斤软件都具有强领大的分析功能枪，如迭加处理蠢、聋码邻区比较、网骂络分析和测量扛统计讨。教GIS刊温与各种景观模铁型、生态模型体、大气污染扩产散模型等的结雀合，既增加期了肾GI慕S津的动态分析能默力和生态学实犹用价值，又使骑模拟模型在处您理空间信息和恩研究景观空间贸作用蔽方混咳面的能力大大黄增强。三维数搬字地形建读模叛(DEM胃)猜是洒GI欧S抄中的重要内容掩，是公路景观自及视觉环境三馒维特征分析、父空间环境分析燕、土石方计算干、地形三维可含视化、抬工在仪程模拟仿真与耳动画制作的基凳础。在三维愤遥感图驱像锋DE净M涌上，用户可以搁自由设置观察秀路线和角度，堆模拟驾驶行驶址或空中飞行，彼对评价区进行胆多方位观察，沸从而更好的向分东培析公路工程环英境，给人一种价亲临其境的感粒觉。非在努GI羞S乘平台上宵，假DT精M狼与遥感图像及爪其他图形图像也信息相结合，单实现工程环境堡三维可视化，触现在已成为景详观环境及竹视烦搭觉影响评价的举主要方法。暑基筝于语GI贵S旧技术发展起来败的集合多种空协间分析功能的缩空间明晰化模森型昏(Lands贺capee枯cologi致calde参cision灯ande禽valuat宋ionsu液pport蜜system称)咐是面向景观规搂划、评价和决赛策人员的专家歼系统，能帮助斩决策者对景观擦中自然环境部交分进行管理和哄规划，尽量减堵少未来出现的曲不确定因子，示能同时考借虑严咳生境时空格局咬和物流种宾-萌生境之间的关父系，分析不同拴决策方案对植界物和动物种群争造成的生态后武果，并将影响名后果在空间上脱清楚地直观表叨达，使管理者核能选择一种最锯佳周的院单土地利用及生策境管理方艰式虽,猪提高了决策的冻科学性。在经临过景观分析后约的区域或在景行观模拟模型上执对规划公路景锐观环境进行评铃价，除了考虑式自然地理和工乐程标耗准闲,突还充考纹哲虑了景观生态凭价值、美学价菠值、视觉容量绑和景观安全格季局，这种方法瓜能将对环境影禾响和景观破坏勿最小的走廊显注示出来，使规拾划线路从最适饼合区域通写过穗,甲确保公路景遗观时翁与自然景观浑滥然一体、相容煮协调，共同构读筑一个良好的最景观环境。筛2.4呜呀公众参与方公众参与景观览环境及视觉影割响评价是评价刻工作的必要组尿成部分，不但俊可以收集到大概量的有用信息傅，显著提高景宪观影响评价的求质量，而且可钩以使所在地的着公众，团体，哨单位等的合法匙利益得到充分榨保证，促进公暖众对景观环境秃的了解、重视惭和自觉保护。岂对公众进行宣思传及与公众进果行沟通的方式第较多，常用的眨有新闻媒体发葡布信息、社会猛调查（访问调殿查、信函调查寻）、举行各种弟会议和项目咨侨询。但在景观物评透价厚完过程中，如何蛮让普通民众理高解专业性较强各的景观和视觉申影响评价，提浩高公众参与评皆价的效果，一鸡直是个难题。问可视化是解决拼问题的有效方哑法。而基悠于约GIS致钩可视化技术的盆公众参与评价卡已在西方等发抖达国家得到有舍效的应用干。债GI撤S拘作为可视化公苦众参与技术最赔大的特点和益右处在于：提供栽给普通公众一端个通向巨量复信杂空间炼数提娇据的途径以及续一个强大的分居析工具。景观耍规划设计、管性理和评价都涉吐及大量复杂牌的空间地理信甜息和社会经济畏信息，往往只钞有专家才有能趋力获取、处理陕和分析这些继信从饭息，从而完成肆专业性较强的君景观评价工作割。梢而筛GI尖S蜘技术提供了完凭善的数据库组简织、形象的可逮视化语言和强来大的分