GIS在旅游线路设计中的应用(定稿)总结

1绪论

1.1 研究背景

作为朝阳型的世界第一大产业，旅游业越来越受到人们的亲睐，数十年来全球旅游业实现了持续发展。来自世贸组织的预测，在21世纪初中国将成为世界上最大的旅游国。而到2020年，中国入境旅游的人数就将达1.37亿人次，对如此巨大的旅游流的研究也显得具有极大的紧迫性和必要性。其实科技的不断发展，也使得地理学研究的各个方面都需要有新技术融入，尤其是如此蓬勃的旅游业。旅游流研究中海量的数据反映出的丰富信息以及各景区景点间的联系和动态变化资料需要GIS技术的支撑和协调。建立一个专门研究中国旅游景区整体规划的地理信息系统能从定量、动态等方面进行综合分析处理，把各种地理信息数据转换成支持决策的科学根据。

人类用来纪录各种空间现象的主要工具之一，地图对于人类的生产生活实在是不可忽视。经过长时间的经验累积，人类都是按照惯用的使用方法及使用型态来使用地图；不再是用纸张来而是电子讯号来传递信息的电子地图，有着许多传统地图无法达到的优势，例如：查询分析，路径规划等。再次基础上结合计算机的发展，地理信息系统（GIS）即应运而生。

虽然早在50年前加拿大地理信息系统（CGIS）就已经开始运作，但在早期，其主要的工作平台也都是价钱昂贵的工作站计算机，极高的软硬件价位也使得小老百姓望而却步，只有政府或大型研究机构才能负担，这使得多年来GIS始终定位在专业用途上；就连操作人员，也必须经过多年训练的专业人才才能胜任各项工作。可叹的是近十年来的发展，使用者计算机接口及软硬件功能的进步使得地理信息系统已经可以很方便地在个人计算机上安装，经过短期训练的人员也可以加以操作。

1.2 国内外研究现状

信息技术在第一届信息技术与旅游国际会议上被认为是现代旅游业发展与提高竞争力的一个决定性的因素。例如分布式旅游目的地数据库会对

旅游产生现实旅游无法匹敌的影响；要将旅游产品的电子化和全球化作为旅游营销的重要手段；相对于传统导游，日益发展的电子导游使旅游者拥有了更多的决策选择。这些时代性的变革促使旅游理论研究更加迅速得加以完善。GIS作为信息技术的重要组成部分，在旅游上的应用显得水到渠成，无论是旅游路线的选择、旅游流的空间分布，还是旅游资源的保护、旅游规划等都在GIS的辅助下变得方便严谨。不仅如此，GIS在其它领域的应用中所取得的成就和经验也能对旅游地理信息系统(TGIS)的发展起到一定的推动作用。独特的旅游资源对旅游业的发展固然重要，但更重要的是相关优质服务的宣传。一个好的区域旅游形象包装对旅游宣传至关重要，只有通过多种形式和不同渠道的宣传，旅游资源的知名度才能得以提高，从而打造优秀旅游单位的品牌。要实现此目的，需要综合分析游客的吃、住、行、玩、购物等活动，这样大量的信息只有借助先进的计算机技术、数据库技术和空间分析技术建立的旅游地理信息系统来处理，实现旅游业的数字化。

1.2.1 国内研究现状

GIS在一个国家内的应用和普及，其实是一个技术传播的过程，即GIS 技术从无到有，从少到多，从少数部门到多个部门，最终普及到一定的组织管理、科学研究和社会活动中。GIS在早期应用中比较容易失败，政府在GIS应用中扮演重要的作用。其在发展中国家的应用基本上是一个技术积累和跟随过程，在实施和应用的过程中受到制度和组织管理的影响很大。同时，GIS在具体行业内的实现和应用是一个复杂的技术转移的过程，将技术融入组织管理的过程，具有一定的难度。这就使得多数的GIS传播时主要关注GIS技术与组织管理间的关系。目前，我国的GIS在风景名胜区规划中的应用还局限于一些普通的地形建模、坡度坡向和水文分析等，在游路系统规划中的应用上只有少数学者针对这个领域做过一些研究和尝试性应用。运用GIS建立数字高程模型，在景区中寻找最佳线路的研究较少，这个领域的学者多数也以得到一个适合于案例的选线结果为目标，极少探讨出一种具有共性的旅游道路规划系统模型，也就是说GIS在风景名胜区的规划中的应用始终处于一种不成体系的状态，所以很难实现其普及应用。

1.2.2 国外研究现状

本就比国内起步早很多的地理信息系统经过了40多年的发展，今天在国外特别是发达国家的应用普及程度更是远远超过国内目前的发展现状，各行各业的高层决策早己把GIS作为必不可少的有效管理和辅助性决策工具，只要涉及到复杂决策或者管理问题的领域几乎都会借助GIS平台解决。

1.3 理论介绍

本节会将论文中涉及到的基本理论加以介绍，为后面的操作提供一定的理论依据。

1.3.1 地理信息系统

地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）,有时也称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是管理和分析空间数据的应用工程技术，同时又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。GIS的技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便于解决复杂的规划和管理问题。

GIS技术包含了处理信息的各种高级功能，而它的基本功能却是数据的采集、管理、处理、分析和输出。GIS以这些基本功能为依托，通过利用空间分析技术、模型分析技术、网络技术、数据库和数据集成技术、二次开发环境等等，延伸出许多丰富多彩的系统应用功能，被广泛地应用到资源管理、区域规划等领域，以满足用户的广泛需求。

本文中应用较多的空间分析模块 (Spatial Analyst)就是这样一个目前在规划设计领域有着巨大潜力的应用方向，规划师可以快速地从GIS数据中整理出规划所需的各种对象信息，只要拥有了地形、水文、植被分布、降雨量以及土壤分布类型等等，即可基于这些数据通过多种方式进行分析操作，包括距离制图、表面生成、三维空间分析、统计和重分类、栅格计算以及可视化建模等。(汤国安，杨听《 ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》2006)本论文中用到的主要分析如下:

(1)表面分析

通过高程数据集或者数字高程模型(DEM)，即可获得一系列地形分析和仿真模拟结果，如等高线、坡度、坡向、地表起伏度、地面粗糙度、山体阴影等，可以更加客观地了解场地状况和山体的地形走势，并根据这些数据进一步得到合理、科学的决策。

(2)网络分析

网络分析是对地理网络(如交通网络)、城市基础设施网络(如各种网线、电缆线、给排水管网等)进行地理分析和模型化管理的过程，通过研究网络的状态、模拟和分析资源在网络栅格的流动和分配情况，实现对网络结构及其资源的优化问题。(汤国安，杨晰《 ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程》2006)网络分析广泛应用于现实生活中一些涉及到网络拓扑性质的领域，它的分析理念是从运筹学的角度来统筹各个要素的运行，以达到使各个要素都能正常发挥作用，或每个虚拟的要素都可以达到预先设定的目标的目的，比如资源的分配问题、最佳路径的查找、查询匹配等等；随着GIS应用的推广，网络分析己经为人们的生活带来越来越多的便利，也使得其在GIS分析中占有着很重要的地位。

1.3.2 数字高程模型（DEM）

数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写DEM）是指在一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要用来描述区域地貌形态的空间分布，通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），再进行数据内插而形成的。DEM是对地貌形态的虚拟表示，由它可派生出等高线、坡度图等信息，也可与DOM或其它专题数据叠加，用于与地形相关的分析应用，同时它本身也是制作DOM的基础数据。

DEM 的用途有很多，例如：在民用或军用的工程项目(如道路设计)中计算挖填土石方量；为武器的精确制导进行地形匹配；为军事目的提供地形景观；进行越野通视情况分析；道路设计的路线、地址选择；不同地形的比较和统计分析；计算坡度和坡向，绘制坡度图、晕渲图等；地貌分析，计算浸蚀和径流等；与专题数据进行组合分析；当用其它特征(如气温等)代替高程后，同样可以进行人口、地下水位等的分析。

2. 研究方案

在前面的分析中知道GIS在旅游方面的存在着很大的应用空间，甚至是GIS软件的功能理论介绍也有所认识和了解。那么本章就尝试设计一个研究方案，将GIS在路线规划方面的应用在以福建泰宁县为案例的研究中尝试实现。

2.1 研究内容及意义

本文借助GIS技术强大的空间分析功能，尝试以福建泰宁景区为案例进行研究，综合考虑坡度、坡向等地形因子、植被覆盖情况以及景区视域状况，通过赋值叠加后计算最短路径最终得出风景名胜区旅游线路规划体系，为国内发展快速的旅游市场规划提供一定的理论依据和解决方法，使得旅游规划特别是景区游路规划更加合理化、规范化。

2.2 技术流程

本文利用泰宁实习时获得的数字高程模型，提取坡度坡向因子并进而叠加成一个评价因子；同时对泰宁县景观视觉敏感性进行评估，得出泰宁县的视域敏感性因子；再使用Erdas软件从泰宁TM影像中提取出泰宁县的土地利用状况图，再导入ArcGis中分类赋值得出泰宁县的植被因子。最后借助GIS的最佳路径分析对各个景点两两分析得出最后的旅游路线成果。主要技术流程图如下：

图2-1 研究流程图

3资料收集与整理

本章是研究准备阶段，通过对研究数据、研究区概况的介绍，为下一步的研究做好信息准备。

3.1研究数据

本科学习阶段在福建泰宁进行了为期一周的实习，得到泰宁县30米分辨率的DEM、TM数据，从谷歌地图上获得泰宁县主要景点的经纬度坐标等数据，为下一步分析和规划的开展做好坚实的信息储备。

3.2 研究区域概况

3.2.1 地理位置

泰宁县位于福建省西北部的武夷山中段东南侧、杉岭山脉之阳。东邻将乐县，南接明溪县，西连建宁县，北界邵武市。金铙山、白石顶等等高峰环绕着境外，金溪以及它的支流蜿蜒境内，山奇溪秀。泰宁县东西宽64.2公里，南北长66.7公里，总面积达1539.38平方公里。新中国建立后，国家大力发展水电事业，八十年代在此建成的福建省第一大人工湖——金湖，一碧万顷，波光粼粼，仿若镶嵌在武夷山麓的一颗璀璨明珠。

3.2.2 地形环境

县城内的地形复杂,境内一条北东向南西走向的断裂带横穿而过,断裂带西北边岩层是老三纪赤石群陆相沉积岩,呈现出紫红色,所以县城西北端地貌表现为丹霞地貌；断裂带东南边都是第四纪沉积层,地貌表现出低山丘陵,建成区主要位于河谷盆地。

3.2.3 水文条件

境内的主要河流──杉溪，由朱溪、北溪和黄溪三条支流在城东汇合后，向西南流去，在池潭水库与发源于建宁的濉溪汇合成为金溪。由北向南最后折向东南，又与发源于宁化、明溪的铺溪汇合后，经池潭，出良线，入将乐境内。并且与开善溪之水相连。因此泰宁境内所有的河流全部流向

金溪。金溪和其主要支流沿岸形成大小不等的串珠式的冲积平地河谷盆地，尤以朱口和杉城最为明显。1980年池潭水库建成，金溪上游和杉溪两岸便形成一个面积为38.8平方公里的人工湖。

3.2.4 气候条件

泰宁县气候属于亚热带季风型山地性气候。春夏季节东南季风在武夷山脉东南侧受阻，形成雨季，一年雨量大部分都集中在这一时期，平均年降雨量达1766毫米。冬季西北寒流翻越了武夷山脉，进而下侵使得泰宁气温比同纬度其它地区更冷。年平均气温为17℃，最低达到－9℃，最高可达38．9℃，无霜期为262天。

泰宁县主要景点包括大金湖、上清溪、寨下大峡谷、状元岩、猫儿山、泰宁地质博物苑等。本文主要就以上景点以及九龙潭、红军崖、泰宁古城、水上一线天等13个泰宁县境内的景点作为本次研究对象。

4．景区旅游线路选线

本章在第二章和第三张的基础上，具体介绍个景点之间最佳路径的查找与实现，最终得出研究结果。

4.1 数据处理

4.1.1 景点数字化

把从谷歌地图上获得的泰宁县各景点的坐标保存在一张Excel表中，再将其导入到ArcMap中，设置为西安80坐标系即可进行显示，具体操作步骤如下：

1.打开保存有泰宁景点坐标信息的Excel表“泰宁景点”，将其另

存为.csv格式文件；

2.导入数据并生成shp文件：ArcMap中，选择tools-Add XY Data，

选择“泰宁景点”添加，即可显示出泰宁各个景点的分布图，如图所示：

图4-1 景点数字化

图4-2 泰宁县景点分布图

4.1.2 创建成本数据集

4.1.2.1 坡度坡向因子

坡面姿态（坡度及坡向）是指局部地表坡面在空间的倾斜程度和朝向。坡度表示了该局部地表坡面的倾斜程度，坡度大小直接影响着地表物质流

动与能量转换的规模与强度，是制约生产力空间布局的重要因子。坡向是决定地表面局部地面接收阳光和重新分配太阳辐射量的重要地形因子之一，直接造成局部地区气候特征的差异，同时，也直接影响到诸如土壤水分、地面无霜期以及作物生长适宜性程度等多项重要的农业生产指标。

（1）坡度的提取

严格地讲，地表面任一点的坡度是指过该点的切平面与水平地面的夹角。坡度表示了地表面在该点的倾斜程度。

基于DEM的坡度提取通常在3×3的DEM栅格分析窗口中，采用几何平面来拟合或差分计算的方法进行。分析窗口在DEM数据矩阵中连续移动完成整个区域的计算工作。

本文坡度计算步骤如下：

1、选择DEM数据层，单击Spatial Analyst下拉列框，选择Surface Analysis并单击slope,弹出slope对话框；

2、选择计算和显示的坡度单位；

3、设定高程转换系数和输出栅格单元大小，此处均按默认值进行分析；

4、指定输出的路径和文件名。

下图为泰宁县坡度栅格图像，如图，浅色区域表示坡度较平缓，深色表示坡度陡峭。

图4-4 泰宁县坡度分析图

（2）坡向的提取

坡向定义为：地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影

与过该点的正北方向的夹角（x轴为正北方向）。其数学表达公式为：

（1）对于地面任何一点来说，坡向表征了该点高程值改变量的最大变化方向。坡向值有如下规定：正北方向为0度，按顺时针方向计算，取值范围为0°～360°。坡向可在DEM数据中直接提取。

坡向分析的计算步骤如下：

1、选择表面分析菜单下的坡向工具Aspect，在弹出的菜单中选择输入表面数据，此处为DEM数据；

2.指定输出栅格单元大小和输出的路径和存储文件名，输出栅格数据单元格大小可根据具体项目和实地情况需要自行设置；

3.得出坡向分析图,如图，红色代表北向，黄色代表东向，绿色代表东南向，蓝色代表南向。

图4-5 泰宁县坡向分析图

（3）坡度坡向评分

一般对于景区设施用地的建设而言，O°至5°可以作为一个比较理想的基础设施建设用地的选择范围，也比较适合建设游人集散地和服务区等等；5°一15°之间，就需要在建设中考虑建筑的走势以及与地形的结合，尽量减少填挖量及挡土墙的问题；对于15°一25°之间就比较适合开设登山道，以供普通游客进行观景；25°一45°之间则可以考虑作为探险及专业攀登爱好者的路线选择；而对于45°以上的陡坡，考虑到其视觉敏感度较高、建设难度也比较大，因此可以将其作为保护或者观赏用地，局部还可开设极限攀援项目。因为GIS的选线分析是基于一个成本的数据集，其选线原理是寻找最低成本的路线，所以对于适宜建设的区域我们应该赋低值，不适宜建设的区域则赋予高值，在GIS里也就相当于让该区域的选线成本增加，从而尽量避免在这些区域建设。据此得到坡度因子得分赋值情况：

表4-2 坡度坡向分级得分表

据此对前面得出的坡度坡向分析图进行分级评分：

图4-7 泰宁县坡向得分图

本文最终将坡度坡向共同组成一个评价因子，但考虑到坡度在实际的道路工程建设中影响更加突出，故按坡度0.6、坡向0.4的权重进行叠加。利用GIS的栅格计算器对两个得分栅格进行叠加计算之后得出泰宁县坡度坡向因子得分图，如图所示：

图4-8 泰宁县坡度坡向因子得分图

4.1.2.2 景点视觉敏感性因子

一般说来，一个景点在整个风景区内相对于其他景点的可视性区域越大，其视觉敏感度相应也就越高。考虑到本文研究的面积较大，地形变化明显，所以借助GIS的视域分析功能，对景区内所研究的景点的可视性区域进行逐个分析，景点被看到的次数越多，它的视域敏感性也就越高。

在泰宁县取得的13个分析点，利用GIS的空间分析模块(SpatialAnalyst)中选择视域分析(Viewshed)，把每个景点作为分析对象，在数字高程模型上进行视域的分析：

A．GIS的可视性分析

目前 ArCGIS的三维分析模块的可视性分析大体可分为点与点之间的可视性分析以及点对区域的视域分析，后者在实际应用中较为广泛，通常用于选址分析等方面，帮助决策。

点对区域的视域分析是指从任意三维表面上取一个目标点，对其周围各个方向上所能看到区域的视域范围进行分类显示，一般情况下分为“可见”和“不可见”两种。通常，视域分析需要在特定的三维表面上进行，如DEM或者TIN这样的栅格表面，而且需要有一个包含着分析目标点的矢量图层。观察位置一般是一个点，也可以是多个点，甚至是多个点连成的一条路线。

B.景点视域分析

视域也可称为视场，它是指可以被一个或者多个观察点看到的所有范围。(汤国安，杨晰《 ArcGIS地理信息、系统空间分析实验教程》2006)对于栅格数据而言，视域就是对泰宁县13个分析点进行可视性分析，逐一以景点为观察点，利用已有的DEM数据进行判断每个点在整个景区的通视区域，可视的区域赋值为1，不可视的为O。由此可形成属性值为1和0的三角网，最后通过叠加分析来对整个景区的视域进行一个总结分析和重分类，得出分级图。

具体步骤如下:

1.选择表面分析中的视场工具(Viewshed)，在弹出的“Viewshed”对话框;

2.选择计算表面，此处选择地形高程模型DEM;

3.选择用做观测点的要素图层;(此处为泰宁县的一个景点“上清溪”point.Shp)

4.设定高程变换系数、输出栅格单元大小以及输出路径及文件名。

图4-9 单点视域分析图

图4-9 泰宁县视域敏感度叠加分析图

从上图可以看出，一级区域意味着被游客看到的次数必然最多，这些区域应尽可能进行保护，故本文将高级别的视域敏感区赋予高值以增加其成本，分五个级别进行打分，如下表所示：

表4-3 视觉敏感性分级评分表

图4-10 泰宁县景点视域得分图

4.1.2.3 植被因子

植被就是覆盖地表的植物群落的总称。它是一个植物学、生态学、农学或地球科学的名词。植被可以因为生长环境的不同而被分类，譬如高山植被、草原植被、海岛植被等。环境因素如光照、温度和雨量等会影响植物的生长和分布，因此形成了不同的植被。植被在土壤形成上有重要作用。在不同的气候条件下，植被各种植彼类型与土壤类型间也呈现出密切的关系。植物是能进行光合作用，将无机物转化为有机物，独立生活的一类自养型生物。植被类型能直接影响土壤形成方向；同时，随着土壤性质的变化，又能促使植彼类型发生变化。因此，在进行景区旅游线路规划时必然需要考虑到对景区植被的破坏程度，尽量避免在一些自我恢复能力较弱的区域进行道路工程建设。

本文利用泰宁县的遥感影像，在Erdas软件中提取出泰宁县的土地利用类型图，包括resident、forest、grass、water,再导入到ArcGis中把每一种覆盖类型的区域进行赋值，进而分类显示，如下表所示：

表4-4 泰宁县植被因子分类得分表

Resident Forest Farmland Water Grass other

土地类

型

分值100 80 60 40 20 0

图4-11 泰宁县林相分布图

图4-12 泰宁县植被因子得分图

4.2 旅游线路确定

寻找最短路径的实现需要运用ArcGis的空间分析中距离制图中的成本路径及最短路径、重分类及栅格计算器等功能完成。首先需要把前面建立

的因子库中各个分析数据重分类到相同的等级范畴，然后等权重叠加得到

最终的成本数据集。基于该成本数据集计算栅格中各个点到点之间的成本距离与方向数据集，最后两两执行最短路径函数即可提取出最佳路径。4.2.1 成本数据的计算

选择表面分析菜单栏下的Raster Calculator命令合并数据集，计算公式如下：

（成本数据集cost=坡度坡向因子得分图+景点视域因子得分图+植被因子得分图）

得到下图所示的最终成本数据集（cost）,其中浅色部分表示相对成本较低。

图4-13 选线因子综合成本叠加图

整个泰宁县景点间的路线设计需要通过景点间两两分析之后得出，本文首先选择红军崖进行分析，方法如下：

选择Spatial Analyst菜单下的Distance模块，选择其中的Cost Weighted，设置分析点和成本参数，点击OK进行分析，产生红军崖的成本距离图和成本方向图。

4.2.2 最佳路径生成

单击Spatial Analyst菜单下Distance中的Shortest Path，设置终点，单击OK开始分析，得到红军崖与狮子岩之间的最短路径。

使用此方法，得出泰宁县各景点之间的旅游线路，如下图所示：

图4-14 泰宁县旅游线路综合选线图

4.3 选线结果分析

从得到的分析结果图可以看出，泰宁县所选景点之间的旅游线路图分为两个部分：一是从红军崖开始的由南而北直到大赤壁的环湖路线；再是大金湖北边的众多景点联系起来的环线，这样将泰宁县分为三个景区布局：主要由上清溪、状元岩、峨眉峰等自然保护区形成的北部生态休闲旅游区，本区旅游开发可以考虑以优良的生态环境为载体，以回归自然、生态休闲、生态旅游为主题，重点开发生态休闲、科普科考、状元文化、宗教朝拜等旅游项目；还有就是大金湖及其周边景点组成的金湖旅游度假区，这一区域本身就可依托县城的基础设施条件进行建设，充分利用金湖下游宽阔的水面资源和湖畔秀美的风光，大力开发各类水上运动项目和湖滨度假别墅，逐渐形成以休闲度假、水上运动、康体健身为主题的湖滨度假胜地；最后

是以尚书第为中心，以城区为依托，深度开发红军崖、狮子岩等景点，进一步发掘整理泰宁的古建文化，形成一批有浓郁地方特色的专项文化旅游产品。

5结论与展望

在1994年版总体规划的指导下，泰宁县城已经初步形成以环城道路为界，以道路网为骨架，以穿成而过的河流、山脉为生态空间分隔，形成被河流、绿地穿插包容的城市形态。2008年10月16日，泰宁县人民政府公布了《泰宁县总体规划（2007-2020）文本》，指出城镇建设中出现的问题：缺乏对用地功能和土地利用、资源开发的合理指导；城镇道路系统不够通畅，道路断面过窄，丁字路口过多；除滨河景观绿地得到统一规划，中心城区内其他地段公共绿地匮乏等问题，并提出分区布局旅游发展规划，这与本文的分析结果相一致。

图5-1 泰宁县旅游资源发展规划图

从图中可以看出，本文由GIS分析得到的泰宁县所选景点之间的道路选线与泰宁县旅游规划中的旅游路线基本上吻合，在局部区域存在着一定的