基于ROS 的湖南省自然游憩资源县域区划

曾文静，钟永德，李达立，2，杜婷婷

（1. 中南林业科技大学 a. 林学院；b. 旅游学院，湖南 长沙 410004；2. 湖南网络工程职业学院，湖南 长沙 410004）

近年来，随着社会经济的发展和城市化进程的加快，人们逐渐认识到自然生态系统的生态价值、美学价值和游憩功能等，并开始非消耗性地利用这些自然生态资源开展观光旅游、康体健身运动和教育培训等[1]。虽然对自然资源的非消耗性利用会导致无法获取存量资源，但从长远的角度来看，这种自然资源利用的经济效益会大于因无法获取存量资源而带来的损失[2]。生态文明建设的最终目标就是要实现“绿水青山就是金山银山”，即将自然资源的消耗性利用更多地转向非消耗性利用，探索多种类型的生态产品价值实现形式。

户外游憩便是实现自然生态资源非消耗性利用的最佳途径。Douglass、Cottrell 和Thomas 等学者对“户外游憩”的定义并没有与“其他游憩”严格区分开来[3-5]。ROGER（2005）从户外游憩环境属于自然环境的角度以及户外游憩活动和体验对自然环境的依赖角度两方面，认为“户外游憩”是在自然环境中发生的，依赖于自然环境进行的游憩活动产生的游憩体验[6]。“自然游憩”是“户外游憩”的近义词，但比“户外游憩”更具生动性，更能够体现自然景观的重要性[6]。自然游憩资源不仅产生经济效益，还兼具生态效益和社会效益[7]。我国民众对于亲近自然、接触自然的需求随着经济的快速发展与日俱增。如何更好地满足人们对于自然的巨大需求无疑是未来我国自然游憩资源管理工作的严峻挑战[1]。

游憩机会谱（Recreation Opportunity Spectrum，ROS）是目前游憩资源利用清单编制和分析最有效的工具之一[5]，它是一个由活动、环境和体验这三个组合体来定义的频谱或连续体，可用于游憩资源的清查、描述、规划，以及管理等一系列的环境、机会和体验，是被广泛认可的分类系统[8]。其理论形成于20 世纪60—70 年代的美国，从影响游客体验的角度有机结合游憩地的自然、社会和管理特征，编制游憩机会清单，从而给游憩者提供满意的游憩体验，并实现资源保护和游憩地的有效管理[9]；1982 年，美国林务局发布《ROS使用者指南》，该指南对区域内的土地资源进行划分和分类，它包括6 个序列，包括原始、半原始无机动车、半原始有机动车、通路的自然区域、乡村及城市[10]，形成了较为完备的实践框架体系，由此游憩机会谱在理论和实践方面发展趋于成熟。2003 年美国林务局东北研究站的Thomas 和Bulmer 等专家提出了适用于人口更多、景观更密集的新英格兰地区的游憩机会谱应用指南[5]，将游憩机会谱划分为原始、半原始无机动车、半原始有机动车、半发达的自然区域、发达的自然区域、高度发达区域，其中高度发达区域包括大规模的自然区域、小规模的自然区域和人工设施密集区域。

国外对ROS 的应用范围最初为美国西部荒野区，后扩展到了各个国家的森林游憩地、河流海岸游憩区以及其他的自然旅游地等多种类型的地域[11-12]。其应用尺度从广袤的西部荒野区延伸到具有丰富多样的机会类型的小面积区域上；其具体作用从宏观上讲为整合管理游憩资源和处理游憩机会的多样性提供了一个有效框架，微观上Clark 和Stankey 总结了ROS 具有绘制游憩机会清单、分配和规划游憩资源、预测管理行动可能带来的结果、匹配游憩体验与游憩机会等作用[13]。ROS 在国内的应用主要集中在不同游憩地的实践，包括森林公园、城市公园、滨水区等游憩区域，构建了不同的游憩机会谱序列。其中在森林公园尺度上的研究最为集中，且集中在近十年，形成了从不同角度出发构建的森林公园游憩机会谱系[14]。

游憩机会谱在中国得到了一定的发展和完善，但国内对于游憩机会谱的研究手段较之国外更为单一，通常采用问卷调查分析对小尺度研究区域进行研究区划，结合空间技术来开发ROS 的工具并未得到充分的开发。GIS 在ROS 的研究中最基本的应用是将GIS 用于ROS 分类和制图。例如，Joyce 和Sutton 通过创建一个客观且可重复的GIS模型来绘制新西兰的ROS，这个模型可随着时间的推移开发方案建模，以指导管理决策[15]。基于GIS 的ROS 为地区或国家的情景分析提供了一个长期有效建模ROS 的新窗口。它还提供了通过整合其他生物物理或社会经济因素在空间上分析ROS 的机会，这为决策和政策制定提供了科学依据，从而可以可持续地发展旅游业[16]。

本研究的主要目的是确定中国本土化的游憩机会谱分级指标，利用GIS 中的空间分析工具编制湖南省的游憩机会谱，实现在环境与活动多样性变化程度较高的大规模区域范围内的应用，以此补充和完善游憩机会谱(ROS)在中国的研究和应用，同时探索基于ROS 分级结果对湖南省122个县（市、区）进行自然游憩资源等级的划分。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

湖南省位于中国中部、长江中游，省会长沙市。全省下辖14 个市（州）、122 个县（市、区）。湖 南 地 处 东 经108°47′ ～114°15′、北 纬24°38′～30°08′，总面积21.18 万km2，占全国总面积的2.2%，居全国各省（区、市）第10 位、中部第1 位。湖南省耕地面积414.88 万hm2，约占全国耕地总面积的3.1%；林地面积1 221.03万hm2，约占全国林地总面积的4.8%；牧草地面积47.48 万hm2，约占全国牧草地总面积的0.22%。湖南省拥有丰富的自然游憩资源，2019年，湖南省已批准建设自然保护区180 个，面积150.9 万hm2。其中，国家级自然保护区23 个，省级自然保护区30 个，国家地质公园14 个。全年完成造林面积33.3 万hm2，年末林地面积1 299.6 万hm2，活立木蓄积5.95 亿m3，森林覆盖率59.90%。湖南的地形地貌犹如一个向北开口的马蹄，东北部是幕连九山脉（幕阜山脉、连云山脉和九岭山脉），东部是罗霄山脉，西部是武陵山脉和雪峰山脉，南部是南岭，中部是湘中盆地，北部是洞庭湖平原。湘江、资水、沅江、澧水是湖南的四条大河，它们汇入洞庭湖，再由城陵矶注入长江。

1.2 研究方法和区划准则

1.2.1 空间分析法

应用ArcGIS 软件对湖南省影像地图进行处理，构建地理信息数据库，进行相关的缓冲区分析、叠加分析、密度分析和重分类等，编制湖南省的游憩机会谱，并将研究结果以地图的方式直观展示。

1.2.2 要素优势度

优势度在群落生态学研究中用来反映种群在群落组成结构中的地位和作用，借用优势度指数的原理构建景观优势度指标[17]，用来测度整体景观受一种或少数几种景观要素控制的程度。景观中某一类景观要素的优势度越高，则景观受该类景观要素控制的程度越高[18]。第i类景观要素的优势度可用下式计算：

式（1）中：DPi表示第i类景观要素的相对密度；DFi表示第i类景观要素的相对频度；DCi表示第i类景观要素的相对盖度。

本研究将各县（市、区）的各类ROS 优势度与全省各类ROS 优势度的比值大小用以反映各县（市、区）的ROS 优势类型。根据各县（市、区）的ROS 优势类型，按照表1 标准区划为重点都市县（市、区）、一般都市县（市、区）、乡村县（市、区）、一般自然游憩资源县（市、区）和重点自然游憩资源县（市、区）。

表1 ROS 优势类型与县（市、区）区划对应表Table 1 Correspondence between ROS dominant types and county (city, district) zoning

1.2.3 区划准则

1）ROS 指南的选择

本研究参照2003 年美国新英格兰地区的游憩机会谱应用指南，查询美国地质勘探局（United States Geological Survey）、美国农业部（United States Department of Agriculture） 和 维 基 百 科（Wikipedia）获取美国新英格兰地区6 个州的地理数据，在湖南省统计局获取湖南省的地理数据，将两个地区的数据进行对比，结果见表2。

表2 新英格兰地区与湖南省地理数据Table 2 Geographic data of New England and Hunan Province

根据原始文献资料美国农业部林务局1982 年的《ROS 用户指南》可知，物理环境是根据游憩机会的类型来确定的，这意味着相对平坦的地形、较低的树木覆盖率或较大的水体可能需要很大的距离来实现对原始地区的筛选，而深峡谷或树木繁茂的地形可能提供同等较短的屏蔽距离。因此，物理环境的偏远程度和面积大小与研究区域的地形、水域面积和森林覆盖率有关。从表2 可以得知，湖南省的地形和其他自然环境条件与新英格兰相当。因此本次湖南省游憩机会谱的区划执行2003年美国新英格兰地区游憩机会谱的相关准则。

美国1982 年和2003 年两个版本的游憩机会谱应用指南中管理强度指标的定义和描述更适合进行游憩机会谱确定之后的管理和控制，无法指导湖南省游憩机会谱的量化研究，且由于中国目前自然保护地的管理尚处于调整优化之中，无法获得准确的自然保护地的矢量边界，因此本次研究不使用管理环境准则，只以物理环境准则和社会环境准则来进行湖南省自然游憩资源区划。

2）物理环境准则的确定

物理环境由是否有人的踪影和声音、大小、人类活动对环境的改变程度定义的，由偏远程度、区域规模和人类迹象三个标准相互结合[5]。

偏远程度主要考虑人类的迹象或活动等对区域内游憩者的影响，偏远程度越髙则越远离人类的存在，可以获得孤独和自我依靠等体验[5]。根据表3 的准则，使用与道路的距离来确定各等级的界限。

表3 偏远程度准则Table 3 Remoteness criteria

区域规模越大，游憩者获得回归原始、体验广阔和孤独等体验的可能性越大[5]。根据表4 中每个ROS 等级的面积准则调整各个等级的边界。

表4 区域规模准则Table 4 Sizes of area criteria

人类迹象表征人类对环境的影响，被视为人类影响或修正在自然环境中获得不同程度重新创造的机会的指标[5]。根据表5 的准则，确定人类改变景观的影响，结合社会环境准则进行调整[5]。

表5 人类迹象准则Table 5 Evidence of human criteria

3）社会环境准则的确定

社会环境反映了个人和团体之间相关联的频率和类型。

使用密度表明独处以及与选定的个体或大群体的互动[5]，应用表6 中的准则，结合物理图层进行调整。

表6 社会环境准则Table 6 Social setting criteria

4）综合物理环境中的偏远程度、区域规模和人类迹象以及社会环境中的使用者密度区划准则，不满足该级条件的则按照自然程度往下降一级别，综合区划准则汇总如表7 所示。

表7 ROS 区划综合准则Table 7 Comprehensive criteria of ROS zoning

1.3 数据获取和处理

1.3.1 物理环境

1）偏远程度

通过对比研究，本文中采用国家基础地理信息中心付费获取的道路分布数据，该数据更为精细且符合道路实际分布情况。根据JTG B01—2003标准将道路划分为铁路（包括高速铁路、普通铁路和地铁）、高速公路、国道、省道、县道、城市主干路、城市次干路、其他道路，详见图1。将现有道路数据进行预处理，对所有道路进行0.81 km和3.22 km 的缓冲区分析，再将铁路、高速公路、国道、省道、县道、城市主干路、城市次干路进行0.81 km 的缓冲区分析。

图1 湖南省道路分布网Fig. 1 Road distribution of Hunan Province

2）人类迹象

人类迹象是确定人类改变景观的影响，被视为人类影响或修正在自然环境中获得不同程度重新创造的机会的指标[5]。本研究从美国国家海洋与大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）下属的美国国家地球物理中心（National Geophysical Data Center, NGDC）获取湖南省2019 年NPP-VIIRS 全年各月度的夜间灯光数据，以此表示研究区域范围内的人类迹象，通过灯光密度来确定人类活动对自然景观的影响。利用校正后的12 个月灯光影响合成全年夜间灯光值[19]。

式（2）中：DNy表示复合后的全年夜间灯光值；DNi表示2019 年每月份的夜间灯光值。图2 为2019 年校正后年度复合灯光影像。利用自然间断法对其进行重分类，分为6 类，详见图3。

图2 湖南省2019 年度复合灯光影像Fig. 2 Composite lighting image of Hunan Province in 2019

图3 湖南省2019 年度灯光分级Fig. 3 Lighting classification of Hunan Province in 2019

1.3.2 社会环境

使用密度是社会环境准则，反映了个人和团体之间接触的数量和类型。这表明独处以及少数选定的个体之间的互动，或者是与庞大团体之间的互动机会[5]。通常来讲，区域内的房屋及建筑区越多，则人口越多，人口越多则相互之间的接触频率越高。由于数据获取的限制，本研究社会环境准则采用湖南省范围内学校、医院、车站、政府和公检法机关等公共服务资源的POI（Point of Interest）数据点。

POI 信息点通过高德开放平台提供的API 接口，利用Python 进行获取，具体内容包括点的名称和经纬度，坐标统一转化为WGS-1984。将各类POI 信息点进行整合，进行像元半径2 m×2 m 的点密度分析，再利用自然间断法进行重分类，得到社会图层POI 密度图，详见图4。

图4 湖南省POI 数据点密度Fig. 4 POI data point density map of Hunan Province

2 结果与分析

2.1 ROS 分级

利用ArcGIS 技术，参照美国2003 年的游憩机会谱应用指南，结合物理环境指标和社会环境指标，构建湖南省的游憩机会谱，结果见图5。湖南省的各ROS 分级由相对较小的、非连续的不规则斑块组成。原始区域面积占全省面积的2.51%，大多分布在森林公园或自然保护区中，主要集中于湖南省南部的南岭、东部的罗霄山脉南段、西北部的雪峰山脉和武陵山脉以及北部的洞庭湖区和大通湖区。半原始无机动车区域占全省面积的21.33%，半原始无机动车区域主要依托原始区域分布，集中于湖南省西部和南部地区，东部幕连九山脉少量分布。原始区域和半原始无机动车区域的分布符合湖南省东、南、西三面环山，中部丘岗起伏，北部湖盆平原展开，沃野千里的马蹄形地形。半原始有机动车区域和半发达的自然区域占全省面积比重最大，分别为38.60%和30.99%。发达的自然区域占全省面积的5.61%；高度发达区域占全省面积的0.96%，其中大规模的自然区域占高度发达区域面积的65.63%，小规模的自然区域占高度发达区域的27.95%，人工设施密集区域占高度发达区域的6.42%。发达的自然区域除长株潭版块外，主要依托各市人口经济聚集的行政区分散分布状态。高度发达区域主要集中在湖南省东部，尤以长株潭版块、环洞庭湖版块更为集聚。

图5 湖南省ROS 分级结果Fig. 5 Classification results of ROS in Hunan Province

景观中某一类景观要素的优势度越高，则受该类景观要素控制的程度越高；相反，如果不存在明显占优势的景观要素，表明景观具有较高的异质性[20]。由湖南省ROS 各级要素属性表可知，湖南省的ROS 各级的异质性较低，湖南省明显占优势的ROS 为半原始区域和半发达的自然区域，反映出湖南省整体自然程度较高，具有开展自然游憩的潜力，且自然游憩资源主要集中在湖南省西部和南部地区。

2.2 自然游憩资源县域区划

一个地区的自然和发达水平具有相对性，相对应的指标数据判断ROS 分级具有差异性。本次研究是基于全省的道路、夜间灯光和POI 数据进行ROS 的构建，全省各级的要素优势度反映了各要素在全省占优势的情况，因此每个县（市、区）的各级要素优势度应与全省的各级要素优势度进行对比，用比值来表示各县（市、区）自然游憩资源状况，得出各县（市、区）的ROS 优势类型。通过各县（市、区）的各级要素优势度与全省的各级要素优势度的比值，确定了湖南省122 个县（市、区）的ROS 优势类型并进行区划，结果如表8 所示。

表8 湖南省122 个县（市、区）ROS 优势类型†Table 8 The dominant types of ROS in the 122 counties (cities and districts) of Hunan Province

根据ROS 优势类型与县（市、区）区划对应表和湖南省122 个县（市、区）ROS 优势类型，对湖南省122 个县（市、区）进行自然游憩资源县（市、区）的区划，区划结果见表9。其中重点自然游憩资源县（市、区）19 个，一般自然游憩资源县（市、区）24 个，乡村县（市、区）50 个，一般都市县21 个，重点都市县8 个。

表9 湖南省122 个县（市、区）区划结果Table 9 Zoning results of the 122 counties (cities, districts) in Hunan Province

3 结论和讨论

3.1 讨 论

实际生活中，常住人口数据很难通过技术手段获取。已有研究表明，人口数量分布与夜间灯光强度表征具有较强的相关性[21]，灯光数据在城市扩张、人口空间化等方面的应用中具有极大的优势，而灯光数据作为人类社会活动指示数据也具有指导性意义[22-26]。本文中将夜间灯光数据作为物理环境中的人类迹象指示数据，相较于其他学者用建筑物密度等表示具有获取方便、数据量小、覆盖范围广以及数据更新速度快等优点[27]。本文中采用POI 数据作为社会环境的指标，表示个人和团体之间接触的机会。POI 数据具有样本量大、涵盖信息丰富的特点，能够充分有效地反映城市空间结构，广泛应用于城市功能区识别和分析[28-29]。黄金侠等[30]基于夜间灯光数据和POI 等多元数据对人口空间化进行了研究。因此，采用夜间灯光数据和POI 数据来确定人类迹象和与个人团体接触的机会，使得研究结果更加客观科学。

本研究中游憩机会谱的编制除采用传统的偏远程度和区域规模作为物理环境准则外，创新性地将湖南省2019 年度的夜间灯光数据作为物理环境中的人类迹象准则，将湖南省范围内的政府、学校、医院、车站和公检法机构等公共服务资源的POI 信息数据作为社会环境准则。尽管POI 数据具有时效性强、成本低、易获取等优势，对城市的各项功能和社会经济活动具有一定代表性[31]，但是仍存在一些不足，其数据表达为点状实体，对面积较大信息点的具体位置难以表达。由于政策的变动和数据获取的限制，本文中没有关于湖南省所有森林公园的核心区以及自然保护地的矢量边界，因此未使用管理环境指标是本文的局限性。在将来的研究中，应当思考如何将管理环境指标纳入到游憩机会谱的构建之中。

为了更好地区划和管理湖南省的自然游憩资源，通过湖南省游憩资源清单的编制，结合中国国情和湖南省的自然游憩资源现状，将湖南省的122 个县（市、区）整合为5 个不同自然游憩资源利用等级的县（市、区）。保护自然是服务于经济发展的，脱离了经济活动的自然无法得到持久的物质支撑[32]，今后将根据此区划结果与旅游经济进行研究，实现自然游憩资源的合理利用，以期为有关管理部门提供决策上的指导和参考标准。

3.2 结 论

湖南省拥有十分丰富的自然游憩资源，大部分地区比较偏远，有近60%区域处于游憩机会谱的原始或半原始状态。发达区域多集中在湖南省东部，与湖南省一极三核的经济空间格局紧密相关，省会长沙具有核心地位，对株洲、湘潭、益阳等邻近城市具有领先优势，省会的极化效应和“集聚阴影”也有所显现[33]。

湖南省各级ROS 的异质性较低，湖南省明显占优势的ROS 类型为半原始区域和半发达的自然区域，反映出湖南省整体自然程度较高，具有开展自然游憩的强大资源和潜力，且自然游憩资源主要集中在湖南省西部和南部地区。东部地区经济发达，人口稠密，开发自然游憩的资源较弱。

为将ROS 与中国社会经济条件有机结合起来，本文中创造性地根据湖南省的ROS 分级结果和要素优势度，区划湖南省122 个县（市、区）为5个等级的区域，分别为重点自然游憩资源县（市、区）、一般自然游憩资源县（市、区）、乡村县（市、区）、一般都市县（市、区）、重点都市县（市、区）。其中重点自然游憩资源县(市、区)以原始区域为优势ROS，具有大规模的自然环境未改变的区域，拥有十分优越的自然游憩资源，人口数量少，人为干预程度弱，是进行保护和合理利用的双行区域；一般自然游憩县（市、区）以半原始区域为优势ROS，区域内以自然生态环境为主，拥有优越的自然游憩资源，人口数量较少，人为干预程度较弱，是开展自然游憩活动的重要区域；乡村县（市、区）以半发达的自然区域和发达的自然区域为优势ROS，区域内的自然生态环境与人类干扰迹象相协调，自然游憩资源为人类所整修和利用，人口数量和管理程度介于发达区域和不发达区域之间，适宜在发达区域周边开展短程自然游憩活动；一般都市县以大规模的自然区域和小规模的自然区域为优势ROS，区域内的自然游憩资源为人类所改变，具有一定规模的人工设施区域，城市景观常见且明显，适宜向该区域内的人们提供非组织性的自然游憩活动。重点都市县（市、区）以人工设施密集区域为优势ROS，该区域内的自然生态环境有明显开发痕迹，人工设施密集且为特定活动设计和管理，适宜开展有组织性的自然游憩活动。