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      古樹名木旅游最優(yōu)路線設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

      2018-01-16 09:52:50徐愛俊
      關(guān)鍵詞:金華市古樹名區(qū)縣

      李 記, 徐愛俊

      (1.浙江農(nóng)林大學(xué) 信息工程學(xué)院,浙江 杭州311300;2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省林業(yè)智能監(jiān)測(cè)與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州311300)

      古樹是指100年生以上的樹木;名木是指具有社會(huì)影響力,聞名于世且樹齡往往也是在100年生以上的樹木[1]。古樹名木具有科研價(jià)值、歷史價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、文化價(jià)值和景觀價(jià)值等多元價(jià)值特征。對(duì)古樹名木的前期研究主要在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集與建檔以及數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè),其中在數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)方面國(guó)外文獻(xiàn)相關(guān)研究較早, 如 PMRD(植物微數(shù)據(jù)庫(kù))[2]、 MEDDB(藥用植物數(shù)據(jù)庫(kù))[3]、 NIASGBdb(尼亞斯資源庫(kù)遺傳資源和植物病害信息數(shù)據(jù)庫(kù))[4]的建設(shè);國(guó)內(nèi)研究起步相對(duì)較晚,但是發(fā)展很快,例如植物種子信息圖像數(shù)據(jù)庫(kù)[5]、藥用植物基因數(shù)據(jù)庫(kù)[6]、以及地方植物數(shù)據(jù)庫(kù)[7]等的建設(shè),實(shí)現(xiàn)了對(duì)古樹名木的各種性狀及基因特征永久性記錄。古樹館的建設(shè)是從實(shí)踐應(yīng)用的層次上提高社會(huì)公眾保護(hù)古樹名木意識(shí)的成功嘗試[8]。隨著鄉(xiāng)村生態(tài)游、民俗文化游和自駕游等旅游形式快速發(fā)展[9-11],以古樹名木為主題特色的森林生態(tài)旅游也逐漸成為一種旅游形式,促使古樹名木價(jià)值研究逐步成為熱點(diǎn)。CIAPALA等[12]對(duì)樹木年輪進(jìn)行分析,探究了影響游客評(píng)估的一個(gè)潛在方法;賈永生等[13]基于層次分析法(AHP)建立了古樹名木的部分價(jià)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;徐煒[14]通過選取古樹名木中簡(jiǎn)單而且可操作性強(qiáng)、指標(biāo)代表性廣的9個(gè)因子,對(duì)古樹名木的綜合價(jià)值進(jìn)行了定量分析;另外,對(duì)古樹名木的景觀價(jià)值[15]、等級(jí)價(jià)值[16]和損失額價(jià)值[17]等方面也有相關(guān)研究。古樹名木大多立地于偏遠(yuǎn)地區(qū)、風(fēng)景旅游勝地以及鄉(xiāng)村,社會(huì)關(guān)注度較低;再加上近幾年中國(guó)新農(nóng)村建設(shè)不斷推進(jìn)、生態(tài)旅游快速發(fā)展、環(huán)境污染日益加劇等構(gòu)成了古樹名木管理與保護(hù)的諸多不利因素。本研究為了提高公眾對(duì)古樹名木的認(rèn)知度以及社會(huì)參與度,以浙江省金華市古樹名木為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)綜合價(jià)值最優(yōu)的古樹名木旅游路線——適應(yīng)當(dāng)今生態(tài)游、自駕游等旅游形式的發(fā)展潮流,使人們?cè)谟螛分懈惺芄艠涿镜奈幕瘍?nèi)涵。

      1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與可行性分析

      1.1 研究地區(qū)概況

      金華市位于浙江省中部, 28°32′~29°41′N, 119°14′~120°46′30″E, 東西跨度 151 km, 南北跨度 129 km,土地面積為10 941 km2[18]。截至2014年底,全市公路總里程 12 269 km(浙江省排名第4名),高速公路里程354 km,一級(jí)公路580 km,二級(jí)公路1 201 km,二級(jí)以上公路占公路總里程的17.41%[19]。

      1.2 古樹名木信息概況

      金華市9區(qū)縣(蘭溪市、永康市、義烏市和東陽市,浦江縣、武義縣和磐安縣,金東區(qū)和婺城區(qū)。金東區(qū)和婺城區(qū)同歸屬于市區(qū)),截至2014年統(tǒng)計(jì)到的古樹名木為10 614株(表1)。

      表1 金華市古樹名木概況Table 1 Ancient trees profile information in Jinhua City

      根據(jù)表1可知:古樹名木隸屬于51科98屬181種,一級(jí)保護(hù)古樹名木881株,二級(jí)保護(hù)古樹名木2 128株,三級(jí)保護(hù)古樹名木7 605株。其中武義縣古樹名木最多,為3 016株,占據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的28.41%(一級(jí)保護(hù)古樹名木1.15%,二級(jí)保護(hù)古樹名木4.36%,三級(jí)保護(hù)古樹名木22.90%),占到各個(gè)級(jí)別的百分?jǐn)?shù)為一級(jí)保護(hù)古樹名木13.85%,二級(jí)保護(hù)古樹名木21.76%,三級(jí)保護(hù)古樹名木31.97%;浦江縣最少,為575株,占據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的5.42%(一級(jí)保護(hù)古樹名木0.42%,二級(jí)保護(hù)古樹名木1.10%,三級(jí)保護(hù)古樹名木3.89%),占到各級(jí)別的百分比為一級(jí)保護(hù)古樹名木5.11%,二級(jí)保護(hù)古樹名木5.50%,三級(jí)保護(hù)古樹名木5.43%。

      1.3 MATLAB程序最優(yōu)旅游路線可行分析

      Pearson相關(guān)系數(shù)是用來衡量定距變量間的線性關(guān)系,一般按r值的相關(guān)性強(qiáng)度進(jìn)行劃分。|r|<0.4為相關(guān)不顯著, 0.4≤|r|≤0.7為顯著相關(guān), 0.7<|r|<1.0為極顯著相關(guān)[20]。

      設(shè)定金華市各區(qū)縣人口密度變量x1,金華市各區(qū)縣服務(wù)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r變量x2和金華市各區(qū)縣公路密度變量 x3。 分別為: x1=[145.704 754 0; 221.876 981 6; 411.829 537 1; 450.097 847 4; 462.564 692 4;477.923 497 3; 689.704 480 5; 1 116.742 081 0; 497.055 483 9]; x2=[37.870 000 0; 82.390 000 0;223.500 000 0;910.690 000 0; 352.780 000 0; 70.790 000 0; 474.570 000 0;1 028.730 000 0]; x3=[0.970 000 0; 0.870 000 0; 0.910 000 0; 1.340 000 0; 1.280 000 0; 1.040 000 0; 1.100 000 0;1.290 000 0]。數(shù)據(jù)經(jīng)方差齊次性檢驗(yàn),利用Pearson相關(guān)性分析顯示,金華市各區(qū)縣人口密度與服務(wù)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r極顯著正相關(guān)(r=0.764,P<0.01),金華市各區(qū)縣人口密度與公路密度呈顯著正相關(guān)(r=0.588,P<0.05),金華市各區(qū)縣服務(wù)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r與公路密度呈極顯著正相關(guān)(r=0.824,P<0.01)。另外,金華市各區(qū)縣古樹名木分布變量設(shè)置為 x4,x4=[1 866; 3 016;575;812; 1 830; 912; 863;740], 與金華市各區(qū)縣服務(wù)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r變量x2做相關(guān)性分析,顯示金華市各區(qū)縣古樹名木分布與服務(wù)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.500, P<0.05)。

      依據(jù)MATLAB程序運(yùn)行結(jié)果分析,金華市各區(qū)縣人口密度、服務(wù)發(fā)展?fàn)顩r和公路密度之間具有較強(qiáng)的正線性相關(guān),各個(gè)要素之間具有一定平衡度,金華市各區(qū)縣古樹名木特征分布與金華市服務(wù)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r呈比較明顯的負(fù)線性相關(guān)關(guān)系,補(bǔ)缺了經(jīng)濟(jì)服務(wù)發(fā)展相對(duì)薄弱的區(qū)縣。這樣,古樹名木旅游路線的設(shè)計(jì)可以引導(dǎo)人們選擇偏遠(yuǎn)地區(qū)的民俗文化和鄉(xiāng)村生態(tài)游產(chǎn)品,減小熱點(diǎn)地區(qū)的旅游壓力,從而達(dá)到雙贏的目的。

      2 古樹名木綜合價(jià)值評(píng)價(jià)

      2.1 古樹名木綜合評(píng)估價(jià)值體系框架

      本研究參照文獻(xiàn)[13]和[14]從古樹名木的生態(tài)價(jià)值(生物量?jī)r(jià)值如胸徑、樹高等,生物質(zhì)量?jī)r(jià)值如生長(zhǎng)勢(shì)),科研價(jià)值(保護(hù)價(jià)值如保護(hù)級(jí)別,稀有價(jià)值依據(jù)中國(guó)稀有植物庫(kù)和統(tǒng)計(jì)的株數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)),景觀價(jià)值(樹木立地地段價(jià)值如立地小地名,觀賞價(jià)值如樹容樹貌),歷史價(jià)值(歷史價(jià)值如歷史典故)和社會(huì)價(jià)值(民俗文化如和當(dāng)?shù)孛褡逦幕欠裣嗳诤希幕叛鰞r(jià)值如民眾供奉或者參拜祈福)等5個(gè)方面建立古樹名木綜合價(jià)值評(píng)價(jià)體系框架,如表2所示。

      根據(jù)表 2 中的初始價(jià)值加權(quán)DP1, DP2, DP3, DP4, DP5, DP6, DP8, DP9, DP10, 構(gòu)建方案層各指標(biāo)的初始加權(quán)值的判斷矩陣A。

      以矩陣A來表示方案層各指標(biāo)的重要程度,其中1表示兩指標(biāo)同等重要,3表示前者比后者重要,5表示前者比后者明顯重要,7表示前者比后者強(qiáng)烈重要,9表示前者比后者極其重要。2,4,6,8,10分別表示略高于前奇數(shù)且略小于后者奇數(shù)的強(qiáng)度。

      通過層次分析方法確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重的數(shù)學(xué)公式為:

      表2 古樹名木綜合價(jià)值體系框架Table 2 Ancient trees integrated value system framework

      2.2 MALAB程序一致性檢驗(yàn)

      在MATLAB窗體的Command Window中輸入一致性檢驗(yàn)程序,根據(jù)運(yùn)行結(jié)果可得:方案層的初始加權(quán)值通過了一致性檢驗(yàn),同時(shí)得到各方案層的指標(biāo)權(quán)重WPi。生物量?jī)r(jià)值P1的權(quán)重WP1=0.030 3,生物質(zhì)量?jī)r(jià)值P2權(quán)重WP2=0.030 3, 樹齡調(diào)整價(jià)值 P3的權(quán)重WP3=0.090 9,保護(hù)價(jià)值 P4的權(quán)重WP4=0.060 6,稀有性價(jià)值P5的權(quán)重WP5=0.181 8,樹木立地地段價(jià)值P6的權(quán)重WP6=0.030 3,觀賞價(jià)值P7的權(quán)重WP7=0.090 9,歷史史實(shí)價(jià)值P8的權(quán)重WP8=0.212 1, 民俗文化價(jià)值 P9的權(quán)重WP9=0.181 8, 文化信仰價(jià)值 P10的權(quán)重WP10=0.090 9。依據(jù)方案層P1~P10的權(quán)重值和古樹名木方案層的指標(biāo)得分(TD1~TD10)。古樹名木VZ綜合評(píng)估價(jià)值數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

      2.3 古樹名木綜合評(píng)估價(jià)指標(biāo)調(diào)整價(jià)值設(shè)定

      利用模糊綜合評(píng)價(jià)(FSE法),對(duì)古樹名木綜合價(jià)值體系框架中的10個(gè)方案層(表2)進(jìn)行等級(jí)量化,如表3所示。

      表3 古樹名木綜合價(jià)值評(píng)價(jià)指標(biāo)調(diào)整價(jià)值設(shè)定Table 3 Adjustment value of comprehensive evaluation index of ancient trees

      3 古樹名木鄰接點(diǎn)的存儲(chǔ)

      本研究采用鄰接矩陣的方式存儲(chǔ)古樹名木節(jié)點(diǎn)信息,這樣可以方便判斷2個(gè)古樹名木節(jié)點(diǎn)是否通路且很快計(jì)算出通路的綜合評(píng)估價(jià)值總和,不需要開辟多余空間來存儲(chǔ)古樹名木之間的關(guān)系和通路信息。存儲(chǔ)對(duì)象為:①一級(jí)保護(hù)古樹名木;②二級(jí)保護(hù)古樹名木和三級(jí)保護(hù)古樹名木中的綜合評(píng)估價(jià)值高于一級(jí)保護(hù)古樹名木評(píng)估價(jià)值中值的部分。

      通過百度地圖對(duì)選定的古樹名木節(jié)點(diǎn)進(jìn)行兩兩互聯(lián)并用直線進(jìn)行手繪劃分,如圖1所示。圖1百度地圖上標(biāo)注的古樹名木節(jié)點(diǎn)為隨機(jī)選取的浦江縣9株古樹名木(Ti),地圖縮放到鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道顯示時(shí),可以發(fā)現(xiàn)相離很近或同立地小地名的古樹名木的標(biāo)注重合在一起,如T4標(biāo)注是位于浦江縣的塔山公園內(nèi)的3株古樹名木的重合,T7標(biāo)注是位于浦江縣江南第一家的2株古樹名木的重合。另外,對(duì)于不在同一個(gè)立地的小地名,且密度相對(duì)很高的古樹名木,利用百度地圖Javascript API提供的點(diǎn)聚合思想,以古樹名木為圓點(diǎn),1 000 m為半徑,添加圓形覆蓋物,如圖2所示。

      圖1 古樹名木節(jié)點(diǎn)劃分圖Figure 1 The partition map of ancient trees nodes

      圖2 古樹名木節(jié)點(diǎn)輻射區(qū)交集圖Figure 2 The overlap figure of ancient trees nodes radiative zone

      根據(jù)圖2可知:T3和T4雖然不在同一個(gè)立地小地名,中心輻射區(qū)卻有交集,因此將它們按照集群對(duì)象處理,又T3的綜合評(píng)估價(jià)值VT3=2.026 1,T4綜合評(píng)估價(jià)值VT4=1.512 1,所存儲(chǔ)對(duì)象為VT3。本研究對(duì)古樹名木集群或者立地同小地名的古樹名木節(jié)點(diǎn)選取綜合價(jià)值最高的為存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。

      古樹名木鄰接點(diǎn)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)方法:對(duì)所有的古樹名木進(jìn)行綜合價(jià)值評(píng)價(jià)。篩選出一級(jí)保護(hù)古樹名木以及二級(jí)保護(hù)古樹名木和三級(jí)保護(hù)古樹名木符合存儲(chǔ)條件的部分。2個(gè)古樹名木節(jié)點(diǎn)是否通路判斷條件為:2株古樹名木之間聯(lián)通公路不多于2條的形成通路。邊權(quán)值設(shè)定方法為:兩聯(lián)通古樹名木節(jié)點(diǎn)綜合評(píng)估價(jià)值倒數(shù)和的一半。同樣的9株浦江縣的古樹名木節(jié)點(diǎn),篩選出符合存儲(chǔ)條件的6株為(為了方便說明與計(jì)算, 古樹名木評(píng)價(jià)值取整): VT1=3, VT2=3, VT3=2, VT5=2, VT6=4, VT7=2。 進(jìn)行鄰接點(diǎn)矩陣存儲(chǔ)為:

      依據(jù)同樣的方法完成金華市所有古樹名木節(jié)點(diǎn)的鄰接矩陣存儲(chǔ)。

      4 最優(yōu)旅游路線的實(shí)現(xiàn)

      4.1 最優(yōu)古樹名木旅游路線的設(shè)計(jì)

      起止點(diǎn)獲取的方法:①金華市各區(qū)縣內(nèi)綜合價(jià)值排名前2位的古樹名木節(jié)點(diǎn);②手動(dòng)預(yù)選取的古樹名木節(jié)點(diǎn)。

      利用Dijkstra算法遍歷無向圖(古樹名木鄰接點(diǎn)矩陣),得到綜合價(jià)值最優(yōu)的古樹名木隊(duì)列。具體實(shí)現(xiàn)為:①根據(jù)古樹名木鄰節(jié)點(diǎn)矩陣建立加權(quán)無向圖。②初始化 ,即S={v},v的權(quán)值為0。③設(shè)置U包含除v外的其他古樹名木節(jié)點(diǎn),即:U={其余古樹名木節(jié)點(diǎn)},若v與U中古樹名木節(jié)點(diǎn)ui有邊,則<ui,v>正常有權(quán)值;若u不是vi的出邊古樹名木鄰接點(diǎn),則<ui,v>權(quán)值為∞。④從U中選取一個(gè)權(quán)值v最小的頂點(diǎn)ui,把ui加入S中。⑤以u(píng)i為新中間點(diǎn),更新U中各古樹名木節(jié)點(diǎn)的權(quán)值;若從源點(diǎn)v到古樹名木節(jié)點(diǎn)ui的權(quán)值(經(jīng)過古樹名木節(jié)點(diǎn)v)比原來權(quán)值(不經(jīng)過古樹名木節(jié)點(diǎn)v)短,則修改頂點(diǎn)ui的權(quán)值,修改后的權(quán)值的頂點(diǎn)v的權(quán)值加上邊上的權(quán)值。⑥重復(fù)步驟④和⑤,直到所有古樹名木節(jié)點(diǎn)都包含在S中。

      最優(yōu)古樹名木隊(duì)列與百度地圖API(Javascript API)進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì),通過百度地圖渲染出古樹名木旅游線路。

      4.2 代碼實(shí)現(xiàn)

      functionBegin

      ……

      //古樹名木的鄰接矩陣的建立

      TreeNoteBeg[]=”” ;//初始化起點(diǎn)數(shù)列

      TreeNoteEnd[]=”” ;//初始化終點(diǎn)數(shù)列

      ResultNotesArray[]=”” ;//初始化最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)隊(duì)列

      Public string TreeNoteArraryt(int[][]g,TreeNoteBegin[i],TreeNoteEnd[i])

      //g 矩陣圖, TreeNoteBegin[i]第 i個(gè)起點(diǎn),TreeNoteEnd[i]終點(diǎn),返回最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)集

      {for(int i=0;i

      for(int j=0;j

      bool NoteState=DijkstraSearchNote(g[i][j]);

      //最優(yōu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入 ResultNotesArray[]

      if(NoteState==true) AddToResultNotesArray(g[i][j]);

      else contiue;//跳出次循環(huán),繼續(xù)向前遍歷

      }}

      return ResultNotesArray[n];//返回最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)集數(shù)列

      }

      //調(diào)用百度地圖API

      var map=new BMap.Map("container" );//創(chuàng)建地圖實(shí)例

      int i=0;

      //最優(yōu)路徑節(jié)點(diǎn)集的經(jīng)緯度在百度地圖上的繪制

      foreach(tree as in ResultNotesArray[n])

      {var spoi[i]=new BMap.Point(tree.Longitude,tree.Latitude);}

      for(int i=0;i

      {//駕車實(shí)例,并設(shè)置回調(diào)

      var driving=new BMap.DrivingRoute(map,{onSearchComplete:drawLine}) ;

      driving.search (spoi[i],spoi[i+1]);//搜索節(jié)點(diǎn) i到節(jié)點(diǎn) i+1 的線路

      }}

      functionEnd

      4.3 實(shí)現(xiàn)效果

      區(qū)域內(nèi)古樹名木最優(yōu)旅游路線的實(shí)現(xiàn),經(jīng)過預(yù)提取區(qū)域內(nèi)的古樹名木綜合評(píng)估價(jià)值最高的3個(gè)節(jié)點(diǎn)的提取,經(jīng)過技術(shù)兼容性設(shè)計(jì),調(diào)取百度地圖javascript API進(jìn)行地圖渲染出最優(yōu)行車路線(圖3)。圖3實(shí)現(xiàn)了浙江省金華市武義縣區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)旅游線路的規(guī)劃,當(dāng)行車啟動(dòng)時(shí),利用H5 maps API(document.addEventListener("plusready",plusReady,false))獲取用戶當(dāng)前的全球定位系統(tǒng)(GPS)坐標(biāo),同時(shí)調(diào)用百度地圖javascript API重繪古樹名木起始節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前用戶位置GPS坐標(biāo)的路線,進(jìn)行實(shí)時(shí)導(dǎo)航。

      5 結(jié)論與討論

      本研究以浙江省金華市古樹名木數(shù)據(jù)為研究對(duì)象,分別對(duì)研究區(qū)各區(qū)縣的人口密度、公路密度、服務(wù)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r與古樹名木區(qū)域分布特征進(jìn)行相關(guān)性分析,論證了古樹名木旅游最優(yōu)路線設(shè)計(jì)的可行性;利用AHP法和FSE法實(shí)現(xiàn)了古樹名木綜合價(jià)值的評(píng)價(jià),完成古樹名木鄰接點(diǎn)矩陣的存儲(chǔ);利用Dijkstra算法遍歷古樹名木的鄰接點(diǎn)矩陣得到綜合評(píng)價(jià)值最優(yōu)的古樹名木節(jié)點(diǎn)集,經(jīng)過與百度地圖Javascript API進(jìn)行兼容性設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)了古樹名木最優(yōu)旅游路線。

      實(shí)現(xiàn)的古樹名木最優(yōu)旅游路線,綜合考慮了鄉(xiāng)村生態(tài)游、民俗文化游和自駕體驗(yàn)游等因素,引導(dǎo)人們選擇以古樹名木為特色的旅游形式,在游樂中豐富古樹名木知識(shí)。研究的最終目的是提高社會(huì)公眾對(duì)古樹名木的關(guān)注度,為古樹名木相關(guān)研究及政策制定與實(shí)施提供一個(gè)良好的社會(huì)氛圍;在此基礎(chǔ)上,吸引更多的社會(huì)資源投入到古樹名木的相關(guān)研究中去,一定程度上解決古樹名木前期研究的可操作性不強(qiáng)、社會(huì)認(rèn)知度不夠等問題。

      圖3 金華市武義縣古樹名木最優(yōu)旅游路線設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)Figure 3 Realization of the optimal travel route design of ancient trees in Wuyi,Jinhua City

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