研究概述

研究背景

在国家文化公园建设背景下，长城、大运河等线性文化遗产本体上的旅游与游憩活动正在迅速拓展至沿线的带状区域。国家文化公园的景观规划设计需要从资源价值角度回答"在哪儿能看见景观"的问题。

格式塔理论 多维语义

核心挑战

  • 景观多维语义表达不充分
  • 可视计算量大的问题
  • 大规模复杂视域计算的应用限制

概念内涵

线性文化遗产景观语义特征点概念图示

图1 线性文化遗产景观语义特征点概念图示

功能设施点

表征景观意义的核心基础特征点，如长城中的敌台、烽火台等具有明确位置和功能语义的历史功能设施。

形态特征点

构成遗产景观形态骨架的控制性特征点，体现形态语义，表达景观的整体形态结构和突出变化位置。

等距加密点

在密度不足区间按一定间隔距离进行加密补充的特征点，具有辅助表达景观语义和视觉感知完整性的作用。

景观语义特征点

借鉴地图综合思想，将景观抽象概括为包含空间特征和景观语义信息的单个或一系列特征点，可承载景观位置、功能、形态、美学、文化等多个维度语义信息。

多粒度表达体系：

景观语义特征点 → 景观要素
景观要素 → 景观子系统
景观子系统 → 景观系统

景观可视区位

景观可视区位原理示意图

图2 景观可视区位原理示意图

从视觉上能够感知到目标景观的空间分布、形态和意义的位置，分为特征点可视区位和景观可视区位两个层面。

技术方法

特征点提取步骤

长城景观语义特征点提取步骤

图3 长城景观语义特征点提取步骤

步骤1: 功能设施点

根据基础数据定位，将文化遗产中的功能设施抽象为点，使用实际高度或赋存质量等级赋予相应高度值。

步骤2: 形态特征点

使用3D Douglas-Peucker法，结合DEM数据，设置容差值对景观本体骨架线进行简化。

步骤3: 等距加密点

在密度不足区间，采用分段计算平均间隔距离的方式加密特征点。

LVPLM数据模型

LVPLM模型结构与数据挖掘方法

图4 LVPLM模型结构与数据挖掘方法

采用基于NetCDF的景观视觉感知区位信息模型（LVPLM），将可视区位集成存储为多维格式数据：

LVPLM = f(X, Y, Points)

其中X、Y表示空间维度，Points表示特征点维度

京津冀明长城实证研究

特征点提取结果

53,454
总特征点数
5,307
功能设施点
(9.86%)
8,987
形态特征点
(16.81%)
22
区段数量
京津冀明长城景观语义特征点提取结果及局部分类特征点分布示例

图5 京津冀明长城景观语义特征点提取结果及局部分类特征点分布示例

精度验证结果

数量吻合度

76.37%

实地验证可视区位的特征点数量平均吻合度

内容吻合度

70.69%

实地验证可视区位的特征点内容平均吻合度

可视区位信息挖掘

古北口段长城可视区位与信息挖掘可视化

图6 古北口段长城可视区位与信息挖掘可视化

语义降维投影

展现可视区位定量分布，通过可视特征点求和运算获得整体可视区位信息。

空间维度切片

根据观察点位置获取可视特征点分布，实现通过特定区位查找可感知的景观语义。

语义维度切片

获取单个特征点的可视区位分布，实现通过特定景观语义查找对应的可视区位。

景观价值分析

景观形态语义可视区位

长城景观形态语义优质可视区位

图7 长城景观形态语义优质可视区位

笔直壮美型

特征点外接矩形长宽比较大(20:1以上)，体现长城的雄壮气势。

跌宕起伏型

地形特征属性中同时包含山顶点和山谷点，展现起伏变化。

蜿蜒曲折型

横向跨度大，结合相邻连续特征点间夹角体现蜿蜒特征。

景观功能语义可视区位

长城景观功能语义优质可视区位

图8 长城景观功能语义优质可视区位

作战瞭望

以敌台为主的防御功能系统，体现军事防御价值。

烽火传递

由烽火台构成的传烽功能系统，展现通信功能。

协同作战

敌台与墙体组成的协同作战功能系统，体现整体防御策略。

防御功能语义子系统可视区位链

长城关城子系统可视区位链

图9 长城关城子系统可视区位链

基于子系统景观语义特征点中各功能语义景观段的优质可视区位，结合区域内交通线等环境背景信息在空间序列上进行连接，形成可达性高且能够完整感知子系统功能语义的可视区位链。

语义编码系统

编码结构设计

区段编码
(3位)
行政区划代码
(6位)
特征点类型码
(2位)
要素子类码
(6位)
顺序标识码
(5位)

编码示例

编码示例 所属区段 特征点类型 景观要素
GBK-130824-FF-352101-08264 古北口段 功能设施点 敌台
CCX-130732-FF-352102-48695 赤城段 功能设施点 马面
HLX-130730-FF-352107-90269 怀来段 功能设施点 烽火台

主要贡献与创新

方法创新

  • 基于格式塔理论的多维语义特征点提取方法
  • NetCDF多维数据格式的景观可视区位组织方式
  • 景观语义的"概括-表征-还原"过程实现

应用价值

  • 大幅减少可视计算量，提高计算效率
  • 实现景观语义与可视区位的双向查询
  • 为国家文化公园建设提供技术支撑

结论与展望

主要结论

本研究提出的多维语义特征点提取与景观可视区位计算方法，成功解决了大规模线性文化遗产视觉感知研究中的关键问题。

验证结果

实地验证显示数量吻合度和内容吻合度均超过70%，证明方法的有效性和可靠性。

应用前景

方法可扩展应用于大运河、茶马古道等其他线性文化遗产，为文化遗产保护与开发提供新的技术路径。

发展方向

结合机器学习和高分辨率遥感影像，实现景观语义特征点的完整自动提取流程。

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