基于灰色聚類分析法的交叉口交通環(huán)境影響評價*

胡列格，閆曉燕

(長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410000)

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展和城市人口的迅速膨脹，城市道路和車流量迅速增加，隨之而來的城市交通環(huán)境污染問題已成為城市環(huán)境污染的首要問題。世界各國極其重視交通對環(huán)境的影響問題，世界道路協(xié)會為此設(shè)置了專門的技術(shù)委員會，研究建立道路環(huán)境影響評價方法，為道路規(guī)劃、設(shè)計及管理提供一個環(huán)境要求的準繩［1］。環(huán)境影響評價是對規(guī)劃和建設(shè)項目實施后可能造成的環(huán)境影響進行分析、預測和評估，提出預防或者減輕不良環(huán)境影響的對策和措施［2］。

在交通系統(tǒng)對環(huán)境的影響方面的研究中，許多國家相繼開展了研究，并建立了理論計算方法及經(jīng)驗模型方法。在交通系統(tǒng)噪聲對環(huán)境的影響方面的研究中較典型的有Janczur的水平地面上任意建筑物分布條件下任意點聲場分析方法，我國學者吳碩賢的平行街道內(nèi)道路交通噪聲計算機模擬方法等［3］;在機動車尾氣排放擴散污染模型方面的研究主要有美國環(huán)保局開發(fā)的ROADWAY，美國德克薩斯州交通研究所開發(fā)的TXLINE，北京工業(yè)大學公式(徐錦航等，1987)和中山大學公式(唐永鑾，1992)，東南大學應用量綱分析法。

城市內(nèi)交叉口大多為平面信號交叉口。車輛在到達交叉口時一般要減速、等待、加速等，由此帶來的噪聲和大氣污染即交通環(huán)境污染問題及其嚴重，尤其是市中心交叉口交通環(huán)境污染現(xiàn)象更為嚴峻。本文在根據(jù)排放因子，車速，車型比例，交通量，停車延誤等條件，計算交叉口交通噪聲等級，在利用車流尾氣污染物排放量計算方法計算交叉口污染物排放量的基礎(chǔ)上，用灰色決策模型對芙蓉南路－赤嶺路(涂家沖)交叉口交通環(huán)境進行評價。為道路交叉口交通設(shè)計及管理提供一定的指導策略。

1 灰色聚類的基本原理

灰色聚類是以灰數(shù)的白化權(quán)函數(shù)生成為基礎(chǔ)，將一些觀測指標或?qū)ο缶垲惓扇舾蓚€可定義的類別的方法［4］。由于交通對環(huán)境的影響過程可以看作是一個灰色系統(tǒng)，所以可以用灰色系統(tǒng)理論進行交通環(huán)境影響評價。

1.1 評判向量規(guī)范化［5］

由于交通環(huán)境影響因子均系屬性值越小越好的成本型指標，本文采取下面公式進行處理:

其中，xij為第i條道路j類污染物的規(guī)范化評價值，值域分為 4 段，［0，70)，［70，80)，［80，90)，［90，100］，相應的第i條道路j類污染物的評價狀態(tài)為差，一般，良，優(yōu);tij為第i條道路或交叉口j類污染物實際濃度值或預測值;D1j為j類污染物的第1級濃度分界值;D2j為j類污染物的第2級濃度分界值;D3j為j類污染物的第3級濃度分界值;污染物分級濃度分界值可以是日均濃度值或小時平均濃度，如表1所示。

1.2 灰類的白化權(quán)函數(shù)

對城市道路環(huán)境質(zhì)量的評價分為4個灰類，即空氣質(zhì)量優(yōu)(A級)，空氣質(zhì)量良(B級)，空氣質(zhì)量一般(C級)，空氣質(zhì)量差(D級)4個灰類。因此，污染物評價指標相應的分為4個子灰類，其4個白化權(quán)函數(shù)為(2)～(5)及圖1所示。

表1 城市道路污染物分級濃度分界值Table 1 The grade concentration cut－off value of pollutants in urban road mg/m3

1.3 綜合決策權(quán)的確定

圖1 灰類白化權(quán)函數(shù)Fig.1 Grey whitenization weight function

徐肇忠(1994，1997)和肖新平(1997)等指出當某一評價因子，若其在某一點的監(jiān)測值低于國家標準，則其在評價中的重要程度應相對較輕;若超過了國家標準，則在評價中的重要性應較明顯，而且超標越多，對評價的重要程度越大。綜上，選用超標定權(quán)法(污染貢獻率法)確定評價因子的綜合決策權(quán)，計算公式如下［6］:

1.4 灰聚類分析

2 芙蓉南路－赤嶺路(涂家沖)交叉口交通灰色聚類分析

芙蓉路是長沙市主干路，芙蓉南路－涂家沖交叉口屬于Y形信號交叉口，位于市中心。北進口為雙向8車道，南進口為雙向6車道，西進口為雙向4車道，如圖3。采用交通調(diào)查相關(guān)方法測得交叉口的流量－流向圖如圖2，交叉口平面圖如圖3。

圖3 涂家沖交叉口平面圖Fig.3 Plane graph of tujie－chong intersection of tujiachong intersection

根據(jù)交叉口類型確定的空氣污染物擴散濃度，即北京工業(yè)大學Nichoson箱式模型的修正形式模型，機動車排放污染物濃度計算公式為［7］:

其中，CI為交叉口機動車污染物濃度，mg/m3;QL為在交叉口排隊的機動車尾氣污染物線源強度(怠速排放)，mg/(m.s);LC為交叉口機動車排隊長度，m;u為道路上的風速，m/s;H為交叉口周圍建筑物平均高度，m;B為交叉口處箱體的寬度，一般取交叉口入口寬度加上10～20 m;K為系數(shù)，參考其他城市的資料，取0.67;

其中，m為交叉口停車率，與控制方式有關(guān)，見表2;N為交叉口進口流量總和，輛/h;hd為交叉口排隊車輛車頭間距，m;為停車時的車輛安全車間距與車輛的車身長度之和，對于標準小汽車取7 m;Cy為交叉口排隊的周期，s;若為信號交叉口，則為信號周期。

表2 交叉口停車率m的取值Table 2 Pause rate m of intersection

設(shè) μ =1 m/s，H=20 m，k=0.67，B 按北，西，南分別取 15，15，10，hd=7 m，Cy=135 s，計算得:LC分別為245.91，64.155 和 233.415 m，CI按北，西，南計算得到涂家沖交叉口各進口道空氣污染濃度值如表3。

表3 涂家沖污染物濃度值Table 3 Pollutants concentration value of Tujia－chong intersection mg/m3

按公式1規(guī)范化得表4。

表4 涂家沖污染物濃度規(guī)范化值Table 4 Standardization value of pollutants concentration in Tujia－chong intersection mg/m3

按公式(2)～(5)得到灰類白化權(quán)函數(shù)為:

根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標準(GB3095－96)對CO，NOX1 h平均濃度的規(guī)定和參考國外的標準，將道路兩側(cè)的CO，NOX分為4個等級，見表5。

表5 道路交通污染物分級濃度值(1 h平均濃度)Table 5 The grade concentration cut－off value of traffic pollutants(hourly concentration) mg/m3

由表3可以看出，涂家沖交叉口CO小時平均濃度大于20 mg/m3，NOX小時平均濃度大于0.3 mg/m3，所以整體交叉口總體大氣污染嚴重，空氣質(zhì)量較差。

3 結(jié)論

(1)由于車輛尾氣排放、擴散濃度和車流量、車速、加減速相關(guān)，所以，流量大，車速大的進口道污染物排放量和擴散濃度也較大，以上通過灰色聚類法對交叉口交通環(huán)境污染的分析說明，涂家沖交叉口屬于空氣污染較嚴重的交叉口，這與現(xiàn)實感覺相符，所以利用灰色聚類分析法進行城市道路交叉口交通環(huán)境影響評價是可行的，從而為以后的交通影響分析評價工作提供了研究方向。

(2)交通環(huán)境污染不僅和機動車數(shù)量有關(guān)，同時和城市道路交通設(shè)施建設(shè)、城市交通管理水平關(guān)系密切。因此要改善這一現(xiàn)象，政府除了可以根據(jù)實際情況考慮采取更加嚴格的排放法規(guī)，針對性地限制車輛上路，也可以采取各單位彈性上班時間制，錯開車流的高峰期。另外，響應城市“低碳環(huán)保”發(fā)展理念，提高燃油品質(zhì)或者采用潔凈的替代燃料，如壓縮天然氣或者液化石油氣也不失為一種好辦法?？傊?，未來緩解城市交通環(huán)境污染的空間還很大，要靠不懈努力才能實現(xiàn)。

［1］陸書玉.環(huán)境影響評價［M］.北京:高等教育出版社，2001.LU Shu-yu.Environmental impact assessment［M］.Beijing Higher Education press，2001.

［2］王 煒.城市交通系統(tǒng)能源消耗與環(huán)境影響分析方法［M］.北京:科學出版社，2002.WANG Wei.Energy consumption and environment impact of urban traffic system［M］.Beijing:Science Press，2002.

［3］李炳光.交通噪聲及其控制途徑［J］.噪聲與振動控制，1991(5):29－34.LI Bing-guang.Traffic noise and controlling ways［J］.Noise and Vibration Control，1991(5):29 －34.

［4］冦劉秀，蔣大和，等.交通規(guī)劃環(huán)境影響評價指標體系研究［J］.河北科技大學學報，2007(1):82－86.KOU Liu-xiu，JIANG Da-he，et al.Study on indicators system for strategic environmental assessment of transport planing［J］.Journal of Hebei University of Science and Technology，2007(1):82 －86.

［5］李 勝，童利忠，趙冬梅，等.灰色決策模型在城市交通環(huán)境大氣影響評價中的應用［J］.公路交通科技，2000(3):88－90.LI Sheng，TONG Li-zhong，ZHAO Dong-mei，et al.The application of grey decision－making model in urban traffic environment impact assessment［J］.Journal of Highway and Transportation Research and Development，2000(3):88－90.

［6］傅大放.汽車尾氣污染規(guī)律模擬與計算方法研究［D］.南京:東南大學，1992.FU Da-fang.The study on the simulationof law of automobile exhaust pollution and calculation method［D］.Nanjing:Southeast University，1992.

［7］傅立新，郝吉明，河東全.城市街道汽車污染物擴散規(guī)律模擬研究［J］.環(huán)境科學，1999(6):22－25.FU Li-xin，HAO Ji-ming，HE Dong-quan.Diffusion of pollutants in city street car simulation study［J］.Environmental Science，1999(6):22 －25.