基于GIS技術的高速公路環(huán)境影響定量研究

關鍵詞：高速公路；GIS；自然環(huán)境；定量分析；環(huán)境評價

中圖分類號：X82 文獻標志碼：B

前言

隨著高速公路建設的加速，優(yōu)化環(huán)境問題備受關注。環(huán)境影響評價需從經(jīng)濟、社會、生態(tài)和景觀等多角度分析。經(jīng)濟方面看，在高速公路建設過程中，對周邊土地利用類型和生態(tài)環(huán)境造成影響的方式包括占用耕地、破壞植被、改變土地利用類型及破壞水源等幾方面。目前對于高速公路建設過程中對周圍生態(tài)環(huán)境造成影響的研究還處于比較初級的階段，主要是通過構建相應的模型來進行研究，如采用適宜性指數(shù)法、生態(tài)足跡法等對高速公路建設對周邊生態(tài)環(huán)境造成影響進行評價。而在這些研究中所構建的模型都是基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）平臺建立的，需要大量空間數(shù)據(jù)支持和基礎設施條件作為支撐。同時，利用GIS技術與高速公路數(shù)據(jù)庫結合可以實現(xiàn)高速公路沿線生態(tài)環(huán)境可視化監(jiān)測和預測分析，可以為高速公路建設過程中所涉及的環(huán)境影響評價提供新方法。研究基于GIS技術建立用于高速公路自然環(huán)境評價的自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并將專家調(diào)研和多元統(tǒng)計分析相結合，從海量的自然環(huán)境評價指標中構建了路域自然環(huán)境評價指標體系，以期可以實現(xiàn)高速公路沿線自然環(huán)境可視化監(jiān)測和預測分析，并避免傳統(tǒng)的定性分析所帶來的問題。

1高速公路對路域自然環(huán)境的影響分析

1.1自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫的建立

為分析這些影響，研究采用GIS技術構建自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫。在道路建設中，將設計與自然環(huán)境相融合是關鍵。高速公路建設雖重要，但也會對自然環(huán)境造成沖擊。為分析這些影響，采用GIS技術建立自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫，以監(jiān)測環(huán)境狀況、評估污染并助力生態(tài)規(guī)劃和管理。

GIS系統(tǒng)管理地理空間數(shù)據(jù)，包括地圖、坐標和地理特征等。環(huán)境模型分析環(huán)境要素的空間分布和動態(tài)變化。GIS為環(huán)境模型提供空間運行規(guī)范，展示空間特征并分析要素間的空間關系。結合GIS環(huán)境模型的研究更加深入和準確。

在高速公路環(huán)境評價中，結合遙感與GIS技術能提高工作效率。衛(wèi)星影像識別土質(zhì)、斷層等。在沒有成圖數(shù)據(jù)下，可確保環(huán)境數(shù)據(jù)可靠，提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

構建電子地圖、算法、評價知識和應用模型庫是將GIS技術應用于環(huán)境評價的重要步驟。高速公路自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫路線，由于地類多樣、數(shù)據(jù)量大等挑戰(zhàn)，采用2.5分辨率的航空／衛(wèi)星影像，利用原始電子資料和衛(wèi)星圖像直接處理，構建數(shù)據(jù)庫減少中間環(huán)節(jié)，提高數(shù)據(jù)準確性。

1.2自然環(huán)境影響評價指標體系的建立

指標參數(shù)不確定性導致評價差異。目前研究缺乏可靠性分析。此研究基于實地調(diào)查和自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫，對各影響因素進行綜合研究和分析。自然環(huán)境系統(tǒng)復雜，但可由少數(shù)關鍵指標描述。在評估高速公路環(huán)境時，采用綜合分析篩選法，結合定性與定量分析，確保指標選取的科學性。

研究遵循“先進性”和“有效性”原則，利用遙感和GIS技術直接獲取關鍵數(shù)據(jù)，剔除不易測量因素，依據(jù)高頻指標和篩選原則構建評估體系見表1。

研究基于初選原則，構建高速公路環(huán)境評價體系，結合實踐和專家調(diào)研確定關鍵指標。評價人員的經(jīng)驗和科研水平影響指標選擇，所以從綜合能力、對指標熟悉程度和判斷依據(jù)三方面評估專家權威，并計算指標重要性。

修正后的自然環(huán)境評價指標體系，根據(jù)評價指標的重要性得分，研究確定7個重要指標，構建高速公路路域自然環(huán)境評價指標體系，反映高速公路路域自然環(huán)境系統(tǒng)的特征和整體狀況。

2 GIS技術支持下的環(huán)境影響定量分析

研究遵循“點線結合、以點代段、全線反饋”的原則，結合實地調(diào)查與遙感信息。選取2020年9月和2021年6月的遙感圖像及1：50000數(shù)據(jù)地形圖，利用SPSS20.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。

為評估高速公路路域自然環(huán)境評價模型的擬合優(yōu)度，加入不同生態(tài)指數(shù)構建多個模型。如表2所示，模型的方差分析顯示Plt;0.01，說明模型結果具有統(tǒng)計學意義，可反映路域生態(tài)環(huán)境評價指標與評價結果間的關系。隨著生態(tài)指數(shù)的選取，模型間的線性相關性逐漸增強。模型4的擬合效果最佳，采用四種生態(tài)指數(shù)來擬合道路區(qū)域生態(tài)環(huán)境評估模型誤差最小，數(shù)值為0.7394。

殘差是隨機誤差與預測值偏離。為評估高速公路自然環(huán)境評價模型可靠性，分析殘差獨立性和正態(tài)性。如圖1所示殘差隨機分布，無特定規(guī)律，表明模型能準確解釋環(huán)境特征。此外，各生態(tài)指數(shù)誤差獨立，互不影響，提高評價模型的可靠性。

殘差直方圖和累積概率圖檢驗結果如圖2所示，歸一化殘差頻率和累積概率均接近正態(tài)分布，表明高速公路路域自然環(huán)境質(zhì)量評價模型中的生態(tài)指標符合正態(tài)性要求。

3結論

綜上所述，高速公路建設在推動陜西省社會經(jīng)濟發(fā)展的同時，也對區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來了挑戰(zhàn)。此研究利用GIS技術，建立了自然環(huán)境影響評價模型，并通過深入分析各項指標，定量評估了其分析對環(huán)境的影響。通過相關性和殘差分析，該模型顯示出87.234%的整體準確率，錯分率與漏分率均低于20%，充分證明了可信度。特別地，當進行引入土壤亮度指數(shù)、歸一化植被指數(shù)、地表溫度和沙漠化差值指數(shù)時，模型擬合的效果最佳，誤差僅僅低至0.7394，且各自然指數(shù)獨立且呈正態(tài)性。這一研究不僅為高速公路建設的環(huán)境影響評價提供了有力的科學依據(jù)，更為追求經(jīng)濟發(fā)展的同時，保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境提供了有益的啟示和借鑒。