基于GIS圖形疊置法的城市交通污染對(duì)周邊植物影論文
摘 要：文利用地理信息系統(tǒng)（GIS）對(duì)空間分析的優(yōu)越性，以道路的屬性信息如道路等級(jí)、車(chē)道數(shù)等信息間接表征環(huán)境影響因子，結(jié)合圖形疊置法綜合分析道路對(duì)周?chē)h(huán)境的影響程度，并形成影響等級(jí)分布圖。為后續(xù)預(yù)測(cè)道路兩側(cè)植株生長(zhǎng)趨勢(shì)提供一定的指示指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)、圖形疊置分析、城市交通污染
城市交通對(duì)周邊植物的影響因素很復(fù)雜，比如汽車(chē)尾氣排放物導(dǎo)致道路周邊植株氮、硫和重金屬元素含量超過(guò)正常水平；汽車(chē)揚(yáng)塵遮蔽植物葉面氣孔阻礙植物呼吸和蒸騰作用，減緩光合作用，對(duì)周邊環(huán)境的影響（氣溫升高、土壤重金屬含量變化）都會(huì)不同程度的導(dǎo)致植株的不正常生長(zhǎng)等等。以往研究中，主要采取實(shí)際測(cè)道路兩旁生物量或植物中污染元素含量來(lái)間接分析道路對(duì)周邊植物的影響，并且多數(shù)只選取影響因素的一個(gè)方面討論與植物生長(zhǎng)的關(guān)系，如康玲芬等人通過(guò)對(duì)道路兩側(cè)小麥樣品的重金屬含量監(jiān)測(cè)，得出交通污染與小麥產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)系，劉杰等通過(guò)公路兩側(cè)不同距離各類(lèi)植物生物量的測(cè)定值與距離的回歸方程來(lái)分析交通對(duì)周邊植物的影響。也有部分學(xué)者則從宏觀角度對(duì)城市交通的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)影響因子的篩選和重組，獲得綜合影響值，作為衡量交通線路影響程度的依據(jù)。如李修剛等通過(guò)綜合分析道路周?chē)h(huán)境敏感程度和道路對(duì)環(huán)境的影響程度，篩選社會(huì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、環(huán)境空氣和噪聲四個(gè)方面作為評(píng)價(jià)因子，后利用層次分析的方法綜合為一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)道路方案優(yōu)劣。
1.研究區(qū)概述及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
研究區(qū)域?yàn)樯虾Ｊ虚L(zhǎng)風(fēng)公園附近地區(qū)，位于普陀區(qū)西南部，街區(qū)范圍北起銅川路，南到金沙江路，西起大渡河路，東至武寧路。自1991年上海市全面實(shí)施舊城改造后，研究區(qū)道路格局發(fā)生了巨大的變化，但自1993年來(lái)，由航拍影像可看出長(zhǎng)風(fēng)地區(qū)道路格局未發(fā)生重大變化，局部交通干道金沙江路、大渡河路分別于2005年、2007年拓寬至6車(chē)道。規(guī)劃道路網(wǎng)絡(luò)由快速路、次干路、支路三級(jí)構(gòu)成，其中快速路2條，次干路段五條。整個(gè)研究區(qū)是以華東師大、長(zhǎng)風(fēng)公園為主的文化娛樂(lè)區(qū)。研究區(qū)有行道樹(shù)的次干道、支道25條，其行道樹(shù)主要類(lèi)型為香樟，懸鈴木，廣玉蘭，女貞，截至2005年，研究區(qū)主要干道曹楊路、中山北路、金沙江路綠地面積分別達(dá)0.5、0.3、6公頃，銅川路林帶面積達(dá)7公頃。
本文以ARCGIS為平臺(tái)，對(duì)研究區(qū)范圍內(nèi)道路對(duì)周邊植物的影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。為了獲取該區(qū)GIS交通信息圖層，本文以2003、2005、2006年上海市長(zhǎng)風(fēng)公園附近地區(qū)1：2.5萬(wàn)航片為基礎(chǔ)底圖（掃描分辨率為0.4m，并已進(jìn)行了正射校正和幾何精校正），在ARCGIS中進(jìn)行數(shù)字化形成道路圖層，為便于下文分析，對(duì)矢量化圖層設(shè)定地理坐標(biāo)系統(tǒng)，道路矢量化圖層包括道路中心線，道路交叉口，通過(guò)航片判讀和實(shí)地考察的方法獲取道路名稱和道路車(chē)道數(shù)，交叉口道路數(shù)等信息；與其他環(huán)境影響因子分析方式不同的是，為了獲得整個(gè)研究區(qū)連續(xù)的道路影響因子指標(biāo)和便于后期道路影響指標(biāo)的可視化，將研究區(qū)范圍劃分為25m×25m大小地理單元，并建立對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格圖層；同時(shí)矢量化道路兩側(cè)植株形成樣本點(diǎn)圖層。
2.研究方法和流程
2.1影響周邊植被的交通因子分析和篩選
在影響因子篩選的過(guò)程中，不僅要考慮到對(duì)道路周邊植物有著長(zhǎng)期、不可逆、顯著影響的因子，還要考慮選取能夠通過(guò)GIS技術(shù)從道路矢量信息和屬性信息直接提取的間接表征量�！兑�(guī)范》中推薦的噪聲預(yù)測(cè)模型公式計(jì)算出特定的值來(lái)評(píng)定噪聲因子的影響，但透過(guò)模型可以看出噪聲影響與輻射聲級(jí)、噪聲值、車(chē)流量有關(guān)，從地面沉積量計(jì)算公式也可看出道路揚(yáng)塵影響與路面沉積量、車(chē)流量、車(chē)速有關(guān)，以現(xiàn)有的遙感圖和交通矢量圖無(wú)法提取噪聲值和路面沉積量，如果依靠實(shí)地測(cè)量值帶入公式計(jì)算噪聲值和揚(yáng)塵量更增加了實(shí)驗(yàn)工作量也有違計(jì)算機(jī)快速提取的初衷。通過(guò)已有研究文獻(xiàn)研究的道路與周邊植物生長(zhǎng)關(guān)系，可以用道路的一些相關(guān)屬性間接表征植物生長(zhǎng)情況。城市道路劃分級(jí)別規(guī)定了不同等級(jí)道路的規(guī)格，如一級(jí)道路設(shè)計(jì)車(chē)速在60-80km/h，二級(jí)道路設(shè)計(jì)車(chē)速在40-60km/h，道路設(shè)計(jì)時(shí)一般假設(shè)通行能力與車(chē)道數(shù)呈絕對(duì)正比，也就是說(shuō)，不同車(chē)道數(shù)的道路單車(chē)道通行能力是相當(dāng)?shù)摹Ｄ敲纯梢杂醚芯繀^(qū)道路的道路等級(jí)和車(chē)道數(shù)來(lái)表示道路的平均車(chē)速和流量問(wèn)題，而道路的這些屬性信息是很容以獲得的。
十字路口、盤(pán)旋路口由于車(chē)流量大、車(chē)輛行駛速度變緩、停止等現(xiàn)象，尾氣排放嚴(yán)重，對(duì)周邊植物產(chǎn)生與一般道路不同程度的影響，有學(xué)者研究表明，城市道路路口因街道走向、交通流量、擴(kuò)散能力的差異對(duì)行道樹(shù)葉片葉綠素的影響呈現(xiàn)不一致性，即車(chē)道不通暢、車(chē)流量大的地區(qū)植物葉綠素a污染指示指標(biāo)高。
2 交通因子指標(biāo)的計(jì)算機(jī)提取
2.1 各交通因子的權(quán)重
本文與以往的研究不同的是，評(píng)價(jià)因子之間影響的重要程度可通過(guò)因子所影響的地理單元面積的大小來(lái)確定，對(duì)單個(gè)地理單元來(lái)說(shuō)，某一評(píng)價(jià)因子影響范圍達(dá)整個(gè)地理單元的大小時(shí)，我們?cè)O(shè)定其對(duì)該地理單元影響的權(quán)重為1，如果影響范圍未達(dá)整個(gè)地理單元的大小是，其權(quán)重設(shè)置為影響面積與單元格大小的占比。
同時(shí)，道路對(duì)周邊植物的影響與距離有很大的關(guān)系，每個(gè)地理單元的距離因子也做為各個(gè)因子的權(quán)重，距離越近權(quán)重越大，距離越遠(yuǎn)權(quán)重越小。
2.2基于GIS圖層疊加法的影響因子指標(biāo)提取
圖形疊置法是McHarg與1968年提出的利用疊置地圖進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)的方法，是將一套具有不同環(huán)境特征的地圖疊置起來(lái)形成一張復(fù)合圖來(lái)表征該地區(qū)的綜合環(huán)境特征，以方便判斷區(qū)域所受環(huán)境影響的相對(duì)大小。本文引入GIS技術(shù)的目的主要是為了充分利用GIS系統(tǒng)的疊置分析、緩沖區(qū)分析等空間分析功能和屬性數(shù)據(jù)處理功能，方便各種評(píng)價(jià)因子等級(jí)圖的疊加，利于大范圍復(fù)雜環(huán)境影響因子的評(píng)價(jià)和評(píng)價(jià)結(jié)果的'可視化。
在進(jìn)行疊加分析前要建立不同影響因子指標(biāo)圖層：由于道路影響范圍最大為200米，研究區(qū)域劃分的最小地理單元也為25m×25m大小，因此在道路兩側(cè)建立間隔為25m的多條緩沖區(qū)生成距離圖層roadD，以同樣的方式建立距交叉路口的距離圖層crossD；向道路兩側(cè)200m處做緩沖區(qū)分析分別生成車(chē)道數(shù)圖層roadN和道路等級(jí)roadL，每個(gè)緩沖區(qū)屬性為相應(yīng)道路的道路數(shù)和道路等級(jí)，以交叉路口為中心做200m緩沖區(qū)分析生成交叉口道路數(shù)crossN，緩沖區(qū)屬性為相應(yīng)交叉路口道路數(shù)。計(jì)算每種影響因子對(duì)每個(gè)地理單元的影響面積占比。以公式1的方式對(duì)各個(gè)影響因子圖層和地理單元網(wǎng)格進(jìn)行疊加，最后的網(wǎng)格圖層包含了所有影響道路信息。（1）
其中，roadA，crossA為道路、交叉口各影響因子對(duì)地理單元的面積占比，roadN，crossN表示影響某地理單元的道路或交叉口的道路數(shù)，roadL為道路等級(jí)，roadD為地理單元到道路的距離，crossD為地理單元到交叉口的距離，rn，cn為影響地理單元的道路條數(shù)或交叉口個(gè)數(shù)。
圖1為研究區(qū)矢量化圖，圖2為按公式1疊置分析后的綜合影響指標(biāo)分級(jí)圖。
Fig.1 Vector figure of the study area Fig.2 the grade distribution map of road impact
2.3道路影響綜合指標(biāo)與周?chē)参锏挠绊?/p>
由道路影響度等級(jí)分布圖可以看出距道路、交叉路口最近距離處影響程度等級(jí)偏高，交叉路口周邊的影響度等級(jí)更高；由于每個(gè)地理單元所受道路條數(shù)不同，每條道路周邊地理單元的影響度等級(jí)也不同，如圖2道路1、2兩側(cè)道路等級(jí)受影響程度不同；由于道路等級(jí)和道路條數(shù)的不同，影響度等級(jí)也不同，上圖道路3道路等級(jí)和條數(shù)低于道路1，2，故道路兩側(cè)影響度等級(jí)不同。
圖2中的點(diǎn)為研究區(qū)植物采樣點(diǎn)，由遙感圖像獲取的植物冠徑信息，下表為植物生長(zhǎng)與影響因素的關(guān)系。2003年到2005年，受道路影響多數(shù)植株處于負(fù)生長(zhǎng)狀況；高道路影響度等級(jí)下的植株冠徑普遍低于處于低影響度等級(jí)下的植株冠徑，冠莖增幅也隨影響度級(jí)數(shù)的升高而降低；各影響度等級(jí)控制下的植株，2005年到2006年的冠徑增幅都低于2003年到2005年的冠徑增幅，道路污染隨的累積作用使道路對(duì)植物的影響隨年限的增加而增強(qiáng)；但是也出現(xiàn)2003年到2005年，低影響度下的植株增幅高于中等影響度下的植株增幅。
3 討論
本文在GIS環(huán)境下通過(guò)圖形疊置法綜合評(píng)價(jià)道路對(duì)周邊植物的影響，克服了傳統(tǒng)方法需要大量手工作業(yè)的不足。隨著遙感技術(shù)和GIS在生態(tài)、環(huán)境研究方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尋找能大區(qū)域短周期進(jìn)行道路環(huán)境評(píng)價(jià)方式十分必要，因此嘗試將道路環(huán)境影響因子指標(biāo)轉(zhuǎn)換為可通過(guò)已有道路數(shù)據(jù)或通過(guò)遙感和GIS手段自動(dòng)提取的指標(biāo)。采集道路兩側(cè)植物冠徑，對(duì)冠徑年變化與所得影響分布圖進(jìn)行比較，驗(yàn)證了道路不同影響等級(jí)對(duì)周邊植物的不同的影響程度。
在后續(xù)的研究中應(yīng)該考慮道路影響程度對(duì)不同種類(lèi)植株的影響，和尋找新的能通過(guò)遙感或GIS手段直接提取的道路環(huán)境影響因子的代替指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
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