基于GIS柵格數(shù)據(jù)的高速鐵路噪聲環(huán)境影響評價＊

趙亞超 吳小萍

（中南大學(xué)土木工程學(xué)院1） 長沙 410004） （倫敦大學(xué)學(xué)院交通研究中心2） 倫敦 WC1E6BT）

隨著我國高速鐵路的發(fā)展，高速鐵路噪聲所帶來的環(huán)境問題也隨之而來，其對周圍環(huán)境的影響十分嚴(yán)重，所以在修建鐵路之前必須對其噪聲所產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行評價.目前對于鐵路環(huán)境影響所采用的評價方法主要包括以下幾種：（1）層次分析法；（2）模糊評價法［1］；（3）熵權(quán)法［2］.

但是高速鐵路噪聲的環(huán)境影響評價是一個空間問題，涉及范圍很廣，因地理環(huán)境的不同所采用的評價指標(biāo)理應(yīng)不用，但是傳統(tǒng)的評價方法都是從整體出發(fā)，采用統(tǒng)一的評價指標(biāo)體系，這樣并不合理，無法實現(xiàn)對高速鐵路噪聲的環(huán)境影響評價.

1 GIS柵格數(shù)據(jù)理想點法基本原理

1.1 指標(biāo)體系

基于GIS柵格數(shù)據(jù)的評價方法都是建立在對于每一個柵格單元分析的基礎(chǔ)上的，因此指標(biāo)體系的建立也因柵格單元的位置的不同而不同，可以通過添加?xùn)鸥駟卧獙傩缘姆椒ńo出相應(yīng)的指標(biāo)體系.

對于指標(biāo)值的確立通常采用重新分布的方法，即按照指標(biāo)數(shù)值的實際大小劃分為幾個相應(yīng)的區(qū)間，對于落在每個區(qū)間里的值都賦予相同大小的數(shù)值，這樣有利于整體的比較和分析.

指標(biāo)之間權(quán)重的確立通常采用層次分析法，通過對指標(biāo)進(jìn)行成對比較，產(chǎn)生一個比較矩陣，進(jìn)而通過一定的計算得出指標(biāo)的權(quán)重.但是，為了防止通過權(quán)重計算和指標(biāo)比較后，指標(biāo)前后的重要性順序發(fā)生變化，通常還需進(jìn)行一致性比率檢驗.

1.2 理想點法決策規(guī)則

由于傳統(tǒng)的方法都是從整體的角度進(jìn)行的評價，無法GIS柵格數(shù)據(jù)單元結(jié)合，因此本文采用理想點法［3］，從每個柵格單元出發(fā)，實現(xiàn)對高速鐵路噪聲的環(huán)境影響評價.即先假設(shè)方案集｛U｝中某方案為最優(yōu)，其對應(yīng)于準(zhǔn)則集｛X｝的得分為x＊，如果某條被評價的方案k對應(yīng)于準(zhǔn)則集的得分為xk與x＊最接近，則認(rèn)為該方案為最優(yōu)的.

式中：wj為對應(yīng)第j個指標(biāo)的權(quán)重.

1.3 基于GIS柵格數(shù)據(jù)的理想點法

利用GIS的數(shù)據(jù)分析能力，結(jié)合理想點法，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.見圖1.

圖1 基于GIS柵格數(shù)據(jù)的理想點法決策評價原理

2 基于GIS柵格數(shù)據(jù)的理想點法高速鐵路噪聲環(huán)境影響評價

2.1 指標(biāo)體系的確定

高速鐵路噪聲具有與一般鐵路噪聲不同的性質(zhì)，聲級更大，頻域更廣，傳播更遠(yuǎn)，防治更難，因此對于指標(biāo)體系確定，要綜合考慮各方面因素，對于不同位置選取不同的指標(biāo)體系.

根據(jù)高速鐵路噪聲頻譜特性，橋梁段以低頻為主，路基段以低頻和中高頻為主［4］，而低頻噪聲具有衰減慢的特性，高頻噪聲相對來說則更容易衰減，因此采用如下的指標(biāo)體系.

2.1.1 橋梁段 （1）線路中心線30m范圍以內(nèi)

這段范圍內(nèi)，噪聲很少衰減，選取晝間等效A聲級LeqAd、夜間等效A聲級LeqAn、最大聲級Lmax3個指標(biāo)；（2）線路中心線30～80m范圍內(nèi) 這段范圍內(nèi)，低頻噪聲衰減的不多，橋梁段噪聲整體變化不大，同樣選取等效A聲級LeqAd、夜間等效A聲級LeqAn、最大聲級Lmax3個指標(biāo)；（3）線路中心線80m范圍以外 這段范圍內(nèi)，噪聲衰減的很多，晝夜差別不大，因此選取小時等效A聲級LeqAh和最大聲級Lmax2個指標(biāo).

2.2.2 路基段 （1）線路中心線30m范圍以內(nèi)

這段范圍內(nèi)，噪聲很少衰減，選取晝間等效A聲級LeqAd、夜間等效A聲級LeqAn、最大聲級Lmax3個指標(biāo)；（2）線路中心線30～80m范圍內(nèi) 這段范圍內(nèi)，低頻噪聲衰減的不多，中高頻衰減的則較厲害，路基段噪聲整體變化較大，選取小時等效A聲級LeqAh、最大聲級Lmax2個指標(biāo)；（3）線路中心線80m范圍以外 這段范圍內(nèi)，噪聲衰減的很多，晝夜差別不大，因此選取小時等效A聲級LeqAh和最大聲級Lmax2個指標(biāo).

為了能夠?qū)ι鲜?個指標(biāo)進(jìn)行互相比較，需要對其進(jìn)行重新分布處理，見表1.

表1 指標(biāo)值重新分布 dBA

2.2 理想點評價準(zhǔn)則的確定

理想點向量為f＊＝｛9，9，9，9｝，即最理想的狀態(tài)是4個評價指標(biāo)都為9，此時高速鐵路噪聲在敏感點的評價值為0，沒有任何影響，此為最理想的狀態(tài).

通過理想點法，按式（1），得出方案i的評價結(jié)果為

2.3 GIS數(shù)據(jù)處理

通過GIS，分別對每條線路周邊環(huán)境數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行分析，找出噪聲敏感點，查詢敏感點相關(guān)的噪聲屬性，包括晝間等效A聲級LeqAd、夜間等效A聲級LeqAn、最大聲級Lmax和小時等效A聲級LeqAd，根據(jù)柵格單元所處的位置，分別得到相應(yīng)的指標(biāo)的柵格數(shù)據(jù)圖層，利用建立起來的決策準(zhǔn)則（見式（2）），即理想點法，計算出每個方案的決策評價函數(shù)Yi，利用GIS的柵格計算功能，得到環(huán)境影響評價結(jié)果柵格圖層；最后對于評價結(jié)果柵格圖層進(jìn)行匯總分析，得到敏感區(qū)的總的評價結(jié)果.

3 工程實例

為驗證基于GIS柵格數(shù)據(jù)理想點法的可靠性和適用性，選取京滬高鐵中的一段路基段進(jìn)行驗證，見圖2.所選路基段線路需穿過一片居民區(qū)，有2種線路方案，分別對2套方案進(jìn)行評價.

圖2 線路方案

3.1 確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)柵格單元所處的位置的不同，選取不同的指標(biāo)體系，通過專家打分，利用層次分析法，確定相應(yīng)的權(quán)重，權(quán)重結(jié)果見表2.

表2 指標(biāo)體系權(quán)重

所選評價路段為路基段，采用路基段評價指標(biāo)體系，依據(jù)距線路中心線的距離而選擇不同的權(quán)重.

3.2 GIS柵格分析

輸入2條線路的噪聲分布數(shù)據(jù)，通過GIS強大的數(shù)據(jù)處理能力，分別生成30，30～90和90～120m范圍內(nèi)的2條線路的4個準(zhǔn)則指標(biāo)的柵格數(shù)據(jù)圖層，見圖3.利用式（2）和GIS的柵格計算功能，計算出整條線路對環(huán)境敏感點的環(huán)境影響評價結(jié)果，計算出敏感區(qū)的綜合評價結(jié)果見圖4.最后，對于綜合評價結(jié)果柵格數(shù)據(jù)中每個像元數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，得到2條線路最后的環(huán)境影響評價結(jié)果分別為：線路1為509 664.02，線路2為689 973.16.

圖3 4個準(zhǔn)則指標(biāo)柵格數(shù)據(jù)

3.3 結(jié)果分析

從結(jié)果中可以看出，線路方案一的評價結(jié)果小于線路方案二，說明線路方案一與理想點較為接近，其噪聲對居民區(qū)的環(huán)境影響要小于線路方案二，但二者差距不大.

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，線路方案1穿過居民區(qū)時基本沒有和房屋相交，即最大噪聲區(qū)域內(nèi)沒有房屋，噪聲產(chǎn)生的環(huán)境影響不是很大，而線路方案二則穿過了房屋，其最大噪聲區(qū)域內(nèi)有房屋，噪聲產(chǎn)生的環(huán)境影響必然很大，所以線路方案一要明顯優(yōu)于線路方案二，與評價結(jié)果相一致.

圖4 敏感區(qū)的綜合評價結(jié)果

4 結(jié) 論

1）利用理想點法，根據(jù)每個柵格單元的位置和相應(yīng)的線路形式，確定不同的評價準(zhǔn)則和指標(biāo)體系，從而實現(xiàn)空間評價.

2）基于GIS柵格數(shù)據(jù)的空間分析能力，進(jìn)行柵格計算，基于構(gòu)建的隨位置變化的指標(biāo)體系，對高速鐵路環(huán)境影響進(jìn)行空間評價，結(jié)果具有一定的可信度和說服力，與實際相符，比傳統(tǒng)的評價方法更加合理.

3）本文在指標(biāo)體系的建立方法的研究中依然存在著一些不足，對于高速鐵路除了考慮線路形式和距離外，還應(yīng)結(jié)合我國高速鐵路的一些其他特點，建立更符合我國高速鐵路實際情況的噪聲環(huán)境影響評價模型.

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