遙感解譯在高速公路生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究

朱二剛

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

高速公路為線型開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目，一般具有線路長、工程規(guī)模大、涉及環(huán)境敏感區(qū)多和影響面廣等特點(diǎn)，其建設(shè)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較大[1]，所以生態(tài)影響評(píng)價(jià)是高速公路環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的重點(diǎn)內(nèi)容。傳統(tǒng)的線路沿線生態(tài)調(diào)查方法主要為現(xiàn)場(chǎng)踏勘，調(diào)查人員記錄公路沿線環(huán)境特征、植被類型以及植物種類，并選取區(qū)域典型植被類型進(jìn)行樣方調(diào)查，這種調(diào)查方法不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且以點(diǎn)代面，調(diào)查不夠全面。而遙感具有覆蓋范圍廣、時(shí)空分辨率高、信息量大、速度快等優(yōu)點(diǎn)，使其在生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)方面有較多應(yīng)用，如肖進(jìn)原[2]采用遙感解譯的方法對(duì)烏江流域自然植被進(jìn)行了分析研究,從而為該流域自然植被的合理利用及保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)；張雅[3]等基于Landsat8遙感影像對(duì)天山北坡草地地上生物量進(jìn)行了估算，為牧區(qū)草原生物量合理估算和草地放牧管理提供科學(xué)依據(jù)；劉樹明[4]等采用遙感解譯方法對(duì)興尤高速公路尤溪境內(nèi)段高速公路沿線植被分布情況進(jìn)行了分析；姚愛冬[5]等基于Landsat 8遙感影像對(duì)邵武至光澤高速公路生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究；田雷[6]等將以遙感技術(shù)為手段的植被蓋度動(dòng)態(tài)變化方法應(yīng)用在公路環(huán)保驗(yàn)收中。

本文以山西某高速公路為例，應(yīng)用遙感解譯對(duì)高速公路沿線植被分布進(jìn)行調(diào)查，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及遙感解譯調(diào)查結(jié)果對(duì)沿線植被進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，為高速公路建成后路域生態(tài)環(huán)境保護(hù)及植被恢復(fù)提供參考依據(jù)。

1 項(xiàng)目及區(qū)域概況

該高速公路主線推薦方案路線全長84.231 km，全線按照雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度25.5 m，主要工程量為永久占地555.32 hm2，路基土石方3 837.08萬m3，排水防護(hù)工程 78.68萬 m3，瀝青混凝土路面112.92萬 m2，設(shè)置隧道 13 375 m/12座，橋梁17 920 m/41座，涵洞154道，另建設(shè)兩條連接線，建設(shè)工期3年。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地貌可劃分為黃土梁峁溝壑區(qū)和基巖低中山區(qū)兩個(gè)地貌單元，多年平均降水量502.5 mm，年平均氣溫8.9℃左右，年平均風(fēng)速為2.1 m/s。

2 植被現(xiàn)狀調(diào)查研究

2.1 研究方法

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用GPS、RS和GIS相結(jié)合的地理信息技術(shù)，進(jìn)行植被類型的數(shù)字化判讀，完成數(shù)字化的植被類型現(xiàn)狀分布圖，進(jìn)行沿線植被分布情況的定量評(píng)價(jià)。

本次調(diào)查選用美國Landsat8衛(wèi)星OLI陸地成像儀于2016年7月采集的項(xiàng)目區(qū)影像衛(wèi)片，其全色波段（Band 8）分辨率為15 m，采用遙感圖像處理軟件ENVI對(duì)影像波段Band 1～Band 8進(jìn)行融合處理得到空間分辨率為15 m×15 m多光譜影像數(shù)據(jù)，然后對(duì)公路中心線兩側(cè)3 km的研究區(qū)域進(jìn)行裁剪得到影像底圖。采用ENVI軟件中監(jiān)督分類工具對(duì)底圖進(jìn)行植被信息的提取，并結(jié)合路線調(diào)查記錄進(jìn)行目視解譯校正。最后將分類處理得到的植被現(xiàn)狀圖輸入ArcGIS，利用ArcGIS提供的緩沖區(qū)分析功能對(duì)公路生態(tài)評(píng)價(jià)范圍（公路中心線兩側(cè)各300 m）內(nèi)的各類型植被分布面積數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.2 植被類型解譯結(jié)果

根據(jù)衛(wèi)片遙感解譯數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，公路評(píng)價(jià)范圍各類型植被可分為針葉林、闊葉林、灌草叢及栽培植被。沿線各類型植被分布面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1，植被類型現(xiàn)狀分布情況見圖1。

表1 評(píng)價(jià)范圍內(nèi)各類植被面積統(tǒng)計(jì)表

對(duì)沿線植被分布情況進(jìn)行分析，從表1可以看出，公路評(píng)價(jià)范圍內(nèi)植被主要為灌草叢和栽培植被，分別占評(píng)價(jià)范圍內(nèi)植被總面積的44.19%和24.69%，針葉林和闊葉林所占比例較小，分別為12.23%和18.89%。

圖1 公路沿線植被類型現(xiàn)狀分布圖

3 對(duì)沿線植被的影響分析

3.1 植被面積損失

受公路的建設(shè)影響而損失的植被為針葉林、闊葉林、灌草叢和栽培植被。根據(jù)衛(wèi)星遙感判讀結(jié)果和工程資料進(jìn)行估算，公路工程占地所導(dǎo)致的植被面積損失情況見表2。

表2 工程征占地導(dǎo)致的植被面積損失情況表

從表2可以看出，公路工程占地中栽培植被的面積為153.13 hm2，占植被總損失面積的24.98%，占評(píng)價(jià)范圍內(nèi)該類型面積的8.32%?？梢?，工程占用的栽培植被比例相對(duì)較小，對(duì)其影響較小。工程征占用的針葉林、闊葉林、灌草叢等植被面積為459.83 hm2，其中損失最大的為灌草叢，達(dá)341.36 hm2，占植被總損失面積的55.69%；針葉林、闊葉林所占比例相對(duì)較小，分別占植被總損失面積的6.67%和12.66%。

3.2 工程建設(shè)前后植被類型結(jié)構(gòu)變化

公路工程占地前后所導(dǎo)致的植被面積損失變化情況估算見表3。

表3 工程建設(shè)前后植被類型結(jié)構(gòu)變化情況估算表

從表3可以看出，公路工程建設(shè)前后植被類型結(jié)構(gòu)比例變化較大為灌草叢，工程建設(shè)后較建設(shè)前比例減少約1.03%；針葉林、闊葉林和旱地栽培植被工程建設(shè)前后植被類型結(jié)構(gòu)比例變化較小，植被類型結(jié)構(gòu)前后變化比例均小于1%。因此，公路評(píng)價(jià)范圍內(nèi)植被類型結(jié)構(gòu)前后變化較小。根據(jù)公路工程研究資料，主線與連接線設(shè)置橋梁和隧道總長合計(jì)35.608 km，約占總路線長度的42.27%，避免了大面積的路基開挖與填筑對(duì)植被的破壞?？傮w上，公路征占用的植被以灌草叢為主，群落結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，物種組成較為單一、常見，且占評(píng)價(jià)范圍內(nèi)該類型面積較小，區(qū)域現(xiàn)有植被類型組成及分布格局不會(huì)因公路的建設(shè)而發(fā)生改變。

4 結(jié)論

a）通過以山西某高速公路為例，采用遙感解譯技術(shù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)沿線植被信息進(jìn)行提取并分析評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，公路評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的自然植被以灌草叢為主，工程建設(shè)前后植被類型結(jié)構(gòu)比例變化較大為灌草叢，針葉林、闊葉林和栽培植被在工程建設(shè)前后結(jié)構(gòu)比例變化較小，區(qū)域現(xiàn)有植被類型組成及分布格局不會(huì)因公路的建設(shè)而發(fā)生改變。

b）由于高速公路項(xiàng)目沿線一般地形復(fù)雜，部分路段可能位于高山深谷區(qū)域，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查過程需花費(fèi)大量時(shí)間以及人力物力，且調(diào)查人員有時(shí)難以到達(dá)目標(biāo)區(qū)，很難做到全面調(diào)查，因此，利用傳統(tǒng)方法對(duì)公路沿線生態(tài)環(huán)境進(jìn)行野外調(diào)查存在一定困難，而衛(wèi)星遙感技術(shù)能很好地解決這一問題。伴隨著衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航拍技術(shù)、遙感圖像處理系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展，遙感技術(shù)將在高速公路生態(tài)環(huán)境研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。