（环境工程专业论文）焦作市区城市道路交通的环境影响评价研究.pdf

北京交通大学坝l 论文 论文摘要 近年来，我国城市交通发展迅速，机动车保有量急剧增加， 由城市交通发展引起的生态与环境问题同益突出。我国许多大城 市交通环境污染的内容和范围已经扩大，成为社会一大公害。 城市道路交通环境影响评价是科学地评价现状和未来城市道 路交通环境质量，为制定城市道路交通发展政策和道路交通建设 提供辅助决策信息。它对于城市环境保护、城市交通状况的改善 有相当重要的作用。城市道路交通环境影响评价研究在我国尚开 展不多，但已受到政府部门的重视。目前，城市道路交通环境影 响评价尚无完整的体系。 本文采用灰色聚类法评价城市道路交通环境影响，并结合实 例说明灰色聚类法划分合理，简明实用。灰色聚类法在环境影响 评价中，能充分体现环境系统的灰色性，较好地反映环境各个污 染因子对环境影响的综合作用，分析结果与实际情况符合地较好。 对于大规模、多指标的环境影响评价，能合理地按环境影响进行 聚类，是一种有效实用的评价方法。 【关键词】道路交通环境影响评价灰色聚类 北京交通大学顾十论文 a b s t r a c t r e c e n t l yc i t yt r a f f i ci no u rc o u n t r yi sd e v e l o p i n gr a p i d l ya n dt h en u m b e r o ft h ev e h i c l e sh a si n c r e a s e dd r a m a t i c a l l ys ot h ep r o b l e m so ft h ee c o l o g ya n d e n v i r o n m e n tc a u s e db yt h ec i t yt r a f f i c d e v e l o p m e n ta l eb e c o m i n gm o r ea n d m o r ei m p o r t a n t t r a f f i ce n v i r o n m e n tp o l l u t i o ni n m a n yb i gc i t i e s b e c o m e s s o c i a le m c t so f p o l l u t i o n e n v i r o n m e n t i m p a c t a s s e s s m e n to ft h e c i t y r o a dt r a f f i ci su s e dt o s c i e n t i f i c a l l ya s s e s st h ec i t yr o a dt r a f f i ce n v i r o n m e n tq u a l i t yo ft h et o d a ya n d t h ef u t u r ea n dp r o v i d e st h e a d o p t i o n o ft h e c i t y r o a dt r a f f i c d e v e l o p m e n t p o l i c i e sa n dr o a dt r a f f i cc o n s t r u c t i o nw i t ht h ea u x i l i a r yd e c i s i o ni n f o r m a t i o n i t p l a y sam a j o rr o l ei np r o t e c t i n gt h ec i t ye n v i r o n m e n ta n di m p r o v i n gt h ec i t y t r a f f i cs i t u a t i o n e n v i r o n m e n ti m p a c ta s s e s s m e n to ft l l ec i t yr o a dt r a f f i ch a s n t g o taw i d er a n g eo fa p p l i c a t i o n si no u rc o u n t r yb u tt h eg o v e r n m e n th a sb e g u n t oa t t a c hi m p o r t a n c et oi t n o wt h e r ei sn o tac o m p l e t es y s t e mf o re n v i r o n m e n t i m p a c ta s s e s s m e n io f t h ec i t yr o a dt r a f f i c t h i sa r t i c l ea s s e s s e st h ec i t yr o a dt r a f f i ce n v i r o n m e n ti m p a c tt h r o u g ht h e g r a yc l a s s i f i c a t i o na n dc i t e sae x a m p l et os u p p o r tt h ea r g u m e n tt h a tt h eg r a y c l a s s i f i c a t i o nc a np a r t i t i o n st h ee n v i r o n m e n ti m p a c ti nr e a s o na n di ss i m p l ea n d a p p l i e d t h eg r a y c l a s s i f i c a t i o nc a nc o m p l e t e l ye m b o d yt h eg r a yo ft h e e n v i r o n m e n t s y s t e m a n db e t t e rr e f l e c t s c o m p r e h e n s i v ei m p a c t o f e v e r y p o l l u t i o n - f a c t o ro nt h ee n v i r o n m e n ti m p a c t a n da n a l y s i sr e s u l t sb e t t e ra o c o r d w i t ht h ea c t u a li n s t a n c e t h eg r a y c l a s s i f i c a t i o nc a n g e t a i m p a c t - b a s e d c l a s s i f i c a t i o ni nr e a s o na n di sa ne f f e c t i v ea s s e s s m e n tm e t h o dw h e nw e f a e ea m a s sa n dm u l t i - i n d e xe n v i r o n m e n ti m p a c ta s s e s s m e n t k e yw o r d r o a dt r a f f i c ，e n v i r o n m e n ti m p a c ta s s e s s m e n t ，t h eg r a y c l a s s i f i c a t i o n 北京交通大学颂i 。论文 第一章绪论 1 1 引言 1 1 1 环境影响评价及其兴起 环境影响是指人类活动( 经济活动、政治活动和社会活动) 导致的环境变化以及由此引起的对人类社会的效应。 环境影响评价( e i a ) 是指对可能对环境产生的影响( 后果) 进行的系统性识别、预测和评估。环境影响评价的根本目的是鼓 励在规划和决策中考虑环境因素，最终达到更具环境相容性的人 类活动。 2 0 世纪4 0 年代起，随着世界范围工业化和城市化的速度加 快在工业发达国家中不断发生大规模污染事件。在公众的强烈要 求下，各工业发达国家强化以法制手段控制污染物向空气、水体 和土壤中排放，对保护环境起到重要作用。与此同时，用以监督 执法的环境监测，包括污染气象和气质，水文和水质的同步监测 和研究工作也普遍开展起来。环境污染的现状只是人类从事各种 活动影响的后果，因此，了解和评价环境现状后的进一步目标是 追索造成污染的各种原因，采取综合措施，在治理污染的同时， 积极地进行预防。要预防环境污染与破坏，人类应该在开发行动 前预测和评价其后果，事前采取消除和减轻影响的措施。这样， 在6 0 年代中期，加拿大和美国的学者开始提出“环境影响评价” 的概念，并先后立法，形成制度。 1 1 2 环境影响评价的重要性 环境影响评价是一项技术，是强化环境管理的有效手段，具 有判断预测、选择和导向作用，对确定经济发展方向及环境保护 北京交通人学颂i ，论艾 等重大行动决策具有指导意义。它i 叮以提出环境保护的要求和措 施，为环境管理提供切实有效的科学依据。环境影响评价的重要 性表现在以下几个方面： ( 1 ) 保证项目选址和布局的合理性。不合理的经济布局是造成 环境污染的主要原因，环境影响评价从项目所在的区域的整体出 发，考虑项目的不同选址和布局对区域整体的不同影响，通过比 较取舍，选择最佳方案。 ( 2 ) 指导环境保护措施的设计，强化环境管理。各种经济活 动一般都要消耗一定的资源，给环境带来一定的污染与破坏，因 此必须采取相应的环境保护措施。环境影响评价是针对具体的活 动，综合考虑开发活动特征和环境特征，通过对污染治理设施的 技术、经济和环境论证，可以得到相对最合理的环境保护对策和 措施，把因人类活动而产生的环境污染或生态破坏限制在最小范 围。 ( 3 ) 为区域的社会经济发展提供导向。环境影响评价通过对 区域自然条件、资源条件、社会条件和经济发展进行综合分析， 掌握该地区的资源、环境和社会承受能力等状况，从雨对该地区 的发展方向、产业结构和产业布局进行科学的决策和规划，以指 导区域社会经济活动，促进可持续发展。 ( 4 ) 促进相关环境科学技术的发展。环境影响评价涉及到自 然科学和社会科学的广泛领域，包括基础理论研究和应用技术开 发。环境影响评价工作中遇到的问题，必然是对相关环境科学技 术的挑战，进而推动相关环境科学技术的发展。 1 _ 1 3 国内外环境影响评价制度的发展 环境影响评价制度是指把环境影响评价工作以法律、法规或 2 北京交通大学硕i j 论文 行政规章的形式确定下来从而必须遵守的制度。 ( 1 ) 国外的情况 美国于1 9 6 9 年制定了国家环境政策法( n e p a ) ，它是世 界上第一个把环境影响制度在国家环境政策法中确定下来的国 家。该法案明确规定大型工程兴建以前必须做出环境影响报告书。 随后，美国于1 9 7 0 年1 月1 同正式实施n e p a ，成为世界上第 个执行环境影响报告书制度的国家。 加拿大联邦政府于1 9 7 3 年1 2 月规定了第一个e i a 程序，并 要求在最终决策前的规划过程中评价联邦计划对环境潜在的不利 影响。1 9 9 3 年初加拿大环境影响法正式实施。 前苏联在1 9 8 8 年初制定的3 2 号决议“关于国家环境保 护活动的根本重组”中，要求所有组织和企业的拟议经济活动均 应开展环境影响评价，并与公众讨论。 欧盟于1 9 8 5 年6 月颁布8 5 3 3 7 e e c 法令，规定了公共和私 营项目进行环境影响评价的范围、行业和要求。 日本在7 0 年代初建立环境影响评价制度，以后许多都、道、 府、县、市结合本地情况也都建立了环境影响评价的程序。 ( 2 ) 中国的环境影响评价制度及其发展 1 9 7 9 年9 月颁布施行的中华人民共和国环境保护法( 试行) 规定在我国实行环境影响评价制度。以后，陆续开展了单个的拟 议建设项目的环境影响评价。自1 9 8 3 年起又开展了许多区域环境 影响评价。 从1 9 8 6 年起，我国丌始形成环境影响评价的法规体系。至 1 9 8 9 年，国家颁靠的中华人民共和国环境保护法等一系列环 境保护和污染防治的法规先后出台。这些法规都明确规定建设项 北京交通大学砸上论文 目必须遵守环境影响评价制度。 1 2 问题的提出 城市是人口、产业、人工建筑物及构筑物总量最多和密度最 高的空间实体，是地球陆地表面物质能量流动和能量消耗最 为集中的地域，是以自然环境为依托和背景，以人类活动为主体， 不断改变着原有环境的复合生态系统。在这个生态系统中，为了 城市的生存和发展，一方面是人们离不开大自然赋予的光、热、 水、土地、空气、生物和矿物等自然资源，以及进行生命代谢或 物质能量变换的自然生态环境；另一方面，人们在生产和生 活活动中，通过多种形式的物质转化和交换、能量的流动和转换， 以及其问发生的信息加工和传递，在消耗或占用着大量本地和外 来的资源和能源，同时向环境排放多种有害的物质和能量。如果 这些环节和过程不能实现有序流动和良性循环的话，那么，不仅 要流失、浪费大量资源和能源，造成对环境的污染和对生态的破 坏，而且还会在改变原有环境条件的过程中，出现人所共知的“城 市综合症”，从而威胁城市和人类的生存与发展。 在人为活动与自然力的共同影响和作用下，城市中一般都会 产生以下三种独立发生或交叉发生的生态环境效应。 物理效应：如在没有或很少植被覆盖的条件下，城市道路、 广场、建筑物等非生物实体会吸收大量太阳幅射热，这些幅射热 加上城市排放的大量温室气体，就会形成“温室效应”，并对城市 小气候产生负面影响。另外，由于过量开采地下水，而地面水的 补给却相对缺乏，致使局部地面沉降，可能引发地下管道和建筑 物的断裂或变形。此外，各种无线通讯台、电台和电视台等，它 北京交通人学倾： 论文 们所发射的电磁波会形成电磁波污染，会影响人体健康，甚至危 及引爆装置的安全等。 化学效应。比如，工业、交通等污染源排放的二氧化硫、氮 氧化物、碳氢化物等一系列有害化学物质，在一定的气候条件和 相关化学物质的相互作用下，会形成“酸雨”和光化学烟雾，从而 危及人体健康和农作物、林木等生命体。 生物效应。比如，由于城市用地的不断扩张，使原有的林地、 农田、湖泊和沼泽地等的覆盖面积同益缩小甚至消失：另外，城 市水系污染和化肥、农药的大量施用，会导致某些野生动植物的 生存环境遭到破坏，甚至使它们绝迹。未经无害化处理而且在露 天存放的生活垃圾，会成为某些病菌的孳生地和传染病的发源地 等。 在形成这些生态环境效应的过程中，当然包括了城市交通的 “贡献”。我国一些大城市汽车尾气污染和交通噪声扰民之所以日 趋严重，其矛盾的症结，就在于存在着某种恶性循环的因果链。 经济的发展促进了汽车化进程的加快，致使汽车尾气排放总量和 噪声扰民强度同步增加。道路交通负荷日益加重，导致交通阻塞 不断加剧；快速轨道交通建设严重滞后和公共汽车交通运行速度 下降，刺激了单位通勤车、私人小汽车和摩托车的膨胀；机动车 出行量不断增加进而加重交通阻塞，提高了尾气污染的“贡献”率， 使空气质量恶化。 汽车尾气是城市交通产生的突出环境问题之一。8 0 年代以 来，我国汽车保有量迅速增加，年均增长率达1 3 左右，到1 9 9 5 年底全国汽车保有量达1 0 4 0 万辆，比8 0 年代初增长3 5 倍a2 0 0 3 年全国汽车保有量2 4 0 0 万辆，私人汽车保有量1 2 0 0 万辆，占总保 北京交通大学硕l 论文 有量的5 0 。截至2 0 0 4 年1 1 月为止，北京机动车已达二百二十 七万辆，两年来新增机动车五十余万辆。 机动车排放废气，即燃烧燃料产生的飘浮在空气巾的微粒， 主要包括c o 、h c 、c n x 和四乙基铅等污染物。这些污染物达到 人的呼吸带高度时，给人身健康带来损害。由于汽车集中于城市， 致使汽车排放的这些气体对城市污染源贡献率发生结构性变化， 即从煤烟型污染为主转变为机动车排放的尾气为主，其分担比例 已与发达国家相近，说明汽车尾气e 上升为我国城市的主要污染 源。 城市交通环境污染已成为各国城市发展的共性问题，城市交 通环境污染主要有大气污染和噪声污染。在城市道路和交叉口的 两侧，机动车尾气污染的浓度大大高于其他区域，形成城市中污 染物浓度较高甚至严重超标的走廊地带。这些污染物质在大气中 达到一定的浓度，就会对人体健康、公共环境产生破坏和危害。一 氧化碳( c o ) 能干扰人体血液输送氧气的功能，长期处于一氧化碳 f c o ) 含量较高的环境中，会出现不同程度的恶心、疲劳，严重时会 导致窒息死亡。碳氢化合物f h c ) 被人体吸入后会破坏造血功能， 造成贫血与神经衰弱。氮氧化合物( n o x ) 主要是一氧化氮吖o ) 和 二氧化氮( n 0 2 ) ，一氧化氮中毒和一氧化碳中毒的症状相似并更为 严重。汽车排气中的颗粒物( p m ) ，可以沉积于肺部细胞之中，导致 病变，其中的苯比芘是强致癌物质。近地面大气中的臭氧( 0 3 ) 主要 来源于汽车排放，但它并不是从汽车中直接排放，而是由尾气中的 碳氢化合物( h c ) 和氮氧化合物( n o x ) 在阳光下进行光化学反应而 形成的。低层大气中的臭氧对人体有很大的危害作用，可导致各种 短期和长期呼吸系统的疾病。铅化物微粒扩散到大气中，它对几童 北京交通人学硕l 论文 神经系统有十分严重的危害，可引起儿童智力减退，影响正常发育。 【文献1 】 据测定，汽车在行驶中的噪声为8 0 9 0 d b ( a ) ，在城市快速道 路上高速行驶的车流噪声接近1 0 0 d b ( a ) 。生产和生活对道路客货 运输量的巨大需求，给城市交通带来了巨大压力，这种压力乃是城 市交通状况恶化，噪声污染严重的最基本因素。在车流、人流特别 拥挤或道路狭窄地段，除了各种车辆噪声外，更主要的是频繁起伏 的喇叭声。其瞬间噪声等效声级可达8 0 d b ( a ) 左右，峰值通常要比 车辆行驶噪声高出1 0 1 5 d b ( a ) ，对人们工作、学习及休息干扰最 大，特别是居住在道路两侧的居民，受交通噪声影响最大，尤以夜间， 超过5 0 d b ( a 1 的噪声或突发性鸡笛常常将酣睡的人惊醒。随着声 级上升，睡眠干扰率增加，在5 d b ( a ) 以上，睡眠干扰率随声级增加 迅即上升。道路交通噪声不仅使城市声环境质量下降，其声能确实 是影响思维、语言清晰度和睡眠的主要因素。经大量资料统计分 析：机动车辆可分为高噪声车辆( 如大中型载重汽车、公共汽车、 摩托车、拖拉机等) ，中噪声车辆( 如轻型卡车、吉普车、旅行车等) 和低噪声车辆( 如小轿车等) 。 因此，为了尽量减少或避免某些不当行为( 包括城市交通在 内的整个城市规划、建设和管理) 所造成的不利环境影响，严格 依法进行环境评价是完全必要的，而且具有重要的实际意义。而 目前，对于城市交通环境影响评价并无统一方法，并且不同评价 方法有各自的缺点和优点，因此展开对于城市交通环境影响评价 的研究具有积极的意义。 1 3 论文的结构和内容 本文共分六章，各章内容如下： 北京交通大学硕l 论文 第一章：绪论。首先介绍了环境影响评价及其兴起，蜕明了环 境影响评价的重要性，随后介绍了国内外环境影响评价制度的发 展。 第二章：城市交通环境影响评价的理论基础。详细说明了国内 外城市交通环境影响评价的研究现状。 第三章：研究区域概括。本章首先概要叙述了焦作市情况，随 后说明焦作市交通噪音污染现状、焦作市交通环境大气污染现状， 最后说明了城市交通对环境的影响情况。 第四章：城市道路交通环境影响因素及评价指标体系。首先 介绍了基本概念，如评价要素与环境质量评价因子、环境质量评 价标准、环境质量标准的制定原则和依据。然后介绍了城市交通 环境影响评价传统模式的特点与缺陷，继而又介绍了要用可持续 发展观评价城市交通环境，提出了面向可持续发展的城市交通环 境影响评价体系基本思想，最后又介绍了狭义的城市交通环境影 响评价体系。 第五章：焦作市城市道路交通环境影响评价。通过实例运用， 知道了将灰色聚类方法应用于城市道路交通环境影响评价分析是 可行的，符合实际。 第六章：焦作城市交通污染的治理措施。首先介绍了市区交 通噪音污染防治对策与建议，随后又介绍了防治机动车排气污染 的建议。 8 北京交通大学硕，l 论文 第二章城市交通环境影响评价的理论基础 交通环境影响主要表现为环境空气污染和交通噪音污染，它 们严重影响着人们的身心健康和正常生活，在以往的城市交通规 划中，一些城市借鉴国外的经验进行了交通环境影响评价现状的 分析与评价的初步尝试，但是在城市交通环境影响评价方面，国 内外提出了多种评价方法和体系，它们各有各的局限和优点。 2 1 综合指数法 先引入环境质量标准，然后对评价对象进行处理，通常就以 实测值c 与标准值c s 的比值作为其数值：p = c c s 。单因子指数法 的评价可分析该环境因子的达标( p i 1 ) 及其程 度。显然p i 值越小越好，越大越坏。在各单因子的影响评价已经 完成的基础上，为求所有因子的综合评价，可引入综合指数，所 用方法称为“综合指数法”，综合过程可以分层次进行，如先综合 得出大气环境影响分指数、交通噪音环境影响分指数，然后再综 合得出总的环境影响综合指数： 尸- 善再岛 p u ；c c s 4 式中： f 一表示第i 个环境要素 n 一环境要素总数 卜第f 个环境要素中的第7 个环境因子 m 一第f 个环境要素中的环境因子总数 以上综合方法是等权综合，既各影响因子的权重完全相等。 各影响因子的权重不同的综合方法可采用如下公式： 9 北京交通大学碱i 论文 善善弓 p = 二! j 兰一 善善 或在此基础上再作函数运算。 式中：彬i 一权重因子，根据有关专门研究或专家咨询确定 指数评价法可以评价环境质量好坏与影响大小的相对程度。 采用同一指数，还可作不同地区、不同方案间的相互比较。【文献 2 】 迄今为止国内外已提出了多种环境质量的综合指数式。这些 计算式各有特点，但有一个共同思想即为了反映环境污染程度是 多种污染物综合作用的结果，采用适当的方法对污染物的分指数 进行综合。综合指数法因能反映多种污染物对环境的共同影响及 形式简单，而常被人们使用，但综合指数法的可比性和通用性较 差。【文献3 7 】 在考察和分析现有多种交通环境质量指数表达式的基础上， 提出了用标度表示交通环境污染物分指数和交通环境质量综合指 数新概念；并依据污染物浓度等分比赋值，其危害程度等差分级 原则，导出了标度分指数和综合指数的计算公式及交通环境评价 的广义对比加权标度指数计算公式。【文献8 9 】 通过引入余分指数和补综合指数概念，给出了各级余分指数 作用和各级综合指数的计算公式，并采用方差根公式逐级计算相 邻两级间的综合指数，直到最高级为止。最终给出了一种新的简 单而实用的环境质量综合指数的余分指数合成计算公式。【文献 1 0 】 1 0 北京交通人学硕j j 论史 2 2 f u z z y 法 运用多级f u z z y 综合评价方法评价城市道路交通环境影响， 步骤如下：建立评判体系、确定评价指标、赋予相应权重、构造 隶属函数。【文献1 1 】 将f u z z y 聚类分析法引入到城市道路交通环境影响评价中 来。f u z z y 聚类分析主要分3 个步骤： ( 1 ) 数据正规化处理 令 “：丝 o t 其中 毫：三多藏， n 舒晒 x 。为统计的第i 个路段，第k 个指标的原始值a ( 2 ) 计算相似矩阵( 夹角余弦法) ，1 七，学 。去荟8 4 矸 ( 3 ) 进行模糊聚类 先将相似矩阵尽= 乜 按平方法通过传递闭包f ( 皇) 改造为 等价矩阵r 。，即是： r 。= 删r = ( 0 2 ) 。 r i ) 2 ) = m i n 1 ，薹k1 r ( 4 1 = 尺( n r ( 2 ) 北京交通人学硕l 论文 月。= j r ( 2 + ”= r ( = 玎r 1 一 ，、， 然后，根据分类需要确定一个适当的聚类尺度( 0 s as d ，再以a 为标准，根据所得的等价矩阵r 。= 拓 元素，确定最终聚类。【文 献1 1 】 对于多要素环境系统作环境影响综合评价只用简单的综合评 价是不行的。事实上，一方面因为环境影响的评价等级之间没有 明确的界限，因而它的划分和归属是一个模糊问题；另一方面， 由于在区域环境内选择监测点位的方式和指标实测值在各个分段 区间内的点位数具有随机性，使得上述问题的讨论已经超出经典 概率的范围。因此，用f u z z y 概率方法讨论比较恰当。 应用f u z z y 概率的原理和方法，首先对各项污染指标进行 分级综合评价，然后考虑各单项污染指标在总评价中的地位，最 后将各单项污染指标的作用综合起来，比较总的合成效果隶属于 各评价等级的大小，从而做出环境影响的综合评价。【文献1 2 用f u z z y 积分做出环境影响评价。首先设计各污染指标的 隶属函数，将各污染指标平均实测值分别代入相应的隶属函数， 求出隶属度值；然后根据分指标超标情况对各污染指标在环境质 量评价中的作用进行加权；最后应用模糊集理论中f u z z y 积分 概念，对每个环境影响做出综合决断，从而给出几个环境影响的 比较结果。【文献1 3 1 2 3 层次分析法 应用层次分析法做出评价，一般分以下几个步骤： ( 1 ) 建立问题的递阶层次结构 首先，根据对问题的了解和初步分析，把复杂问题按特定的 1 2 北京交通大学硕l 论文 目标、准则和约束等分解成被称为因素的各个组成部分，把这些 因素按属性的不同分层排列。同一层次的因素对下一层次的某些 因素起支配作用，同时它又受到上一层次因素的支配，形成了一 个自上而下的递阶层次。最简单的递阶层次分为3 层。最上面的 层次一般只有一个因素，它是系统的目标，被称为目标层；中间 的层次是准则，其中排列了衡量是否达到目标的各项准则；最底 层的是方案层，表示所选取的解决问题的各方案、策略等。 ( 2 ) 构造判断矩阵 针对上一层次某因素，对本层次有关因素就相对重要性进行 两两比较。这种比较通过引入适当的标度，用数值表示出来，写 成判断矩阵。先从最底层，如针对准则c 。，对a ，p ：，p 。个方案 两两进行优劣性评比，其评比结果构成下列形式的判断矩阵。 准则c t p lp 2 p p l 6 1 ，b 2 26 1 p 2b 2 lb 3 2 p 。阮。丸：k ( 3 ) 判断矩阵的一致性检验 在用判断矩阵进行层次单排序之前，应对判断矩阵进行一致 性检验。只有对问题的所有判断矩阵的一致性检验都合格后，通 过层次单排序得到的结论才是合理的和有效的。 ( 4 ) 层次单排序 层次单排序是把本层所有因素针对上层某因素通过判断矩阵 计算派出优劣顺序。判断矩阵是一类特殊的矩阵，且这类计算也 北京交通大学碗 ：论文 不要太高的精度，因此可以采用求和法或方根法进行简便计算。 ( 5 ) 层次总顺序 利用层次单顺序结果，综合得出本层次各因素对更上一层次 的优劣顺序，最终得到最底层对于最顶层的优劣顺序，这就是层 次的总顺序。【文献1 4 、1 5 】 2 4 灰色聚类法 2 4 1 灰色系统理论产生的科学背景 现代科学技术在高度分化的基础上高度综合的大趋势，导致 了具有方法论意义的系统科学学科群的出现。系统科学揭示了事 物之问更为深刻、更具本质性的内在联系，大大促进了科学技术 的整体化进程；许多科学领域中长期难以解决的复杂问题随着系 统科学的出现迎刃而解；人们对自然界和客观事物演化规律的认 识也由于系统科学的出现而逐步深化。2 0 世纪4 0 年代来期诞生的 系统论、信息论、控制论，产生于2 0 世纪6 0 年代末、7 0 年代初的 耗散结构理论、协同学、突变论、分形理论以及7 0 年代中后期相 继出现的超循环理论、动力系统理论、泛系理论等都是具有横向 性、交叉性的系统科学新学科。 在对系统的研究中，由于内外扰动的存在和认识水平的局限， 人们所得到的信息往往带有某种不确定性。随着科学技术的发展 和人类社会的进步，人们对各类系统不确定性的认识逐步深化， 不确定性系统的研究也e t 益深入。2 0 世纪后半叶，在系统科学和 系统工程领域，各种不确定性系统理论和方法的不断涌现形成一 大景观。如扎德教授于6 0 年代创立的模糊数学，帕拉克教授于8 0 年代创立的粗超集理论和王光远教授于9 0 年代创立的未确定数学 等，都是不确定性系统研究的重要成果。这些成果从不同角度、 1 4 北京交通夫学顺 j 论文 不同侧面论述了描述和处理各类不确定性信息的理论和方法。 1 9 8 2 年，中国学者邓聚龙教授创立了灰色系统理论。部分信 息已知，部分信息未知的系统称为灰色系统。灰色系统理论是研 究解决灰色系统建模、预测、决策和控制的理论。【文献1 6 2 1 】 它把控制论的观点和方法延伸到社会、经济、生态等抽象系统， 把自动控制科学和运筹学的数学方法结合起来，发展了一套解决 信息不完备系统的理论和方法。目前，它已广泛应用于农业、水 文、水利、气象、交通、工业、商业、生态和控制等多个领域， 耿得了一系列成果。 环境组成一个系统，由于环境要素系统具有多目标、多层次、 多变量的特点，并且这些变量之间，各个变量与其周围环境之间 存在着错综复杂的物质、能量和信息交换。人们从外界获得的环 境系统提供的信息是不完全的，这是由于环境问题的全局性、复 杂性和综合性等特点引起的。因此，环境系统实际上是一个灰色 系统，要研究环境中诸如环境污染、控制、环境质量的评价、环 境区划和环境规划、环境预测和环境决策等问题都可以应用灰色 系统的理论和方法加以解决。 2 4 2 几种不确定性方法的比较 概率统计、模糊数学和灰色系统理论是三种最常用的不确定 性系统研究方法。其研究对象都具有某种不确定性，这是三者的 共同点。正是研究对象在不确定性上的区别，才派生出了这三种 各具特色的不确定性学科。 模糊数学着重研究“认知不确定”问题，其研究对象具有“内 涵明确，外延不明确”的特点。比如“年轻人”就是一个模糊概 念。因为每一个人都十分清楚“年轻人”的内涵。但是要让你划 北京交通夫学硕i 论文 定一个确切的范围，在这个范围之内的是年轻人，范围之外的不 是年轻人，则很难办到。因为年轻人这个概念外延不明确。对于 这类内涵明确，外延不明确的“认知不确定”问题，模糊数学主 要是凭经验借助于隶属函数进行处理。 概率统计研究的是“随机不确定”现象，着重于考察“随机 不确定”现象的历史统计规律，考察具有多种可能发生的结果之 “随机不确定”现象中每一种结果发生的可能性大小。其出发点 是大样本，并要求对象服从某种典型分布。 灰色系统理论着重研究概率统计、模糊数学所难以解决的“小 样本”、“贫信息”不确定性问题，并依据信息覆盖，通过序列算 子的作用探索事物运动的现实规律。其特点是“少数据建模”。与 模糊数学不同的是，灰色系统理论着重研究“外延明确，内涵不 明确”的对象。例如说到2 0 5 0 年，中国要将总人口控制在1 5 亿到 1 6 亿之间，这“1 5 亿到1 6 亿之间”就是一个灰概念，其外延是很 清楚的，但是如果要进一步问到底是1 5 亿至i j l 6 亿之间的哪个具体 数值，则不清楚。 2 4 3 灰色系统的基本概念 社会、经济、农业、工业、生态、生物等许多系统，是根据 研究对象所属的领域和范围命名的，而灰色系统却是按颜色命名 的。在控制论中，人们常用颜色的深浅形容信息的明确程度，例 如艾什比将内部信息未知的对象称为黑箱。这种称谓已为人们普 遍接受。再如在政治生活中，人民希望了解决策及其形成过程的 有关信息，就提出要增加透明度。我们用“黑”表示信息未知， 用“白表示信息完全明确。相应地，信息完全明确的系统称为 白色系统，信息未知的系统称为黑色系统，部分信息明确、部分 1 6 北京交通人学硕p 论文 信息不明确的系统称为灰色系统。 通常地，“箱”侧重于对象外部特征而不重视其内部信息地开 发利用，往往通过输入输出关系或因果关系研究对象的功能和特 征。“系统”则通过对象、要素、环境三者之间的有机联系和变化 规律研究其结构和功能。 灰色系统理论的研究对象是“部分信息已知、部分信息未知” 的“小样本”、“贫信息”不确定性系统，它通过对“部分”已知 信息的生成、开发实现对现实世界的确切描述和认识。 在人们的社会、经济活动或科研活动中，会经常遇到信息不 完全的情况。如在农业生产中，即使是播种面积、种子、化肥、 灌溉等信息完全明确，但由于劳动者技术水平、自然环境、气候 条件、市场行情等信息不明确，仍难以准确地预计出产量、产值： 再如生物防治系统，虽然害虫与其天敌之间的关系十分明确。价 格体系的调整或改革，常常因缺乏民众心理承受力的信息，以及 某些商品价格变动对其它商品价格影响的确切信息而举步维艰； 在证券市场上，即使最高明的系统分析人员亦难以稳操胜券，因 为你测不准金融政策、利率政策、企业改革、政治风云和国际市 场变化及某些板块价格波动对其它板块之影响的确切消息；一般 的社会经济系统，由于其没有明确的“内”、“外”关系，系统本 身与系统环境、系统内部与系统外部的边界若明若暗，难以分析 输入对输出的影响。而同一个经济变量，有的研究者把它视为内 生变量，另一些研究者却把它视为外生变量，这是因为缺乏系统 结构、系统模型及系统功能信息所致。 系统信息不完全的情况分为以下四种： ( 1 ) 元素信息不完全 北京交通大学坝j ：论文 ( 2 ) 结构信息不完全 ( 3 ) 边界信息爿i 完全 ( 4 ) 运行行为信息不完全 “信息不完全”是“灰”的基本含义。 2 4 4 灰色系统理论的主要内容 其主要内容包括以灰色代数系统、灰色方程、灰色矩阵等为 基础的理论体系。以灰色序列生成为基础的方法体系，以灰色关 联空间为依托的分析体系，以灰色模型为核心的模型体系，以系 统分析、评估、建模、预测、决策、控制、优化为主体的技术体 系。 灰色代数体系、灰色矩阵、灰色方程等是灰色系统理论的基 础。从学科体系自身的完善出发，这里有许多问题值得进一步深 入研究。 灰色序列生成主要包括缓冲算子、均值生成算子、级比生成 算子、累加生成算子和累减生成算子等。 灰色系统分析除灰色关联分析外，还包括灰色聚类和灰色统 计评估等方面的内容。 灰色模型按照五步建模思想构建，通过灰色生成或序列算子 的作用弱化随机性，挖掘潜在的规律，经过差分方程与微分方程 之间的互换实现了利用离散的数据序列建立连续的动态微分方程 的新飞跃。 灰色预测是基于g m 模型做出的定量预测，按照其功能和特 征可分成数列预测、区间预测、灾变预测、季节灾变预测、波形 预测和系统预测等几种类型。 灰色组合模型包括灰色经济计量学模型、灰色生产函数模型、 北京变通大学坝二 = 论文 灰色马尔代夫模型、灰色时序组合模型等。 灰色决策包括灰靶决策、灰色关联决策、灰色统计、聚类决 策、灰色局势决策和灰色层次决策等。 灰色优化技术包括灰色线性规划、灰色非线性规划、灰色整 数规划和灰色动态规划等。 灰色投入产出则是以灰色投入产出优化模型为核心的方法体 系。 灰色博弈模型包括基于纯策略的灰矩阵博弈模型和基于混合 策略的灰矩阵博弈模型。 灰色控制的主要内容包括本征性灰色系统的控制问题和以灰 色系统方法为主构成的控制，如灰色关联控制和g m 预测控制等。 2 4 5 城市道路交通环境影响评价的灰色聚类评价模型 城市道路交通的环境影响评价实际上是一个多因子的综合评 价问题。通过监测只能直观了解和掌握环境中某种污染物的污染 结果，但是对于多因子的共同影响结果却不易直接比较得到。这 就是说，单因子对环境的污染是已知的，而多因子的共同影响却 是未知的。因此，把环境系统作为一个灰色系统来研究，用灰色 聚类方法进行环境污染评价。【文献2 2 - - 2 5 灰色聚类评价的方法与步骤如卜 2 4 5 1 确定聚类白化数 把聚类对象作为样本，把样本的量化性质作为样本指标。若 有m 个样本( 监测点) ，每个样本各有n 个指标( 污染因子) ，且每 个指标有i 个灰类( 环境质量分级) 。则由m 个样本的n 个指标地白 化数构成矩阵为： 1 9 北京交通大学硕1 论文 其中，c 。为第k 个聚类样本第f 个聚类指标的白化值( 污染浓度 值) ，k ( 1 ，2 ，) ，i e ( 1 “2 一，n ) 。 2 4 5 2 数据的标准化处理 为了对各样本指标进行综合分析和使聚类结果具有可比性， 在灰色聚类过程中需要对白化数c 。和灰类进行无量纲化处理。 ( 1 ) 样本指标的白化数的标准化处理 对于聚类样本指标的原始白化数c 。的标准化处理值按下述公式 计算： d “。叠，七( 1 ，2 ，一，m ) ；i e ( 1 ，2 ，n ) c o i 式中，d 。为第个监测点第f 个污染因子的标准化值；c 。为第七个 监测点第i 个污染因子的实测值；c 。为第i 个污染因子的参考标 准。 ( 2 ) 灰类的标准化处理 为使原始白化数与灰类之间能比较分析，仍用c 。进行无量纲化处 理，即： 0 = 如c o 。，f ( 1 ，2 ，n ) ；，( 1 ，2 ，1 1 ) 式中，珞为第f 个污染因子第j 个灰类s 口的标准化处理值；。# 为 第i 个污染因子第j 个灰类值。 北京交通大学硕十论文 2 4 5 3 确定白化函数 白化函数反映聚类指标对灰类的亲疏关系。对于第i 个污染 因子第j 个灰类，可以用白化函数曲线或关系式表达各个污染因 子的白化值分别对j 个灰类的亲疏关系。第i 个污染因子的灰类1 的白化函数为： 1 ( x ) = 1z s 工m 型z 。 工扎 i 。工z o c “ 第f 个污染因子的灰类( h 一1 ) 的白化函数为 ( _ 1 1 ( x ) ； o z 一茗0 x m x 0 扎一x x h x m 1 0 第f 个污染因子的灰类h 的白化函数为 0 ) = z 苫x o x o x x m 工 x x z 鼻算m 工工 1 工x m 旦x 。 x 工， z m x o 0 x s 并o 2 4 5 4 求聚类权 聚类权是衡量各个污染因予对同一灰类的权重。第i 个污染 因子j 个灰类的权值计算公式如f ： 北京交通人学碗士论文 ：；li e ( 1 ，2 ，n ) ，j e ( 1 “2 ， ) 善勺 式中，为第f 个污染因子j 个灰类的标准化处理值。 2 4 5 5 求聚类系数 聚类反映了聚类监测点对灰类的亲疏程度。若有m 个监测 点，第七个监测点对，个灰类的聚类系数用表示。其计算如下： 矿善厶( 叱峨 式中，为第七个监测点第i 个污染因子的第，个灰类的白化系 数：w f ，为第f 个污染因子的第个灰类的权值。 2 4 5 6 聚类 灰色聚类是根据聚类系数的大小来判断监测点所属的类别。 其方法是将每个监测点对各个灰类的聚类系数组成聚类行向量。 在行向量中聚类系数最大的所对应的灰类即是这个监测点所属的 类别，并把各个监测点同属的灰类进行归纳，便是灰色聚类结果。 本文采用灰色聚类法评价城市交通环境影响，并结合实例说 明灰色聚类法划分合理，简明实用。灰色聚类法在环境影响评价 中，能充分体现环境系统的灰色性，较好地反映环境各个污染因 子对环境质量的综合作用，分析结果与实际情况符合的较好。对 于大规模、多指标的环境影响评价，能合理地按环境影响进行聚 类。通过对焦作市城市道路交通环境影响进行评价，说明聚类法 是一种有效实用的评价方法。 北京交通大学硕| 论文 第三章研究区域概括 3 1 焦作市概括 焦作市位于河南省西北部，北依太行山，南临黄河，现辖2 市4 县4 区和1 个省级高新技术丌发区，总面积4 0 7 1 平方公里， 总人口3 4 2 万。其中城区面积6 9 7 平方公里，城市人口8 0 万。 焦作历史悠久，历史文化底蕴丰厚。早在夏商时期就有人类 居住，古称山阳、怀州，明清时设置怀庆府，1 9 5 6 年建市。这里 是司马懿、韩愈、李商隐、许衡等历史名人的故里，是闻名中外 的太极拳发源地，是魏晋时期“竹林七贤”的隐居地，还是汉献 帝刘协的谪居之地。现存的府城遗址、天宁寺三胜塔、嘉应观、 妙乐寺塔、慈宁寺等文物古迹于2 0 0 1 年被确定为全国重点文物保 护单位。 焦作矿产资源丰富，是中西部和华北地区不可多得的资源富 集区。主要矿藏有煤炭、铝钒土、硫铁矿石、石灰石等2 0 余种， 储量可观。地下水资源充裕，是天然的地下水汇集盆地。南水北 调、西气东输工程都将途经焦作。丰富的资源优势奠定了焦作工 业的基础，使焦作从原来的单一煤炭生产发展到现在的能源、化 工、机械、冶金、建材、医药、轻纺、食品等综合发展的工业体 系。在目前的产业布局中，工业居于主导地位，2 0 0 3 年，工业占 整个经济总量的比重达到5 0 3 。 焦作旅游资源丰富，自然风光秀丽。太行山南麓在焦作境内 连绵百余公里，山水相依，雄中含秀，独具特色。2 0 0 4 年2 月1 3 日，焦作云台山被联合国教科文组织正式命名为世界地质公园。 云台山世界地质公园总面积5 5 6 平方公里，由神农山园区、青天 北京交通人学硕士论文 河园区、峰林峡园区、青龙峡尉区和云台山园区五个园区组成， 是一座以裂谷构造、水动力作用和地质地貌景观为主，以自然生 态和人文景观为辅、集科学价值与美学价值于一身的综合型地质 公园。 焦作农业生产条件较好，是全国三大粮食高产区之一。这里 盛产的地黄、牛膝、菊花、山药“四大怀药”驰名中外。焦作地 处豫晋交界，是晋煤南运的交通要道，公路交通比较发达。焦晋、 焦郑高速公路成为晋豫两省快速通道。截止2 0 0 3 年底，全市公路 通车总里程4 9 5 3 公里，公路密度达每百平方公里1 2 1 7 公里，在 全国居于领先地位。焦作乡镇企业基础较好。目前已初步形成一 批农副产品加工、玻璃钢、造纸机械、皮革皮毛加工等具有一定 产业规模的企业群体。 近几年来，焦作大力实施工业强市战略，倾力打造经济强县、 经济强区、经济强市，全市经济步入持续快速健康发展轨道，对 外开放呈现新的局面，城乡面貌发生深刻变化，人民群众的收入 和