（道路与铁道工程专业论文）基于环境影响的铁路线路方案综合优选方法研究.pdf

北方交通大学硕士学位论文摘要 摘要 y3 9 3 7 13 本文是结合铁道部第三勘察设计院的课题“基于环境影 响的高速铁路线路方案优选系统初步研究”完成的。 文章立足于我国交通建设迅速发展的形势和人们对环境 问题日益重视的要求，首先论述了国内外研究经验和发展趋 势；然后对基于环境因素的交通建设项目方案优选进行了研 究，运用a h p 法与图叠法的结合制定出交通建设项目的最 小敏感带，并对课题中主要研究的环境因素土地和噪声进行 了详细的分析，从而从综合评价和各单项因素评价的两个层 次，对交通建设项目进行了评价，以求将交通建设项目的环 境影响降至最低；最后结合课题，运用m a p i n f o 对现实可获得 的秦沈线两边主要环境因素因素进行了综合处理与分析，充 分体现了前面阐述的理论方法与原则。 本文从理论和实践两方面对铁路选线中环境分析的关键 问题进行了阐述，为将环境保护纳入铁路建设决策的各阶段 提供了技术支持。本研究对促进交通基础设施建设与环境保 护的协调发展，铁路可持续发展战略的实施，都具有重要的 意义。 关健字：交通建设遗自，地理信基系统，环境影诵，芸路，公 路，层次分析法，图叠法 、一。 北方交通大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o ni s c o m p l e t e dw i t ht h et a s ko f “h i g h w a y s c h e m e s o p t i m i z i n gs y s t e m b a s e do nt h e e n v i r o n m e n t a l i m p a c t s ”，t h e t h i r d s u r v e y a n d d e s i g ni n s t i t u t e ，r a i l w a y d e p a r t m e n t t h ed i s s e r t a t i o ni sb a s e do nt h e g r e a td e v e l o p m e n to f t r a n s p o r t a t i o n i no u r c o u n t r y a n dt h e p e o p l e si n c r e a s i n g r e c o g n i t i o n w i t ht h ee n v i r o n m e n t i ti n t r o d u c e st h er e s e a r c h e x p e r i e n c ea n dd e v e l o p i n gt e n d e n c yi n s i d ea n do u t s i d et h ec h i n a f i r s t l y ；t h e ns t u d i e st h eo p t i m i z eo ft r a n s p o r t a t i o ns c h e m e sb a s e d o nt h ee n v i r o n m e n t a le l e m e n t s d r a w st h el e a s ts e n s i t i v i t yz o n e w i t ht h ec o m b i n a t i o no fa h pa n do v e r l a pm a p s s t u d i e st h el a n d a n dn o i s ed e t a i l e di nt h es y s t e ma n de v a l u a t e st h et r a n s p o r t a t i o n p r o j e c tt h r o u g ht h ew h o l ea n ds e p a r a t e de l e m e n t s ，r e d u c i n gt h e e n v i r o n m e n t a li m p a c t so ft h ep r o je c tt ot h el e a s t ；a tl a s td e a l s w i t ht h em a i ne n v i r o n m e n t a le l e m e n t sa l o n gw i t ht h er a i l w a y f r o m q i n g h u a n g d a o t o s h e n g y a n g ，m a n i f e s t t h e t h e o r y a n d m e t h o dd i s c u s s e db e f o r e a b o v er e s e a r c hh a ss o l v e ds o m ec r u c i a l p r o b l e m s i n e n v i r o n m e n t a l i m p a c t sa n a l y s i sd u r i n gr a i l w a y l o c a t i o na n d d e s i g n a n dt h er e s e a r c hr e s u l t sa c h i e v e di nt h ed i s s e r t a t i o na r e o f g r e a ts i g n i f i c a n c ef o rp r o m o t i n g t h eh a r m o n i cd e v e l o p m e n to f t r a n s p o r t a t i o nj n f r a s t r u c t u r ea n de n v i r o n m e n t a lp r e s e r v a t i o n ，a n d i m p l e m e n t i n g s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t s t r a t e g yi nc h i n a k e yw o r d s ：t r a n s p o r t a t i o n c o n s t r u c t i o n p r o j e c t s ，g i s e n v i r o n m e n t a li m p a c t s ，r a i l w a y , h i g h w a y , a h p , o v e r l a p m a p s 北方交通大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题的意义和背景 随着我国改革开放和经济建设的发展，公路与铁路交通都 得到了迅速发展，路网里程和交通量都不断增加给人民生 活带来了诸多便利。但是与此同时我们也必须看到，现代化 的道路不仅给经济发展带来了活力，同时也对与其相关的环 境因素产生了种种不利影响。主要表现在交通噪声、土地占 用、生态环境、以及道路景观等许多方面。具体来说，环境 问题可以分为两大类，一类是自然环境的破坏。由于道路的 开发，使周围的自然地理环境和资源遭到破坏，引起水土流 失、生态影响失调、气候变异等。图1 1 表示了一条新建公路 对自然生态的可能影晌。 图1 1 新建道路对生态环境的影响 国民经济需要大力发展道路交通同时人们叉需要提高生 活质量和保护环境，这两者在相当程度上是相互矛盾的，人、 社会和环境不得不为道路交通付出很高的代价，不增加交通 量和少修建道路不是解决问题的办法，切实可行的方法是在 道路规划和道路设计时考虑环境因素，尽量减少道路交通对 北方交通大学硕士学位论文第一章结论 环境的影响，尽可能在有利于环境保护的前提下发展道路交 通，这是关系到子孙后代的大事从长远看具有非常重要的 意义。 现行的交通建设项目比选主要是从经济和技术两方面考 虑的，对环境影响方面考虑不多。交通建设项目环境影响评 价是工程建设中进行环境考虑的主要体现。环境影响评价的 主要目的是预测工程建设对环境的影响，进而指导工程方案 比选，但是由于我国交通建设项目环境影响评价工作起步较 晚，虽然经过几年的环评工作，评价水平逐年提高，评价经 验日渐丰富但还是存在许多不足。主要有： 1 ，缺乏一套科学的环境影响因子识别方法及相应的评分 标准。 2 ，影响评价报告书的周期过长，无法与可行性研究同步 完成，不少项目是在已破土动工，或者己铺轨架桥，甚 至己部分建成投产的情况下补做的。此时工程进展到木 已成舟，既成事实环境影响报告书无异于隔靴搔痒的 “马后炮”，难于起到从环境保护的角度，指导工程选址、 选型和论证工程可行性的作用：只能论述工程设计已采 取的环保措施是否得力，提出些“亡羊补牢”的补救对 策而已。 笔者认为要实现全面决策，将环境保护纳入到整个建设 进程，单靠目前的环境评价报告书是不可能实现的。一方面， 评价的时机远远落后于工程进度：另一方面，评价内容不便 于决策者使用。迄今为止，已编制的铁路建设项目环境影响 报告书，其内容的繁简，篇章的多少，可谓百花齐放，各树 一帜，没有一个比较全面、系统的文件组成与内容体系。笔 者认为要全面决策，就必须提出一套用于决策的环境影响评 价因子和相应的评价指标体系，建立一种基于环境影响的方 案优选方法。 为此，结合铁道部第三勘察设计院的课题“基于环境影 响的高速铁路线路方案优选系统初步研究”，本人对交通项目 的环境影响评价工作作了初步的研究。 1 2 铁路建设环境影响评价国内外现状 北方交通大学碗士学位论文第一章绪论 1 、概述 从2 0 世纪4 0 5 0 年代起，随着经济的发展，世界各国， 特别是发达国家相继发生了环境污染的严重公害作为一门 独立的科学一一环境科学开始建立起来并得到迅速发展。首 先，对环境污染的认识，是从环境单因素发展到多因素，从 单一污染物发展到多种污染物，从简单问题到综合环境问题。 进而，为了治理，改善被污染的环境。在其解决问题的过程 中提出了环境质量评价。 环境评价包括回顾评价，现状评价和影响评价( 或预断 评价) 。本文所指环境影响评价是要求项开发行为或工程建 设着手之前，对由此而给环境带来的影响进行充分的调查研 究和分析，用可靠的实验数据进行定性或定量的分析预测， 提出防范措施以减少对环境的影响。现将国内外铁路建设环 境影响评价现状简介如下。 2 、国外铁路建设环境影响评价的内容和方法 ( 一)评价的内容 国外铁路建设项目环境影响评价的内容十分广泛，各国要 求也不一致，同时困评价对象不同，所包括的具体项目也有 差别。 美国在其国家环境法中做了具体规定： ( 1 ) 建设项目的目的及环境现状 ( 2 ) 建设项目与当地利用规划、政策、管理措施的关系 ( 3 ) 建设项目的环境影响 ( 4 ) 建设项目的比较方案 ( 5 ) 建设项目产生的不可避免的不利影响 ( 6 ) 说明建设项目局部和短期干扰对环境影响的关系 ( 7 ) 说明对资源的不可逆和无法恢复的利用情况 ( 8 ) 叙述如何考虑减弱工程项目的不利影响及考虑比较 方案的关系 针对上述内容进行环境影响评价的步骤如下： ( 1 ) 对建设项目作介绍并汇编所需要的资源 ( 2 ) 评价与分析有关法律规定及文献 f 3 1 确定施工与运行时期对环境可能产生的影响 ( 4 ) 描述可能受到影响的环境现状 ( 5 1 影响预测 北方交通人学坝上学位论文第一章绪论 ( 6 ) 对所预测的影响进行评价和解释 ( 7 ) 确定并评价减轻不利环境影响的措施 ( 8 ) 从比较方案中选择最适合的方案 f 9 ) 编写环境影响报告书 ( 1 0 ) 施工期间和运行期间环境影响监测 美国进行环境影响评价的特点： ( i ) 重视建设项目的比较方案，如果报告中没有合理的 比较方案，是很难被批准的 ( 2 ) 重视环境影响预测和分析 ( 3 ) 公众参与环境影响评价 ( 4 ) 美国的环境影响报告书对污染防治措施，各环境要 素之间的相互关系叙述不够具体 日本的环境影响评价开始于1 9 7 0 年初。1 9 8 4 年8 月内阁 颁布了“关于环境影响评价“的文件，中央各省及不少都、 道、府、县、市都有各自的评价条例或评价纲要，没有国家 一级的文件和法律。日本的环境影响评价工作受美国影响较 深，对铁路建设影响评价有如下规定： n ) 进行环境影响评价，保护环境是企业的职责 ( 2 ) 为使调查和评价做得科学合理，由知事制定编制预 评价书的指导方针，企业据此进行调查、预测、评 价知事审查企业提出评价书，组织有学问的人， 提出审查意见 f 3 ) 召开听证会，广泛听取居民意见 日本铁路进行环境影响评价的对象是铁路新线建设和其 他太规模的改造工程，包括干线新建、改建、新建车站、线 路改造都要作环境影响评价。日本国铁在进行环境影响评价 时，从1 5 个因素中选出7 个项目来评。即噪声、振动、地基 下沉、日照阻挡、电波阻挡、地形和地质、景观等。评价不 考虑的因素是大气污染、水质污染、土壤污染、低频空气振 动。恶嗅、风害、植物、动物、史迹、文物因为对这些影响 都采用了相应的防治措施。 环境保护措施是国外环境影响评价内容中不可缺少的部 分，如日本国铁在环境影响评价中列出以下环境保护措施： ( 1 1 运营中噪声振动对策： 北方交通大学硕士学位论文第一章绪论 使用6 0 k g m 钢轨和无缝线路：在桥梁碎石道床下铺设 防振垫板：隧道中用防振轨枕板。 f 2 ) 旖工中地基下沉对策： 施工中对周围地区进行调查，了解高程变化；充分研 讨设计施工方法，加强施工管理。施工前对周围3 0 m 内的住宅进行调查。 ( 3 ) 施工中地形地质对策： 充分研究施工方法，严格施工管理；施工中充分调查 了解周围情况，设置水位观测井，连续观测水位状况。 ( 4 ) 大气污染防治对策： 对锅炉燃烧产生的二氧化碳和粉尘设排烟脱硫装置和 电吸尘装置，对列车，工厂，车辆车站等废渣废物 燃烧炉用电除尘和多管除尘。 ( 5 ) 水污染防治对策 电镀废液及沉淀物经处理后排入下水道。工厂或车辆 的含油废水，回收后进行专门处理。排出水用活性碳 吸附后可达到相当高的透明度，作冷却水用。车辆厕 所粪便污水，用电解或生物法，混凝沉淀处理后排入 下水道。 ( 6 ) 电磁波污染防治对策 影响电视接收的原因是高架桥或建筑物的遮蔽和反射 以及电力机车牵引和列车走行的影响，其对策是在受 影响的地点安设天线，在电视线路中加增幅器。 ( 7 ) 日照影响对策 由于高层化和立体化，阻挡了阳光照射，其对策是在 不同区域进行高度限制。 西德铁路在环境影响评价中提出减少振动和噪声的三个 措施：一是无缝线路( 可降低噪声5 1 5 d b ) ；二是电力牵引；三 是改进客车的制动方式( 可减少8 一1 0 d b ) 。 ( - - ) 评价的方法 国外环境影响评价的评价方法，按性质分为定性评价， 数学模型，系统模型和综合评价。多数采用综合评价法。这 种方法是建立在对各要素及其过程进行预测和对策研究的基 础上进行宏观分析，利用预测和对策研究提供的各种信息， 经过处理后，勾画出开发活动和环境影响的关系，提供开发 北方交通大学硕士学位论文第一章绪论 决策。 在综合评价方法中，分为图形叠置法、清单法、矩阵法、 网络法、指数法等。 其中交通运输多用清单法，它把建设方案的发展分为规 划设计，施工及运行三个阶段，把方案可能会造成的影响分 为噪声、空气质量、水质、土壤侵蚀、生态、经济、社会政 治、美学等不同类型，将方案的阶段与各种影响类型列成表 格，从中可以鉴别出在不同阶段，方案可能会产生的环境影 响。该方法还根据不同时间分布列出了与建设方案有关的可 能影响。最后制定出1 0 个等级来说明影响的太小，并表示出 晟大的可能影响。 3 、国内环境评价的主要情况瞄2 】 在我国铁路建设项目的环境评价工作，目前仍处于起 步和探索阶段。几年来在铁道部卫生环保局的直接领导和 敦促下，已开展了一些新建或扩建工程的环境影响评价工作， 积累了许多宝贵的经验，值得总结、推广和借鉴。但是由于 铁路建设项目的自身特点和铁路基建体制的现实以及目前环 境影响评价工作的基本格局等因素。有关铁路建设项目环境 影响评价工作的时机、原则和方法等一些问题，还需进一步 商榷。 当然，在与世界的不断接轨中，我国也有一些工程吸取了 国外的先进经验以利用世界银行贷款项目“陇海铁路宝鸡 至兰州段增建第二线”环境影响报告书为例，可以看出我国 一些铁路建设大致的环境评价过程。环评大纲由铁道部第一 勘察设计院于1 9 9 9 年6 月2 6 日完成中、英文稿，分别报送 国家环保总局监督管理局( 中文稿) 、铁道部外资办转送世界 银行( 英文稿) 。1 9 9 9 年8 月1 3 日在北京召开了环评大纲审 查会，根据专家组意见评价单位对环评大纲进行了修改并于 1 9 9 9 年9 月上报。国家环保总局以环监【1 9 9 9 】1 3 2 号下发了环 评大纲的批复函。环评的大致过程如下： ( 1 ) 评价单位接受评价任务对各环境要素现状进行调查 和监测，并对社会经济环境进行调查。 ( 2 ) 根据工程技术设计文件，进行工程分析及环境现状评 价。 ( 3 ) 对施工期、运营期的环境影响进行预测。 6 北方交通大学硕士学位论文第一章绪论 ( 4 ) 听取沿线各环卫、市政部门及受影响单位的意见，确 定环保措施及对策。 ( 5 ) 编写报告书，送交铁道部及世界银行。 ( 6 ) 铁道部主持各设计施工单位参加的报告书预审会，听 取专家组意见。 ( 7 ) 将环评报告书修改补充后上报铁道部。 ( 8 ) 铁道部在听取世界银行及国家环保局意见后终审批复 给各施工设计单位。 ( 9 ) 环境报告书形成。 1 3 交通与环境综合研究 1 9 9 2 年美国交通研究委员会( t r b ，t r a n s p o r t a t i o n r e s e a r c hb o a r d ) 的第3 8 9 期交通研究通告关于交通领域环境 问题研究的必要性。这个报告是1 9 9 1 年1 1 月召开的关于交 通领域环境问题研究议程会议的最终结果。报告中陈述了交 通与环境研究的十四个方面：湿地，野生动植物与生态系统， 社会和经济影响，文化资源，空气质量，水质量，高速公路 航空火车噪声，美学和视觉质量，有害物质运输，有害 废物处理，能源和其它替代燃料，环境评价程序等等。每个 方面都包含5 1 0 个问题，总共提出了1 】2 个问题。 ( h t t p ：t t w w w n c s u e d u ) 此外，美国北卡州立大学交通与环境研究中心( c t e ， c e n t e ro f t r a n s p o r t a t i o na n de n v i r o n m e n t ) 将于1 9 9 7 年底拟批 准的研究项目中，有两项与本论文有共同之处。1 ) 用湿地影 响因子来优化道路选线，( o p t i m a lr o a d l o c a t i o n 晰t hw e t l a n d i m p a c t s ) 。此研究拟定的最终结果是一种基于g i s 的分析工 具，用以交通规划者快速地分析道路比选方案对环境地影响。 2 ) 为高速公路建设进行环境考虑地决策支持系统( d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e mf o rh i g h w a y c o n s t r u c t i o ne n v i r o n m e n t i m p a c t s ) ； 此外，还有用于分析道路比选方案环境影响地可视化技术 ( v i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g i e st oa n a l y z ee n v i r o n m e mi m p a c t so f r o a da l t e r n a t i v e ) 。 1 3 1 交通基础设施建设与环境评价1 2 j 在西方发迭国家，一直到二十世纪八十年代早期，大 多数交通建设项目都还是仅仅根据费用一效益法来取舍方 案，这种方法主要是考虑道路使用者的利益。其实自从七 7 北方交通大学硕士学位论文第一章绪论 十年代后期，人们已经认识到在项目可行性研究和方案比选 中应该考虑其他的社会和环境影响因素。那么，为什么在道 路建设早期需要环境评价呢? 根本的原因是人类的活动能对 环境产生深远的，且经常是有害的影响，这种影响反过来又 会影响到人类。交通建设项目对环境的影响范围很大，从人 口的迁移到小块动物栖息地的损失。一些看似不重要的影响 在被重复多次后会变得很重要。此外，还有一些间接影响， 如道路建设所需大量的土石方会影响到离几百里外采石厂周 围的生态环境。以前，无论新线建设还是旧线改造，都是由 道路工程师来评估和确定最后方案。但是今年来，环境科学 家也被加入到设计队伍，在w a l l a c ee v a n s 公司，一个高速公 路建设项目的开始工作就是成立一个由道路建设者和环境保 护专家组成的多学科队伍。这样一个队伍为了得到最优方案 而密切合作。他们能够确定线路走向的环境约束条件，如生 态特种动物栖息地，土地使用等，以及工程约束条件如 地形，地质，主要技术标准和造价等。然后，综合这些要素 得出最优方案。当然每一个新建项目都会对环境产生影响， 我们的目标是使影响最小的同时达到设计标准，只有一个综 合的专家队伍能够达到这一目标。 1 3 2 铁路与环境 1 9 9 1 年1 2 月，国际铁联( u i c ) 一个工作小组由u i c 的 管理委员会( b m ，b o a r do f m a n a g e m e n t ) 组织成立，主要负 责铁路与环境问题的研究。这个小组提出了名为“朝着可持 续发展行动”( t o w a r d ss u s t a i n a b l em o b i l i t y ) 的报告。从此拉开 了铁路与环境研究的序幕。在1 9 9 2 年6 月的第1 6 2 次会议上， b m 认可了该小组的主要工作报告。并于1 9 9 4 年1 2 月成立了 环境工作办公室，由u i c 管理委员会领导，工作组定期开会， 组成成员在不断增加。在1 9 9 4 年6 月，b m 认可的由环境工 作组提出的议案中主要包括以下问题：1 ) 铁路环境政策的协调 性；2 ) 召开一个由所有铁路环境工作者参加的会议；3 ) 能源消 耗与空气污染；4 ) 有害废物的处理；5 ) 有害物质运输：6 ) 环境 影响评价( e i a ) 等等。另外，环境工作组还总结出适合不同国 家不同地区铁路的共同环境问题。包括：能源消耗，空气污 染，噪声与振动，水土保持，有害物资运输，有害废物处理。 还有一些方面在不同国家存在偏差，如社会制度国家立法， 北方交通人学顺士学位论文第一章缔论 环境问题的种类，铁路管理者的权限，政府与铁路的关系等。 1 9 9 4 年秋，3 0 多个欧洲铁路公司派代表参加了首届铁 路环境工作者会议，4 0 个与会者讨论了主要的环境问题。环 境影响评价( e i a ) 是其中议题之一，会议在此方面讨论的结论 主要有：1 ) 定义了环境影响评价对象的范围，主要包括：人类， 动植物，土壤，水，空气和气候，景观，文化古迹。2 ) 与会者 在三个方面存在分歧。第一，不同国家在研究新建项目对邻 近社区的影响和对自然环境的影响侧重点上是不同的：第二， 本国利益和全球利益在进行环境评价中的平衡问题；例如， 全球变暖和区域发展的矛盾如何协调；第三，对评价的内容 存在不同意见，不同领域的专家强调的方面不同，给环评工 作带柬了很多困难。另外，是否对每个比选方案都进行详细 评价上存在分歧，有人提出只对最终方案进行详细的环评， 有人要求对每个方案都要进行环评”j 。 目前国内外学者中逐渐形成一个共识，那就是：复杂 或太长的环境影响评价对决策者没有什么用处。误用复杂的 环境影响评价，实际上会有害处，可能会阻碍而不是促进发 展过程。许多国家在环境影响评价程序采用了“规定范围” 的步骤，从一开始就勾划出环境影响评价的范围，从而把有 限的人力和财力集中到最优先考虑的环境领域。最重要的是， 强调要求在评价过程中坚持实事求是的原则，决不能忘记那 些为发展做出决策的人，以及这些个人在实践中如何能用环 境影响评价的结论来做出更好的决策l l 。 1 4 地理信息系统在交通领域的应用( g i s t ) 人类从远古开始起，就掌握了一种描述现实世界的有力 手段一地图，它不仅描述了山川，河流等许多地物信息还 能够将很多其它数据，诸如政区、人口数据，兵力分布、经 济统计数字等表现出来。地图所代表的意义，早已超越了地 理信息，而成为一种重要的信息载体。计算机的出现使各种 信息都变成了计算机数据，而空间数据可以说是古老的地图 系统在计算机中的新生。与纸张地图相比，空间数据不仅能 在计算机中完整的表达地图信息，同时还使地图信息的应用 更为简单和有效。 计算机信息系统的出现使人们能够更有效地利用现有数 据，并从中发掘出更有价值的信息。计算机信息系统的发展 9 北方交通人学坝l 学位论文 第一章绪论 走过了漫长血折的道路。从体系结构来说，由早期的主体一 终端系统到客户机n 务器，再到现在十分流行的网络系统( 包 括i n t e r n e t ) 。其发展历程体现出信息系统发展的几个主要趋 势： ( 1 )信息系统的用户越来越多，应用面越来越复杂，从 个人系统向企业级系统发展； ( 2 )信息系统的数据量急剧膨胀，数据类型趋向复杂化、 多样化； ( 3 )需要更强的信息分析工具，发掘信息的深层含义； ( 4 )信息系统的功能不仅仅限于信息的管理、分析和统 计，其决策支持能力也日趋完善。 地理信息系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理 模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为 地理研究和决策服务的计算机系统。虽然这项技术已被成功 地应用于资源管理方面，但在交通领域的应用( g i s - t ) 仍然是 相当新的。由于g i s 具有处理空间数据的优点使得g i s 成 为交通管理系统的理想工具。虽然美国很多交通机构对g i s t 很感兴趣，但是这项技术仍很不成熟，在其潜能得到全部实 现之前，还需要进一步的研究和发展扣j 。 目前g 1 s t 已在交通领域的很多方面得到应用。主要包 括：公共设施的选址问题，运输路线的选择，综合交通规划 过程，交通建设项目环境影响分析，交通基础设施的管理， 道路管理决策支持系统等等。虽然g i s 被应用于交通领域的 很多方面和很多部门但真实地充分地利用g i s 功能的还很 少，许多机构和单位只是开始了g i s 的可行性研究，和一些 小范围的应用。这些研究主要是收集信息和学习别人的经验。 g i s 的实施关键一步是数据的转换即从传统的纸地图到电子 地图，这项工作需要消耗大量的人力和资金。 g i s 在分析交通对环境影响方面，具有很大的潜能。特别 是一些g i s 工具软件的发展，促进了g i s 在此方面的应用。 如美国的a r c h n f o m a p i n f o 加拿大的g e n a m a p 等等。 地理信息系统( g i s 系统) 是信息系统的一种，但是早期 的g i s 系统过于专业，主要运用于地理、地质方面的分析， 决策支持功能十分薄弱。随着用户需求的不断提高和计算机 技术的不断发展，一种崭新的信息可视化系统应运而生，成 j 0 北方交通大学硕士学位论文第一章绪论 为计算机信息系统的一种发展趋势，而世界标准信息可视化 系统m a p i n f o 正是其中的佼佼者。在传统的信息系统中，数据 主要保存在数据库中。如果数据库中的数据仅以文字的形式 表现出来，不仅形式呆板而且可能将一些重要的信息隐藏 在文字背后。在实际工作中，有许多问题需要借助地图来解 答。比如，设计中新线路将跨过哪些现有线路等。 如何解答这些问题呢? 最原始的解决方案是使用张纸 地图，在上面将数据库标出，然后在地图上进行分析，这种 方法非常烦琐。而利用m a p i n f o 提供数据的地理属性，我们可 以将这些数据叠加在电子地图上，并且将m a p i n f o 中的地图对 象与数据库中的数据建立连接关系。这样，通过m a p i n f o 就可 以实现地图与数据库的双向查询，并通过m a p i n f o 的地理分析 功能解答上面的问题。 由此可以看出，m a p i n f o 给信息系统带来的不仅仅是显示 地图、锦上添花，而是将数据库中的信息进行直观的可视化 分析，发掘隐藏在文本数据中的有用信息，为用户提供一种 崭新的决策支持方式，即“信息发现系统”。 本文即是以m a p i n f o 为主要开发工具，对交通的环境影响 进行了综合评价。 北方交娅大学硕【：学位论文第二章交通环境影响综合评价 第二章交通环境影响综合评价 交通对环境的影响评价是一个多因素复杂的过程，本章 首先对环境影响评价中国内外常用的方法进行了简介，并重 点对笔者所采用的a h p 法与图叠法进行了探讨，然后将其与 铁路建设中常涉及的环境因子相结合确定了铁路选线对环 境影响的最小敏感带。 2 1 理论基础 2 1 】决策方法 决策是人们进行选择或判断的一种思维活动。决策是科学 也是艺术，说它是科学，因为人们进行选择和判断应当尽可 能地符合客观实际，这就要求决策者尽可能真实地了解问题 的背景、环境和发展规律，尽可能详细地占有资料，尽可能 广泛地掌握正确的决策方法和各种决策辅助工具。说它是艺 术，因为各种选择和判断都是人来完成的，决策的正确与否， 与决策者的素质、经验、才能有很大关系。 数学工具在决策中起着重要作用。在复杂的决策问题面 前，人们往往需要利用数学模型对实际问题进行抽象和简化， 进而对实际问题进行系统分析。以下对几种常用的方法及其 在交通规划中的运用进行简要的介绍和比较。 1 、多目标决策方法 交通规划是多目标决策方法广泛应用的一个领域。这是 由交通规划决策问题的复杂性和决策目标之间的矛盾性所决 定的。多目标优选方法是一个古老的决策方法。它最早出现 在1 9 世纪j e r e m yb e n t h a m 的著作中，到本世纪六七十年代， 多目标决策方法得到了很大发展。不同时期对多目标决策方 法的发展做出贡献的人主要有v o nn c n m a n n 和 m o r g e n s t e m ( 1 9 4 7 ) ，d e b e m ( 1 9 6 0 ) ，p r u z a n 和j a c k s o n ( 1 9 6 3 ) ， l u c e 和t u k e y ( 1 9 6 4 ) ，g o r m a n ( 1 9 6 8 ) 和t i n g ( 1 9 7 1 ) ， p a r e t o ( 1 9 7 l 、k r a m z e t a l ( 1 9 6 3 ) ，j e e n e y 和r a i f a ( 1 9 7 6 ) ”j 。 多目标决策问题的两个显著特点就是：目标间的不可共 度性和目标的矛盾性。多目标决策过程一般包括四个步骤：1 ) 了解待解决的多目标决策问题；2 ) 明确问题，标明目标和辩 明属性；3 ) 构造模型；4 ) 分析和评价选择决策p j 。 根据决策情况可以把多目标决策问题分为两类。一类问 北方交通人学硕士学位论文第二章交通环境蟛响综台评价 题包含有限个方案集，称为有限方案的多目标决策问题，有 限方案的多目标优选方法是从有限个预先确定的方案中选择 一个决策人最满意的方案。铁路公路方案比选多属于此类； 另一类包含无限个方案，称为无限方案的多目标决策问题， 它涉及到求解目标函数最大，最小问题。 近年来，随着模糊数学的发展，将模糊数学应用于多目 标决策的例子也越来越多，我国许多学者在这方面做出了很 大贡献。多目标模糊优选法应属于多目标决策问题的一种。 与传统的多目标决策模型相比，所不同的是其引入了模糊数 学中隶属度和隶属函数等概念，在具体的决策过程和分析方 法上非常相似。 2 、层次分析法( a h p ) 层次分析法是由美国著名的运筹学家，匹兹堡大学教授 t l s a a t y 于七十年代提出来的。a h p 把复杂的问题分解为各 个组成因素，将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层 次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要 性，然后综合人的判断以决定诸因素相对重要性的总顺序。 a h p 体现了人们的决策思维的这些特征，即分析、判断、综 合。 自从a h p 方法问世以来，被广泛地应用于冲突分析。风 险评价，环境评价及社会经济领域。在交通规划中，a h p 也 经常被使用但用的最多的方面还是方案比选。在我国，a h p 在各领域得到了广泛的应用，但在道路环境影响分析中的应 用却不是很多。 3 、情景分析法峥1 从环境的角度情景分析法是一种环境预测与评价方法。 首先，需要创建一个基础情景，它反映环境现状，并给出根 据预测的或可能的规划或增长轨迹来估计的未来变化。然后， 在此基础上生成一个或多个政策情景( 称为“非基础情景”) ， 其中包含对未来发展的各种不同假设。非基础情景实际上回 答了“如果，那么”这样的问题。各种情景方案的优劣， 可通过对结果的比较而获得。将情景分析方法利用于决策支 持系统的一个比较成功的例子是位于美国波士顿的斯德哥尔 摩环境研究开发的“长期能源替代规划系统”( l o n g - t e r m e n e r g ya l t e r n a t i v e sp l a n n i n gs y s t e m ，简称l e a p ) 。 北方交通大学硕士学位论文第二章交通环境擐 响综台评价 此外，p a t r i c kd e c o r l a s o u z a ，j e r r ye v e r e t t ，b r i a ng a r d n e r 等人在文献【3 4 】中提出总费用评价方法( t c a ，t o t a l c o s t a n a l y s i s ) 来替代常用的费用- 效益分析法( b c a ，b e n e f i t c o s t a n a l y s i s ) ，他们认为b c a 中类似于净现值，效益费用比和内 部收益率概念过于抽象，不易被决策者和公众接受和理解。 文中在考虑一些被认为难于度量的指标时，提出了一种计算 方法。如在考虑交通建设项目对环境的影响时，给出了以下 单位来求其费用： 表2 1 环境影响费月j 单价( 美分，每机动乍 ( e n v i r o n m e n t a li m p a c t s )里) ( c e n t s v e h i c l e - m i l e so f t r a v e l ) 空气污染( a i rp o l l u t i o n )2 4c e n t s v m t 水污染( w a t e rp o l l u t i o n ) 0 2 c e n t s 厂v m 噪声( n o i s e ) 0 16 c e n t s v m 固体和化学废物f s o | t d ，c h e m i c a i 0 2 c e n t s v m w a s t e ) 1 5c e n t s v m 油泄露( o i le x t r a c t i o n ) 4 4 6c e n t s ，v m 总数( t o t a l ) 用此类方法可将环境影响进行量化，统一记入最后的总造 价，用于方案比选。 通过对各种方法的进一步研究，我们可以发现在方案数 和评价目标少于5 个时，由于明确考虑了决策问题的层次问 题，a h p 法所需的信息量最小，也较易确定，并且因为它采 用了对一个目标的两两比较来确定权，使得信息的获取比较 容易，并且易于理解。因此，在本文中，笔者主要采用a h p 法作为交通环境影响评价的一种主要方法。下面对其做一个 详细的介绍。 2 1 2 层次分析法l s i 在应用g i s 解决某些实际问题时，往往会发现影响系统 决策的因素很多，某些因素存在定量指标，可以通过实际数 据度量，而某些因素则不存在定量指标因素之间的相互影 j 4 北方交通大学瑚士学位论文第二章交j 匝环境影响综合评价 响只是定性的描述。如何将定性分析转化为定量计算? 层次 分析法是一种行之有效的方法。 本世纪七十年代末，八十年代初，最优化技术发展得越来 越抽象，使绝大多数工程技术人员望而生畏，数学模型的规 模越来越大，对计算机的内存与运算速度要求越来越高。一 项复杂的系统工程分析耗资巨大，以至于形成了一种数学模 型的“泥潭”。在这种情况下，一些有远见的运筹学家开始冷 静地看待和正确地评价复杂的数学模型对决策分析的作用。 问题是明显的人们无法忽视或回避决策过程中决策者的选 择和判断所起的决定作用。数学模型并非万能工具，决策中 总有大量因素无法定量地表示。正是在这种背景下，美国著 名运筹学家，匹兹堡大学教授t l s a a t y 于七十年代中期提出 了层次分析法( t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，简称a h p ) 。 a h p 的基本步骤： a h p 把复杂的问题分解为各个组成因素，将这些因素按 支配关系分组形成有序的递阶层次结构，通过两两比较的方 式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合人的判断以决 定诸因素相对重要性的总顺序。a h p 体现了人们的决策思维 的这些特征即分析、判断、综合。 运用a h p 解决问题，大体可分为四个基本步骤：一、建 立问题的递阶层次结构：二、构造两两比较判断矩阵；三、 由判断矩阵计算被比较元素的相对权重；四、计算各层元素 的组合权重。 1 、建立递阶层次结构 这是a h p 中最重要的一步。首先把复杂问题分解为元 素的各组成部分，把这些元素按属性不同分成若干组，以形 成不同层次。同一层次的元素作为准则，对下一层次的某些 元素起支配作用，同时又受上一层次元素的支配。这种从上 至下的支配关系形成了一个递阶层次。如图2 l 所示： 北方交通人学硕士学位论文第二章交通环境蝣响综台评价 目标层 准则层 图2 - 1 递阶层次结构图 2 、构造两两比较的判断矩阵： 在建立递阶层次结构后，上下层次之间元素的隶属关系 就被确定了。假定上一层次的元素c k 作为准则，对下一层次 的元素a 【，a 2 ，a 。有支配关系，我们的目的就是在准则c k 之下按它们相对重要性赋予a i ，a 2 ，a 。相应的权重。a h p 所用的就是两两比较法，也即针对准则c k ，两个元素a i 和a i 哪一个重要些，重要多少。并对重要多少赋予一定数值。这 里使用1 - 9 的比例标度。对于n 个元素来说，得到两两比较判 断矩阵a = ( 口j ，l 判断矩阵具有如下性质： ( 1 ) a i j 0 ( 2 ) a i j = 1l a s i ( 3 ) a i 。= 1 3 、计算单一准则下元素的相对权重： 这一步要解决在准则c k 下，n 个元素a l ，a 2 排序 权重的计算问题，并进行一致性检验。对于a l ，a 2 ，a 。通 过两两比较得到的判断矩阵a ，解特征根问题： 衍丸。w 所得到的w 经正规化后作为元素a 1 ，a 2 ，a 。在准则 c k 下排序权重，这种方法称排序权向量计算的特征根方法。 k 存在且唯一，w 可以由正分量组成，除差一个常数外，w 北方交茹大学硕士学位论文第二章交通环境蟛响综台评价 是唯一的。五。和w 的计算一般采用幂法，其步骤为： ( 1 ) 设初值向量w 0 ，例如w o ；( 土，一l ，二) 1 ( 2 ) 对于k = l ，2 ，3 ，计算w 。= a w k 式中w k 1 为经归一 化所得到的向量 ( 3 ) 对于事先给定的计算精度，若m a x l w k ，一w 忡】) j l 占式中 w “表示w k 的第1 个分量，则计算停止，否则继续( 2 ) 计算k 2 吉喜去籼“2 寺 特征根法是a h p 中最早提出的排序权向量计算方法，使用广 泛。近年来，不少学者提出了排序向量计算的其它一些方法， 如权的最小平方法，最小二乘法，对数最小二乘法等。 4 、计算各层元素的组合权重 为了得到递阶层次结构中每一层次中所有元素相对于总 目标的相对权重需要把第三步的计算结果进行适当的组合， 并进行总的判断一致性检验。这一步骤至上而下逐层进行， 最终计算结果得到最低层元素，即决策方案优先顺序的相对 权重及整个递阶层次模型的一致性检验。 假定已经计算出第k 1 层元素相对于总目标的组合排序 权重向量 a k - i = ( 8 i k ia 2 k - io , , a m 。) 7 第k 层在第k 1 层第i 个元素作为准则下元素的排序向量 为 b j k = ( b l j k , b 2 j l , - - b , j k ) t 其中不受支配( 即与k 1 层第j 个元素无关) 的元素权重 为零。令 b 。= ( b 1 。，b 2 。，b m k ) 则第k 层n 个元素相对于总目标的组合排序权重向量由 下式给出 a k = b k a k 1 = b 。b 3 a 2 北方交通大学硕士学位论文第二章交通环境蟛响综合评价 对于递阶层次组台判断的一致性检验，需要类似地逐层 计算c i 。若分别得到了第k 1 层次的计算结果c ik - 】，r ik _ 】， c rk _ 】，则第k 层的相应指标为： c i f ( c i k 。，c i k m ) a 。1 r i k = ( r i k 。，r 1 k ”) a 。 c r k = c r k 1 + c 1 k r i k 这里的c i k 1 和r i k 1 分别为在k 1 层第1 个准则下判断矩 阵的一致性指数和平均随机致性指数。当c r k a 。 3 2 铁路建设所占用农地价值之确定方法 交通建设所占用土地的价值是地块自然因素与社会因 素的综合反映，将是交通建设用地