基于灰色聚類分析法的交叉口交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)*

胡列格，閆曉燕

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展和城市人口的迅速膨脹，城市道路和車流量迅速增加，隨之而來的城市交通環(huán)境污染問題已成為城市環(huán)境污染的首要問題。世界各國(guó)極其重視交通對(duì)環(huán)境的影響問題，世界道路協(xié)會(huì)為此設(shè)置了專門的技術(shù)委員會(huì)，研究建立道路環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法，為道路規(guī)劃、設(shè)計(jì)及管理提供一個(gè)環(huán)境要求的準(zhǔn)繩［1］。環(huán)境影響評(píng)價(jià)是對(duì)規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施后可能造成的環(huán)境影響進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和評(píng)估，提出預(yù)防或者減輕不良環(huán)境影響的對(duì)策和措施［2］。

在交通系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響方面的研究中，許多國(guó)家相繼開展了研究，并建立了理論計(jì)算方法及經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒āＴ诮煌ㄏ到y(tǒng)噪聲對(duì)環(huán)境的影響方面的研究中較典型的有Janczur的水平地面上任意建筑物分布條件下任意點(diǎn)聲場(chǎng)分析方法，我國(guó)學(xué)者吳碩賢的平行街道內(nèi)道路交通噪聲計(jì)算機(jī)模擬方法等［3］;在機(jī)動(dòng)車尾氣排放擴(kuò)散污染模型方面的研究主要有美國(guó)環(huán)保局開發(fā)的ROADWAY，美國(guó)德克薩斯州交通研究所開發(fā)的TXLINE，北京工業(yè)大學(xué)公式(徐錦航等，1987)和中山大學(xué)公式(唐永鑾，1992)，東南大學(xué)應(yīng)用量綱分析法。

城市內(nèi)交叉口大多為平面信號(hào)交叉口。車輛在到達(dá)交叉口時(shí)一般要減速、等待、加速等，由此帶來的噪聲和大氣污染即交通環(huán)境污染問題及其嚴(yán)重，尤其是市中心交叉口交通環(huán)境污染現(xiàn)象更為嚴(yán)峻。本文在根據(jù)排放因子，車速，車型比例，交通量，停車延誤等條件，計(jì)算交叉口交通噪聲等級(jí)，在利用車流尾氣污染物排放量計(jì)算方法計(jì)算交叉口污染物排放量的基礎(chǔ)上，用灰色決策模型對(duì)芙蓉南路－赤嶺路(涂家沖)交叉口交通環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。為道路交叉口交通設(shè)計(jì)及管理提供一定的指導(dǎo)策略。

1 灰色聚類的基本原理

灰色聚類是以灰數(shù)的白化權(quán)函數(shù)生成為基礎(chǔ)，將一些觀測(cè)指標(biāo)或?qū)ο缶垲惓扇舾蓚€(gè)可定義的類別的方法［4］。由于交通對(duì)環(huán)境的影響過程可以看作是一個(gè)灰色系統(tǒng)，所以可以用灰色系統(tǒng)理論進(jìn)行交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)。

1.1 評(píng)判向量規(guī)范化［5］

由于交通環(huán)境影響因子均系屬性值越小越好的成本型指標(biāo)，本文采取下面公式進(jìn)行處理:

其中，xij為第i條道路j類污染物的規(guī)范化評(píng)價(jià)值，值域分為 4 段，［0，70)，［70，80)，［80，90)，［90，100］，相應(yīng)的第i條道路j類污染物的評(píng)價(jià)狀態(tài)為差，一般，良，優(yōu);tij為第i條道路或交叉口j類污染物實(shí)際濃度值或預(yù)測(cè)值;D1j為j類污染物的第1級(jí)濃度分界值;D2j為j類污染物的第2級(jí)濃度分界值;D3j為j類污染物的第3級(jí)濃度分界值;污染物分級(jí)濃度分界值可以是日均濃度值或小時(shí)平均濃度，如表1所示。

1.2 灰類的白化權(quán)函數(shù)

對(duì)城市道路環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)分為4個(gè)灰類，即空氣質(zhì)量?jī)?yōu)(A級(jí))，空氣質(zhì)量良(B級(jí))，空氣質(zhì)量一般(C級(jí))，空氣質(zhì)量差(D級(jí))4個(gè)灰類。因此，污染物評(píng)價(jià)指標(biāo)相應(yīng)的分為4個(gè)子灰類，其4個(gè)白化權(quán)函數(shù)為(2)～(5)及圖1所示。

表1 城市道路污染物分級(jí)濃度分界值Table 1 The grade concentration cut－off value of pollutants in urban road mg/m3

1.3 綜合決策權(quán)的確定

圖1 灰類白化權(quán)函數(shù)Fig.1 Grey whitenization weight function

徐肇忠(1994，1997)和肖新平(1997)等指出當(dāng)某一評(píng)價(jià)因子，若其在某一點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，則其在評(píng)價(jià)中的重要程度應(yīng)相對(duì)較輕;若超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，則在評(píng)價(jià)中的重要性應(yīng)較明顯，而且超標(biāo)越多，對(duì)評(píng)價(jià)的重要程度越大。綜上，選用超標(biāo)定權(quán)法(污染貢獻(xiàn)率法)確定評(píng)價(jià)因子的綜合決策權(quán)，計(jì)算公式如下［6］:

1.4 灰聚類分析

2 芙蓉南路－赤嶺路(涂家沖)交叉口交通灰色聚類分析

芙蓉路是長(zhǎng)沙市主干路，芙蓉南路－涂家沖交叉口屬于Y形信號(hào)交叉口，位于市中心。北進(jìn)口為雙向8車道，南進(jìn)口為雙向6車道，西進(jìn)口為雙向4車道，如圖3。采用交通調(diào)查相關(guān)方法測(cè)得交叉口的流量－流向圖如圖2，交叉口平面圖如圖3。

圖3 涂家沖交叉口平面圖Fig.3 Plane graph of tujie－chong intersection of tujiachong intersection

根據(jù)交叉口類型確定的空氣污染物擴(kuò)散濃度，即北京工業(yè)大學(xué)Nichoson箱式模型的修正形式模型，機(jī)動(dòng)車排放污染物濃度計(jì)算公式為［7］:

其中，CI為交叉口機(jī)動(dòng)車污染物濃度，mg/m3;QL為在交叉口排隊(duì)的機(jī)動(dòng)車尾氣污染物線源強(qiáng)度(怠速排放)，mg/(m.s);LC為交叉口機(jī)動(dòng)車排隊(duì)長(zhǎng)度，m;u為道路上的風(fēng)速，m/s;H為交叉口周圍建筑物平均高度，m;B為交叉口處箱體的寬度，一般取交叉口入口寬度加上10～20 m;K為系數(shù)，參考其他城市的資料，取0.67;

其中，m為交叉口停車率，與控制方式有關(guān)，見表2;N為交叉口進(jìn)口流量總和，輛/h;hd為交叉口排隊(duì)車輛車頭間距，m;為停車時(shí)的車輛安全車間距與車輛的車身長(zhǎng)度之和，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)小汽車取7 m;Cy為交叉口排隊(duì)的周期，s;若為信號(hào)交叉口，則為信號(hào)周期。

表2 交叉口停車率m的取值Table 2 Pause rate m of intersection

設(shè) μ =1 m/s，H=20 m，k=0.67，B 按北，西，南分別取 15，15，10，hd=7 m，Cy=135 s，計(jì)算得:LC分別為245.91，64.155 和 233.415 m，CI按北，西，南計(jì)算得到涂家沖交叉口各進(jìn)口道空氣污染濃度值如表3。

表3 涂家沖污染物濃度值Table 3 Pollutants concentration value of Tujia－chong intersection mg/m3

按公式1規(guī)范化得表4。

表4 涂家沖污染物濃度規(guī)范化值Table 4 Standardization value of pollutants concentration in Tujia－chong intersection mg/m3

按公式(2)～(5)得到灰類白化權(quán)函數(shù)為:

根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095－96)對(duì)CO，NOX1 h平均濃度的規(guī)定和參考國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)，將道路兩側(cè)的CO，NOX分為4個(gè)等級(jí)，見表5。

表5 道路交通污染物分級(jí)濃度值(1 h平均濃度)Table 5 The grade concentration cut－off value of traffic pollutants(hourly concentration) mg/m3

由表3可以看出，涂家沖交叉口CO小時(shí)平均濃度大于20 mg/m3，NOX小時(shí)平均濃度大于0.3 mg/m3，所以整體交叉口總體大氣污染嚴(yán)重，空氣質(zhì)量較差。

3 結(jié)論

(1)由于車輛尾氣排放、擴(kuò)散濃度和車流量、車速、加減速相關(guān)，所以，流量大，車速大的進(jìn)口道污染物排放量和擴(kuò)散濃度也較大，以上通過灰色聚類法對(duì)交叉口交通環(huán)境污染的分析說明，涂家沖交叉口屬于空氣污染較嚴(yán)重的交叉口，這與現(xiàn)實(shí)感覺相符，所以利用灰色聚類分析法進(jìn)行城市道路交叉口交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)是可行的，從而為以后的交通影響分析評(píng)價(jià)工作提供了研究方向。

(2)交通環(huán)境污染不僅和機(jī)動(dòng)車數(shù)量有關(guān)，同時(shí)和城市道路交通設(shè)施建設(shè)、城市交通管理水平關(guān)系密切。因此要改善這一現(xiàn)象，政府除了可以根據(jù)實(shí)際情況考慮采取更加嚴(yán)格的排放法規(guī)，針對(duì)性地限制車輛上路，也可以采取各單位彈性上班時(shí)間制，錯(cuò)開車流的高峰期。另外，響應(yīng)城市“低碳環(huán)保”發(fā)展理念，提高燃油品質(zhì)或者采用潔凈的替代燃料，如壓縮天然氣或者液化石油氣也不失為一種好辦法。總之，未來緩解城市交通環(huán)境污染的空間還很大，要靠不懈努力才能實(shí)現(xiàn)。

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