遙感影像支持下的城市交通與綠地協(xié)調(diào)發(fā)展研究

劉建+周霞+劉彥文+姜宇榕，夏伶俐+王凱慧

摘 要：文章首先對城市機動車排放的污染物中成分含量較高的氮氧化合物（NOx）、一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）和可吸入顆粒（PM）等四種物質(zhì)進(jìn)行定量的研究，以機動車數(shù)目作為這四種排放物的載體，從遙感影像上解譯咸寧市城區(qū)綠地分布及車輛情況，然后對交通污染與綠地、居民地分布關(guān)系進(jìn)行定量定性疊加分析。結(jié)果表明，機動車尾氣的主要四種污染物疊加之和數(shù)據(jù)相差較大，交通污染最嚴(yán)重的主要道路是濱河西街、賀勝路、長安大道、銀泉大道、溫泉第一街。建議政府可以加大環(huán)境保護(hù)宣傳力度，提倡低碳出行，建設(shè)環(huán)境友好的綠色城市。

關(guān)鍵詞：城市綠地；遙感影像；交通污染

中圖分類號：TU984 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0028-02

隨著城鎮(zhèn)化加快，機動車數(shù)量的劇烈增加，城市交通污染物也日益加劇。有關(guān)研究結(jié)果已經(jīng)表明，城市中各種機動車排放的氣體污染物已經(jīng)占到城市大氣污染的85%以上[1]，其不僅破壞城市環(huán)境，還嚴(yán)重影響人類身體健康。根據(jù)植物對大氣污染的反應(yīng)方式來選擇城市綠化樹種，這種技術(shù)主要是依據(jù)不同植物對大氣中存在的污染物的抗性等級不同，吸污能力不同，從而更加合理化地種植綠化植物。

本文以2015年咸寧市高分辨率遙感影像上機動車和綠地分布作為研究對象，主要是提取車輛數(shù)目、植被種類和數(shù)量，通過統(tǒng)計車輛排放的污染物和居民點分布等情況，然后根據(jù)當(dāng)前居民分布，綠化植被類型和大氣污染程度，分析每個區(qū)域污染情況，針對居民居住密集地和大氣污染嚴(yán)重情況，建議針對性的種植綠化植物，從而提高空氣質(zhì)量，以促進(jìn)城市交通與綠地協(xié)調(diào)發(fā)展[2]。

1 研究方法

本文以綠色植物對機動車尾氣的凈化作用作為研究基礎(chǔ)，利用遙感影像做出交通規(guī)劃和綠地分布圖，通過賦予各類型圖斑屬性進(jìn)行分析來獲取綠地信息，依托對咸寧市遙感影像上機動車數(shù)量的研究得到當(dāng)前大氣污染物的理論數(shù)量，根據(jù)咸寧市不同的植物對污染物的凈化能力，對未來咸寧市的城市綠地發(fā)展給出相關(guān)的理論建議。本文的研究方法詳細(xì)如下：

首先，根據(jù)下載并初步處理后的遙感矢量數(shù)據(jù)，構(gòu)建含有道路，居民點，林地，草地，裸地，水系等五個要素類的地理數(shù)據(jù)庫。然后在ArcMap里面依次編輯圖斑，形成一個封閉，無重疊，無漏隙的矢量數(shù)據(jù)，并賦予相關(guān)屬性。

然后，根據(jù)咸寧市遙感影像主干道路上能夠識別的車輛，按照車型分為大型汽車，中型汽車和小型車，并數(shù)出每條主干道路上每種車型的數(shù)量。根據(jù)《2015年中國機動車環(huán)境管理年報》統(tǒng)計的機動車保有量和各種污染物排放總量，計算出2015年平均每天每輛車排放的各種污染物數(shù)量。接著，利用ArcGIS進(jìn)行幾何計算算出林地、草地、居民地的分布面積。將要素面轉(zhuǎn)化成要素點，進(jìn)行鄰域分析，創(chuàng)建泰森多邊形，轉(zhuǎn)化柵格數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)化為數(shù)字高程模型進(jìn)行渲染，從而能夠進(jìn)行對比并分析綠化和居民地分布狀況。然后將柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，分析各區(qū)域的大氣污染情況。

最后，查閱當(dāng)?shù)刂参镱愋臀墨I(xiàn)找到不同類型植物對不同污染物的凈化能力，根據(jù)植物的理論凈化能力求解凈化尾氣的數(shù)量，得到相應(yīng)的綠地需求面積和合理的植物類型分配。

2 城市交通與綠地數(shù)據(jù)提取

影像數(shù)據(jù)采用咸寧市區(qū)Google Earth Level18級衛(wèi)星影像，利用地形圖對影像進(jìn)行幾何校正、裁剪等預(yù)處理。準(zhǔn)備工作完成以后，在ArcCatalog里面構(gòu)建本地地理數(shù)據(jù)庫，主要包括道路、居民點、農(nóng)業(yè)用地、草地、裸地、水系等五個要素類，然后在ArcMap里面依次編輯圖斑，最后形成一個封閉、無重疊、無漏隙的矢量數(shù)據(jù)[3]。

根據(jù)編輯的道路數(shù)據(jù)和道路上的各種車型，將車型分為大型車輛、中型車輛和小型車輛三種，數(shù)出每條道路上的可視車輛。然后結(jié)合各種車型的數(shù)目，結(jié)合平均每天每輛車排放的污染物排放量，算出各種車型排放的各種污染物的量，給對應(yīng)道路賦予車輛及其污染屬性信息。

根據(jù)全國2015年每種車型產(chǎn)生的污染物排放總量，計算出平均每天每輛車排放的污染物排放量，如下面表1所示：

3 城市交通污染格網(wǎng)分析

3.1 污染格網(wǎng)數(shù)據(jù)計算

泰森多邊形是進(jìn)行快速差值和分析地理實體影響區(qū)域的常用工具，本文實驗用交通污染與不同用地離散點的性質(zhì)來描述泰森多邊形區(qū)域的性質(zhì)[4]。首先將道路、居民地、林地等線、面要素轉(zhuǎn)換成點要素，創(chuàng)建泰森多邊形，根據(jù)泰森多邊形里的點，制作不規(guī)則三角網(wǎng)TIN。然后根據(jù)生成的TIN數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，經(jīng)過渲染后，得到渲染DEM數(shù)據(jù)。根據(jù)渲染色帶的設(shè)置，色帶顏色越深對應(yīng)數(shù)值越小。根據(jù)氮氧污染物獲取結(jié)果，得到中型車輛碳氧污染格網(wǎng)數(shù)據(jù)如圖1所示。離散點顏色越深的地帶，對應(yīng)車輛越少，污染物含量越低。離散點顏色越淺的地帶，對應(yīng)道路車輛越多，污染物含量越高。同樣，做出碳氧污染物、氮氧污染物、可吸入顆粒污染物含量的數(shù)字高程模型，道路車輛上越多的地段，對應(yīng)污染物含量越高；道路車輛上越少的地段，對應(yīng)污染物含量越低。

3.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

進(jìn)行多專題空間數(shù)據(jù)的疊加分析，必須首先進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的一致化和標(biāo)準(zhǔn)化處理[5]。由于計算出來各要素類的數(shù)值相差較大，無法進(jìn)行綜合計算，直接去評價交通污染和綠地分布情況是很困難的，因為各要素間的量綱不統(tǒng)一，沒有可比性。本文采用極差標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，使每個要素標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值結(jié)果都在0到100之間[6]，具體計算如公式（1）所示。

Si=100*（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin） 公式（1）

式中：Si表示變換后的數(shù)據(jù)，Xi表示原始數(shù)據(jù)，Xmin表示指標(biāo)中的最小值，Xmax表示指標(biāo)中的最大值。

3.3 城市綠地與交通污染柵格分析

為了使各要素的柵格數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行統(tǒng)一分析計算，各個數(shù)值的參考數(shù)值都設(shè)為一致時，需要將每個數(shù)據(jù)的象元大小、參考坐標(biāo)系統(tǒng)等設(shè)為一致，然后分別與四種污染物進(jìn)行疊加分析。為了分析綠地對交通污染物的凈化能力，可以在大量詳細(xì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立嚴(yán)格的分析模型，本文采用間接的方法，以標(biāo)準(zhǔn)化后的綠地數(shù)據(jù)與交通污染數(shù)據(jù)進(jìn)行相加、相減處理，借此作為評估結(jié)果，如考查林地凈化空氣的能力與一氧化碳（CO）污染物的排放關(guān)系，計算時將林地柵格數(shù)據(jù)減去一氧化碳（CO）柵格數(shù)據(jù)。四種主要污染物可以單獨分析，也可以對結(jié)果進(jìn)行綜合考慮。經(jīng)過類似上述操作處理，得到以下主要四種污染物疊加后進(jìn)行渲染分類的效果。根據(jù)疊加之后的最大值與最小值的差值，結(jié)合數(shù)值的分布范圍，合理選擇分類級別和中斷值，確定后計算直方圖。根據(jù)分類級別和直方圖，利用渲染器進(jìn)行分類渲染，可以更好的表達(dá)出柵格數(shù)據(jù)的信息，合理選擇色帶使效果顯著。四種主要污染物疊加效果如圖2所示，數(shù)值相差較大，色帶效果較為顯著。

4 結(jié)果分析

結(jié)合上述疊加效果圖，顏色越深的地方，空氣中污染物含量越低，顏色越淺的地方，空氣污染物越高，便可更清楚了解咸寧市城區(qū)具體區(qū)域林地與各污染物的相互影響能力。數(shù)據(jù)表明咸寧市城區(qū)機動車排放的一氧化碳很少部分被林地吸收，大部分滯留空氣中，未經(jīng)凈化。交通污染比較嚴(yán)重的主要道路是濱河西街、賀勝路、長安大道、銀泉大道、溫泉第一街。

咸寧市城區(qū)綠地較為分散，面積大的綠地公園少，城中居民點密集區(qū)域空氣污染相對嚴(yán)重。建議政府可以加大環(huán)境保護(hù)宣傳力度，市民可采用新能源電動汽車、低碳出行，以達(dá)到環(huán)境友好型的發(fā)展模式的綠色城市。

參考文獻(xiàn)：

[1]曲格平.環(huán)境保護(hù)知識讀本[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

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[6]祁棟林，李曉東，肖宏斌，等.青海省城市大氣污染物變化特征及與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（16）：5162-5165.