基于DEA法的城市交通環(huán)境影響評價研究

王麗婷，李亞楠，焦卓彬

基于DEA法的城市交通環(huán)境影響評價研究

王麗婷1，李亞楠2，焦卓彬2

（1.長安大學(xué) 運輸工程學(xué)院，陜西 西安 710064；2.長安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

為了全面客觀地對城市道路交通對環(huán)境的影響進行評價，文章通過對城市交通環(huán)境的各個影響因素進行分析，建立了城市交通環(huán)境的綜合評價指標體系。文章采用DEA法對指標進行綜合評價，并給出了DEA法的輸入、輸出指標。最后采用案例進行評價研究，驗證了文章提出方法的可行性和實用性。

城市交通；環(huán)境影響；評價指標；DEA法

引言

我國城市化進程日益加速，機動車的保有量也直線上升。城市中噪音污染、空氣污染等環(huán)境問題也漸漸引起了人們的關(guān)注。因此對城市交通造成的環(huán)境影響進行評價就顯得十分重要。

評價城市交通造成的環(huán)境影響過程中，國內(nèi)學(xué)者董小林從經(jīng)濟、環(huán)境和社會方面進行了分層指標體系的構(gòu)建[1]。魏婧從社會、生態(tài)和自然景觀等方面建立并分析了高速公路的環(huán)境影響因子，并采用層次分析法進行量化[2]。張權(quán)對公路建設(shè)過程中的環(huán)境影響進行了分析，建立了由多層指標形成的分層指標體系，并采用模糊評價法進行了評價[3]。英國學(xué)者認為公路環(huán)境影響評價分析應(yīng)該主要包括生態(tài)環(huán)境方面、對任何動物的心理影響等[4]。加拿大學(xué)者認為在環(huán)境影響評價過程中，應(yīng)當考慮項目的復(fù)雜程度、規(guī)模以及對環(huán)境的潛在影響，并進行分組評價[5]。采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（Data Envelopment Analysis，DEA）對環(huán)境影響分析的研究比較少，作為一種可以避免主觀性的評價方法，DEA法被大量應(yīng)用在教育、金融、醫(yī)療和公司績效評價等方面。因此本文擬采用DEA法對城市交通對環(huán)境的影響進行評價，并為城市規(guī)劃管理部門提出正確、合理的環(huán)境治理建議。

1 環(huán)境影響的分類及評價指標的選取

1.1 環(huán)境影響評價主要因素

環(huán)境影響是指人類開發(fā)行為可能引起的包括生物、環(huán)境、社會、物理、經(jīng)濟等系統(tǒng)在內(nèi)的改變。按照影響對象可以把環(huán)境影響分為噪聲影響、大氣影響、土壤影響等等[6]。

1.1.1汽車尾氣對大氣產(chǎn)生的影響

城市交通中汽車排放出的尾氣會對大氣環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。機動車排放的廢氣主要包含碳氫化合物、氮氧化合物和硫化物等，以一氧化碳和氧化氮為其中代表，如一氧化碳可達到大氣總污染的65%-80%。同時我們可以注意到近些年來“霧霾”現(xiàn)象的不斷加劇，尾氣中包含的顆粒物含量也不容忽視。

1.1.2交通噪聲對環(huán)境的影響

機動車在排放尾氣的同時，產(chǎn)生的噪聲也不容忽視。據(jù)統(tǒng)計，在全國晝間噪聲監(jiān)測中，交通噪聲強度在二級以上的城市占到97.8%；而在全國夜間噪聲監(jiān)測中，交通噪聲強度在二級以上的比例為80.8%。交通噪聲在城市噪聲聲源中占到了30%。因此將噪聲污染的程度納入本文的評價指標中是十分必要的。

1.1.3公路建設(shè)對土地資源的影響

城市道路的建設(shè)占用大量的土地，在建設(shè)的過程中的填方、挖方還需要大量的取、棄土場。這些操作將會對地表土和地表植被產(chǎn)生破壞，并會造成水土流失及泥石流等次生災(zāi)害。美國學(xué)者研究后指出，在高速公路施工過程中，如果不采取保護措施，每建設(shè)一公里公路將會沖刷大約25000噸的土。因此將城市交通對土地資源的影響納入評價指標是非常重要的。

1.2 評價指標的選取

1.2.1大氣環(huán)境影響評價指標

城市交通所排放出的有害氣體以一氧化碳和氮氧化物為主，本文參考國家標準[7]規(guī)定的氣態(tài)污染物排放源強度公式進行計算。

式中：Q為類氣態(tài)污染物排放源強度，/（.）；A為型車預(yù)測年小時交通量，輛/；E為汽車專用公路運行工況下型車類排放物在預(yù)測年的單車排放因子，/（輛.）。

1.2.2噪聲影響評價指標

城市道路車流不連續(xù)，受到交叉口、道路條件等影響，速度相對較慢，且周圍建筑物較多，計算比較復(fù)雜。本文依據(jù)交通運輸部頒布的我國噪聲影響預(yù)測公式給出噪聲影響的計算方法。第類車交通噪聲計算公式如（2）所示。

式中：（L）為型車輛行駛時，預(yù)測點接收的小時交通噪聲值（）；L,i為型車輛的平均輻射聲級（）；N為型車輛平均小時交通量（/）；u為型車輛的平均行駛速度（/）；為L的預(yù)測時間，一般取1；△距離為型車輛行駛噪聲在距噪聲等效行車線距離為處的距離衰減量（）；△縱坡和△路面分別為縱坡和路面引起的交通噪聲修正值（）。

計算各類車輛在預(yù)測點處產(chǎn)生的交通噪聲值后，最終得到的噪聲預(yù)測值可以表達為式（3），模型中具體參數(shù)可以在文獻中查找到，這里不再贅述：

式中：（L）預(yù)為預(yù)測點晝間夜間環(huán)境噪聲預(yù)測值（）；（L）背為預(yù)測點晝間夜間環(huán)境噪聲背景值（）。

1.2.3土地資源影響評價指標

城市道路的修建會砍伐大量樹木，占用農(nóng)田，這將會增加水土流失量。因此，將新增水土流失量作為衡量道路建設(shè)對土地資源影響的指標。新增水土流失量按下列公式計算。

式中：△為擾動地表新增水土流失量（）；F為某時段某單元的預(yù)測面積（2）；△M為某時段某單元的新增土壤侵蝕模數(shù)（/2.），只計正值，負值按0計；T為某時段某單元的預(yù)測時間（）；為預(yù)測單元（=1、2、3……）；為預(yù)測時段（=1、2、3）。

1.3 評價指標體系的建立

依據(jù)DEA法指標選取法則，輸入變量以成本型指標為宜，輸出變量以效益型指標為宜。建立城市交通對環(huán)境影響的評價指標體系，如表1所示。

表1 城市交通環(huán)境影響評價指標體系

2 城市交通環(huán)境影響評價DEA模型

2.1 DEA模型介紹

DEA法主要是通過保持決策單元（Decision Making Units，DMU）的輸入或者輸出不變，借助數(shù)學(xué)規(guī)劃以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定出相對有效的生產(chǎn)前沿面，然后將決策單元投影到生產(chǎn)前沿面上，并比較決策單元偏離生產(chǎn)前沿面的程度來評價它們的相對有效性。DEA法的評價過程以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，無需對系統(tǒng)的輸入輸出之間加入任何函數(shù)來限定[8]。

DEA法具有如下幾個特點：

（1）DEA以決策單元各輸入、輸出的權(quán)重為變量，避免確定各指標在優(yōu)先意義下的權(quán)重。

（2）如果輸入變量和輸出變量確實存在某種關(guān)系，使用DEA法不必確定這種關(guān)系的顯性表達式。

（3）DEA法最突出的優(yōu)點是，可以不必進行權(quán)重假設(shè)，變量的權(quán)重都并非評價者主觀認定，因此DEA法具有很強的客觀性特點。

2.2 模型建立

假設(shè)共有n條被評價道路，即3.1中的決策單元，用x表示第條道路的第個輸入指標值；y表示第0條道路地輸出指標值，從而推出第條道路的評價指標由以下CRR模型決定。

式中：

v為第個輸入指標的權(quán)重系數(shù)；

u為第個輸出變量的權(quán)重系數(shù)。

令=1/Vx0，=，則有wx0=1。因此，可以將上述模型變形為線性規(guī)劃模型P。問題P的對偶問題如式（6）：

當θ0=1且S0+= S0-=0時，則評價對象0為DEA有效，評價對象同時為技術(shù)有效和規(guī)模有效；當θ0=1但至少某個輸入或輸出大于零，則評價對象為弱DEA有效；當θ0＜1時，評價對象不是DEA有效。

3 案例驗證

現(xiàn)對X市市區(qū)內(nèi)的5條市區(qū)道路進行環(huán)境影響評價，分別在5條道路上取100米長路段作為決策單元進行評價，其中對于大氣和噪聲污染的檢測，在路段上每隔20米設(shè)置一個監(jiān)測點，連續(xù)測量12小時并將數(shù)據(jù)取平均值。通過對這5個路段進行數(shù)據(jù)收集和調(diào)查整理工作，獲得了各輸入輸出指標數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)值見表2。

表2 各路段評價指標值

借助DEAP2.1軟件對上述數(shù)據(jù)進行計算，可以得到DEA分析結(jié)果，如表3所示。

表3 各路段DEA有效性及綜合排序表

根據(jù)DEAP2.1軟件得出的計算結(jié)果，可以得出各個決策單元的目標值，即達到有效時的值，見表4。

表4 各路段評價指標目標值

通過對表2、3、4的分析我們可以得出以下結(jié)論：

（1）路段C和D的綜合評價指數(shù)θ0=1，是DEA有效的，說明這兩條道路對環(huán)境的不良影響較小，達到了DEA效率指標。同時，從輸出指標來看我們可以看出，其對環(huán)境影響所相對應(yīng)的經(jīng)濟增長率以及道路污染的治理投資也是比較理想的。

（2）表4包含了原本DEA無效的A、B、E路段，在DEA有效前沿面上為DEA有效時的目標指標值。通過分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，路段A的道路污染治理投資額實際值與目標值相差約20萬元，其治理投資遠遠不夠，因而政府需要加強污染治理的經(jīng)費；路段B和E的NOX排放源強度較目標值偏離過大，需要采取限制車流量等措施減少NOX的排放。

4 結(jié)語

本文從城市交通尾氣排放、噪音污染和土地資源流失三個方面對城市交通環(huán)境影響評價指標體系進行了建立，并采用DEA法對評價指標進行了有效性的計算與分析。利用案例對本文提出的方法進行驗證，給出了案例路段的環(huán)境影響DEA效率值，以及各個路段的各個指標的目標值，并加以分析給出了治理建議。

[1] 董小林.公路建設(shè)項目全程環(huán)境管理體系研究[J].中國公路學(xué)報, 2008,21(1).

[2] 魏婧.公路工程項目環(huán)境影響評價指標體系與量化模型綜合評價[D].山東大學(xué), 2013.

[3] 張權(quán),吳瑩.公路建設(shè)生態(tài)環(huán)境影響評價探析[J].能源與環(huán)境,2015(1).

[4] Walker G. Environmental justice, impact assessment and the politics of knowledge:The implications of assessing the social distribution of environmental outcomes[J].Environmental Impact Assessment Review,2010,30(5):312-318.

[5] Tavares D H, Padgett J E, Paultre P. Fragility curves of typical as- built highway bridges in eastern Canada[J].Engineering Structures, 2012, 40(none):107-118.

[6] 付亞君.基于雙層DEA法的高速公路環(huán)境影響評價研究[D].2015.

[7] 交通部公路科學(xué)研究所,中華人民共和國交通部.中華人民共和國行業(yè)標準:公路建設(shè)項目環(huán)境影響評價規(guī)范(試行)JTJ 005-96[M]. 人民交通出版社,1999.

[8] 蔣金亮,宋瑞,李晉等.基于DEA的城市道路交通擁堵評價[J].交通信息與安全,2011,29(3).

Research on Urban Traffic Environmental Impact Assessment Based on DEA Method

Wang Liting1, Li Ya’nan2, Jiao Zhuobin2

( 1.College of Transportation Engineering, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064; 2.College of Automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

In order to comprehensively and objectively evaluate the environmental impact of urban traffic, this paper established a comprehensive evaluation index system for urban traffic environment through analyzing various factors and combining the characteristics of urban traffic environment. In this paper, the DEA method is used to comprehensively evaluate the indicators, and the input and output indicators of the DEA method and their weights are given. Finally, an example is used to evaluate the feasibility and practicability of the proposed method.

Urban transportation; Environmental impact assessment; DEA method; Evaluation index

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.059

U113

A

1671-7988(2021)04-192-04

U113

A

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王麗婷（1995-），女，碩士研究生，就讀于長安大學(xué)運輸工程學(xué)院，研究方向：交通運輸規(guī)劃與管理；李亞楠（1996-），女，碩士研究生，就讀于長安大學(xué)汽車學(xué)院，研究方向：載運工具運用工程。