基于GIS柵格數據的高速鐵路噪聲環境影響評價＊

趙亞超 吳小萍

（中南大學土木工程學院1） 長沙 410004） （倫敦大學學院交通研究中心2） 倫敦 WC1E6BT）

隨著我國高速鐵路的發展，高速鐵路噪聲所帶來的環境問題也隨之而來，其對周圍環境的影響十分嚴重，所以在修建鐵路之前必須對其噪聲所產生的環境影響進行評價.目前對于鐵路環境影響所采用的評價方法主要包括以下幾種：（1）層次分析法；（2）模糊評價法［1］；（3）熵權法［2］.

但是高速鐵路噪聲的環境影響評價是一個空間問題，涉及范圍很廣，因地理環境的不同所采用的評價指標理應不用，但是傳統的評價方法都是從整體出發，采用統一的評價指標體系，這樣并不合理，無法實現對高速鐵路噪聲的環境影響評價.

1 GIS柵格數據理想點法基本原理

1.1 指標體系

基于GIS柵格數據的評價方法都是建立在對于每一個柵格單元分析的基礎上的，因此指標體系的建立也因柵格單元的位置的不同而不同，可以通過添加柵格單元屬性的方法給出相應的指標體系.

對于指標值的確立通常采用重新分布的方法，即按照指標數值的實際大小劃分為幾個相應的區間，對于落在每個區間里的值都賦予相同大小的數值，這樣有利于整體的比較和分析.

指標之間權重的確立通常采用層次分析法，通過對指標進行成對比較，產生一個比較矩陣，進而通過一定的計算得出指標的權重.但是，為了防止通過權重計算和指標比較后，指標前后的重要性順序發生變化，通常還需進行一致性比率檢驗.

1.2 理想點法決策規則

由于傳統的方法都是從整體的角度進行的評價，無法GIS柵格數據單元結合，因此本文采用理想點法［3］，從每個柵格單元出發，實現對高速鐵路噪聲的環境影響評價.即先假設方案集｛U｝中某方案為最優，其對應于準則集｛X｝的得分為x＊，如果某條被評價的方案k對應于準則集的得分為xk與x＊最接近，則認為該方案為最優的.

式中：wj為對應第j個指標的權重.

1.3 基于GIS柵格數據的理想點法

利用GIS的數據分析能力，結合理想點法，進行數據處理.見圖1.

圖1 基于GIS柵格數據的理想點法決策評價原理

2 基于GIS柵格數據的理想點法高速鐵路噪聲環境影響評價

2.1 指標體系的確定

高速鐵路噪聲具有與一般鐵路噪聲不同的性質，聲級更大，頻域更廣，傳播更遠，防治更難，因此對于指標體系確定，要綜合考慮各方面因素，對于不同位置選取不同的指標體系.

根據高速鐵路噪聲頻譜特性，橋梁段以低頻為主，路基段以低頻和中高頻為主［4］，而低頻噪聲具有衰減慢的特性，高頻噪聲相對來說則更容易衰減，因此采用如下的指標體系.

2.1.1 橋梁段 （1）線路中心線30m范圍以內

這段范圍內，噪聲很少衰減，選取晝間等效A聲級LeqAd、夜間等效A聲級LeqAn、最大聲級Lmax3個指標；（2）線路中心線30～80m范圍內 這段范圍內，低頻噪聲衰減的不多，橋梁段噪聲整體變化不大，同樣選取等效A聲級LeqAd、夜間等效A聲級LeqAn、最大聲級Lmax3個指標；（3）線路中心線80m范圍以外 這段范圍內，噪聲衰減的很多，晝夜差別不大，因此選取小時等效A聲級LeqAh和最大聲級Lmax2個指標.

2.2.2 路基段 （1）線路中心線30m范圍以內

這段范圍內，噪聲很少衰減，選取晝間等效A聲級LeqAd、夜間等效A聲級LeqAn、最大聲級Lmax3個指標；（2）線路中心線30～80m范圍內 這段范圍內，低頻噪聲衰減的不多，中高頻衰減的則較厲害，路基段噪聲整體變化較大，選取小時等效A聲級LeqAh、最大聲級Lmax2個指標；（3）線路中心線80m范圍以外 這段范圍內，噪聲衰減的很多，晝夜差別不大，因此選取小時等效A聲級LeqAh和最大聲級Lmax2個指標.

為了能夠對上述4個指標進行互相比較，需要對其進行重新分布處理，見表1.

表1 指標值重新分布 dBA

2.2 理想點評價準則的確定

理想點向量為f＊＝｛9，9，9，9｝，即最理想的狀態是4個評價指標都為9，此時高速鐵路噪聲在敏感點的評價值為0，沒有任何影響，此為最理想的狀態.

通過理想點法，按式（1），得出方案i的評價結果為

2.3 GIS數據處理

通過GIS，分別對每條線路周邊環境數據圖層進行分析，找出噪聲敏感點，查詢敏感點相關的噪聲屬性，包括晝間等效A聲級LeqAd、夜間等效A聲級LeqAn、最大聲級Lmax和小時等效A聲級LeqAd，根據柵格單元所處的位置，分別得到相應的指標的柵格數據圖層，利用建立起來的決策準則（見式（2）），即理想點法，計算出每個方案的決策評價函數Yi，利用GIS的柵格計算功能，得到環境影響評價結果柵格圖層；最后對于評價結果柵格圖層進行匯總分析，得到敏感區的總的評價結果.

3 工程實例

為驗證基于GIS柵格數據理想點法的可靠性和適用性，選取京滬高鐵中的一段路基段進行驗證，見圖2.所選路基段線路需穿過一片居民區，有2種線路方案，分別對2套方案進行評價.

圖2 線路方案

3.1 確定指標權重

根據柵格單元所處的位置的不同，選取不同的指標體系，通過專家打分，利用層次分析法，確定相應的權重，權重結果見表2.

表2 指標體系權重

所選評價路段為路基段，采用路基段評價指標體系，依據距線路中心線的距離而選擇不同的權重.

3.2 GIS柵格分析

輸入2條線路的噪聲分布數據，通過GIS強大的數據處理能力，分別生成30，30～90和90～120m范圍內的2條線路的4個準則指標的柵格數據圖層，見圖3.利用式（2）和GIS的柵格計算功能，計算出整條線路對環境敏感點的環境影響評價結果，計算出敏感區的綜合評價結果見圖4.最后，對于綜合評價結果柵格數據中每個像元數據進行累加，得到2條線路最后的環境影響評價結果分別為：線路1為509 664.02，線路2為689 973.16.

圖3 4個準則指標柵格數據

3.3 結果分析

從結果中可以看出，線路方案一的評價結果小于線路方案二，說明線路方案一與理想點較為接近，其噪聲對居民區的環境影響要小于線路方案二，但二者差距不大.

從圖中可以發現，線路方案1穿過居民區時基本沒有和房屋相交，即最大噪聲區域內沒有房屋，噪聲產生的環境影響不是很大，而線路方案二則穿過了房屋，其最大噪聲區域內有房屋，噪聲產生的環境影響必然很大，所以線路方案一要明顯優于線路方案二，與評價結果相一致.

圖4 敏感區的綜合評價結果

4 結 論

1）利用理想點法，根據每個柵格單元的位置和相應的線路形式，確定不同的評價準則和指標體系，從而實現空間評價.

2）基于GIS柵格數據的空間分析能力，進行柵格計算，基于構建的隨位置變化的指標體系，對高速鐵路環境影響進行空間評價，結果具有一定的可信度和說服力，與實際相符，比傳統的評價方法更加合理.

3）本文在指標體系的建立方法的研究中依然存在著一些不足，對于高速鐵路除了考慮線路形式和距離外，還應結合我國高速鐵路的一些其他特點，建立更符合我國高速鐵路實際情況的噪聲環境影響評價模型.

［1］張夏臨，馮 濤.模糊性綜合評價在鐵路選線中的應用［J］.鐵道工程學報，2011（2）：21－26.

［2］高文艷.基于結構熵權法的鐵路環境噪聲評價［J］.環境科學與管理，2012（11）：173－175.

［3］顏可珍，周志雄.基于特爾菲－理想點法瀝青路面使用性能評價［J］.湖南大學學報：自然科學版，2012，39（4）：8－11.

［4］尹 皓，李耀增，辜小安.高速鐵路列車運行噪聲特性研究［J］.鐵道勞動安全衛生與環保，2009（5）：221－224.

［5］歐陽志峰，吳小萍，楊立國.基于噪聲環境影響的鐵路選線評價方法研究［J］.噪聲與振動控制，2008（1）：124－126，137.