基于粗糙集的旅游區(qū)道路生態(tài)恢復評價體系研究

史果香，周 彤，杜艷爽，田亞磊，喬建剛

（1.山西省公路局 陽泉分局，山西 陽泉 045000；2.河北工業(yè)大學 土木與交通學院，天津 300401）

基于粗糙集的旅游區(qū)道路生態(tài)恢復評價體系研究

史果香1，周 彤2，杜艷爽2，田亞磊2，喬建剛2

（1.山西省公路局 陽泉分局，山西 陽泉 045000；2.河北工業(yè)大學 土木與交通學院，天津 300401）

自然保護區(qū)旅游公路沿線生態(tài)恢復評價，可為生態(tài)恢復提供理論依據，從而指導動植物的生存環(huán)境建設．通過大量的實地調查和數據采集，以交通工程學、心理學、計算機科學、人機工程學等為基礎，定性定量分析植被、土場、動物、環(huán)境、交通等自然保護區(qū)旅游公路沿線生態(tài)恢復影響因素，應用粗糙集理論確定各影響因素的權重值，采用級差法篩選出評價指標，構建了山西澤州獼猴自然保護旅游區(qū)道路生態(tài)恢復評價體系，為旅游區(qū)保公路生態(tài)恢復建設提供一種新的思路．

旅游區(qū)；生態(tài)恢復；評價；道路

0 引言

在公路建設快速發(fā)展的現今，道路綠化也受到高度重視．到2011年，我國已實現公路綠化長度204.45萬km，占能夠綠化里程的59.15%．然而，與西方發(fā)達國家相比，在道路生態(tài)學研究與實踐方面還存在較大差距[1]．因此，開展旅游區(qū)道路生態(tài)恢復評價研究具有重大的研究意義．

目前，Davide通過定量分析，并結合空間斑塊指數與價值功效，對線狀廊道對多個生態(tài)系統破碎影響進行評價，為規(guī)劃選線提供參考依據[2]．Oguz Kurdoglu與Banu Cicek Kurdoglu嘗試采用定性與定量相結合的分析方法進行道路景觀生態(tài)美學評價[3]．我國對道路景觀的研究多注重景觀設計原則和方法[4-6]，對道路生態(tài)恢復評價研究較少．道路景觀研究應營造統一協調的道路環(huán)境[7]，通過開展道路沿線綠化恢復工作并建立評價體系，用以指導保護區(qū)生態(tài)恢復研究，從而完善山區(qū)道路生態(tài)景觀恢復相關規(guī)范．

1 影響因素分析

1.1 基本理論

1982年，波蘭數學家Paw lak第1次提出粗糙集理論，它是一種研究不完備、不確定信息，并進行數據表達、歸納的理論方法[8]，其具有強大的數據分析能力，由此得到道路沿線生態(tài)恢復后期效果影響因素，再采用級差法篩選指標，從而用于指導養(yǎng)護工作．

1.2 因素分析

根據道路交通環(huán)境影響評價與交通工程學，結合道路交通實際狀況，將生態(tài)恢復評價分為：生態(tài)恢復、環(huán)境空氣污染物恢復、聲環(huán)境污染物的防治以及沿線地表等方面的影響，并對影響較大因素進行指標擬定．

1.2.1 植被

1）路側苗木種類

通過調查與試驗，采用Margalet指數反映旅游保護區(qū)道路景觀綠化樹種豐富度[9]：

式中：R為樹種數，N為樹種總數，S值與樹種豐富度正相關，保護區(qū)道路樹種豐富度0.904．

2）路側苗木成活率

樹木成活率是指播種或進行營養(yǎng)生殖繁殖苗木時成活的苗木占總量的百分數，計算公式為

式中：W為成活率，N1為成活數量，N為苗木總量．

3）路側工程防護

生態(tài)恢復方案比預算方案減少費用13.587%，并且邊坡生態(tài)優(yōu)化（廢舊輪胎支護）費用減少50%．

4）防護效果

結合經濟性與實際性，通過采用經濟效益評定，包含直接經濟效益與間接效益．

1.2.2 土場

1）取棄土場距路側距離

2）表土厚度

植被根系分布（如圖1）：在0～30 cm土層急劇減少，占總根數90%；在30～50 cm土層逐漸減少；30 ～70 cm土層內根數約占總根數8%，70 cm以下土層占總根數約為2%．

路側與土場的苗木種類與成活率算法同一致．

圖1 根系分布Fig.1 Root distribution

1.2.3 動物

1）動物種群數量

保護區(qū)原有種群數量223種，受道路修建影響種類減少，雖然晉城相關林業(yè)部門采取保護措施，但仍有邊坡防護不當、植被減噪性差等問題，使得沿線周邊動物種群數量呈現緩慢上升趨勢．

2）獼猴種群

通過相關文獻與實際采集（圖2），對G207線獼猴數量進行統計．

3）獼猴活動半徑

獼猴活動范圍與環(huán)境變換有關，保護區(qū)道路將象鼻山等處獼猴聚集較多地方阻隔，壓縮其活動范圍．以獼猴活動距離為半徑，將其活動區(qū)域實際化，從而評價生態(tài)恢復后生物通道的合理性、獼猴活動受限性等因素，對比其他動物活動區(qū)域（表1）．

圖2 調查獼猴數量Fig.2 Number of investigations macaque

表1 動物活動范圍Tab.1 Animals range of activities

4）獼猴活動形式

獼猴與人類相似屬于群居動物：太行山獼猴54只/群，超大型猴群約為100只，極個別為個體活動，猴群大小與棲息地環(huán)境優(yōu)劣有關，如，繁殖和缺食季節(jié)集群較大，以增加安全性．

1.2.4 環(huán)境

1）地形條件

地形條件影響沿線邊坡，坡度影響生態(tài)恢復如：當坡度為15°時，狗牙根和紫花苜蓿達到最優(yōu)，當增大至60°時減小到75%，坡度為75°時則降至85%；而30°和45°這2個坡度下土壤養(yǎng)分的下降幅度相對在該范圍內相對較大．

2）地質條件

保護區(qū)土質為褐土，表層腐殖質為10～30 cm，含量10～30 k/kg呈暗棕色，植物、作物根系較多；下層以蛭石和水云母為主，其余為蒙脫石高嶺石，土質結構向下逐漸過渡；當厚度50～80 cm為心土層，棕褐色，結構體外間或有膠膜．

3）風速

風速通過風級量化（表2），保護區(qū)年平均風速為2.4m/s，最大風速為23m/s．

4）溫度

溫度影響植物生長轉變，保護區(qū)選用苗木如：夜溫18℃和12℃每2 h交替處理可促進薔薇成花；臭椿在19℃時，莖、根等生長最佳．晉城年平均氣溫10.5℃，1月平均氣溫 2.7℃，7月平均氣溫24.1℃，10℃年積溫2 800℃，年平均無霜期192.6 d．

5）降雨量

保護區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，氣象值：年均降雨量699.8mm，年最大降雨量1010.4mm（1956年）、最小降雨量295.9mm（1965年），日最大降雨量176.4mm（1956年7月30日）；積雪厚度21 cm（1971 年12月24日），年蒸發(fā)量1 806.3mm．

6）霧濃度

保護區(qū)霧濃度體現生態(tài)恢復對駕駛員行車安全功能影響：能見度＜200m，車速應60 km/h；能見度＜100m，車速應40km/h；能見度＜50m，車速20 km/h，結合霧級，建立評價指標．

表2 風速與風級表Tab.2 Wind speed and w ind scale

1.2.5 交通

1）車速

行車帶來尾氣、噪聲等污染，這些污染直接影響沿線動植物生存．以解放C141車為例，當行駛車速遠離經濟車速，會增加能耗，導致尾氣排放量增加（圖3），加重沿線生態(tài)環(huán)境負擔．

圖3 車速與能源消耗試驗結果Fig.3 Speed and energy consumption test results

2）車型比例

由MC5600測得交通量，車型有：摩托車、輕型客車等小型車，車流量記Q1；拖掛客車、兩軸卡車、等為大型車，車流量總記Q2：

3）交通量

道路交通量帶來尾氣污染危害人與動物健康．交通量為300 pcu/h、400 pcu/h、450 pcu/h且對應車速為59 km/h，54 km/h，49 km/h時，交通噪聲為72.9 dB，82.1 dB，86dB．當車輛負荷大且慢速行駛時，燃料不充分燃燒．廢氣中CO會增加（圖4）．

圖4 汽車尾氣中CO與交通量關系Fig.4 CO and traffic relationship between vehicle exhaust

4）駕駛員視距

分析眼動儀視頻：車速在64m/h時，僅能看清距離車輛24m以外的物體；車速為90 km/h時，僅能看清33m以外的物體．此外，高車速使得視距變窄，為安全行車帶來不利影響，但為增大駕駛員視距而增大開挖量，沿線山體的破壞量增大．

5）交通噪聲

分析采集數據：12m綠化帶可降噪3～5 dB；植物重疊葉片可改變噪聲直射方向，使噪聲衰減20%～30%；單純喬木片林20m以下的降噪效果不明顯，40m以上的降噪效果較為明顯，喬灌型片林從10m開始就有明顯的作用．

2 指標權重

2.1 評價指標表

表3 旅游區(qū)道路生態(tài)恢復評價指標Tab.3 Tourist road ecological recovery evaluation index

2.2 一級指標權重

通過環(huán)境質量評估、《生態(tài)恢復與重建評估的理論與實踐》將優(yōu)劣等級分為[10]：優(yōu)，良，一般，較差，差，記決策屬性D={Ⅴ，Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ，Ⅰ}，評分范圍 (100-90)，[90-80)，[80-70)，[70-60)，[60-0)；記條件屬性集 {植被，土場，動物，環(huán)境，交通}=C={C1，C2，C3，C4，C5}，根據項目路段特性，論域=U= U1，U2，U3，U4，U5（表4）．

表4 生態(tài)恢復一級指標評級決策Tab.4 Tourist road ecological recovery class rating decision

根據表2數據，計算重要度應用公式為

各個指標的條件信息熵為

每個一級指標權重為

得到權重排序：交通＞環(huán)境＞植被＞動物＞土場．

2.3 二級指標權重

同一級指標計算方法，將二級指標權重及組合權重計算（表5）．

2.4 指標權重合理性檢驗

由指標權重熵值判斷權重分布合理性：

一級指標體系權重熵值：H=0.990 9．二級指標體系權重熵值分別為：H1=0.979 9，H2=0.985 2，H3=0.980，H4=0.981 7，H5=0.977 8．均在（0.5，1）范圍內，認為指標體系權重分布是合理的．

表5 各級指標權重Tab.5 All levels of index weight

2.5 指標權重篩分

采用極差法對相鄰兩個指標的相對變化值進行取舍：

各指標隨著i、j出現明顯變化，與指標的重要程度關系較大，當i=5～6以后，為峰值過后迅速下降，選用5以前的為顯著性評估指標，即：車速，苗木成活率，表土厚度，動物種群數量，地形條件．由此，得到生態(tài)恢復評估體系（圖6）．

圖5 相鄰指標間的值Fig.5 Index values between adjacent

3 結論

通過對實地調查和采集數據的分析確定了自然保護區(qū)旅游公路沿線生態(tài)恢復的影響因素；應用粗糙集理論確定了影響因素的權重值和車速、苗木成活率、表土厚度、動物種群數、地形條件等評價指標，從而構建了山西澤州獼猴自然保護旅游區(qū)道路生態(tài)恢復評價體系．為客觀的對保護區(qū)生態(tài)恢復評價提供了一種理論依據，促進了旅游區(qū)沿線動植物的生長和帶動山區(qū)旅游業(yè)發(fā)展．

圖6 山西晉城獼猴保護區(qū)生態(tài)恢復評價體系Fig.6 Ecological restoration evaluation system of protected areas in Shanxi Jincheng macaque

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[責任編輯 楊 屹]

Research on the evaluation system of road ecological restoration in the tourism area based on Rough Set

SHI Guoxiang1，ZHOU Tong2，DU Yanshuang2，TIAN Yalei2，QIAO Jiangang2

(1.Yangquan Branch of Shanxi Provincial Highway Bureau,Shanxi Yangquan 045000,China;2.School of Civil Engineering and Transportation,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China)

The evaluation of ecological restoration along the tourist highway in nature reserves can provide the theoretical basis for ecological restoration,and guide the animal and plants living environment construction.After a large number of field investigation and data collection,factors like vegetation,soil,animal,environment,traffic and others that effect the ecological restoration of tourist highway in nature reserves are qualitative and quantitative analysed based on traffic engineering,psychology,computer science,and ergonomics.The weights of each influencing factor are determined by Rough Set,and the evaluation index is selected under Range method.The evaluation system which provides a new idea for the ecological restoration construction of tourist areas was used to evaluate the road restoration in Shanxi Zezhou macaques nature reserves.

tourism;ecological restoration;evaluation;road

U418.9

A

1007-2373(2015)05-0112-07

10.14081/j.cnki.hgdxb.2015.05.018

2016-09-22

國家自然科學基金（51108011）

史果香（1972-），女（漢族），高級工程師．