基于GIS技術(shù)的高速公路環(huán)境影響定量研究

關(guān)鍵詞：高速公路；GIS；自然環(huán)境；定量分析；環(huán)境評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：X82 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

隨著高速公路建設(shè)的加速，優(yōu)化環(huán)境問(wèn)題備受關(guān)注。環(huán)境影響評(píng)價(jià)需從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)和景觀等多角度分析。經(jīng)濟(jì)方面看，在高速公路建設(shè)過(guò)程中，對(duì)周邊土地利用類型和生態(tài)環(huán)境造成影響的方式包括占用耕地、破壞植被、改變土地利用類型及破壞水源等幾方面。目前對(duì)于高速公路建設(shè)過(guò)程中對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成影響的研究還處于比較初級(jí)的階段，主要是通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)的模型來(lái)進(jìn)行研究，如采用適宜性指數(shù)法、生態(tài)足跡法等對(duì)高速公路建設(shè)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。而在這些研究中所構(gòu)建的模型都是基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）平臺(tái)建立的，需要大量空間數(shù)據(jù)支持和基礎(chǔ)設(shè)施條件作為支撐。同時(shí)，利用GIS技術(shù)與高速公路數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)高速公路沿線生態(tài)環(huán)境可視化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)分析，可以為高速公路建設(shè)過(guò)程中所涉及的環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供新方法。研究基于GIS技術(shù)建立用于高速公路自然環(huán)境評(píng)價(jià)的自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并將專家調(diào)研和多元統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合，從海量的自然環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)中構(gòu)建了路域自然環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以期可以實(shí)現(xiàn)高速公路沿線自然環(huán)境可視化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)分析，并避免傳統(tǒng)的定性分析所帶來(lái)的問(wèn)題。

1高速公路對(duì)路域自然環(huán)境的影響分析

1.1自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

為分析這些影響，研究采用GIS技術(shù)構(gòu)建自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)。在道路建設(shè)中，將設(shè)計(jì)與自然環(huán)境相融合是關(guān)鍵。高速公路建設(shè)雖重要，但也會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成沖擊。為分析這些影響，采用GIS技術(shù)建立自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，以監(jiān)測(cè)環(huán)境狀況、評(píng)估污染并助力生態(tài)規(guī)劃和管理。

GIS系統(tǒng)管理地理空間數(shù)據(jù)，包括地圖、坐標(biāo)和地理特征等。環(huán)境模型分析環(huán)境要素的空間分布和動(dòng)態(tài)變化。GIS為環(huán)境模型提供空間運(yùn)行規(guī)范，展示空間特征并分析要素間的空間關(guān)系。結(jié)合GIS環(huán)境模型的研究更加深入和準(zhǔn)確。

在高速公路環(huán)境評(píng)價(jià)中，結(jié)合遙感與GIS技術(shù)能提高工作效率。衛(wèi)星影像識(shí)別土質(zhì)、斷層等。在沒(méi)有成圖數(shù)據(jù)下，可確保環(huán)境數(shù)據(jù)可靠，提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

構(gòu)建電子地圖、算法、評(píng)價(jià)知識(shí)和應(yīng)用模型庫(kù)是將GIS技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境評(píng)價(jià)的重要步驟。高速公路自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)路線，由于地類多樣、數(shù)據(jù)量大等挑戰(zhàn)，采用2.5分辨率的航空／衛(wèi)星影像，利用原始電子資料和衛(wèi)星圖像直接處理，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)減少中間環(huán)節(jié)，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

1.2自然環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

指標(biāo)參數(shù)不確定性導(dǎo)致評(píng)價(jià)差異。目前研究缺乏可靠性分析。此研究基于實(shí)地調(diào)查和自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各影響因素進(jìn)行綜合研究和分析。自然環(huán)境系統(tǒng)復(fù)雜，但可由少數(shù)關(guān)鍵指標(biāo)描述。在評(píng)估高速公路環(huán)境時(shí)，采用綜合分析篩選法，結(jié)合定性與定量分析，確保指標(biāo)選取的科學(xué)性。

研究遵循“先進(jìn)性”和“有效性”原則，利用遙感和GIS技術(shù)直接獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，剔除不易測(cè)量因素，依據(jù)高頻指標(biāo)和篩選原則構(gòu)建評(píng)估體系見(jiàn)表1。

研究基于初選原則，構(gòu)建高速公路環(huán)境評(píng)價(jià)體系，結(jié)合實(shí)踐和專家調(diào)研確定關(guān)鍵指標(biāo)。評(píng)價(jià)人員的經(jīng)驗(yàn)和科研水平影響指標(biāo)選擇，所以從綜合能力、對(duì)指標(biāo)熟悉程度和判斷依據(jù)三方面評(píng)估專家權(quán)威，并計(jì)算指標(biāo)重要性。

修正后的自然環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性得分，研究確定7個(gè)重要指標(biāo)，構(gòu)建高速公路路域自然環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，反映高速公路路域自然環(huán)境系統(tǒng)的特征和整體狀況。

2 GIS技術(shù)支持下的環(huán)境影響定量分析

研究遵循“點(diǎn)線結(jié)合、以點(diǎn)代段、全線反饋”的原則，結(jié)合實(shí)地調(diào)查與遙感信息。選取2020年9月和2021年6月的遙感圖像及1：50000數(shù)據(jù)地形圖，利用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

為評(píng)估高速公路路域自然環(huán)境評(píng)價(jià)模型的擬合優(yōu)度，加入不同生態(tài)指數(shù)構(gòu)建多個(gè)模型。如表2所示，模型的方差分析顯示Plt;0.01，說(shuō)明模型結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可反映路域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)結(jié)果間的關(guān)系。隨著生態(tài)指數(shù)的選取，模型間的線性相關(guān)性逐漸增強(qiáng)。模型4的擬合效果最佳，采用四種生態(tài)指數(shù)來(lái)擬合道路區(qū)域生態(tài)環(huán)境評(píng)估模型誤差最小，數(shù)值為0.7394。

殘差是隨機(jī)誤差與預(yù)測(cè)值偏離。為評(píng)估高速公路自然環(huán)境評(píng)價(jià)模型可靠性，分析殘差獨(dú)立性和正態(tài)性。如圖1所示殘差隨機(jī)分布，無(wú)特定規(guī)律，表明模型能準(zhǔn)確解釋環(huán)境特征。此外，各生態(tài)指數(shù)誤差獨(dú)立，互不影響，提高評(píng)價(jià)模型的可靠性。

殘差直方圖和累積概率圖檢驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，歸一化殘差頻率和累積概率均接近正態(tài)分布，表明高速公路路域自然環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型中的生態(tài)指標(biāo)符合正態(tài)性要求。

3結(jié)論

綜上所述，高速公路建設(shè)在推動(dòng)陜西省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了挑戰(zhàn)。此研究利用GIS技術(shù)，建立了自然環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型，并通過(guò)深入分析各項(xiàng)指標(biāo)，定量評(píng)估了其分析對(duì)環(huán)境的影響。通過(guò)相關(guān)性和殘差分析，該模型顯示出87.234%的整體準(zhǔn)確率，錯(cuò)分率與漏分率均低于20%，充分證明了可信度。特別地，當(dāng)進(jìn)行引入土壤亮度指數(shù)、歸一化植被指數(shù)、地表溫度和沙漠化差值指數(shù)時(shí)，模型擬合的效果最佳，誤差僅僅低至0.7394，且各自然指數(shù)獨(dú)立且呈正態(tài)性。這一研究不僅為高速公路建設(shè)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供了有力的科學(xué)依據(jù)，更為追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境提供了有益的啟示和借鑒。