基于GIS圖形疊置法的城市交通污染對周邊植物影論文
摘 要：文利用地理信息系統（GIS）對空間分析的優越性，以道路的屬性信息如道路等級、車道數等信息間接表征環境影響因子，結合圖形疊置法綜合分析道路對周圍環境的影響程度，并形成影響等級分布圖。為后續預測道路兩側植株生長趨勢提供一定的指示指標。
關鍵詞：地理信息系統、圖形疊置分析、城市交通污染
城市交通對周邊植物的影響因素很復雜，比如汽車尾氣排放物導致道路周邊植株氮、硫和重金屬元素含量超過正常水平；汽車揚塵遮蔽植物葉面氣孔阻礙植物呼吸和蒸騰作用，減緩光合作用，對周邊環境的影響（氣溫升高、土壤重金屬含量變化）都會不同程度的導致植株的不正常生長等等。以往研究中，主要采取實際測道路兩旁生物量或植物中污染元素含量來間接分析道路對周邊植物的影響，并且多數只選取影響因素的一個方面討論與植物生長的關系，如康玲芬等人通過對道路兩側小麥樣品的重金屬含量監測，得出交通污染與小麥產量和質量的關系，劉杰等通過公路兩側不同距離各類植物生物量的測定值與距離的回歸方程來分析交通對周邊植物的影響。也有部分學者則從宏觀角度對城市交通的環境影響進行評價，通過對影響因子的篩選和重組，獲得綜合影響值，作為衡量交通線路影響程度的依據。如李修剛等通過綜合分析道路周圍環境敏感程度和道路對環境的影響程度，篩選社會環境、生態環境、環境空氣和噪聲四個方面作為評價因子，后利用層次分析的方法綜合為一個評價指標評價道路方案優劣。
1.研究區概述及數據準備
研究區域為上海市長風公園附近地區，位于普陀區西南部，街區范圍北起銅川路，南到金沙江路，西起大渡河路，東至武寧路。自1991年上海市全面實施舊城改造后，研究區道路格局發生了巨大的變化，但自1993年來，由航拍影像可看出長風地區道路格局未發生重大變化，局部交通干道金沙江路、大渡河路分別于2005年、2007年拓寬至6車道。規劃道路網絡由快速路、次干路、支路三級構成，其中快速路2條，次干路段五條。整個研究區是以華東師大、長風公園為主的文化娛樂區。研究區有行道樹的次干道、支道25條，其行道樹主要類型為香樟，懸鈴木，廣玉蘭，女貞，截至2005年，研究區主要干道曹楊路、中山北路、金沙江路綠地面積分別達0.5、0.3、6公頃，銅川路林帶面積達7公頃。
本文以ARCGIS為平臺，對研究區范圍內道路對周邊植物的影響進行綜合評價。為了獲取該區GIS交通信息圖層，本文以2003、2005、2006年上海市長風公園附近地區1：2.5萬航片為基礎底圖（掃描分辨率為0.4m，并已進行了正射校正和幾何精校正），在ARCGIS中進行數字化形成道路圖層，為便于下文分析，對矢量化圖層設定地理坐標系統，道路矢量化圖層包括道路中心線，道路交叉口，通過航片判讀和實地考察的方法獲取道路名稱和道路車道數，交叉口道路數等信息；與其他環境影響因子分析方式不同的是，為了獲得整個研究區連續的道路影響因子指標和便于后期道路影響指標的可視化，將研究區范圍劃分為25m×25m大小地理單元，并建立對應的網格圖層；同時矢量化道路兩側植株形成樣本點圖層。
2.研究方法和流程
2.1影響周邊植被的交通因子分析和篩選
在影響因子篩選的過程中，不僅要考慮到對道路周邊植物有著長期、不可逆、顯著影響的因子，還要考慮選取能夠通過GIS技術從道路矢量信息和屬性信息直接提取的間接表征量。《規范》中推薦的噪聲預測模型公式計算出特定的值來評定噪聲因子的影響，但透過模型可以看出噪聲影響與輻射聲級、噪聲值、車流量有關，從地面沉積量計算公式也可看出道路揚塵影響與路面沉積量、車流量、車速有關，以現有的遙感圖和交通矢量圖無法提取噪聲值和路面沉積量，如果依靠實地測量值帶入公式計算噪聲值和揚塵量更增加了實驗工作量也有違計算機快速提取的初衷。通過已有研究文獻研究的道路與周邊植物生長關系，可以用道路的一些相關屬性間接表征植物生長情況。城市道路劃分級別規定了不同等級道路的規格，如一級道路設計車速在60-80km/h，二級道路設計車速在40-60km/h，道路設計時一般假設通行能力與車道數呈絕對正比，也就是說，不同車道數的道路單車道通行能力是相當的。那么可以用研究區道路的道路等級和車道數來表示道路的平均車速和流量問題，而道路的這些屬性信息是很容以獲得的。
十字路口、盤旋路口由于車流量大、車輛行駛速度變緩、停止等現象，尾氣排放嚴重，對周邊植物產生與一般道路不同程度的影響，有學者研究表明，城市道路路口因街道走向、交通流量、擴散能力的差異對行道樹葉片葉綠素的影響呈現不一致性，即車道不通暢、車流量大的地區植物葉綠素a污染指示指標高。
2 交通因子指標的計算機提取
2.1 各交通因子的權重
本文與以往的研究不同的是，評價因子之間影響的重要程度可通過因子所影響的地理單元面積的大小來確定，對單個地理單元來說，某一評價因子影響范圍達整個地理單元的大小時，我們設定其對該地理單元影響的權重為1，如果影響范圍未達整個地理單元的大小是，其權重設置為影響面積與單元格大小的占比。
同時，道路對周邊植物的影響與距離有很大的關系，每個地理單元的距離因子也做為各個因子的權重，距離越近權重越大，距離越遠權重越小。
2.2基于GIS圖層疊加法的影響因子指標提取
圖形疊置法是McHarg與1968年提出的利用疊置地圖進行環境評價的方法，是將一套具有不同環境特征的地圖疊置起來形成一張復合圖來表征該地區的綜合環境特征，以方便判斷區域所受環境影響的相對大小。本文引入GIS技術的目的主要是為了充分利用GIS系統的疊置分析、緩沖區分析等空間分析功能和屬性數據處理功能，方便各種評價因子等級圖的疊加，利于大范圍復雜環境影響因子的評價和評價結果的'可視化。
在進行疊加分析前要建立不同影響因子指標圖層：由于道路影響范圍最大為200米，研究區域劃分的最小地理單元也為25m×25m大小，因此在道路兩側建立間隔為25m的多條緩沖區生成距離圖層roadD，以同樣的方式建立距交叉路口的距離圖層crossD；向道路兩側200m處做緩沖區分析分別生成車道數圖層roadN和道路等級roadL，每個緩沖區屬性為相應道路的道路數和道路等級，以交叉路口為中心做200m緩沖區分析生成交叉口道路數crossN，緩沖區屬性為相應交叉路口道路數。計算每種影響因子對每個地理單元的影響面積占比。以公式1的方式對各個影響因子圖層和地理單元網格進行疊加，最后的網格圖層包含了所有影響道路信息。（1）
其中，roadA，crossA為道路、交叉口各影響因子對地理單元的面積占比，roadN，crossN表示影響某地理單元的道路或交叉口的道路數，roadL為道路等級，roadD為地理單元到道路的距離，crossD為地理單元到交叉口的距離，rn，cn為影響地理單元的道路條數或交叉口個數。
圖1為研究區矢量化圖，圖2為按公式1疊置分析后的綜合影響指標分級圖。
Fig.1 Vector figure of the study area Fig.2 the grade distribution map of road impact
2.3道路影響綜合指標與周圍植物的影響
由道路影響度等級分布圖可以看出距道路、交叉路口最近距離處影響程度等級偏高，交叉路口周邊的影響度等級更高；由于每個地理單元所受道路條數不同，每條道路周邊地理單元的影響度等級也不同，如圖2道路1、2兩側道路等級受影響程度不同；由于道路等級和道路條數的不同，影響度等級也不同，上圖道路3道路等級和條數低于道路1，2，故道路兩側影響度等級不同。
圖2中的點為研究區植物采樣點，由遙感圖像獲取的植物冠徑信息，下表為植物生長與影響因素的關系。2003年到2005年，受道路影響多數植株處于負生長狀況；高道路影響度等級下的植株冠徑普遍低于處于低影響度等級下的植株冠徑，冠莖增幅也隨影響度級數的升高而降低；各影響度等級控制下的植株，2005年到2006年的冠徑增幅都低于2003年到2005年的冠徑增幅，道路污染隨的累積作用使道路對植物的影響隨年限的增加而增強；但是也出現2003年到2005年，低影響度下的植株增幅高于中等影響度下的植株增幅。
3 討論
本文在GIS環境下通過圖形疊置法綜合評價道路對周邊植物的影響，克服了傳統方法需要大量手工作業的不足。隨著遙感技術和GIS在生態、環境研究方面的應用越來越廣泛，尋找能大區域短周期進行道路環境評價方式十分必要，因此嘗試將道路環境影響因子指標轉換為可通過已有道路數據或通過遙感和GIS手段自動提取的指標。采集道路兩側植物冠徑，對冠徑年變化與所得影響分布圖進行比較，驗證了道路不同影響等級對周邊植物的不同的影響程度。
在后續的研究中應該考慮道路影響程度對不同種類植株的影響，和尋找新的能通過遙感或GIS手段直接提取的道路環境影響因子的代替指標。
參考文獻：
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