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５０ Ｈｉｇｈｗａｙｓ 公 黟 与 汽 运 Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ２００。６年６月 第３期 ＧＩＳ技术在公路环境影响评价中的应用 沈寒，唐平英 ４１００７６） （长沙理工大学公路工程学院，湖南长沙摘要：在介绍公路建设与环境影响评价关系及地理信息系统（ＧＩＳ）组成、类型、功能的基础 上，分析了ＧＩＳ技术应用于公路环境影响评价的优势，说明了其应用领域。 关键词：公路；地理信息系统（ＧＩＳ）；环境影响评价（ＥＩＡ） 中图分类号：Ｕ４９５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—２６６８（２００６）Ｏ３一ＯＯ５Ｏ—Ｏ３ 根据国家及交通部的规划，“九五”期间重点建 好和贯通“两纵两横”及三条主要路段共计１．４５万 地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数 据的通用技术。它是一门介于信息科学、空间科学 与地球科学之间的交叉学科，它将地学空间数据处 理与计算机技术相结合，通过建立系统和应用分析 模型，产生用户需要的有用的信息。 ＧＩＳ研究计算机技术与空间数据相结合，通过 一ｋｍ，到２０１０年基本建成“五纵七横”国道主干线系 统，公路总里程达１３５万ｋｍ。如此大规模的国道主 干线开发建设必将对环境造成巨大的压力和影响。 如何将现代高新技术应用于公路环境预测和评价、 环境管理乃至环保投资，保护沿线生态环境和居民 生活环境，使公路更好地为国民经济服务，促进国民 经济与社会稳定、环境保护可持续发展，在公路建设 系列空间操作和分析方法，提供对规划、评价、管 理和决策有用的关于地学、环境保护、社会经济等方 面的信息，已经成为资源调查、环境监测、经济管理 和社会分析的主要工具，并已取得了重大的应用成 果。《中国２１世纪议程》中多处提到ＧＩＳ应 用和建立可持续发展信息系统（Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｄｅｖｅｌ－ ｏｐｍｅｎｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）的必要性。目前中国已有１Ｏ多 个部委或领域在应用ＧＩＳ技术。ＧＩＳ具有以下３个 与环境保护这一矛盾体中找到一个最佳的结合点， 是我国公路建设中需要解决的课题之一。 １公路建设与环境评价的关系 现代社会公路交通运输是人类赖以生存和发展 的基础条件之一。我国公路交通的高速发展，有效 地解决了自然资源、劳动力、生产设施等生产要素相 分离的矛盾，为实现和可持续发展做出了 巨大贡献，而且将发挥更重要的作用。 公路交通建设一方面积极促进了国民经济的飞 速发展；另一方面，公路基础设施在建设前、建设中 和建成后都会以不同形式对社会经济环境、自然景 观、生态环境、大气、噪声等产生影响。 公路建设对环境的影响要求对公路建设做深入 透彻的评价研究和分析，寻找可行的方案，保证公路 建设朝着可持续发展道路顺利进行。公路建设环境 影响评价研究是监督和减缓工程对环境的不利影 响，达到经济发展和环境保护相协调，保证可持续发 展的重要手段之一。 方面的特征：①具有采集、管理、分析和输出多种地 理空间信息的能力；②ＧＩＳ以地理研究和决策为目 的，以数学模型方法为手段，具有空间分析、多要素 综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地 理信息；③计算机系统的支持是ＧＩＳ的重要特征， 它使ＧＩＳ得以快速、精确、综合地对复杂的地理系 统进行空间定位和动态分析。 ２．２ ＧＩＳ的构成 ＧＩＳ由计算机软、硬件系统，空间数据和用户４ 部分构成。 计算机硬件是计算机系统中的实际物理装置的 总称，是ＧＩＳ的物理外壳。ＧＩＳ硬件配置包括：① 计算机主机；②数字化仪、扫描仪、键盘、通信端口 等输入设备；③软盘、硬盘、磁带、光盘等存储设备； ④显示器、绘图仪、打印机等输出设备。 为了实现复杂的空间数据管理功能，ＧＩＳ需要 有与硬件环境相配套的多种软件模拟块。按软件层 次分为系统软件、基础软件、基本功能软件、应用软 ２ ＧＩＳ概述 ２．１ ＧＩＳ的定义及特征 ＧＩＳ是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用 维普资讯 http://www.cqvip.com
总第１１４期 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 提供的方便的建库工具、图形生成、绘制、编辑与属 性输入工具，可将这些不同来源、种类、尺度的数据 以标准格式输入ＧＩＳ数据库，实现空间数据和属性 数据的分类管理和有机连接，从而为进一步的应用 提供服务。 公 路 与 汽 运 件等。其要素包括地理数据输入、处理工具、空间数 据库管理系统（ＳＤＢＭＳ）、空间查询和分析、可视化 表达、图形用户界面。 地理空间数据是指以地球表面空间位置为参照 的自然、社会和人文景观数据，可以是图形、图像、文 字、表格和数字等，由系统的建立者通过数字化仪、 键盘等输入，是系统程序的处理对象，是ＧＩＳ所表 达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。ＧＩＳ的 建立公路环境地理信息数据库，包括社会经济 统计数据、环境监测数据以及有关环境预测与评价 模式的参数数据（含交通量）等，可对地理要素的坐 数据有两大类型：一类是空间数据，用来定义图形和 制图特征的位置，它以地球表面空间位置为参照；另 一类是非空间的属性数据，用来定义空间数据或制 图特征所表示的内容。 ＧＩＳ的用户指系统管理和使用人员。ＧＩＳ应用 的关键是系统开发、管理及使用人员的素质，这是 ＧＩＳ中最为活跃的部分。 ２．３ ＧＩＳ的主要功能 ＧＩＳ的强大功能主要体现在建立和分析地理对 象的空间相关性，即拓扑关系，用于描述点、线、网、 面等的空间关系。 ＧＩＳ具有的图形用户界面功能允许用户在可视 化地图上显示和操纵数据，使图形的处理、制图及分 析结果的各种输出与转化成为可能。另外，ＧＩＳ与 ＳＤＢＭＳ的连接程度、ＧＩＳ对属性表及拓扑信息的管 理程度都是ＧＩＳ功能的一部分。 ３ ＧＩＳ在公路环境影响评价中的应用 由于ＧＩＳ在建立和分析地理对象间的拓扑关 系上具有强大的功能，因此可以对环境要素、污染物 的数据属性和它们的空间分布进行科学分析。另 外，ＧＩＳ的图形用户界面使用户可直观地了解污染 发生的情况，并对污染物排放进行预测显示。可以 说，ＧＩＳ技术的出现和逐步完善为环境影响评价 （ＥＩＡ）迈向信息化、现代化提供了技术支持。 ３．１公路环境信息数据库的建立 环境信息数据库的建立是ＧＩＳ在ＥＩＡ中应用 的基础。在传统环境信息系统中，数据只能以枯燥 单调的文字形式出现，使得数据的采集、管理、分析 和更新等各项工作费时费力。而ＧＩＳ的数据采集 与输入、数据存储与管理、数据处理与分析等功能模 块将环境数据的空间、时间、属性特征融为一体，因 而能够实现海量数据的信息化。ＥＩＡ中需要先期 掌握区域自然与社会经济、区域环境质量、污染源、 工程项目、环境标准和环境法规等信息。利用ＧＩＳ 标位置和拓扑关系、图形性关系以及社会、经济、环 境、自然等方面的数据进行定义和管理。 公路环境信息数据库的建立方法：①利用数字 化仪或扫描仪将纸质地图生成电子地图。最传统的 方式是利用数字化仪生成ＭａｐＩｎｆｏ或ＤＷＧ、ＤＸＦ 等格式地图，或者利用扫描仪将纸质地图扫描为 ＴＩＦ等栅格格式后，再利用矢量化软件进行矢量化， 也可以不进行矢量化，而利用Ｍａｐｌｎｆｏ的配准工具 对栅格图进行配准，仅作为背景图使用。②其他系 统数据格式转入。将其他ＧＩＳ所不支持的数据格 式转化为ＧＩＳ所支持的数据格式（如Ｍａｐｌｎｆｏ所支 持的ＭＩＦ／ＭＩＤ、ＤＸＦ）。③图形数据绘制与录入。 在ＧＩＳ中绘制或其他ＧＩＳ所支持的数据库录入空 间数据。④属性资料录入。将属性数据录入ＧＩＳ 或其他ＧＩＳ所支持的数据库中。 ３．２ 与环境质量模型的结合是应用的重点 随着ＧＩＳ应用领域的拓宽，ＧＩＳ发展的重心已 由数据获取、存储、管理、检索的初级阶段逐步向模 拟、分析与预测、预报的高级阶段转移。 ＥＩＡ中，对于已确定的评价项目，都要求对其 环境影响进行预测。目前使用较多的预测方法有数 学模式法、物理模型法、类比调查法和专业判断法， 其中数学模式法对各种环境问题和环境过程描述准 确，能给出定量的预测结果，在具备一定的计算条件 和足够的参数、数据的情况下应首先考虑。但环境 质量模型作为一种数学模型，有其固有的缺陷，主要 表现在其空间数据操作尤其是结果显示方面仍显困 难。而空间分析和空间数据管理正是ＧＩＳ的优势 所在，ＧＩＳ可以为环境模型提供一整套基于ＧＩＳ逻 辑原理的空间操作规范，用来反映具有空间分布特 征的环境模型研究对象的迁移、扩散、动态变化及相 互作用，但单纯的ＧＩＳ模型在处理环境信息时间维 问题方面能力有限，因此，ＧＩＳ与环境质量模型的结 合能实现二者的功能互补。ＧＩＳ在建立环境质量模 型的不同阶段（包括定义边界和初始条件、数据准 维普资讯 http://www.cqvip.com
公 ５２ 与 汽 运 Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 第３期 ２００６年６月 Ｈｉｇｈｗａｙｓ 备、模型运行处理、可视化结果表达等）都能发挥不 同的作用，使建模过程更方便、灵活。 ３．３公路环境评价应用模型的开发 设计开发基于ＧＩＳ的公路环境影响评价模型 的主要目的：开发适用于公路环境管理的ＧＩＳ应用 方程中，就可以估算出公路工程建设可能增加的水 土流失量。 ３）评价模型：主要作用是参照标准值，回答环 境单元中污染物因子的污染程度及其发展趋势。 模型，如引进空间化的数理统计和系统分析方法；建 立应用模型，如噪声预测模型、环境空气质量预测模 ４ 结 语 ＥＩＡ在我国已经形成了一项制度，是环境学研 型、水土流失模型、环境经济损益分析模型等，以便 更快速、客观、科学地了解和掌握公路沿线的生态、 资源、环境的状况及其变化趋势。 利用ＧＩＳ开发的公路环境影响评价应用模型 究中较为成熟的一个领域。由于ＥＩＡ涉及的许多 环境问题和环境过程都具有空间特性、非线性、随机 性以及随时间变化的特性，因此，为了解决环境问题 和弄清环境过程而建立的环境模型大都比较复杂。 基于计算机硬件支持的ＧＩＳ技术，由于其数据处理 能力和空间数据分析、表达的强大功能，为环境影响 主要包括大气环境、声环境及土壤环境影响预测与 评价模型；各环境单元有关模型，包括有关参数的确 定、修正模型等。 １）参数确定模型：主要回答各模型中有关参数 的选取、确定、修正等，如交通量、源强、车、气象参 数、声影区长度的确定。 ２）环境预测模型：主要对污染物在环境中的扩 评价提供了高技术工具，它不仅能处理、分析空间和 非空间数据，而且能以多种手段进行有效的技术空 间分析。 ＧＩＳ应用于公路环境保护领域的研究是一个新 兴的课题。ＧＩＳ的许多技术对公路环境信息的评价 分析益处颇大，基于ＧＩＳ的公路环境信息系统功能 的实现将大大提高公路环境评价和管理的效率与质 量，使公路环境信息从简单的文字表格形式向图形 报表有机结合的数据可视化分析方向迈进。 散、分布状况及其发展趋势进行模拟预测。①噪声 预测模型：用于预测不同交通状态下公路沿线评价 范围内各邻近位置或环境敏感点所接收的噪声级。 它与接收点、公路之间的障碍物、地面和其他表面的 吸收、反射或散射噪声的性质以及路面和路基结构 有关。输入的数据有交通量、车型比、车速、路面类 参考文献： ［１］ 邬 伦，等．地理信息系统——原理、方法和应用 ［Ｍ］．北京：科学出版社，２００２． ［２］林伟立，胡建信．ＧＩＳ和环境管理信息系统建设［Ｊ］．环 境与开发，２００１，１６（３）． 型、沿线地形、纵坡及其他障碍物修正值、环境敏感 点的初始噪声值等。②环境空气污染物扩散模型： 用来确定公路营运期车辆尾气中各种污染物的扩散 影响程度，需输入的数据有交通量、车型比、沿线地 形、大气稳定度、风向、风速、源强高度以及环境敏感 点的初始污染物浓度值等。③水土流失量预测模 型：将公路工程建设后可能引起的坡度、坡向、植被 类型等土地信息的变化作为因子并统一在水土流失 ［３］吴立新，等．地理信息系统原理与算法［Ｍ］．北京：科 学出版社，２００３． 收稿日期：２ＯＯ６一Ｏ３—３Ｏ “十一五＂西部交通将突破一批关键技术 根据《“十一五”西部交通科技发展规划》，“十一五”期间，西部交通将在特殊条件下的公路、桥梁、隧道设 计建设技术、山区河流航道整治技术等方面有所突破。《规划》提出了“十一五”西部交通科技发展“两个一、 三个明显”的总体目标，即在西部地区交通基础设施建设养护、运输服务、安全保障和环境保护等领域突破一 批重大关键技术，培养一支高素质的西部交通科技人才队伍；使西部交通科技的落后状况明显改善，交通科 技的可持续发展能力明显增强，交通发展的科技含量明显提高。针对西部地区交通发展面临的技术需求，确 定了五个研发重点：公路基础设施建设与养护技术、水路基础设施建设与维护技术、运输服务技术、交通安全 保障技术和绿色交通技术。 摘自《中国交通报》（２００６—０５—１０）
