基于灰色聚类分析法的交叉口交通环境影响评价*

胡列格，闫晓燕

(长沙理工大学交通运输工程学院，湖南 长沙 410000)

随着城市建设的迅速发展和城市人口的迅速膨胀，城市道路和车流量迅速增加，随之而来的城市交通环境污染问题已成为城市环境污染的首要问题。世界各国极其重视交通对环境的影响问题，世界道路协会为此设置了专门的技术委员会，研究建立道路环境影响评价方法，为道路规划、设计及管理提供一个环境要求的准绳［1］。环境影响评价是对规划和建设项目实施后可能造成的环境影响进行分析、预测和评估，提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施［2］。

在交通系统对环境的影响方面的研究中，许多国家相继开展了研究，并建立了理论计算方法及经验模型方法。在交通系统噪声对环境的影响方面的研究中较典型的有Janczur的水平地面上任意建筑物分布条件下任意点声场分析方法，我国学者吴硕贤的平行街道内道路交通噪声计算机模拟方法等［3］;在机动车尾气排放扩散污染模型方面的研究主要有美国环保局开发的ROADWAY，美国德克萨斯州交通研究所开发的TXLINE，北京工业大学公式(徐锦航等，1987)和中山大学公式(唐永銮，1992)，东南大学应用量纲分析法。

城市内交叉口大多为平面信号交叉口。车辆在到达交叉口时一般要减速、等待、加速等，由此带来的噪声和大气污染即交通环境污染问题及其严重，尤其是市中心交叉口交通环境污染现象更为严峻。本文在根据排放因子，车速，车型比例，交通量，停车延误等条件，计算交叉口交通噪声等级，在利用车流尾气污染物排放量计算方法计算交叉口污染物排放量的基础上，用灰色决策模型对芙蓉南路－赤岭路(涂家冲)交叉口交通环境进行评价。为道路交叉口交通设计及管理提供一定的指导策略。

1 灰色聚类的基本原理

灰色聚类是以灰数的白化权函数生成为基础，将一些观测指标或对象聚类成若干个可定义的类别的方法［4］。由于交通对环境的影响过程可以看作是一个灰色系统，所以可以用灰色系统理论进行交通环境影响评价。

1.1 评判向量规范化［5］

由于交通环境影响因子均系属性值越小越好的成本型指标，本文采取下面公式进行处理:

其中，xij为第i条道路j类污染物的规范化评价值，值域分为 4 段，［0，70)，［70，80)，［80，90)，［90，100］，相应的第i条道路j类污染物的评价状态为差，一般，良，优;tij为第i条道路或交叉口j类污染物实际浓度值或预测值;D1j为j类污染物的第1级浓度分界值;D2j为j类污染物的第2级浓度分界值;D3j为j类污染物的第3级浓度分界值;污染物分级浓度分界值可以是日均浓度值或小时平均浓度，如表1所示。

1.2 灰类的白化权函数

对城市道路环境质量的评价分为4个灰类，即空气质量优(A级)，空气质量良(B级)，空气质量一般(C级)，空气质量差(D级)4个灰类。因此，污染物评价指标相应的分为4个子灰类，其4个白化权函数为(2)～(5)及图1所示。

表1 城市道路污染物分级浓度分界值Table 1 The grade concentration cut－off value of pollutants in urban road mg/m3

1.3 综合决策权的确定

图1 灰类白化权函数Fig.1 Grey whitenization weight function

徐肇忠(1994，1997)和肖新平(1997)等指出当某一评价因子，若其在某一点的监测值低于国家标准，则其在评价中的重要程度应相对较轻;若超过了国家标准，则在评价中的重要性应较明显，而且超标越多，对评价的重要程度越大。综上，选用超标定权法(污染贡献率法)确定评价因子的综合决策权，计算公式如下［6］:

1.4 灰聚类分析

2 芙蓉南路－赤岭路(涂家冲)交叉口交通灰色聚类分析

芙蓉路是长沙市主干路，芙蓉南路－涂家冲交叉口属于Y形信号交叉口，位于市中心。北进口为双向8车道，南进口为双向6车道，西进口为双向4车道，如图3。采用交通调查相关方法测得交叉口的流量－流向图如图2，交叉口平面图如图3。

图3 涂家冲交叉口平面图Fig.3 Plane graph of tujie－chong intersection of tujiachong intersection

根据交叉口类型确定的空气污染物扩散浓度，即北京工业大学Nichoson箱式模型的修正形式模型，机动车排放污染物浓度计算公式为［7］:

其中，CI为交叉口机动车污染物浓度，mg/m3;QL为在交叉口排队的机动车尾气污染物线源强度(怠速排放)，mg/(m.s);LC为交叉口机动车排队长度，m;u为道路上的风速，m/s;H为交叉口周围建筑物平均高度，m;B为交叉口处箱体的宽度，一般取交叉口入口宽度加上10～20 m;K为系数，参考其他城市的资料，取0.67;

其中，m为交叉口停车率，与控制方式有关，见表2;N为交叉口进口流量总和，辆/h;hd为交叉口排队车辆车头间距，m;为停车时的车辆安全车间距与车辆的车身长度之和，对于标准小汽车取7 m;Cy为交叉口排队的周期，s;若为信号交叉口，则为信号周期。

表2 交叉口停车率m的取值Table 2 Pause rate m of intersection

设 μ =1 m/s，H=20 m，k=0.67，B 按北，西，南分别取 15，15，10，hd=7 m，Cy=135 s，计算得:LC分别为245.91，64.155 和 233.415 m，CI按北，西，南计算得到涂家冲交叉口各进口道空气污染浓度值如表3。

表3 涂家冲污染物浓度值Table 3 Pollutants concentration value of Tujia－chong intersection mg/m3

按公式1规范化得表4。

表4 涂家冲污染物浓度规范化值Table 4 Standardization value of pollutants concentration in Tujia－chong intersection mg/m3

按公式(2)～(5)得到灰类白化权函数为:

根据环境空气质量标准(GB3095－96)对CO，NOX1 h平均浓度的规定和参考国外的标准，将道路两侧的CO，NOX分为4个等级，见表5。

表5 道路交通污染物分级浓度值(1 h平均浓度)Table 5 The grade concentration cut－off value of traffic pollutants(hourly concentration) mg/m3

由表3可以看出，涂家冲交叉口CO小时平均浓度大于20 mg/m3，NOX小时平均浓度大于0.3 mg/m3，所以整体交叉口总体大气污染严重，空气质量较差。

3 结论

(1)由于车辆尾气排放、扩散浓度和车流量、车速、加减速相关，所以，流量大，车速大的进口道污染物排放量和扩散浓度也较大，以上通过灰色聚类法对交叉口交通环境污染的分析说明，涂家冲交叉口属于空气污染较严重的交叉口，这与现实感觉相符，所以利用灰色聚类分析法进行城市道路交叉口交通环境影响评价是可行的，从而为以后的交通影响分析评价工作提供了研究方向。

(2)交通环境污染不仅和机动车数量有关，同时和城市道路交通设施建设、城市交通管理水平关系密切。因此要改善这一现象，政府除了可以根据实际情况考虑采取更加严格的排放法规，针对性地限制车辆上路，也可以采取各单位弹性上班时间制，错开车流的高峰期。另外，响应城市“低碳环保”发展理念，提高燃油品质或者采用洁净的替代燃料，如压缩天然气或者液化石油气也不失为一种好办法。总之，未来缓解城市交通环境污染的空间还很大，要靠不懈努力才能实现。

［1］陆书玉.环境影响评价［M］.北京:高等教育出版社，2001.LU Shu-yu.Environmental impact assessment［M］.Beijing Higher Education press，2001.

［2］王 炜.城市交通系统能源消耗与环境影响分析方法［M］.北京:科学出版社，2002.WANG Wei.Energy consumption and environment impact of urban traffic system［M］.Beijing:Science Press，2002.

［3］李炳光.交通噪声及其控制途径［J］.噪声与振动控制，1991(5):29－34.LI Bing-guang.Traffic noise and controlling ways［J］.Noise and Vibration Control，1991(5):29 －34.

［4］冦刘秀，蒋大和，等.交通规划环境影响评价指标体系研究［J］.河北科技大学学报，2007(1):82－86.KOU Liu-xiu，JIANG Da-he，et al.Study on indicators system for strategic environmental assessment of transport planing［J］.Journal of Hebei University of Science and Technology，2007(1):82 －86.

［5］李 胜，童利忠，赵冬梅，等.灰色决策模型在城市交通环境大气影响评价中的应用［J］.公路交通科技，2000(3):88－90.LI Sheng，TONG Li-zhong，ZHAO Dong-mei，et al.The application of grey decision－making model in urban traffic environment impact assessment［J］.Journal of Highway and Transportation Research and Development，2000(3):88－90.

［6］傅大放.汽车尾气污染规律模拟与计算方法研究［D］.南京:东南大学，1992.FU Da-fang.The study on the simulationof law of automobile exhaust pollution and calculation method［D］.Nanjing:Southeast University，1992.

［7］傅立新，郝吉明，河东全.城市街道汽车污染物扩散规律模拟研究［J］.环境科学，1999(6):22－25.FU Li-xin，HAO Ji-ming，HE Dong-quan.Diffusion of pollutants in city street car simulation study［J］.Environmental Science，1999(6):22 －25.