基于GIS栅格数据的高速铁路噪声环境影响评价＊

赵亚超 吴小萍

（中南大学土木工程学院1） 长沙 410004） （伦敦大学学院交通研究中心2） 伦敦 WC1E6BT）

随着我国高速铁路的发展，高速铁路噪声所带来的环境问题也随之而来，其对周围环境的影响十分严重，所以在修建铁路之前必须对其噪声所产生的环境影响进行评价.目前对于铁路环境影响所采用的评价方法主要包括以下几种：（1）层次分析法；（2）模糊评价法［1］；（3）熵权法［2］.

但是高速铁路噪声的环境影响评价是一个空间问题，涉及范围很广，因地理环境的不同所采用的评价指标理应不用，但是传统的评价方法都是从整体出发，采用统一的评价指标体系，这样并不合理，无法实现对高速铁路噪声的环境影响评价.

1 GIS栅格数据理想点法基本原理

1.1 指标体系

基于GIS栅格数据的评价方法都是建立在对于每一个栅格单元分析的基础上的，因此指标体系的建立也因栅格单元的位置的不同而不同，可以通过添加栅格单元属性的方法给出相应的指标体系.

对于指标值的确立通常采用重新分布的方法，即按照指标数值的实际大小划分为几个相应的区间，对于落在每个区间里的值都赋予相同大小的数值，这样有利于整体的比较和分析.

指标之间权重的确立通常采用层次分析法，通过对指标进行成对比较，产生一个比较矩阵，进而通过一定的计算得出指标的权重.但是，为了防止通过权重计算和指标比较后，指标前后的重要性顺序发生变化，通常还需进行一致性比率检验.

1.2 理想点法决策规则

由于传统的方法都是从整体的角度进行的评价，无法GIS栅格数据单元结合，因此本文采用理想点法［3］，从每个栅格单元出发，实现对高速铁路噪声的环境影响评价.即先假设方案集｛U｝中某方案为最优，其对应于准则集｛X｝的得分为x＊，如果某条被评价的方案k对应于准则集的得分为xk与x＊最接近，则认为该方案为最优的.

式中：wj为对应第j个指标的权重.

1.3 基于GIS栅格数据的理想点法

利用GIS的数据分析能力，结合理想点法，进行数据处理.见图1.

图1 基于GIS栅格数据的理想点法决策评价原理

2 基于GIS栅格数据的理想点法高速铁路噪声环境影响评价

2.1 指标体系的确定

高速铁路噪声具有与一般铁路噪声不同的性质，声级更大，频域更广，传播更远，防治更难，因此对于指标体系确定，要综合考虑各方面因素，对于不同位置选取不同的指标体系.

根据高速铁路噪声频谱特性，桥梁段以低频为主，路基段以低频和中高频为主［4］，而低频噪声具有衰减慢的特性，高频噪声相对来说则更容易衰减，因此采用如下的指标体系.

2.1.1 桥梁段 （1）线路中心线30m范围以内

这段范围内，噪声很少衰减，选取昼间等效A声级LeqAd、夜间等效A声级LeqAn、最大声级Lmax3个指标；（2）线路中心线30～80m范围内 这段范围内，低频噪声衰减的不多，桥梁段噪声整体变化不大，同样选取等效A声级LeqAd、夜间等效A声级LeqAn、最大声级Lmax3个指标；（3）线路中心线80m范围以外 这段范围内，噪声衰减的很多，昼夜差别不大，因此选取小时等效A声级LeqAh和最大声级Lmax2个指标.

2.2.2 路基段 （1）线路中心线30m范围以内

这段范围内，噪声很少衰减，选取昼间等效A声级LeqAd、夜间等效A声级LeqAn、最大声级Lmax3个指标；（2）线路中心线30～80m范围内 这段范围内，低频噪声衰减的不多，中高频衰减的则较厉害，路基段噪声整体变化较大，选取小时等效A声级LeqAh、最大声级Lmax2个指标；（3）线路中心线80m范围以外 这段范围内，噪声衰减的很多，昼夜差别不大，因此选取小时等效A声级LeqAh和最大声级Lmax2个指标.

为了能够对上述4个指标进行互相比较，需要对其进行重新分布处理，见表1.

表1 指标值重新分布 dBA

2.2 理想点评价准则的确定

理想点向量为f＊＝｛9，9，9，9｝，即最理想的状态是4个评价指标都为9，此时高速铁路噪声在敏感点的评价值为0，没有任何影响，此为最理想的状态.

通过理想点法，按式（1），得出方案i的评价结果为

2.3 GIS数据处理

通过GIS，分别对每条线路周边环境数据图层进行分析，找出噪声敏感点，查询敏感点相关的噪声属性，包括昼间等效A声级LeqAd、夜间等效A声级LeqAn、最大声级Lmax和小时等效A声级LeqAd，根据栅格单元所处的位置，分别得到相应的指标的栅格数据图层，利用建立起来的决策准则（见式（2）），即理想点法，计算出每个方案的决策评价函数Yi，利用GIS的栅格计算功能，得到环境影响评价结果栅格图层；最后对于评价结果栅格图层进行汇总分析，得到敏感区的总的评价结果.

3 工程实例

为验证基于GIS栅格数据理想点法的可靠性和适用性，选取京沪高铁中的一段路基段进行验证，见图2.所选路基段线路需穿过一片居民区，有2种线路方案，分别对2套方案进行评价.

图2 线路方案

3.1 确定指标权重

根据栅格单元所处的位置的不同，选取不同的指标体系，通过专家打分，利用层次分析法，确定相应的权重，权重结果见表2.

表2 指标体系权重

所选评价路段为路基段，采用路基段评价指标体系，依据距线路中心线的距离而选择不同的权重.

3.2 GIS栅格分析

输入2条线路的噪声分布数据，通过GIS强大的数据处理能力，分别生成30，30～90和90～120m范围内的2条线路的4个准则指标的栅格数据图层，见图3.利用式（2）和GIS的栅格计算功能，计算出整条线路对环境敏感点的环境影响评价结果，计算出敏感区的综合评价结果见图4.最后，对于综合评价结果栅格数据中每个像元数据进行累加，得到2条线路最后的环境影响评价结果分别为：线路1为509 664.02，线路2为689 973.16.

图3 4个准则指标栅格数据

3.3 结果分析

从结果中可以看出，线路方案一的评价结果小于线路方案二，说明线路方案一与理想点较为接近，其噪声对居民区的环境影响要小于线路方案二，但二者差距不大.

从图中可以发现，线路方案1穿过居民区时基本没有和房屋相交，即最大噪声区域内没有房屋，噪声产生的环境影响不是很大，而线路方案二则穿过了房屋，其最大噪声区域内有房屋，噪声产生的环境影响必然很大，所以线路方案一要明显优于线路方案二，与评价结果相一致.

图4 敏感区的综合评价结果

4 结 论

1）利用理想点法，根据每个栅格单元的位置和相应的线路形式，确定不同的评价准则和指标体系，从而实现空间评价.

2）基于GIS栅格数据的空间分析能力，进行栅格计算，基于构建的随位置变化的指标体系，对高速铁路环境影响进行空间评价，结果具有一定的可信度和说服力，与实际相符，比传统的评价方法更加合理.

3）本文在指标体系的建立方法的研究中依然存在着一些不足，对于高速铁路除了考虑线路形式和距离外，还应结合我国高速铁路的一些其他特点，建立更符合我国高速铁路实际情况的噪声环境影响评价模型.

［1］张夏临，冯 涛.模糊性综合评价在铁路选线中的应用［J］.铁道工程学报，2011（2）：21－26.

［2］高文艳.基于结构熵权法的铁路环境噪声评价［J］.环境科学与管理，2012（11）：173－175.

［3］颜可珍，周志雄.基于特尔菲－理想点法沥青路面使用性能评价［J］.湖南大学学报：自然科学版，2012，39（4）：8－11.

［4］尹 皓，李耀增，辜小安.高速铁路列车运行噪声特性研究［J］.铁道劳动安全卫生与环保，2009（5）：221－224.

［5］欧阳志峰，吴小萍，杨立国.基于噪声环境影响的铁路选线评价方法研究［J］.噪声与振动控制，2008（1）：124－126，137.