山西省公路交通运输环境在线监测架构及布局研究

贺胜义

（山西省交通科学研究院，山西 太原030006）

我国公路交通运输发展迅速，交通基础设施建设规模不断扩大。截至2014年底，全国公路通车总里程已达到446万km；2015年底，山西省公路通车里程达到14万km。环境污染和生态保护问题日益突出，迫切需要加强行业污染防治和生态环境保护工作。建设交通环境在线监测网络可为防治污染和生态修复提供数据支持，便于掌握环境污染程度，为节能减排措施提供科学决策依据。

《公路水路交通运输“十二五”发展规划》[1]提出：建设“布局科学、层次合理的行业节能环保监测网络，全面开展交通运输节能和环保监测工作”。山西省作为首批开展公路交通环境在线监测网络建设试点省份，新建了8处噪声和4处环境空气在线监测系统[2]，初步形成了具有山西区域和地形特征的高速公路环境监测网络框架。但是，在建设过程中遇到了很多问题。如在线监测站点的选址布局、建设规模和监测对象等问题，尤其是在线监测站点选址布局欠缺代表性和科学性，这也是开展交通运输环境在线监测站点布局研究的目的所在，通过进行在线监测站点布局研究得出科学合理的交通运输环境在线监测网布局架构，为山西省开展公路交通运输环境监测网规划研究提供技术支持。

1 布局架构

结合《全国公路水路交通运输环境监测网总体规划》[3]已确定的山西省内的监测对象以及路网规划等因素，山西总体架构属于全国交通环境监测网架构中“一般监测类”。按照“交通运输活动类型”和“环境监测对象”进行布局，重点考虑公路运营期对环境的影响程度和范围，研究在线监测对象在路网布局的均匀性和代表性。在线监测对象布局架构见图1。

图1 山西省公路交通环境在线监测对象布局架构

1.1 全面覆盖

山西公路交通运输环境在线监测对象布局时，结合高速路网布局和国省道规划及环境敏感保护目标分布情况，综合环境监测对象均匀度和重要度合理布局，使在线监测站点实现对公路网全覆盖，掌握公路交通运输基础设施运营对环境敏感区的影响强度和规律。

1.2 突出重点

涉及环境敏感区及交通基础设施活动强度大的基础设施作为在线监测布局重点。

2 布局研究

2.1 确定类型和对象

省级高速公路重点监测对象主要包括机动车年平均日交通量超过15 000辆（当量标准小客车）的长大隧道和代表性服务区及收费站。公路运输枢纽重点监测对象主要包括旅客日发送量最大的客运一级车站和货物吞吐量最大的货运一级站场[3]。针对涉及环境敏感区的交通基础设施，通过叠图法确定影响范围，进而确定是否作为在线监测点。

2.2 监测对象布局

山西省公路交通运输环境在线监测范围按照环境监测对象分两种布局方案进行评价。通过计算行政区域内路线里程长度的交通环境监测站点密度（相对密度），从而反映交通环境在线监测站点在空间分布和公路路网布局设置上的均衡性。

a）方案一 涉及“自然保护区、风景名胜区、森林公园、地质公园、集中式地表水水源地、重要水库”交通基础设施作为监测对象。

b）方案二 涉及“自然保护区、风景名胜区、饮用水水源保护区（重要水库）”的交通基础设施作为监测对象。

通过对两种方案的均匀度评价判断方案布局的合理性、代表性。

2.2.1 均衡性评价

交通环境在线监测站点的均匀度可反映交通环境在线监测点分布的均衡性，通过对山西省各行政区域内的交通环境监测在线站点密度进行计算，采用数理统计的方法进行分析，最终得到山西省交通环境在线监测网均匀度指数（见表1），以此来判断交通环境监测网布局的合理性，依据分析结果提出在线监测站点布局调整的思路和方向。均匀度评价公式（1）：

式中：Kr为数据集峰值；n为数据数量；为数据集平均值；xi为单位里层的监测点位/单位面积的监测点位；S为数据集标准差。

表1 山西省公路交通运输环境在线监测站均匀度指数表

2.2.2 评价结果

以均匀度（均衡度指数）公式计算得出方案一均衡性更优。

a）方案一 均匀度分别为7.066（以行政区域面积计算）和4.813（以公路里程计算）。均匀度指数均为正值，说明布局与正态分布比较更加尖锐，说明在线监测点位布局重点关注环境影响大的敏感区域，而不是平均分布。因此，该方案均匀度方面更加合理。

b）方案二 均匀度分别为0.059 06（以行政区域面积计算）和-0.388 4（以公路里程计算），均匀度接近于0，说明布局与正态分布比较较为平坦，与交通运输环境监测布局的目的不一致，因此，该方案在均匀度方面相对较差。

2.3 监测类型布局

根据山西省公路交通环境在线监测站点需求，按照省级高速公路、省道、国家和省级公路运输枢纽交通活动类型，采用叠图法按照已建和未建高速涉及环境敏感区逐一筛选，分两种方案进行布局评价。通过评估指标体系，确定各指标的权重和评分值，加权平均计算出方案重要度，以此判断最佳方案。

2.3.1 方案一

已建省级高速公路可能影响5处国家和省级自然保护区、2处风景名胜区、6处国家级和省级森林公园、3处国家级和省级地质公园、5处集中式地表水水源地、1处水库、44处收费站、10处服务区和28处长大隧道。

新建省级高速公路可能影响6处国家级和省级自然保护区、1处风景名胜区、4处森林公园、1处地质公园、8处集中式地表水水源地、1处水库。

省道可能影响10处国家级和省级自然保护区、14处国家级和省级风景名胜区、12处国家级和省级森林公园、6处国家级和省级地质公园、16处集中式地表水源地和9处重要水库。

2.3.2 方案二

已建省级高速公路可能影响5处国家级和省级自然保护区、2处风景名胜区、1处水库、44处收费站、10处服务区和28处长大隧道。

新建省级高速公路可能影响6处国家级和省级自然保护区、1处风景名胜区和1处水库。

省道可能影响10处国家级和省级自然保护区、14处国家级和省级风景名胜区和9处重要水库。

两个方案均参考2014年山西省统计年鉴中各地市的客运量和货运量数据，确定了其他国家级运输枢纽（长治、临汾、吕梁、运城）和3个省级运输枢纽（晋城、忻州、晋中）作为公路运输枢纽监测对象。

2.4 综合评价

根据综合评分方法对在线监测点以交通活动类型划分的两种布局方案进行排序，评选出最佳方案。

2.4.1 选定评价指标体系

以“方案重要度”作为目标层[4]，影响方案合理性的指标包括环境监测对象总数和环境监测对象密度。环境监测对象总数的影响因素主要包括环境敏感区总数、长大隧道总数、服务区和收费站总数及公路运输枢纽总数；环境监测对象密度的影响因素主要包括单位面积监测点位数和单位长度监测点位数，组成了方案综合评价体系，见图2。

图2 方案综合评价体系

2.4.2 确定各指标权重

采用yaahp软件计算各指标权重及一致性指标，结果如下：

权重向量 =（0.253 5，0.073 2，0.050 2，0.123 1，0.333 3，0.166 7），一致性指标均小于 0.1，说明评价体系具有较好的一致性，方案设计合理。

2.4.3 方案评分

由于区域内环境监测总数以及密度评价没有统一标准，本次方案评分以全国交通运输环境监测网总体规划中确定的环境敏感区、服务区、收费站、公路运输枢纽等监测对象数量等数据作为评分依据，最终确定了各指标的评分，评分的计算模型为：

式中：D为方案综合评分；ki为第i项指标权重；Pi为第i项指标评分；n为评估指标总数，见表2。

表2 山西公路交通环境在线监测点布局方案评分

2.5 评价结果

利用“方案重要度”建立了综合评价体系，包括环境监测对象总数和环境监测对象密度两个二级指标以及6个三级指标，确定了各指标权重，通过加权平均计算综合评分，确定两种方案的总评分：2.528 5（方案一）和1.646 5（方案二）。最终确定方案一作为布局方案更加科学合理。

3 结论

建立布局科学、层次合理的山西省公路交通环境监测网络，是落实生态文明建设、绿色交通发展的需要，通过环境自动在线监测可有效掌握环境污染程度，为正确应用环保措施提供正确数据支撑。

本文根据公路交通环境在线监测网络发展需求，按照环境监测对象制定方案，利用方案均匀度进行比较，确定了12处自然保护区、23处风景名胜区、22处森林公园、10处地质公园、40处集中式饮用水水源地、19处水库穿越或邻近的交通基础设施作为重点监测对象，列入山西省公路交通环境在线监测总体布局。

按照省级高速公路、省道、国家和省级公路运输枢纽交通活动类型涉及的环境敏感区总数、长大隧道总数、服务区、收费站总数、公路运输枢纽总数、单位面积监测点位数和单位长度监测点位数进行综合评价。筛选出39处收费站、10处服务区、28处长大隧道（所属高速车流量均大于15 000 pcu/d）、7个公路运输枢纽作为山西省公路交通环境在线监测网规划监测重点。

山西省公路交通运输环境在线监测网架构与布局研究，为下一步编制山西省公路交通运输环境监测网总体规划具有技术支撑作用，对推动交通运输行业“绿色发展”具有重要意义。