王麗婷，李亞楠，焦卓彬

基于DEA法的城市交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究

王麗婷1，李亞楠2，焦卓彬2

（1.長(zhǎng)安大學(xué) 運(yùn)輸工程學(xué)院，陜西 西安 710064；2.長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

為了全面客觀地對(duì)城市道路交通對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，文章通過(guò)對(duì)城市交通環(huán)境的各個(gè)影響因素進(jìn)行分析，建立了城市交通環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。文章采用DEA法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并給出了DEA法的輸入、輸出指標(biāo)。最后采用案例進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，驗(yàn)證了文章提出方法的可行性和實(shí)用性。

城市交通；環(huán)境影響；評(píng)價(jià)指標(biāo)；DEA法

引言

我國(guó)城市化進(jìn)程日益加速，機(jī)動(dòng)車的保有量也直線上升。城市中噪音污染、空氣污染等環(huán)境問(wèn)題也漸漸引起了人們的關(guān)注。因此對(duì)城市交通造成的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)就顯得十分重要。

評(píng)價(jià)城市交通造成的環(huán)境影響過(guò)程中，國(guó)內(nèi)學(xué)者董小林從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)方面進(jìn)行了分層指標(biāo)體系的構(gòu)建[1]。魏婧從社會(huì)、生態(tài)和自然景觀等方面建立并分析了高速公路的環(huán)境影響因子，并采用層次分析法進(jìn)行量化[2]。張權(quán)對(duì)公路建設(shè)過(guò)程中的環(huán)境影響進(jìn)行了分析，建立了由多層指標(biāo)形成的分層指標(biāo)體系，并采用模糊評(píng)價(jià)法進(jìn)行了評(píng)價(jià)[3]。英國(guó)學(xué)者認(rèn)為公路環(huán)境影響評(píng)價(jià)分析應(yīng)該主要包括生態(tài)環(huán)境方面、對(duì)任何動(dòng)物的心理影響等[4]。加拿大學(xué)者認(rèn)為在環(huán)境影響評(píng)價(jià)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)考慮項(xiàng)目的復(fù)雜程度、規(guī)模以及對(duì)環(huán)境的潛在影響，并進(jìn)行分組評(píng)價(jià)[5]。采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（Data Envelopment Analysis，DEA）對(duì)環(huán)境影響分析的研究比較少，作為一種可以避免主觀性的評(píng)價(jià)方法，DEA法被大量應(yīng)用在教育、金融、醫(yī)療和公司績(jī)效評(píng)價(jià)等方面。因此本文擬采用DEA法對(duì)城市交通對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，并為城市規(guī)劃管理部門提出正確、合理的環(huán)境治理建議。

1 環(huán)境影響的分類及評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

1.1 環(huán)境影響評(píng)價(jià)主要因素

環(huán)境影響是指人類開(kāi)發(fā)行為可能引起的包括生物、環(huán)境、社會(huì)、物理、經(jīng)濟(jì)等系統(tǒng)在內(nèi)的改變。按照影響對(duì)象可以把環(huán)境影響分為噪聲影響、大氣影響、土壤影響等等[6]。

1.1.1汽車尾氣對(duì)大氣產(chǎn)生的影響

城市交通中汽車排放出的尾氣會(huì)對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。機(jī)動(dòng)車排放的廢氣主要包含碳?xì)浠衔?、氮氧化合物和硫化物等，以一氧化碳和氧化氮為其中代表，如一氧化碳可達(dá)到大氣總污染的65%-80%。同時(shí)我們可以注意到近些年來(lái)“霧霾”現(xiàn)象的不斷加劇，尾氣中包含的顆粒物含量也不容忽視。

1.1.2交通噪聲對(duì)環(huán)境的影響

機(jī)動(dòng)車在排放尾氣的同時(shí)，產(chǎn)生的噪聲也不容忽視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全國(guó)晝間噪聲監(jiān)測(cè)中，交通噪聲強(qiáng)度在二級(jí)以上的城市占到97.8%；而在全國(guó)夜間噪聲監(jiān)測(cè)中，交通噪聲強(qiáng)度在二級(jí)以上的比例為80.8%。交通噪聲在城市噪聲聲源中占到了30%。因此將噪聲污染的程度納入本文的評(píng)價(jià)指標(biāo)中是十分必要的。

1.1.3公路建設(shè)對(duì)土地資源的影響

城市道路的建設(shè)占用大量的土地，在建設(shè)的過(guò)程中的填方、挖方還需要大量的取、棄土場(chǎng)。這些操作將會(huì)對(duì)地表土和地表植被產(chǎn)生破壞，并會(huì)造成水土流失及泥石流等次生災(zāi)害。美國(guó)學(xué)者研究后指出，在高速公路施工過(guò)程中，如果不采取保護(hù)措施，每建設(shè)一公里公路將會(huì)沖刷大約25000噸的土。因此將城市交通對(duì)土地資源的影響納入評(píng)價(jià)指標(biāo)是非常重要的。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

1.2.1大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)

城市交通所排放出的有害氣體以一氧化碳和氮氧化物為主，本文參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[7]規(guī)定的氣態(tài)污染物排放源強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q為類氣態(tài)污染物排放源強(qiáng)度，/（.）；A為型車預(yù)測(cè)年小時(shí)交通量，輛/；E為汽車專用公路運(yùn)行工況下型車類排放物在預(yù)測(cè)年的單車排放因子，/（輛.）。

1.2.2噪聲影響評(píng)價(jià)指標(biāo)

城市道路車流不連續(xù)，受到交叉口、道路條件等影響，速度相對(duì)較慢，且周圍建筑物較多，計(jì)算比較復(fù)雜。本文依據(jù)交通運(yùn)輸部頒布的我國(guó)噪聲影響預(yù)測(cè)公式給出噪聲影響的計(jì)算方法。第類車交通噪聲計(jì)算公式如（2）所示。

式中：（L）為型車輛行駛時(shí)，預(yù)測(cè)點(diǎn)接收的小時(shí)交通噪聲值（）；L,i為型車輛的平均輻射聲級(jí)（）；N為型車輛平均小時(shí)交通量（/）；u為型車輛的平均行駛速度（/）；為L的預(yù)測(cè)時(shí)間，一般取1；△距離為型車輛行駛噪聲在距噪聲等效行車線距離為處的距離衰減量（）；△縱坡和△路面分別為縱坡和路面引起的交通噪聲修正值（）。

計(jì)算各類車輛在預(yù)測(cè)點(diǎn)處產(chǎn)生的交通噪聲值后，最終得到的噪聲預(yù)測(cè)值可以表達(dá)為式（3），模型中具體參數(shù)可以在文獻(xiàn)中查找到，這里不再贅述：

式中：（L）預(yù)為預(yù)測(cè)點(diǎn)晝間夜間環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)值（）；（L）背為預(yù)測(cè)點(diǎn)晝間夜間環(huán)境噪聲背景值（）。

1.2.3土地資源影響評(píng)價(jià)指標(biāo)

城市道路的修建會(huì)砍伐大量樹(shù)木，占用農(nóng)田，這將會(huì)增加水土流失量。因此，將新增水土流失量作為衡量道路建設(shè)對(duì)土地資源影響的指標(biāo)。新增水土流失量按下列公式計(jì)算。

式中：△為擾動(dòng)地表新增水土流失量（）；F為某時(shí)段某單元的預(yù)測(cè)面積（2）；△M為某時(shí)段某單元的新增土壤侵蝕模數(shù)（/2.），只計(jì)正值，負(fù)值按0計(jì)；T為某時(shí)段某單元的預(yù)測(cè)時(shí)間（）；為預(yù)測(cè)單元（=1、2、3……）；為預(yù)測(cè)時(shí)段（=1、2、3）。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

依據(jù)DEA法指標(biāo)選取法則，輸入變量以成本型指標(biāo)為宜，輸出變量以效益型指標(biāo)為宜。建立城市交通對(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 城市交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 城市交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)DEA模型

2.1 DEA模型介紹

DEA法主要是通過(guò)保持決策單元（Decision Making Units，DMU）的輸入或者輸出不變，借助數(shù)學(xué)規(guī)劃以及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定出相對(duì)有效的生產(chǎn)前沿面，然后將決策單元投影到生產(chǎn)前沿面上，并比較決策單元偏離生產(chǎn)前沿面的程度來(lái)評(píng)價(jià)它們的相對(duì)有效性。DEA法的評(píng)價(jià)過(guò)程以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)的輸入輸出之間加入任何函數(shù)來(lái)限定[8]。

DEA法具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）DEA以決策單元各輸入、輸出的權(quán)重為變量，避免確定各指標(biāo)在優(yōu)先意義下的權(quán)重。

（2）如果輸入變量和輸出變量確實(shí)存在某種關(guān)系，使用DEA法不必確定這種關(guān)系的顯性表達(dá)式。

（3）DEA法最突出的優(yōu)點(diǎn)是，可以不必進(jìn)行權(quán)重假設(shè)，變量的權(quán)重都并非評(píng)價(jià)者主觀認(rèn)定，因此DEA法具有很強(qiáng)的客觀性特點(diǎn)。

2.2 模型建立

假設(shè)共有n條被評(píng)價(jià)道路，即3.1中的決策單元，用x表示第條道路的第個(gè)輸入指標(biāo)值；y表示第0條道路地輸出指標(biāo)值，從而推出第條道路的評(píng)價(jià)指標(biāo)由以下CRR模型決定。

式中：

v為第個(gè)輸入指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；

u為第個(gè)輸出變量的權(quán)重系數(shù)。

令=1/Vx0，=，則有wx0=1。因此，可以將上述模型變形為線性規(guī)劃模型P。問(wèn)題P的對(duì)偶問(wèn)題如式（6）：

當(dāng)θ0=1且S0+= S0-=0時(shí)，則評(píng)價(jià)對(duì)象0為DEA有效，評(píng)價(jià)對(duì)象同時(shí)為技術(shù)有效和規(guī)模有效；當(dāng)θ0=1但至少某個(gè)輸入或輸出大于零，則評(píng)價(jià)對(duì)象為弱DEA有效；當(dāng)θ0＜1時(shí)，評(píng)價(jià)對(duì)象不是DEA有效。

3 案例驗(yàn)證

現(xiàn)對(duì)X市市區(qū)內(nèi)的5條市區(qū)道路進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)，分別在5條道路上取100米長(zhǎng)路段作為決策單元進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中對(duì)于大氣和噪聲污染的檢測(cè)，在路段上每隔20米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，連續(xù)測(cè)量12小時(shí)并將數(shù)據(jù)取平均值。通過(guò)對(duì)這5個(gè)路段進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和調(diào)查整理工作，獲得了各輸入輸出指標(biāo)數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)值見(jiàn)表2。

表2 各路段評(píng)價(jià)指標(biāo)值

借助DEAP2.1軟件對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可以得到DEA分析結(jié)果，如表3所示。

表3 各路段DEA有效性及綜合排序表

根據(jù)DEAP2.1軟件得出的計(jì)算結(jié)果，可以得出各個(gè)決策單元的目標(biāo)值，即達(dá)到有效時(shí)的值，見(jiàn)表4。

表4 各路段評(píng)價(jià)指標(biāo)目標(biāo)值

通過(guò)對(duì)表2、3、4的分析我們可以得出以下結(jié)論：

（1）路段C和D的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)θ0=1，是DEA有效的，說(shuō)明這兩條道路對(duì)環(huán)境的不良影響較小，達(dá)到了DEA效率指標(biāo)。同時(shí)，從輸出指標(biāo)來(lái)看我們可以看出，其對(duì)環(huán)境影響所相對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率以及道路污染的治理投資也是比較理想的。

（2）表4包含了原本DEA無(wú)效的A、B、E路段，在DEA有效前沿面上為DEA有效時(shí)的目標(biāo)指標(biāo)值。通過(guò)分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，路段A的道路污染治理投資額實(shí)際值與目標(biāo)值相差約20萬(wàn)元，其治理投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因而政府需要加強(qiáng)污染治理的經(jīng)費(fèi)；路段B和E的NOX排放源強(qiáng)度較目標(biāo)值偏離過(guò)大，需要采取限制車流量等措施減少NOX的排放。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從城市交通尾氣排放、噪音污染和土地資源流失三個(gè)方面對(duì)城市交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了建立，并采用DEA法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了有效性的計(jì)算與分析。利用案例對(duì)本文提出的方法進(jìn)行驗(yàn)證，給出了案例路段的環(huán)境影響DEA效率值，以及各個(gè)路段的各個(gè)指標(biāo)的目標(biāo)值，并加以分析給出了治理建議。

[1] 董小林.公路建設(shè)項(xiàng)目全程環(huán)境管理體系研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2008,21(1).

[2] 魏婧.公路工程項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與量化模型綜合評(píng)價(jià)[D].山東大學(xué), 2013.

[3] 張權(quán),吳瑩.公路建設(shè)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)探析[J].能源與環(huán)境,2015(1).

[4] Walker G. Environmental justice, impact assessment and the politics of knowledge:The implications of assessing the social distribution of environmental outcomes[J].Environmental Impact Assessment Review,2010,30(5):312-318.

[5] Tavares D H, Padgett J E, Paultre P. Fragility curves of typical as- built highway bridges in eastern Canada[J].Engineering Structures, 2012, 40(none):107-118.

[6] 付亞君.基于雙層DEA法的高速公路環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究[D].2015.

[7] 交通部公路科學(xué)研究所,中華人民共和國(guó)交通部.中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):公路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)規(guī)范(試行)JTJ 005-96[M]. 人民交通出版社,1999.

[8] 蔣金亮,宋瑞,李晉等.基于DEA的城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)[J].交通信息與安全,2011,29(3).

Research on Urban Traffic Environmental Impact Assessment Based on DEA Method

Wang Liting1, Li Ya’nan2, Jiao Zhuobin2

( 1.College of Transportation Engineering, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064; 2.College of Automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

In order to comprehensively and objectively evaluate the environmental impact of urban traffic, this paper established a comprehensive evaluation index system for urban traffic environment through analyzing various factors and combining the characteristics of urban traffic environment. In this paper, the DEA method is used to comprehensively evaluate the indicators, and the input and output indicators of the DEA method and their weights are given. Finally, an example is used to evaluate the feasibility and practicability of the proposed method.

Urban transportation; Environmental impact assessment; DEA method; Evaluation index

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.059

U113

A

1671-7988(2021)04-192-04

U113

A

1671-7988(2021)04-192-04

王麗婷（1995-），女，碩士研究生，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)運(yùn)輸工程學(xué)院，研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理；李亞楠（1996-），女，碩士研究生，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，研究方向：載運(yùn)工具運(yùn)用工程。