基于DEA法的城市交通环境影响评价研究

王丽婷，李亚楠，焦卓彬

基于DEA法的城市交通环境影响评价研究

王丽婷1，李亚楠2，焦卓彬2

（1.长安大学 运输工程学院，陕西 西安 710064；2.长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）

为了全面客观地对城市道路交通对环境的影响进行评价，文章通过对城市交通环境的各个影响因素进行分析，建立了城市交通环境的综合评价指标体系。文章采用DEA法对指标进行综合评价，并给出了DEA法的输入、输出指标。最后采用案例进行评价研究，验证了文章提出方法的可行性和实用性。

城市交通；环境影响；评价指标；DEA法

引言

我国城市化进程日益加速，机动车的保有量也直线上升。城市中噪音污染、空气污染等环境问题也渐渐引起了人们的关注。因此对城市交通造成的环境影响进行评价就显得十分重要。

评价城市交通造成的环境影响过程中，国内学者董小林从经济、环境和社会方面进行了分层指标体系的构建[1]。魏婧从社会、生态和自然景观等方面建立并分析了高速公路的环境影响因子，并采用层次分析法进行量化[2]。张权对公路建设过程中的环境影响进行了分析，建立了由多层指标形成的分层指标体系，并采用模糊评价法进行了评价[3]。英国学者认为公路环境影响评价分析应该主要包括生态环境方面、对任何动物的心理影响等[4]。加拿大学者认为在环境影响评价过程中，应当考虑项目的复杂程度、规模以及对环境的潜在影响，并进行分组评价[5]。采用数据包络分析法（Data Envelopment Analysis，DEA）对环境影响分析的研究比较少，作为一种可以避免主观性的评价方法，DEA法被大量应用在教育、金融、医疗和公司绩效评价等方面。因此本文拟采用DEA法对城市交通对环境的影响进行评价，并为城市规划管理部门提出正确、合理的环境治理建议。

1 环境影响的分类及评价指标的选取

1.1 环境影响评价主要因素

环境影响是指人类开发行为可能引起的包括生物、环境、社会、物理、经济等系统在内的改变。按照影响对象可以把环境影响分为噪声影响、大气影响、土壤影响等等[6]。

1.1.1汽车尾气对大气产生的影响

城市交通中汽车排放出的尾气会对大气环境产生很大的影响。机动车排放的废气主要包含碳氢化合物、氮氧化合物和硫化物等，以一氧化碳和氧化氮为其中代表，如一氧化碳可达到大气总污染的65%-80%。同时我们可以注意到近些年来“雾霾”现象的不断加剧，尾气中包含的颗粒物含量也不容忽视。

1.1.2交通噪声对环境的影响

机动车在排放尾气的同时，产生的噪声也不容忽视。据统计，在全国昼间噪声监测中，交通噪声强度在二级以上的城市占到97.8%；而在全国夜间噪声监测中，交通噪声强度在二级以上的比例为80.8%。交通噪声在城市噪声声源中占到了30%。因此将噪声污染的程度纳入本文的评价指标中是十分必要的。

1.1.3公路建设对土地资源的影响

城市道路的建设占用大量的土地，在建设的过程中的填方、挖方还需要大量的取、弃土场。这些操作将会对地表土和地表植被产生破坏，并会造成水土流失及泥石流等次生灾害。美国学者研究后指出，在高速公路施工过程中，如果不采取保护措施，每建设一公里公路将会冲刷大约25000吨的土。因此将城市交通对土地资源的影响纳入评价指标是非常重要的。

1.2 评价指标的选取

1.2.1大气环境影响评价指标

城市交通所排放出的有害气体以一氧化碳和氮氧化物为主，本文参考国家标准[7]规定的气态污染物排放源强度公式进行计算。

式中：Q为类气态污染物排放源强度，/（.）；A为型车预测年小时交通量，辆/；E为汽车专用公路运行工况下型车类排放物在预测年的单车排放因子，/（辆.）。

1.2.2噪声影响评价指标

城市道路车流不连续，受到交叉口、道路条件等影响，速度相对较慢，且周围建筑物较多，计算比较复杂。本文依据交通运输部颁布的我国噪声影响预测公式给出噪声影响的计算方法。第类车交通噪声计算公式如（2）所示。

式中：（L）为型车辆行驶时，预测点接收的小时交通噪声值（）；L,i为型车辆的平均辐射声级（）；N为型车辆平均小时交通量（/）；u为型车辆的平均行驶速度（/）；为L的预测时间，一般取1；△距离为型车辆行驶噪声在距噪声等效行车线距离为处的距离衰减量（）；△纵坡和△路面分别为纵坡和路面引起的交通噪声修正值（）。

计算各类车辆在预测点处产生的交通噪声值后，最终得到的噪声预测值可以表达为式（3），模型中具体参数可以在文献中查找到，这里不再赘述：

式中：（L）预为预测点昼间夜间环境噪声预测值（）；（L）背为预测点昼间夜间环境噪声背景值（）。

1.2.3土地资源影响评价指标

城市道路的修建会砍伐大量树木，占用农田，这将会增加水土流失量。因此，将新增水土流失量作为衡量道路建设对土地资源影响的指标。新增水土流失量按下列公式计算。

式中：△为扰动地表新增水土流失量（）；F为某时段某单元的预测面积（2）；△M为某时段某单元的新增土壤侵蚀模数（/2.），只计正值，负值按0计；T为某时段某单元的预测时间（）；为预测单元（=1、2、3……）；为预测时段（=1、2、3）。

1.3 评价指标体系的建立

依据DEA法指标选取法则，输入变量以成本型指标为宜，输出变量以效益型指标为宜。建立城市交通对环境影响的评价指标体系，如表1所示。

表1 城市交通环境影响评价指标体系

2 城市交通环境影响评价DEA模型

2.1 DEA模型介绍

DEA法主要是通过保持决策单元（Decision Making Units，DMU）的输入或者输出不变，借助数学规划以及统计数据确定出相对有效的生产前沿面，然后将决策单元投影到生产前沿面上，并比较决策单元偏离生产前沿面的程度来评价它们的相对有效性。DEA法的评价过程以数据为基础，无需对系统的输入输出之间加入任何函数来限定[8]。

DEA法具有如下几个特点：

（1）DEA以决策单元各输入、输出的权重为变量，避免确定各指标在优先意义下的权重。

（2）如果输入变量和输出变量确实存在某种关系，使用DEA法不必确定这种关系的显性表达式。

（3）DEA法最突出的优点是，可以不必进行权重假设，变量的权重都并非评价者主观认定，因此DEA法具有很强的客观性特点。

2.2 模型建立

假设共有n条被评价道路，即3.1中的决策单元，用x表示第条道路的第个输入指标值；y表示第0条道路地输出指标值，从而推出第条道路的评价指标由以下CRR模型决定。

式中：

v为第个输入指标的权重系数；

u为第个输出变量的权重系数。

令=1/Vx0，=，则有wx0=1。因此，可以将上述模型变形为线性规划模型P。问题P的对偶问题如式（6）：

当θ0=1且S0+= S0-=0时，则评价对象0为DEA有效，评价对象同时为技术有效和规模有效；当θ0=1但至少某个输入或输出大于零，则评价对象为弱DEA有效；当θ0＜1时，评价对象不是DEA有效。

3 案例验证

现对X市市区内的5条市区道路进行环境影响评价，分别在5条道路上取100米长路段作为决策单元进行评价，其中对于大气和噪声污染的检测，在路段上每隔20米设置一个监测点，连续测量12小时并将数据取平均值。通过对这5个路段进行数据收集和调查整理工作，获得了各输入输出指标数据，具体数据值见表2。

表2 各路段评价指标值

借助DEAP2.1软件对上述数据进行计算，可以得到DEA分析结果，如表3所示。

表3 各路段DEA有效性及综合排序表

根据DEAP2.1软件得出的计算结果，可以得出各个决策单元的目标值，即达到有效时的值，见表4。

表4 各路段评价指标目标值

通过对表2、3、4的分析我们可以得出以下结论：

（1）路段C和D的综合评价指数θ0=1，是DEA有效的，说明这两条道路对环境的不良影响较小，达到了DEA效率指标。同时，从输出指标来看我们可以看出，其对环境影响所相对应的经济增长率以及道路污染的治理投资也是比较理想的。

（2）表4包含了原本DEA无效的A、B、E路段，在DEA有效前沿面上为DEA有效时的目标指标值。通过分析，我们可以发现，路段A的道路污染治理投资额实际值与目标值相差约20万元，其治理投资远远不够，因而政府需要加强污染治理的经费；路段B和E的NOX排放源强度较目标值偏离过大，需要采取限制车流量等措施减少NOX的排放。

4 结语

本文从城市交通尾气排放、噪音污染和土地资源流失三个方面对城市交通环境影响评价指标体系进行了建立，并采用DEA法对评价指标进行了有效性的计算与分析。利用案例对本文提出的方法进行验证，给出了案例路段的环境影响DEA效率值，以及各个路段的各个指标的目标值，并加以分析给出了治理建议。

[1] 董小林.公路建设项目全程环境管理体系研究[J].中国公路学报, 2008,21(1).

[2] 魏婧.公路工程项目环境影响评价指标体系与量化模型综合评价[D].山东大学, 2013.

[3] 张权,吴莹.公路建设生态环境影响评价探析[J].能源与环境,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] 付亚君.基于双层DEA法的高速公路环境影响评价研究[D].2015.

[7] 交通部公路科学研究所,中华人民共和国交通部.中华人民共和国行业标准:公路建设项目环境影响评价规范(试行)JTJ 005-96[M]. 人民交通出版社,1999.

[8] 蒋金亮,宋瑞,李晋等.基于DEA的城市道路交通拥堵评价[J].交通信息与安全,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

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王丽婷（1995-），女，硕士研究生，就读于长安大学运输工程学院，研究方向：交通运输规划与管理；李亚楠（1996-），女，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院，研究方向：载运工具运用工程。