3S技术对交通环卫监测探究范文

1引言

香港经济自战后以来,不断稳步增长。过去20年,增长速度更快。但这种情形并不能完全反映香港的生活质量,因为随着工商业的发展及人口的增加,环境的污染亦日趋严重。80年代以来,一般公认的环境污染种类有空气污染、水质污染、噪声、污臭等。

空气污染是香港最具代表性的环境污染,普遍而且严重,较为一般人所重视。造成空气污染的主要来源如下:(1)车辆的排气;(2)工厂的灰烟;(3)民用燃料。

噪声在香港地区也很严重,对人体健康及生活环境有广泛的不良影响。噪声对人类的危害可分为身体危害、精神危害、日常生活环境的破坏以及教育环境的破坏等4类。噪声的构成,其来源是多方面的,主要来自车辆和飞机的升降,以及工厂和建筑工地。

一般所谓水质污染可分为河水水质污染和海水水质污染。前者的污染多源于工厂、农场及居民的排水,后者的污染物则以船舶所排的废油及垃圾为主。

污臭的主要来源有:(1)个人或家庭;(2)排水沟;(3)工厂和农场。

香港在发展早期并没有污染的问题,因为在当时来说,人口稀少,经济活动带来的污染有限,大自然具有足够能力化解这些污染。但随着工商业的快速发展,生产及消费过程中排出大量污染物,大自然就不能有效化解了。也就是说,在今天的香港,环境已不再是“免费”资源,它已变成稀有的经济财富。于是,香港市民应如何利用极有限的资源去给社会创造更大的财富,成为当前香港经济继续维持繁荣的一大课题〔1〕。

本文并不打算就香港所有的环境问题加以探讨,而是把注意力主要集中在与交通有关的环境问题上,特别是与空气质量、噪声水平、视效果等有关的环境参数的获取上,同时也涉及与交通有关的突发事件的监测。为此,本文的下一部分将论述与交通污染有关的几个层面的确定。第三部分主要探讨环境污染参数的获取,提出了用GPS/GIS/RS技术辅助获取环境污染参数的基本路线和方法。文章的最后一部分介绍在GPS/GIS/RS技术的基础上,构造环境分析系统的设想。

2从不同的层面看污染问题

香港的面积,包括九龙、新界及港岛,只有1066km2,而人口已超过6000000;此间工商业发达,各类生产及消费活动持续增加,大众就种种活动利用自然环境而排出各类污染物。关键是香港的地理环境山多、平地少,工商业的空间分布不平均,环境污染聚集于数个地区。总体来说,香港市区的环境问题是空气污染和噪声,与交通分布关系密切。若从交通与其它土地利用的关系看,与交通有关的环境问题大致可来自4个层面,以下分别论述。

2.1由道路网形成的流动性污染

这主要是指汽车排出的废气。香港经济活动频繁,运输需求大。1985年全港汽车共有300000余辆,至1994年底,有执照的车辆已达455000。而这些车辆运行在仅有1661km长的道路网里,也就是说每公里的道路上就有大约254辆机动车,导致在白天的高峰时间大部分道路都处于饱和状态〔2〕。以上各类型的运输工具,加上香港天桥林立,汽车在天桥桥面及桥底奔驰,道路又常常堵塞,造成道路网中空气异常污浊,噪声异常强烈。

2.2与道路网相连的区域性污染

在香港地区,有4类重要的活动场所与交通网密切相关,它们分别为商业中心、港口、机场和工业区。若以港岛的香港银行为中心,则其大致的分布范围可如表1所述。以上四类活动场所,以工业区最容易产生区域性的污染。九龙西部的工业区是荃湾、葵涌、荔枝角、长沙湾,东部则是观塘、新蒲岗、牛头角。港岛方面,接近住宅的工厂区有北角、鱼涌、箕箕湾等。因季候风通常吹向西面,所以港岛西区空气污染比较严重。

2.3与交通网有联系的某些特殊地区的污染

主要指储藏危险性物品的仓库、不适当放置的垃圾堆,以及对空气质量可能产生严重影响的焚化炉。

2.4交通网中的突发事件及其环境效应

主要指车祸、交通堵塞、有害物质的渗透或外露、水灾、火灾以及地下管线的异常对道路网产生的影响等。

环境的污染,造成公害,一般视为外界影响。所谓外界影响,是指一个人的活动,影响到其他人的福利。一个人的活动如果给他人带来利益的活,就是正外界影响,反之,则为负外界影响,环境污染即负外界影响一例。正因为如此,我们应定期地从经济学和社会学的角度,对由交通产生的环境问题加以分析。但首先应是利用最先进的技术手段,实时、准确和完整地获取大气质量、噪声水平等环境参数,并从技术的角度加以分析。

3环境污染参数的获取

前面已经提到,由交通产生的环境问题主要是空气污染和噪声。为了了解它们的现状和动态变化,有必要实时、准确和可靠地获取它们的信息。过去由于交通污染问题并不严重,因而在通常情况下,仅是利用地形图及相关图件,选择少量的点,到实地测量反映空气质量和噪声的数据。这样做不仅费时、费力、速度慢,特别是所获取的数据难以实时地管理和处理〔3〕。这种情况在污染不太严重的过去尚不至于产生严重的问题,但随着交通污染问题的日益突出,愈来愈要求大范围、经常性和连续地对环境参数进行获取,并要求有效地管理和迅速地处理。为了适应这种状况,我们提出应把遥感、地理信息系统和全球定位系统综合应用于空气质量、噪声水平等参数的获取上。RS可以提供丰富的城市交通网信息,GIS可以提供与交通网有关的空间分析与数据管理技术,而GPS可以方便地提供符合精度要求的定位数据。值得注意的是,由于香港高楼林立、天桥众多,GPS信息在某些情况下会丢失,因而可考虑将惯性测量系统与GPS组合,使其能更好地满足定位要求。上述三种技术对空气质量和噪声水平数据的获取都有作用,所以,把他们有机地结合在一起,可形成图1所示的环境参数获取技术路线。

4实况数据采集系统与环境分析系统

实况数据采集系统(LCS)主要用于环境参数的采集、组织和管理。首先是将所采集的实况数据与定位数据结合存放在实况数据库中,经过遥感图像处理系统(RPS)和地理信息系统(GIS)与图形和图像或其他信息叠合,用于环境参数的定性、定量分析及动态变化分析。在根据光谱特征及其它数据对环境状况进行分类中,如何来确定各类别的性质和定量化分析都离不开实况数据;有一些确切的信息如噪声强度、温度、大气中的有害气体含量等,仅仅依靠遥感图像是难以甚至无法确定的,因而实况采集就必不可少。由于GPS的快速定位,只要实况采集的样点密度足够或按一定剖面布设,且按一定的数学模型计算,就能形成环境实况调查图。实况数据采集系统,主要由所需采集实况类型的传感器和模/数转换器组成。传感器可以是瞬时光谱仪、红外辐射仪、温度计、酸碱度测定仪、噪声仪等。经模/数转换的数据进入计算机经软件处理将实况数据记录在文件中,再与GPS测定的坐标数据直接入库或在屏幕上与图像图形复合显示。实况采集系统结构如图2所示。为了对环境参数进行更深入的处理分析,有必要在GIS的基础上,按照用户的要求,构造环境分析系统(EAS—EnvironmentAnalysisSystem)。此系统能以一定的模式把有关数据和分析方法像积木一样地组织在一起。例如,根据环境分析要求,选择来自GPS、RS、LDB的数据,组织GIS提供的若干功能,结合EAS本身的一些专用分析功能如叠置分析、网络分析,甚至运用人工智能方法进行动态分析和预测分析,完成规定的环境分析任务。

5结语

对于香港这样的国际性大都市,由交通引起的环境污染问题越来越显得突出。为此,本文提出从四个层面分析由交通引起的污染问题,即,由道路网形成的流动性污染;与道路网相连的区域性污染;与道路网有联系的某些特殊地区的污染;交通网中的突发事件及其环境效应。为了实时、准确和可靠地获取上述四个层面的动态变化信息,本文设计了应用GPS/GIS/RS技术获取交通环境参数的技术路线。同时,为了便于交通环境实况数据的采集、管理和分析,本文还提出了交通环境实况数据采集与环境分析系统的设想。这些都为下一步继续开展这方面的工作打下了基础。

应用GPS/GIS/RS技术对香港这样的现代大都市进行交通环境监测具有重大意义,但也具有一定难度,宜从简单到复杂、从低成本到高成本逐步开展〔4〕。为此,本文提出了如下的思路:(1)先研究固定点交通污染再研究流动性交通污染;(2)对于固定点,先获取局部环境参数再获取区域环境参数;(3)对于流动性交通污染,先用单个车辆进行动态监测再用车辆组同步获取交通状况参数;(4)先实现GIS和RS的集成,再构造环境监测实况采集与分析系统。