基于粗糙集的旅游区道路生态恢复评价体系研究

史果香，周 彤，杜艳爽，田亚磊，乔建刚

（1.山西省公路局 阳泉分局，山西 阳泉 045000；2.河北工业大学 土木与交通学院，天津 300401）

基于粗糙集的旅游区道路生态恢复评价体系研究

史果香1，周 彤2，杜艳爽2，田亚磊2，乔建刚2

（1.山西省公路局 阳泉分局，山西 阳泉 045000；2.河北工业大学 土木与交通学院，天津 300401）

自然保护区旅游公路沿线生态恢复评价，可为生态恢复提供理论依据，从而指导动植物的生存环境建设．通过大量的实地调查和数据采集，以交通工程学、心理学、计算机科学、人机工程学等为基础，定性定量分析植被、土场、动物、环境、交通等自然保护区旅游公路沿线生态恢复影响因素，应用粗糙集理论确定各影响因素的权重值，采用级差法筛选出评价指标，构建了山西泽州猕猴自然保护旅游区道路生态恢复评价体系，为旅游区保公路生态恢复建设提供一种新的思路．

旅游区；生态恢复；评价；道路

0 引言

在公路建设快速发展的现今，道路绿化也受到高度重视．到2011年，我国已实现公路绿化长度204.45万km，占能够绿化里程的59.15%．然而，与西方发达国家相比，在道路生态学研究与实践方面还存在较大差距[1]．因此，开展旅游区道路生态恢复评价研究具有重大的研究意义．

目前，Davide通过定量分析，并结合空间斑块指数与价值功效，对线状廊道对多个生态系统破碎影响进行评价，为规划选线提供参考依据[2]．Oguz Kurdoglu与Banu Cicek Kurdoglu尝试采用定性与定量相结合的分析方法进行道路景观生态美学评价[3]．我国对道路景观的研究多注重景观设计原则和方法[4-6]，对道路生态恢复评价研究较少．道路景观研究应营造统一协调的道路环境[7]，通过开展道路沿线绿化恢复工作并建立评价体系，用以指导保护区生态恢复研究，从而完善山区道路生态景观恢复相关规范．

1 影响因素分析

1.1 基本理论

1982年，波兰数学家Paw lak第1次提出粗糙集理论，它是一种研究不完备、不确定信息，并进行数据表达、归纳的理论方法[8]，其具有强大的数据分析能力，由此得到道路沿线生态恢复后期效果影响因素，再采用级差法筛选指标，从而用于指导养护工作．

1.2 因素分析

根据道路交通环境影响评价与交通工程学，结合道路交通实际状况，将生态恢复评价分为：生态恢复、环境空气污染物恢复、声环境污染物的防治以及沿线地表等方面的影响，并对影响较大因素进行指标拟定．

1.2.1 植被

1）路侧苗木种类

通过调查与试验，采用Margalet指数反映旅游保护区道路景观绿化树种丰富度[9]：

式中：R为树种数，N为树种总数，S值与树种丰富度正相关，保护区道路树种丰富度0.904．

2）路侧苗木成活率

树木成活率是指播种或进行营养生殖繁殖苗木时成活的苗木占总量的百分数，计算公式为

式中：W为成活率，N1为成活数量，N为苗木总量．

3）路侧工程防护

生态恢复方案比预算方案减少费用13.587%，并且边坡生态优化（废旧轮胎支护）费用减少50%．

4）防护效果

结合经济性与实际性，通过采用经济效益评定，包含直接经济效益与间接效益．

1.2.2 土场

1）取弃土场距路侧距离

2）表土厚度

植被根系分布（如图1）：在0～30 cm土层急剧减少，占总根数90%；在30～50 cm土层逐渐减少；30 ～70 cm土层内根数约占总根数8%，70 cm以下土层占总根数约为2%．

路侧与土场的苗木种类与成活率算法同一致．

图1 根系分布Fig.1 Root distribution

1.2.3 动物

1）动物种群数量

保护区原有种群数量223种，受道路修建影响种类减少，虽然晋城相关林业部门采取保护措施，但仍有边坡防护不当、植被减噪性差等问题，使得沿线周边动物种群数量呈现缓慢上升趋势．

2）猕猴种群

通过相关文献与实际采集（图2），对G207线猕猴数量进行统计．

3）猕猴活动半径

猕猴活动范围与环境变换有关，保护区道路将象鼻山等处猕猴聚集较多地方阻隔，压缩其活动范围．以猕猴活动距离为半径，将其活动区域实际化，从而评价生态恢复后生物通道的合理性、猕猴活动受限性等因素，对比其他动物活动区域（表1）．

图2 调查猕猴数量Fig.2 Number of investigations macaque

表1 动物活动范围Tab.1 Animals range of activities

4）猕猴活动形式

猕猴与人类相似属于群居动物：太行山猕猴54只/群，超大型猴群约为100只，极个别为个体活动，猴群大小与栖息地环境优劣有关，如，繁殖和缺食季节集群较大，以增加安全性．

1.2.4 环境

1）地形条件

地形条件影响沿线边坡，坡度影响生态恢复如：当坡度为15°时，狗牙根和紫花苜蓿达到最优，当增大至60°时减小到75%，坡度为75°时则降至85%；而30°和45°这2个坡度下土壤养分的下降幅度相对在该范围内相对较大．

2）地质条件

保护区土质为褐土，表层腐殖质为10～30 cm，含量10～30 k/kg呈暗棕色，植物、作物根系较多；下层以蛭石和水云母为主，其余为蒙脱石高岭石，土质结构向下逐渐过渡；当厚度50～80 cm为心土层，棕褐色，结构体外间或有胶膜．

3）风速

风速通过风级量化（表2），保护区年平均风速为2.4m/s，最大风速为23m/s．

4）温度

温度影响植物生长转变，保护区选用苗木如：夜温18℃和12℃每2 h交替处理可促进蔷薇成花；臭椿在19℃时，茎、根等生长最佳．晋城年平均气温10.5℃，1月平均气温 2.7℃，7月平均气温24.1℃，10℃年积温2 800℃，年平均无霜期192.6 d．

5）降雨量

保护区属暖温带大陆性季风气候区，气象值：年均降雨量699.8mm，年最大降雨量1010.4mm（1956年）、最小降雨量295.9mm（1965年），日最大降雨量176.4mm（1956年7月30日）；积雪厚度21 cm（1971 年12月24日），年蒸发量1 806.3mm．

6）雾浓度

保护区雾浓度体现生态恢复对驾驶员行车安全功能影响：能见度＜200m，车速应60 km/h；能见度＜100m，车速应40km/h；能见度＜50m，车速20 km/h，结合雾级，建立评价指标．

表2 风速与风级表Tab.2 Wind speed and w ind scale

1.2.5 交通

1）车速

行车带来尾气、噪声等污染，这些污染直接影响沿线动植物生存．以解放C141车为例，当行驶车速远离经济车速，会增加能耗，导致尾气排放量增加（图3），加重沿线生态环境负担．

图3 车速与能源消耗试验结果Fig.3 Speed and energy consumption test results

2）车型比例

由MC5600测得交通量，车型有：摩托车、轻型客车等小型车，车流量记Q1；拖挂客车、两轴卡车、等为大型车，车流量总记Q2：

3）交通量

道路交通量带来尾气污染危害人与动物健康．交通量为300 pcu/h、400 pcu/h、450 pcu/h且对应车速为59 km/h，54 km/h，49 km/h时，交通噪声为72.9 dB，82.1 dB，86dB．当车辆负荷大且慢速行驶时，燃料不充分燃烧．废气中CO会增加（图4）．

图4 汽车尾气中CO与交通量关系Fig.4 CO and traffic relationship between vehicle exhaust

4）驾驶员视距

分析眼动仪视频：车速在64m/h时，仅能看清距离车辆24m以外的物体；车速为90 km/h时，仅能看清33m以外的物体．此外，高车速使得视距变窄，为安全行车带来不利影响，但为增大驾驶员视距而增大开挖量，沿线山体的破坏量增大．

5）交通噪声

分析采集数据：12m绿化带可降噪3～5 dB；植物重叠叶片可改变噪声直射方向，使噪声衰减20%～30%；单纯乔木片林20m以下的降噪效果不明显，40m以上的降噪效果较为明显，乔灌型片林从10m开始就有明显的作用．

2 指标权重

2.1 评价指标表

表3 旅游区道路生态恢复评价指标Tab.3 Tourist road ecological recovery evaluation index

2.2 一级指标权重

通过环境质量评估、《生态恢复与重建评估的理论与实践》将优劣等级分为[10]：优，良，一般，较差，差，记决策属性D={Ⅴ，Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ，Ⅰ}，评分范围 (100-90)，[90-80)，[80-70)，[70-60)，[60-0)；记条件属性集 {植被，土场，动物，环境，交通}=C={C1，C2，C3，C4，C5}，根据项目路段特性，论域=U= U1，U2，U3，U4，U5（表4）．

表4 生态恢复一级指标评级决策Tab.4 Tourist road ecological recovery class rating decision

根据表2数据，计算重要度应用公式为

各个指标的条件信息熵为

每个一级指标权重为

得到权重排序：交通＞环境＞植被＞动物＞土场．

2.3 二级指标权重

同一级指标计算方法，将二级指标权重及组合权重计算（表5）．

2.4 指标权重合理性检验

由指标权重熵值判断权重分布合理性：

一级指标体系权重熵值：H=0.990 9．二级指标体系权重熵值分别为：H1=0.979 9，H2=0.985 2，H3=0.980，H4=0.981 7，H5=0.977 8．均在（0.5，1）范围内，认为指标体系权重分布是合理的．

表5 各级指标权重Tab.5 All levels of index weight

2.5 指标权重筛分

采用极差法对相邻两个指标的相对变化值进行取舍：

各指标随着i、j出现明显变化，与指标的重要程度关系较大，当i=5～6以后，为峰值过后迅速下降，选用5以前的为显著性评估指标，即：车速，苗木成活率，表土厚度，动物种群数量，地形条件．由此，得到生态恢复评估体系（图6）．

图5 相邻指标间的值Fig.5 Index values between adjacent

3 结论

通过对实地调查和采集数据的分析确定了自然保护区旅游公路沿线生态恢复的影响因素；应用粗糙集理论确定了影响因素的权重值和车速、苗木成活率、表土厚度、动物种群数、地形条件等评价指标，从而构建了山西泽州猕猴自然保护旅游区道路生态恢复评价体系．为客观的对保护区生态恢复评价提供了一种理论依据，促进了旅游区沿线动植物的生长和带动山区旅游业发展．

图6 山西晋城猕猴保护区生态恢复评价体系Fig.6 Ecological restoration evaluation system of protected areas in Shanxi Jincheng macaque

[1]崔纲，王云．我国道路生态学的发展现状及趋势 [J]．公路工程，2016，41（3）：85-88．

[2]Geneletti D．Using spatial indications and value functions to assess ecosystem fragmentation caused by linear infrastructures[J]．lnternational Journal of Applied Earth Observation and Geoinfo-rmation，2004，5：1-15．

[3]Oguz Kurdoglu，Banu Cicek Kurdoglu．Determining recreation-al,scenic,and historical-cultural potentials of landscape features along a segment of the ancient Silk Road using factor analyzing[J]．Environ Monit Assess，2010（170）：99-116．

[4]郭晓魁，魏超飞，王春云．二级公路交叉口景观设计研究 [J]．河北工业大学学报，2014，43（2）：81-83．

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[10]梁晓琳．立交桥施工区安全保障技术研究 [D]．天津：河北工业大学，2013．

[责任编辑 杨 屹]

Research on the evaluation system of road ecological restoration in the tourism area based on Rough Set

SHI Guoxiang1，ZHOU Tong2，DU Yanshuang2，TIAN Yalei2，QIAO Jiangang2

(1.Yangquan Branch of Shanxi Provincial Highway Bureau,Shanxi Yangquan 045000,China;2.School of Civil Engineering and Transportation,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China)

The evaluation of ecological restoration along the tourist highway in nature reserves can provide the theoretical basis for ecological restoration,and guide the animal and plants living environment construction.After a large number of field investigation and data collection,factors like vegetation,soil,animal,environment,traffic and others that effect the ecological restoration of tourist highway in nature reserves are qualitative and quantitative analysed based on traffic engineering,psychology,computer science,and ergonomics.The weights of each influencing factor are determined by Rough Set,and the evaluation index is selected under Range method.The evaluation system which provides a new idea for the ecological restoration construction of tourist areas was used to evaluate the road restoration in Shanxi Zezhou macaques nature reserves.

tourism;ecological restoration;evaluation;road

U418.9

A

1007-2373(2015)05-0112-07

10.14081/j.cnki.hgdxb.2015.05.018

2016-09-22

国家自然科学基金（51108011）

史果香（1972-），女（汉族），高级工程师．