0 引言

近年来，北京市机动车保有量迅猛增长，城市交通需求与城市生态环境建设之间的矛盾日益凸显。在交通可持续发展的要求下，城市交通既要满足城市系统的交通需求，同时又必须符合资源环境的客观约束，而城市交通可持续发展的规划和建设在一定程度上取决于是否建立了分析和评价城市交通超越可持续发展“度”的警示机制与体系。交通环境承载力是衡量城市交通可持续发展的一个关键指标，是制定城市交通规划和交通政策的依据和基础。

承载力作为可持续发展的阈值条件在诸多领域都得到深入研究，而在城市交通方面却是一个新的课题^[1-9]。目前，国内关于交通环境承载力的研究尚不成熟，交通环境承载力实证研究还在探索阶段，其研究方法也多继承了资源环境承载力的研究方法，如灰色系统方法，系统动力学方法、模糊理论、层次分析法、熵权法等。如刘志硕等基于系统动力学理论提出了交通环境承载力动态计算方法，并进行了相关的实证研究^[4-5]；高桂凤等采用相对剩余容量模型对上海市交通环境污染承载力进行了评价^[6]；李晓伟等基于AHP-熵复合物元对北京市交通可持续发展进行了评价^[7]；李荣等使用多元回归分析模型对北京市机动车保有量进行了预测，并再此基础上对北京市路网承载力进行了定量分析^[8]；蒋恵园建立了基于模糊物元的交通资源环境承载预测模型^[9]等。

上述研究丰富和发展了交通环境承载力的理论与方法，但是大多数研究仅从交通环境承载力的某一方面考虑，如路网承载力，资源承载力、环境污染承载力等。而交通环境是一个复杂系统，交通环境综合承载力包括了交通环境污染承载力、交通环境资源承载力、交通环境经济承载力和交通环境心理承载力^[10-11]，从单一方面进行衡量有失偏颇；另外，这些研究多侧重对交通环境承载力变化的评价，而忽视了引起变化的根源—障碍因素的识别。

鉴于交通环境承载力评价中各个指标的模糊性，文中引入熵值理论与模糊物元分析方法相结合的熵权模糊物元模型，从交通环境资源承载力和交通环境污染承载力及交通环境经济承载力3个方面判别交通环境承载力的承载状态，并引入障碍度分析模型对北京市交通环境承载力障碍因子进行诊断与分析，为北京市城市生态交通规划提供依据。

1 数据来源与研究方法 1.1 数据来源

文中数据主要来自于2008—2015年《中国统计年鉴)》、《中国环境统计年报》、《中国城市统计年鉴》及《北京市统计年鉴》。

1.2 研究方法 1.2.1 模糊物元理论

假定事物名称为M，它关于特征C的量值是υ，则描述事物的基本元为有序三元组R=(M，C，υ)即为物元。如果量值υ具有模糊性，即为模糊物元。事物M有n个特征C₁，C₂，…，C_n及其相应的量值x₁，x₂，…，x_n，则称R为n维模糊物元。m个事物的n维物元组合在一起构成m个事物的n维复合模糊物元矩阵R_mn，即：

(1)

在确定模糊物元的基础上，结合预警临界值标准，对交通环境承载力模糊物元矩阵进行标准化处理，得到标准模糊物元矩阵。以越大越优型指标为例^[11-12]，见表 1。

同理，计算越小越优型指标，得到n×m维标准模糊物元R_ij。

1.2.2 基于熵权法的指标权重的构建 1.2.2.1 归一化处理

为了提高决策过程的客观性，利用熵权理论对以上各指标构成的模糊物元矩阵进行归一化处理^[7]：

效益型指标：

(2)

成本型指标：

(3)

式中，ξ_ij为标准化指标；max_uij，min_uij分别为各评价样本中第j项指标所对应的u_ij的最大值和最小值。

1.2.2.2 利用关联熵确定各指标的权重系数

根据熵的定义，m个评价事物n个评价指标，可以确定评价指标的熵为：

(4)

式中f_ij为第i年份第j项指标的比重，其中，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；

(5)

那么第i项指标所对应的权重系数为：

(6)

1.2.3 综合交通环境承载力预警模型的构建

根据标准模糊物元R_ij和指标权重系数w_i，得到交通资源环境承载力的综合预警模型：

(7)

根据预警标准判断，M样本的交通环境承载力综合预警度。

1.2.4 交通环境承载力障碍因子诊断

为了识别制约北京市交通环境承载力的障碍因素，引入因子贡献度(I_j)、指标偏离度(J_ij)、障碍度(M_ij，N_ij)3个指标进行障碍因子诊断。障碍度计算模型如下^[13-14]：

(8)

(9)

式中，w_i为各指标权重；J_ij为第i年第j个指标与交通环境承载力安全值的差距即不安全指数；M_ij为第i年各单项指标对该年交通环境承载力的障碍度；N_ij为准则层指标障碍度。

2 评价指标体系构建及阈值确定

由于交通环境心理承载力不是当前阶段交通环境承载力的主要矛盾，文中从交通环境资源承载力和交通环境污染承载力及交通环境经济承载力3个方面考虑，构建北京市交通环境承载力综合评价指标体系。

交通环境资源承载力水平主要取决于交通运输基础设施供给能力、运输网络完善程度及交通运输服务水平等^{[11, 17]}。由人均城市道路面积、高等级公路所占比例、每万人拥有公共交通车辆、机动车保有量密度、公共交通线路密度、建成区路网密度6项指标来衡量。交通环境污染承载力体现环境容纳交通系统排放的污染物达到最大量时，所支持的交通系统的发展规模。其承载力取决于交通环境污染强度和交通系统环保措施两个方面^{[11, 17]}。其中，交通环境污染主要为大气污染和噪声污染。文中以可吸入颗粒物年日均值、二氧化硫年日均值、二氧化氮年日均值来衡量城市交通所带来的大气污染程度；以交通噪声等效声级来衡量交通噪声污染程度。交通系统环保措施主要以城市绿化覆盖率表示。交通环境经济承载力包括交通基建基金和用于补偿交通环境不良影响的资金以及居民的经济承受力比例3部分^{[11, 17]}，分别用交通运输财政支出比例、环境保护财政支出比例及人均GDP水平来表示。

参考前人研究并结合北京市城市交通实际情况，借鉴《城市道路交通管理评价指标体系(2012年版)》、《城市道路规划实际规范GB 50220—95》、《环境空气质量标准(GB 3095—2012)》、《交通干线环境噪声排放标准(征求意见稿)》、世界银行对各国收入的分级的标准(2014) 及相关研究成果^[15-18]对各个评价指标的预警标准临界值进行设定。标准预警指数按[0, 10]区间等间距进行级别划分，以S1, S2和S3为指标的预警标准临界值，将交通资源环境承载力分为安全、轻度预警、中度预警和重度预警4个级别。

综上得到交通环境综合承载力指标体系及各指标的临界值标准，见表 2。本研究以公路交通环境为主要研究对象，暂不考虑铁路运输和航空运输对城市交通承载力的影响。

3 北京市交通环境承载力动态评价及障碍因子诊断结果 3.1 北京市交通环境承载力动态评价

根据表 2所确定的交通环境承载力指标，构建北京市交通环境承载力模糊物元模型，依据各指标的预警标准，运用预警指数公式对各指标数据进行标准化得到新的标准模糊物元R_ij，见式(10)。

利用关联熵计算交通资源环境承载力各项指标的权重，计算结果为式(11)：

(10)

(11)

最终，由式(6) 得到北京市2007—2014年交通环境综合承载力的预警指数。同理，可分别求得交通环境资源承载力、交通环境污染承载力和交通环境经济承载力的预警结果，见表 3。

由表 3可知，从2007—2014年北京市交通环境综合承载力有所提升，但预警指数始终处于中度预警区间，北京市交通环境综合承载力压力依然很大。从交通环境承载力的3个分量的预警结果来看，交通环境污染承载力问题最为突出，其次是交通环境资源承载力和交通环境经济承载力。交通环境污染承载力的预警值已接近重度预警区间，近年来北京市交通环境污染承载力水平有所提升，但交通环境污染形势依然很严峻。同时，交通环境资源承载力的预警指数有逐年增加的趋势。虽然近年来，北京市交通运输基础设施供给能力、运输网络完善程度及交通运输服务水平都在不断提高，但是与此同时，城市交通需求也在迅猛增长。2007—2014年，北京市机动车保有量增加了344万辆，平均每年增加近50万辆；北京市常住人口增加了659万。交通需求增长速度大于交通资源的供给能力的提升速度，使得北京市交通环境资源承载力压力越来越大。而相对于压力较大的交通环境污染承载力和交通环境资源承载力，北京市交通环境经济承载力水平逐年提升，到2014年北京市交通经济承载力已进入安全预警区间，城市交通可持续发展与经济承载力之间的矛盾基本解决。

3.2 北京市交通环境承载力障碍因子诊断

在北京市交通环境承载力综合评价的基础上，通过式(8) 和式(9)，对北京市交通环境承载力障碍因子进行分析，得到各单项指标对该年交通环境承载力的障碍度及准则层指标障碍度，见表 4。

指标层障碍度的结果显示，北京市交通环境综合承载力的主要障碍因子包括可吸入颗粒物年日均值、二氧化氮年日均值、交通噪声等效声级、机动车保有量密度、建成区路网密度、人均城市道路面积、公共交通线路密度。从主要障碍因子的变化来看, 见图 1，机动车保有量密度的障碍度逐年递增，已成为影响北京市交通环境承载力的最主要的障碍因子；可吸入颗粒物年日均值、二氧化氮年日均值、交通噪声等效声级这几个交通环境指标的障碍度始终持续在较高水平，障碍度均大于10%，说明交通环境污染压力依然是限制北京市交通环境可持续发展的主要因素；而人均城市道路面积、建成区路网密度和公共交通线路网密度的障碍度呈下降趋势。

对准则层障碍度进行诊断，见图 2。结果显示，交通环境资源承载力和交通环境污染承载力是北京市城市交通可持续发展的主要障碍因素，两者对交通环境综合承载力的障碍度累计达90%以上，尤其是交通环境资源承载力的障碍度近年来有逐年攀升的趋势，2009年之后，交通环境资源承载力超过交通环境污染承载力成为限制北京市交通环境综合资源承载力最大的障碍因素，而交通环境经济承载力对交通环境综合承载力的制约作用越来越弱。

4 结论

(1)2007—2014年北京市交通环境综合承载力水平有所提升，但提升幅度不大。从北京市交通环境综合承载力的3个分量来看：北京市交通环境污染承载力水平最低，已接近重度预警区间，近年来虽有所改善，但形势依然严峻；交通环境资源承载力始终处于中度预警区间，并且呈现逐步恶化的趋势；而交通环境经济承载力已逐步进入安全预警区间，交通可持续发展与经济承载力之间的矛盾基本解决。交通环境污染承载力和交通环境资源承载力是制约北京市交通可持续发展的瓶颈问题。

(2) 指标层障碍度诊断结果表明，制约北京市交通环境综合承载力水平的障碍因子主要集中在交通环境污染承载力指标和交通环境资源承载力指标中。探究近十年来主要障碍因子的变化，可以发现近年来，机动车保有量密度对北京市交通环境综合承载力的障碍度逐年攀升，到2014年机动车保有量密度指标对北京市交通环境综合承载力的障碍度达到32.36%，远超过其他因子对交通环境承载力的影响，成为制约北京市交通环境可持续发展最主要的障碍因子。

(3) 城市汽车保有量激增与路网密度不相符势必造成交通拥堵，而交通拥堵又会加剧交通环境污染问题。因此，解决北京市交通环境可持续发展问题的关键在于解决汽车保有量与城市道路供给之间的矛盾。由于道路扩张最终会受到土地资源的限制，不可能无限扩张，因此在加强城市路网建设的同时，更应该关注城市路网优化策略，引入先进的交通管理机制，利用新的技术手段，如地理信息系统技术、定位技术、导航技术、现代无线通信技术等对交通流进行实时疏导，最大限度地提高路网资源的利用效率。同时，要从源头控制北京市汽车保有量，从政策上限制机动车的使用强度。

(4) 基于模糊物元理论和熵权法构建的交通环境承载力预警模型，克服了交通环境承载力研究中单因素分析的局限性，较为全面地反映了交通环境综合承载力水平。熵权模糊物元模型与障碍度分析相结合，能够更为深入地剖析交通环境承载力的状态及障碍因子，为交通环境承载力评价及对策研究提供依据，具有较强的适用性和可操作性。