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原文传递基于高分遥感影像的城市道路系统物质代谢时空演变研究

论文题名：	基于高分遥感影像的城市道路系统物质代谢时空演变研究
关键词：	城市道路系统;物质流分析;生命周期分析;数据包络分析;环境效率
摘要：	随着中国经济的迅速发展，城市道路系统建筑面积成倍增长，这种增长是以大量的自然资源为代价而实现的。因此针对城市道路系统，核算其内部蕴含的物质材料清单以及研究其物质代谢是十分必要的。但是当前缺乏对于城市道路系统的物质代谢研究，物质流分析（MFA）大多是从全球性、全国性的层面开展，难以分析某个具体的城市道路系统。因此本文致力于构建城市道路系统物质代谢模型和环境影响评价体系，基于高分辨率遥感影像，建立区域性城市道路系统物质存量（MS）模型；为了分析系统内部的物质代谢时空演变规律，引入了生命周期分析（LCA）和数据包络分析（DEA）方法，建立了一套系统的城市道路系统环境效应评价方法与指标体系。　　首先，基于区域性MFA方法，使用高分遥感图像作为MFA模型的数据来源，利用全卷积神经网络对高分遥感图像进行语义分割，提取出待研究区域的道路矢量网络；将城市道路系统简化为“点-线-面”模型，根据“由下及上”的MFA方法，逐一核算系统内部物质，构建了基于高分遥感图像的区域性城市道路系统MS模型；并以南京市城市道路系统为例，揭示了南京市城市道路系统的时空演变规律。分析结果显示：1）南京市城市道路系统内部总物质存量逐年递增，由2014年的8.19亿吨增长为2021年的17.77亿吨，增长了1.17倍。2）城市道路系统40%的物质存量集中在主干道中；消耗的92%以上的建筑材料是集料碎石。3）城市道路系统物质存量主要集中在城市中心区域，并以城市快速路为骨架沿线扩张聚集。　　然后，结合已建立的城市道路系统MS模型和LCA方法论，研究了城市道路系统各种材料的原材料的开采与运输、材料的生产与加工两个阶段的环境负荷清单，继而量化各种环境影响。结果表明：1）城市道路系统产生的环境影响不断加剧，主干道造成的环境影响最严重，占比在40%以上。2）造成环境影响最严重的前三种材料分别为集料碎石、水泥、沥青，三种材料造成的环境影响占比均在80%以上。　　最后，在MFA-LCA方法的基础上，引入改进的DEA模型，建立了城市道路系统MFA-LCA-DEA方法论；提出了环境效率评价指标，定量分析了南京市的城市道路系统环境效率。结果表明：在南京市城市道路系统中，快速路的环境效率显著提升，在2018年后环境效率指数达到100%；而其他等级道路均存在环境效率低下的问题，主次干道的环境效率均低于35%，支路的环境效率为45%左右。　　本研究实现了城市道路系统物质代谢模型和环境影响评价体系构建，得到了区域层级的城市道路系统MFA模型，量化分析了城市道路系统内部环境效率，提出了环境效率相关指标。研究为评估道路网络的现状，以及优化城市道路网络设计，实施城市道路系统的可持续管理、未来规划提供了指导。
作者：	李璐
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	于斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021