北京回龙观地图

北京市建筑施工裸地的空间分布及扬尘效应

徐谦;李令军;赵文慧;姜磊

【摘要】北京市作为中国典型的快速城市化大城市之一,大规模的城市建设使得城

市内部存在大量的建筑施工裸地,工地扬尘效应造成了严重的大气颗粒物污染。以

北京市平原区为研究区,首先利用高分辨率卫星数据反演了建筑施工裸地的空间分

布格局,在此基础上,结合建筑施工裸地的扬尘排放因子,在空间上定量分析建筑施工

裸地的扬尘效应。结果显示,2012年全市平原区建筑施工裸地总面积为140.77

km2,主要分布在城市核心区向外拓展的城乡过渡带。建筑施工裸地的扬尘效应分

析中发现北京市平原区建筑施工裸地中TSP、PM10和PM2.5的排放量分别是

31.53、16.66、9.16万吨,并且这些污染物的排放量在城市发展新区与功能拓展区

中较高,生态涵养发展区较小。以北京市的建筑施工裸地为例,示范了以遥感为技术

手段结合污染排放因子的城市内部典型面源污染的监测和污染排放定量化,为今后

面源污染的快速准确监测开辟了新的研究思路。%Beijing,asthecapitalof

China,ischaracterizedbyhighly-developedsocio-economywithspeeding

gbuildingofthe

citytriggeredappearanceofnumerousbuildingsitesandwhichwitnesd

recentyears,deteriorationofairqualityduetoemissionofdustshasdrawn

2008,theChinegovernmenttookariesofcountermeasuresto

alleviateeffectsofbadairqualityfortheopenoftheOlympicGames,such

ascontrolofvehicleflow,consumptionoffossilfuel(particularcoal),

r,the

particulatepollutionhasstillbeenthemajorpollutantsourcealthough

ldbenotedherethatappearanceof

numerousbuildingsitesduetourbanizationtriggeredemissionofdusts

study,theEarth

obrvationtechnologyandremotensingtechniquesareudin

mappingspatialdistributionofbuildingsiteswithhighspatialresolution.

Theremotensingtechniqueandemissionfactorsarecombinedto

ngsitesacrossthe

Beijingcityareclassifiedintofivetypes:buildingdemolition,Earth-rock

allocation,mainconstruction,aftermainconstructionbeforevegetated,

andotherbare-ground,ultsindicate

that:thetotalcoverageofbuildingsitesisabout140.77km2alongthe

ngareas

undermainconstructionandEarth-rockallocationaresubjecttothe

largestandcondlargestportionswiththelargestcontributiontothe

particulatepollution;theemissionsofTSP,PM10,andPM2.5are31.53×

104,16.66×104and9.16×104tons,lutantsare

foundhigherinconcentrationintheurban-expendinganddevelopment

low-up

investigationshouldbedonebadonmulti-year/longtermmonitoring

s,afastmonitoring

systemissuggestedtobebuiltupbyurbanenvironmentalmanagement

agencyforthesakeofbetterunderstandingoftheurbanbuildingareas

andalsoitscontributionstoparticulatepollutionatdifferent

rrentstudyprovidesinsightfulviewpoints

concerningsourcesofparticulatepollutantsandongoingmonitoringand

managementoftheairqualityacrossBeijing,China.

【期刊名称】《中国环境监测》

【年(卷),期】2015(000)005

【总页数】8页(P78-85)

【关键词】北京;城市化;建筑施工裸地;扬尘;颗粒物

【作者】徐谦;李令军;赵文慧;姜磊

【作者单位】北京市环境保护监测中心，北京100048;北京市环境保护监测中心，

北京100048;北京市环境保护监测中心，北京100048;北京市环境保护监测中心，

北京100048

【正文语种】中文

【中图分类】X825;X87

当前，大气颗粒物是影响中国环境空气质量的重要污染物［1-4］。研究表明，颗

粒物开放源类是城市颗粒物污染的主要来源，土壤尘、道路尘、水泥尘等地壳源类

对中国城市大气PM10的总贡献达到50%左右，最高可达70%［5-6］。随着快

速的城市化和高强度的城市改造，建筑施工裸地的扬尘已经成为城市大气颗粒物的

重要来源之一［7-9］;同时，建筑施工过程中排放的颗粒物对工人及周边居民都有

一定的健康危害［10］，因此加强建筑施工裸地的扬尘效应研究具有重要的现实

意义［11-12］。

近年来受大规模城市建设影响，北京也出现了较严重的扬尘颗粒物污染［13-14］，

Cheng等利用污染预报模型测算出2002年北京施工扬尘对PM10浓度的贡献率

为10.7%［15］;监测结果显示2014年北京PM2.5本地污染源中，机动车、燃煤、

工业生产、扬尘为主要来源，分别占31.1%、22.4%、18.1%和14.3%［16］，

扬尘贡献不可忽视。

建筑扬尘排放以定点仪器监测形式为主，这种方式具有较高的时间分辨率，并且可

以较精确地获取不同裸地的扬尘排放情况，但需要较多的人员参与，费时费力，难

以全面展现大范围的污染源状况及分布特征，不利于大气环境质量及其污染来源的

宏观分析。随着遥感技术的快速发展，利用高分辨率遥感影像提取污染面源的数量

与分布，结合排放因子估算污染排放，不仅可以提高环境统计的精度，同时也能更

客观反映和解释大尺度的环境污染特征［17］。

研究基于高分辨率遥感数据，利用目视解译获取建筑施工裸地的空间范围和面积分

布，结合建筑施工裸地的排放因子，在空间上定量获取建筑施工裸地扬尘排放。这

在北京乃至国内也是首次尝试，将为环境统计提供新的技术手段，并为污染监管提

供数据支持。

1研究区和数据

1.1研究区域

作为京津冀地区的主要核心城市之一，北京的规划市区面积不断增加。1960年代

—1970年代，规划市区面积为440km2;1980年代已扩大到760km2，至2000

年已达到1040km2;《2004年北京城市总体规划(2004年—2020年)》将中心

城范围在2000年总体规划市区基础上又增加了回龙观与北苑北等区域，面积扩至

1085km2。规划市区面积的增加，一定程度上诠释了北京城市快速扩张的过程。

近年来，北京建筑施工面积每年都保持在1亿平方米以上，这些建筑工地主要分

布于北京市的平原地区。因此，笔者对北京市平原区建筑施工裸地的空间分布及其

扬尘效应进行了深入剖析。

1.2数据源

遥感监测主要采用2012年8—10月北京市平原区Quick-Bird卫星影像，参考

2010、2011年冬季Quick-Bird(分辨率0.61m)、WorldView-1(分辨率0.5m)、

WorldView-2(分辨率0.5m)以及GeoEye-1(分辨率0.41m)等影像。原始影像所

有的多光谱和全色数据都以国家标准航片为基础地图进行几何精校正。平原地区多

光谱数据精度纠正误差不超过0.5个像元，全色数据精度纠正误差在1个像元以内。

同时保证进行融合处理的多光谱和全色影像数据相互匹配误差不超过1个像元。

平原区建筑裸地监测满足1∶10000比例尺要求，满足1∶10000比例尺下视觉

无偏差，图斑属性及边界精度达90%以上;对建筑施工裸地面源进行解译和识别，

其中最小上图面积为800m2，生产比例尺为1∶6000～1∶7000，检查比例尺

满足1∶10000条件下边界没有明显差错。

2遥感解译与数据处理

2.1建筑施工裸地提取

根据建筑施工裸地变化的实际情况，将2012年建筑施工裸地分为拆迁平整阶段、

土石方阶段、主体施工阶段、主体完工未绿化阶段和城区其他裸地5种状态(表1)。

并在解译标识的指导下，采用人机交互解译，提取得到5种建筑施工裸地斑块。

精度评估中，分为外业精度评估与内业精度审核。外业精度评估中，针对北京市建

筑施工裸地的特点，主要从图斑误判方面来检验。在确定获取误判率的方法的过程

中，为了保证检验的客观性与准确度，外业调查图斑选取主要基于2个原则:①覆

盖所有地类;②尽可能多的涉及不确定图斑。

表1建筑施工裸地分类体系裸地类型定义解译标志实景照片拆迁平整阶段指

处于房屋拆迁及土地平整阶段的土地土石方阶段指处于挖土阶段及地基完成之前

的建筑施工裸地主体施工阶段指处于地基施工完成与建筑主体封顶之间的建筑施工

裸地主体完工未绿化阶段指房屋主体施工完成与小区未完成绿化或硬化之间的建设

施工裸地，并包括周边与该建筑施工相关的裸地城区其他裸地指五环内一年内未变

化并无植被覆盖的裸地，遥感无法判断该类裸地是否与建筑施工相关

针对北京市建筑裸地的特点并根据各区县地理分布特征，建立一条有代表性的调查

样线，对调查结果进行对比，计算误判率。误判率的计算公式为

式中:PE为误判率;NE为样线调查中各区县误判小斑数;Nn为样线调查中各区县小

斑总数。

北京市建筑裸地核查范围覆盖全市16个区县，共选取100个核查点位，拍摄395

幅数码照片;整个抽样路线一共涉及100个点，误判率为2%，漏判率为0。内业

核查中，对建筑裸地成果图斑进行随机抽样，抽样率为5%(95%的置信区间)，分

别对成果图斑的属性精度、边界精度进行检验，总体精度为95.3%。具体结果见

表2。

表2抽样精度评估表/%北京市建筑裸地专题矢量成果总斑块数/个样本数量/个

抽样率/%属性正确数量/个属性精度/%边界正确数量/个边界精度/%总体精度3

425172516998.316797.195.3

2012年北京市全社会房屋建筑施工面积为20045.4万平方米［18］，遥感解译

得到的建设施工裸地面积为14077万平方米。两者主要体现了总建筑面积与裸地

面积的差异，两者的比值即为容积率。2008年颁布的《北京市城市建设节约用地

标准(试行)》中规定了不同类型建筑用地的容积率，主要居住用地一般要求在1.6

以上，工业用地在0.8～2.5之间。建筑面积统计数据与遥感结果的比值基本是容

积率的平均情况。此外，因长期未开工导致长草的建设区，遥感解译作为非建设裸

地处理，而在统计年鉴中依然会把这部分面积统计在内，这也是导致遥感解译面积

小于统计数据的一个原因。

2.2建筑施工裸地扬尘排放因子

排放因子是用于定量估算某类污染源污染物排放量的代表性值，为单位时间、单位

距离、单位体积等情况下的污染物排放量，可定量表述污染物的排放和污染情况

［19］。国内有2种施工扬尘排放因子研究方法，分别是赵普生等［19］的

Flux—FDM法和田刚等［20］、黄玉虎等［21］的四维通量法模型。田刚等

［20］在北京多站点监测所获取的数据，利用四维通量法模型得到的北京市TSP

的施工排放因子，并根据其他学者研究获取的TSP、PM10与PM2.5的比例关系

［22-23］(PM2.5/PM10和PM2.5/TSP的平均值分别为55%和29%)，分别得

到相应的排放因子为0.492、0.26、0.143kg/(m2·30d－1)，该研究采用该类排

放因子测算扬尘排放量。

同时，了解施工扬尘空间扩散规律，对于计算施工扬尘排放量和制定扬尘控制措施

具有重要的意义。目前，未见国外相关报道，国内仅有田刚等［24］学者的相关

研究。为了能更好地从空间上分析建筑施工裸地中不同污染物排放量的分布特征，

在基于排放因子计算出每一个裸地斑块TSP、PM10、PM2.5排放量的基础上，

对斑块提取几何中心点，分别对3类颗粒物采用普通克里格方法进行空间插值，

得到2012年北京市平原区建筑施工裸地上颗粒物(TSP、PM10、PM2.5)排放强

度的空间分布图(为了提高插值精度，将延庆地区单独进行插值计算)。

3主要结果

3.1北京市建筑施工裸地的空间分布

3.1.1北京市平原区

利用高分遥感影像数据提取了北京市建筑施工裸地斑块，具体结果见图1和表3。

图1北京市2012年建筑施工裸地分布图

表3北京市2012年各区县建筑施工裸地斑块统计区县名称裸地斑块数量/个裸

地斑块面积/km2平均斑块面积/km2500.440.0087西城区761.240.016

3朝阳区56724.430.0431海淀区35215.940.0453丰台区41015.75

0.0384石景山区392.200.0564大兴区44822.390.0500通州区249

12.180.0489昌平区36916.890.0458房山区2308.870.0386顺义区

27412.950.0473门头沟区873.890.0447平谷区852.670.0314密云

县290.830.0287怀柔区552.400.0436延庆县东城区1212.050.0169

由表3可见，2012年北京市平原区建筑施工裸地面积总共为140.77km2，占全

市总面积的0.86%，占平原区面积的2.00%。平原区建筑施工裸地斑块数总量为

3441个，平均斑块面积为0.06km2。从全市的空间分布情况看，城市拓展区和

发展新区集中了大部分施工裸地;从施工阶段看，远郊的密云、怀柔、平谷、延庆

等区县土石方、主体施工比重较大，海淀、朝阳、通州、顺义、昌平等区目前正有

大片土地处于拆迁平整阶段，施工期将较长，对空气污染的影响也将持续较长时间。

北京市平原区建筑施工裸地主要分布在朝阳区、大兴区(包括亦庄)、昌平区、海淀

区和丰台区，分别为22.29、20.40、18.00、14.34、13.74km2。以上区县基

本位于城市核心区向外拓展的城乡过渡带上，是近年北京城市建设的集中区域。同

时，石景山区土石方和主体施工2阶段占建筑施工裸地总面积50%以上(图2、图

3)。

图2各区县不同施工阶段裸地面积

图32012年各功能区建筑施工裸地分布图

由图2、图3可见，各区县中，朝阳区的建筑施工用地面积最大，为22.29km2，

其次是大兴、昌平、海淀、顺义等区县;核心区的东城区、西城区城市建设已较完

善，可供开发的土地非常有限;而密云、怀柔、延庆作为生态涵养区城市开发建设

受到限制。同时总建筑施工裸地统计中，比例较大的是处于主体施工阶段和土石方

阶段，其次是完工未绿化的裸地，而拆迁平整阶段的裸地在不同区县面积所占比例

有高有低，海淀、朝阳的比例较高，东城区比例最低。

3.1.2各功能区差异

将各功能区的建筑施工裸地面积统计后，计算得到各功能区裸地面积占本区平原面

积的比例:城市功能拓展区的裸地面积比例最高，达到17.49%，这与近几年城市的

扩张关系较为密切;其次，生态涵养发展区和城市发展新区的裸地比例也较高，分

别为10.60%、8.54%，生态涵养发展区的比例较高是由于门头沟的裸地面积比例

较高，这与门头沟区的平原面积较小而城市扩张较快有关。各功能区中建筑施工裸

地斑块数量最多的是城市发展新区，为1570块，其次是城市功能拓展区，为1

368块，它们相对应的斑块面积也是最高的，城市功能核心区的裸地斑块数量最

少，这也与城市核心区开发较为完善有关(图4、表4)。

图4各功能区不同施工阶段裸地面积

表4各功能区建筑施工裸地斑块统计功能区裸地斑块数量/个斑块面积/km2平

均斑块面积/km2城市功能核心区39714.020.035981.570.016城市功能拓

展区111252.780.047城市发展新区136972.400.053生态涵养发展区

3.2北京市建筑施工裸地扬尘空间分布

3.2.1北京市及各功能区扬尘排放量

全市TSP、PM10和PM2.5的排放量分别是31.53、16.66、9.16万吨。无论是

哪种颗粒物的排放量，在城市发展新区与城市功能拓展区中均有较高的份额，2区

合计达到85%以上，生态涵养发展区、城市功能核心区的排放量则普遍较小。朝

阳区的扬尘排放量最高;其次是房地产开发较多的大兴区和昌平区，其中大兴区北

臧村镇天宫院存在大片平整裸露土地，昌平区新增建筑施工裸地中拆迁工地居多，

最大的一块拆迁地为沙河地区南一村，造成了较为严重的扬尘污染(表5)。

表52012年各区县扬尘排放量t功能区区县TSPPM10PM2.5城市功能核

心区城市功能拓展区城市发展新区生态涵养发展区总计东城区644.13340.39

187.22西城区2557.911351.74743.46朝阳区46696.8024677.1713

572.44海淀区32427.4217136.449425.04丰台区34398.1818177.909

997.85石景山区6301.043329.821831.40大兴区42295.0822351.06

12293.08通州区27782.7514681.948075.07昌平区38708.9920

455.9711250.78房山区24031.0512699.346984.63顺义区26776.41

14150.147782.57门头沟区7823.394134.312273.87平谷区8066.93

4263.012344.66密云县2707.871430.99787.04怀柔区8689.804

592.172525.69延庆县5416.622862.441574.34全市315324.37166

634.8391649.16

3.2.2不同污染物的空间分布差异

2012年北京市平原区建筑施工裸地3种颗粒物的排放强度在三环内均较低(除了

PM2.5在西城区有一小块排放强度较高的区域外)，三环-五环之间最高，并形成

围绕城市核心区的环状分布(图5)。

图5平原区建筑施工裸地PM2.5、PM10、TSP排放强度空间分布图

4结论

1)利用高分辨率卫星数据遥感解译了北京市平原区建筑施工裸地的空间分布格局，

并以此为基础，结合建筑施工裸地污染排放因子，定量测算了2012年北京市建筑

施工裸地的扬尘效应;该项工作为建筑施工扬尘测算开辟了新的研究思路。

2)遥感解译结果显示，2012年北京市平原区建筑施工裸地面积总计为140.77

km2，其中处于主体施工阶段的裸地面积最大，其次为土石方阶段，这2个施工

阶段对沙尘污染贡献较大，应予以重视。

3)从全市空间分布情况看，建筑施工裸地主要分布在城市拓展区和发展新区，以朝

阳区、大兴区、昌平区、海淀区和丰台区等区县最为集中，该区域位于城市核心区

向外拓展的城乡过渡带上，是近年来北京城市建设的集中区域。

4)2012年北京市平原区建筑施工裸地TSP、PM10和PM2.5的排放量分

别是31.53、16.66、9.16万吨，其中以城市发展新区与城市功能拓展区排放最

显著，生态涵养发展区的排放量相对较小。

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