基于GIS的火電廠選址

1、城市地理信息系統(tǒng)期末成果城市地理信息系統(tǒng)課程成果 題目：基于GIS的火電廠選址姓名：目錄1 項(xiàng)目概述31.1 選址目標(biāo)31.2 要求分析31.3 用到的軟件31.4 研究方法、指標(biāo)等32 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)42.1 分析可能用到的數(shù)據(jù)42.2 收集到的資料清單42.3 分析項(xiàng)目的步驟43進(jìn)行分析73.1環(huán)境限制分析73.2取水費(fèi)用分析113.3鐵路支線(xiàn)建設(shè)143.4煤炭運(yùn)輸173.5電廠選址的綜合評(píng)價(jià)結(jié)論194分析結(jié)果205提交成果226結(jié)論23參考文獻(xiàn)24附 錄24原數(shù)據(jù)截圖：2424礦業(yè)工程學(xué)院1 項(xiàng)目概述1.1 選址目標(biāo)某區(qū)域需建設(shè)一處火電廠，選址范圍約6000 平方千米。區(qū)域內(nèi)已有城鎮(zhèn)3 個(gè)，

2、森林公園1 處。該區(qū)域內(nèi)的煤礦為火電廠的煤炭來(lái)源。東側(cè)有湖泊，作為火電廠的冷卻水源。該區(qū)域范圍內(nèi)有鐵路主線(xiàn)3 條，需建設(shè)火電廠鐵路專(zhuān)用線(xiàn)（鐵路支線(xiàn)）1 條，用于煤炭運(yùn)輸。1.2 要求分析盡管火電廠的建設(shè)需要考慮許多因素，但是許多因素和地理位置無(wú)關(guān)，如發(fā)電設(shè)備、廠房、排放煙氣的凈化處理，等等，不予考慮。而與位置有關(guān)的因素中影響較大的有二類(lèi)：（1） 環(huán)境因素：城鎮(zhèn)、森林公園對(duì)電廠位置有限制，明顯不符合要求的位置將排除在外。（2） 經(jīng)濟(jì)因素：水源供應(yīng)、鐵路支線(xiàn)、煤炭運(yùn)輸都對(duì)電廠的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用有影響。1.3 用到的軟件ArcMap 10.1和ArcCatalog 10.1。1.4 研究方法、指標(biāo)等（

3、1） 環(huán)境。新建電廠應(yīng)和現(xiàn)有城鎮(zhèn)、森林公園保持一定距離，而且不能選在預(yù)定的范圍之外。（2） 水源。發(fā)電用水取自區(qū)域東側(cè)的湖泊，費(fèi)用與輸水距離、地形起伏有關(guān)，前者為輸水管道的建設(shè)，后者包括泵站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。（3） 鐵路支線(xiàn)。新建鐵路支線(xiàn)從現(xiàn)有鐵路主線(xiàn)出發(fā)，延伸到廠址，和取水類(lèi)似。鐵路支線(xiàn)的建設(shè)費(fèi)用除了和現(xiàn)有鐵路的距離有關(guān)，也和地形變化有關(guān)，當(dāng)?shù)匦纹露容^大時(shí)，就要增加土石方工程量，還可能修建隧道、橋梁。（4） 煤炭運(yùn)輸。煤礦到火電廠的運(yùn)輸費(fèi)用主要由距離決定，包括鐵路主線(xiàn)運(yùn)距和支線(xiàn)運(yùn)距二部分。（5） 多因子綜合。取水費(fèi)用、鐵路支線(xiàn)建設(shè)費(fèi)用、煤炭運(yùn)輸費(fèi)用可以疊加計(jì)算，得到綜合總費(fèi)用，同時(shí)也受環(huán)境因

4、素的限制，匯總后得到電廠選址的綜合評(píng)價(jià)結(jié)論。2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)2.1 分析可能用到的數(shù)據(jù)（1） 該區(qū)域基礎(chǔ)地形圖，且地形圖因包含高程因子用來(lái)確定環(huán)境因素中城鎮(zhèn)及森林公園對(duì)電廠的影響范圍以及水源的選擇，而高程因子將涉及到運(yùn)費(fèi)以及坡度的問(wèn)題；（2） 鐵路主線(xiàn)圖用來(lái)設(shè)計(jì)鐵路支線(xiàn)，以及煤炭運(yùn)輸過(guò)程中運(yùn)費(fèi)的計(jì)算。2.2 收集到的資料清單 （1） 區(qū)域范圍：多邊形，包括城鎮(zhèn)、湖泊、森林公園，以及研究范圍以外的區(qū)域。（2） 鐵路主線(xiàn)：線(xiàn)，區(qū)域內(nèi)已有鐵路主線(xiàn)。（3） 煤礦：點(diǎn)，區(qū)域內(nèi)的煤礦。（4） 地形高程：點(diǎn)，測(cè)量得到的地形高程點(diǎn)2.3 分析項(xiàng)目的步驟（1） 環(huán)境限制分析（2） 取水費(fèi)用分析區(qū)域范圍無(wú)水域、城鎮(zhèn)

5、、森林的區(qū)域距森林5公里以上區(qū)域距城鎮(zhèn)3公里以上區(qū)域允許建設(shè)電廠的區(qū)域經(jīng)過(guò)與個(gè)區(qū)域的距離分析以及重分類(lèi)經(jīng)過(guò)各個(gè)區(qū)域的疊加轉(zhuǎn)化為柵格、重分類(lèi)區(qū)域范圍（選中湖泊）取水范圍柵格區(qū)域范圍（除湖泊的可建區(qū)域）水管經(jīng)過(guò)范圍柵格經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)地形高程點(diǎn)不規(guī)則三角網(wǎng)TIN創(chuàng)建TIN按高程分類(lèi)的成本柵轉(zhuǎn)化為柵格、重分類(lèi)格柵格相乘取水成本柵格柵格計(jì)算，成本距離供水成本柵格允許建設(shè)電廠的區(qū)域取水費(fèi)用柵格柵格相乘（成本）（源）允許建設(shè)電廠的柵格區(qū)域經(jīng)轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)鐵路主線(xiàn)（線(xiàn)）鐵路主線(xiàn)柵格地面不規(guī)則三角網(wǎng)TIN坡度分析、重分類(lèi)按坡度分類(lèi)的成本柵格柵格相乘修建鐵路的成本柵格（成本）（源）成本距離分析鐵路支線(xiàn)修建費(fèi)用

6、柵格（3） 鐵路支線(xiàn)建設(shè)（4） 煤炭運(yùn)輸主線(xiàn)運(yùn)距柵格煤礦位置（點(diǎn)）（源）（成本）到達(dá)區(qū)域任意一點(diǎn)主線(xiàn)運(yùn)距柵格距離分配（源）（成本）允許建設(shè)電廠的柵格鐵路主線(xiàn)柵格主線(xiàn)運(yùn)距柵格煤炭運(yùn)輸費(fèi)用柵格柵格相加并乘以0.2（5） 標(biāo)準(zhǔn)化處理以及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果*0.15數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化鐵路支線(xiàn)建設(shè)費(fèi)用柵格*0.5結(jié)果相加允許建設(shè)電廠的區(qū)域取水費(fèi)用柵格數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化取水費(fèi)用柵格標(biāo)準(zhǔn)化鐵路支線(xiàn)建設(shè)費(fèi)用柵格*0.35煤炭運(yùn)輸費(fèi)用柵格數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化煤炭運(yùn)輸費(fèi)用柵格3進(jìn)行分析3.1環(huán)境限制分析a. 建立離開(kāi)現(xiàn)有城鎮(zhèn)3 千米以上的距離圖層。運(yùn)用菜單Selection /Select By Attributes將區(qū)域中的城鎮(zhèn)即

7、"CLASS" LIKE 'town'的區(qū)域選擇出來(lái)。按Apply確定，可以看到，地圖上3個(gè)城鎮(zhèn)多邊形進(jìn)入選擇集，按Close鍵返回。如下圖：運(yùn)用TOOL BOX中Spatial Analyst / Distance / 歐氏距離工具將區(qū)域各點(diǎn)與城鎮(zhèn)的距離以柵格數(shù)據(jù)形式表示出來(lái)。產(chǎn)生離開(kāi)現(xiàn)有城鎮(zhèn)的柵格距離圖層D_town如下圖：再運(yùn)用Spatial Analysis / Reclassify的重分類(lèi)將距離城鎮(zhèn)3千米以上的區(qū)域分離出來(lái)。如下圖：b. 建立離開(kāi)森林公園5 千米以上的距離圖層。過(guò)程與a相似。也是將森林公園區(qū)域（Select Feature）選中之后

8、，運(yùn)用TOOL BOX中Spatial Analyst / Distance / 歐氏距離工具分析區(qū)域各點(diǎn)與森林公園的距離并用柵格數(shù)據(jù)表示。產(chǎn)生離開(kāi)現(xiàn)有城鎮(zhèn)的柵格距離圖層D_forest如下圖：通過(guò)Spatial Analysis / Reclassify的重分類(lèi)將距離森林公園5千米以上的區(qū)域分離。如下圖：c. 選出可能建設(shè)的位置。將除卻水域、森林公園、城鎮(zhèn)等不可建電廠的區(qū)域選中（運(yùn)用“選擇”），并通過(guò)Conversion Tools / To Raster 將其轉(zhuǎn)化為柵格，從而配合下一步工作。如下圖：d. 將3 個(gè)圖層疊合，產(chǎn)生允許建設(shè)的位置圖層。通過(guò)Spatial Analysis / M

9、ap Algebra / Raster Calculator柵格計(jì)算器，在其中輸入：R_town * R_forest * Site，從而達(dá)到將三個(gè)圖層疊合的效果。產(chǎn)生的允許建設(shè)的位置圖層，設(shè)置名為R_site。將其作為以后分析的基本區(qū)域。產(chǎn)生的可能建設(shè)的位置如下圖：3.2取水費(fèi)用分析選用主菜單Insert /Dataframe新建一個(gè)空的數(shù)據(jù)框架“取水費(fèi)用分析”，在“環(huán)境限制分析”數(shù)據(jù)框中分別用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊圖層“區(qū)域范圍”、“地形高程”、“R_site”，在彈出的快捷菜單中選Copy，到“取水費(fèi)用分析”上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選Paste Layer，圖層“區(qū)域范圍”、“地形高程”

10、、“R_site”被分別復(fù)制到“取水費(fèi)用分析”。有關(guān)取水的分析，就在“取水費(fèi)用”數(shù)據(jù)框中進(jìn)行。鼠標(biāo)雙擊“取水費(fèi)用分析”，在“取水費(fèi)用分析”特征設(shè)置對(duì)話(huà)框的General標(biāo)簽中將Map Units和Display Units均改為Meters。冷卻水的費(fèi)用和取水距離、地形高程有關(guān)，從湖泊沿岸取水、提升、加壓，靠專(zhuān)用管道輸往電廠。由于取水口的一級(jí)泵站加壓能力有限，在輸水的過(guò)程中，當(dāng)?shù)孛娓卟畲笥?0米，就要建設(shè)升壓泵站，這就增加了輸水費(fèi)用。因此冷卻水的費(fèi)用，受輸水管的長(zhǎng)度、地形高差2個(gè)因素的影響，這是一個(gè)典型的成本距離問(wèn)題。a. 建立“源”圖層使用要素選擇按鈕 （Select Feature），使多

11、邊形“湖泊”進(jìn)入選擇集。選用菜單Spatial Analysis / Convert / FromFeatures To Raster將湖泊區(qū)域轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)，作為源數(shù)據(jù)備用。如下圖：b. 建立“成本”圖層運(yùn)用TOOL BOX中的3D Analysis Tools / 數(shù)據(jù)管理 / TIN / 創(chuàng)建TIN，將地形高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為T(mén)IN數(shù)據(jù)。如下圖：將tin轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)：TOOL BOX中的3D Analysis Tools / 轉(zhuǎn)換 / TIN轉(zhuǎn)柵格，得到柵格圖Site_elev。如下圖：高程?hào)鸥駡DSite_elev還不能直接反映水的輸送費(fèi)用，需進(jìn)行再分類(lèi)。規(guī)則為：地面高程<100 米，

12、不計(jì)高程變化帶來(lái)的額外費(fèi)用，按柵格單元的大小，每個(gè)柵格只計(jì)算1000 米的管道長(zhǎng)度，成本計(jì)為2，地面高程>100 米，高程每增加50 米，增加1個(gè)單位的成本（相對(duì)值），以此類(lèi)推。如下圖：c. 產(chǎn)生可鋪設(shè)水管的圖層將除去湖泊區(qū)域的可建區(qū)域轉(zhuǎn)化為柵格圖層。如下圖：d. 將b 和c 疊合，產(chǎn)生“成本”圖層；將b和c產(chǎn)生的圖層，柵格相乘。如下圖：e. 用距離成本計(jì)算方法產(chǎn)生取水費(fèi)用圖層Water_cost，結(jié)果如下圖所示：3.3鐵路支線(xiàn)建設(shè)鐵路支線(xiàn)的建設(shè)費(fèi)用，與冷卻水的費(fèi)用評(píng)價(jià)類(lèi)似，也靠成本距離計(jì)算。鐵路支線(xiàn)的建設(shè)不僅與鐵路的建設(shè)長(zhǎng)度有關(guān)，也與地形坡度有關(guān)。鐵路支線(xiàn)建設(shè)費(fèi)用評(píng)價(jià)在數(shù)據(jù)框“鐵路支線(xiàn)

13、建設(shè)分析”中進(jìn)行。新建數(shù)據(jù)框架“鐵路支線(xiàn)建設(shè)分析”，雙擊進(jìn)入“鐵路支線(xiàn)建設(shè)分析”的特征設(shè)置對(duì)話(huà)框，在General標(biāo)簽中將“鐵路支線(xiàn)建設(shè)分析”中的MapUnits和Display Units均改為Meters。將“環(huán)境限制分析”中圖層“鐵路主線(xiàn)”、“區(qū)域范圍”、R_site，“取水費(fèi)用分析”中的圖層tin1復(fù)制到“鐵路支線(xiàn)建設(shè)分析”中。a. 鐵路主線(xiàn)為“源”圖層；如下圖：b. 按坡度分類(lèi)確定鐵路修建的相對(duì)成本；將TIN通過(guò)坡度分析后產(chǎn)生反映區(qū)域內(nèi)地形坡度變化的要素類(lèi)。因坡度帶來(lái)的鐵路建設(shè)相對(duì)成本為：坡度百分比 相對(duì)的工程成本0-2% 12%-5% 25%-10% 310%-15% 4>1

14、5% 不合適將其重分類(lèi)后建立起按坡度分類(lèi)確定鐵路修建的相對(duì)成本圖層。如下圖：c.利用適宜建設(shè)的位置圖層排除不適宜建設(shè)的位置，產(chǎn)生“成本圖層”；鐵路和森林公園的距離不能小于5000 米，和城鎮(zhèn)的距離不能小于3000 米，不能穿越湖泊、“范圍外”，必須繞行。經(jīng)過(guò)柵格計(jì)算產(chǎn)生“成本圖層”如下圖：d. 用距離成本計(jì)算方法產(chǎn)生支線(xiàn)鐵路修建費(fèi)用圖層取名為Rail_coast，結(jié)果如下圖所示：3.4煤炭運(yùn)輸煤炭運(yùn)輸從區(qū)域內(nèi)的煤礦到火電廠，運(yùn)費(fèi)可以用距離的函數(shù)表示。煤礦本身就在鐵路主線(xiàn)附近，運(yùn)輸費(fèi)用由鐵路主線(xiàn)運(yùn)距、支線(xiàn)運(yùn)距兩部分組成。新建數(shù)據(jù)框“煤炭運(yùn)輸分析”，將“煤炭運(yùn)輸分析” 的Map Units和Dis

15、play Units均改為Meters。將“環(huán)境限制分析”中的圖層“煤礦”、“區(qū)域范圍”，“R_site”，“鐵路支線(xiàn)建設(shè)分析”中的圖層Rail_grd復(fù)制到“煤炭運(yùn)輸分析”中，操作步驟和“取水費(fèi)用分析”，“鐵路支線(xiàn)建設(shè)分析”一樣。a. 煤礦為“源”圖層，鐵路主線(xiàn)為“成本”圖層，產(chǎn)生沿主線(xiàn)的運(yùn)距圖層；如下圖：b. 用鄰近分配法將主線(xiàn)運(yùn)距值分配給周?chē)總€(gè)柵格點(diǎn)；產(chǎn)生的圖層僅僅是鐵路主線(xiàn)上的運(yùn)輸距離，還要將這一運(yùn)距的數(shù)值分配給區(qū)域內(nèi)其他柵格，使每個(gè)柵格都知道將煤炭運(yùn)到這一點(diǎn)在主線(xiàn)上花了多少運(yùn)距，在支線(xiàn)上的運(yùn)輸距離還要另外計(jì)算。使用柵格數(shù)據(jù)型的鄰近分配功能。c. 鐵路主線(xiàn)為“源”圖層，用距離成本方法

16、產(chǎn)生從主線(xiàn)到各柵格點(diǎn)的支線(xiàn)運(yùn)距圖層；如下圖：d. 主線(xiàn)運(yùn)距和支線(xiàn)運(yùn)距相加，再乘系數(shù)，產(chǎn)生煤炭運(yùn)輸費(fèi)用圖層。煤炭運(yùn)輸成本是總運(yùn)距和單位距離運(yùn)輸成本的乘積?？傔\(yùn)距是鐵路主線(xiàn)運(yùn)距和鐵路支線(xiàn)運(yùn)距之和，結(jié)果如下圖所示。3.5電廠選址的綜合評(píng)價(jià)結(jié)論以上處理得到了取水費(fèi)用、鐵路支線(xiàn)建設(shè)費(fèi)用、煤炭運(yùn)輸費(fèi)用3個(gè)單項(xiàng)分析結(jié)果圖層。這3個(gè)圖層的各自計(jì)量單位不同，相互之間的數(shù)值差異是很大的，難以相互比較，須對(duì)這三個(gè)結(jié)果作數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化處理。所謂標(biāo)準(zhǔn)化處理，是將每個(gè)圖層中所有柵格的數(shù)值，轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的、相對(duì)的比例，常用的辦法是將每個(gè)柵格單元值都轉(zhuǎn)化為01之間，處理方法有許多種，本例使用線(xiàn)性比例轉(zhuǎn)換法。對(duì)于某個(gè)給定的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

17、，用給定的初始得分除以其中的最大得分，即：Xi=1-Xi/MAXX三個(gè)費(fèi)用分析結(jié)果的數(shù)值都是越小越佳，經(jīng)以上的標(biāo)準(zhǔn)化處理后，所有數(shù)值都轉(zhuǎn)化01之間的數(shù)值，費(fèi)用越小的柵格單元，標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)值越大。新建數(shù)據(jù)框“標(biāo)準(zhǔn)化處理以及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果”，在Data Frame屬性設(shè)置對(duì)話(huà)框中，進(jìn)入General標(biāo)簽將Mapunits和Display Units均改為Meters。分步驟將“取水費(fèi)用分析”的圖層water_cost，“鐵路支線(xiàn)建設(shè)分析”的圖層rail_cost，“煤炭運(yùn)輸”的圖層trans_cost，復(fù)制到“標(biāo)準(zhǔn)化處理以及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果”中。a.供水費(fèi)用（Water_cost）標(biāo)準(zhǔn)化處理后的圖層

18、（Water_std）。目錄欄中選擇圖層Water_cost，單擊右鍵，選擇Properties，進(jìn)入圖層特性對(duì)話(huà)框。在對(duì)話(huà)框中選擇Source選項(xiàng)卡。在對(duì)話(huà)框中最后列出了有關(guān)該圖層中所有柵格數(shù)值的統(tǒng)計(jì)信息。其中有：Statistics Max 335341.65625 Max表示該圖層的最大值為335341.65625。關(guān)閉圖層特性設(shè)置對(duì)話(huà)框，選用菜單Spatial Analyst / Raster Calculator，系統(tǒng)出現(xiàn)RasterCalculator 對(duì)話(huà)框，輸入以下的計(jì)算公式：1- Water_cost /335341.65625按Evaluate按鈕，系統(tǒng)產(chǎn)生計(jì)算得到的柵格圖層Calculation，標(biāo)準(zhǔn)化以后的取水費(fèi)用圖層Water_std。如下圖b.鐵路修建費(fèi)用（Rail_cost）標(biāo)準(zhǔn)化處理后的圖層（Rail_std）。打開(kāi)圖層Rail_cost的屬性表，在目錄欄中選擇圖層Rail_cost，單擊右鍵，選擇Properties，進(jìn)入圖層特性對(duì)話(huà)框。在對(duì)話(huà)框中選擇Source標(biāo)簽。在對(duì)話(huà)框中最后列出了有關(guān)該圖層中所有柵格數(shù)值的統(tǒng)計(jì)信息。具體步驟同a得到標(biāo)準(zhǔn)化處理后的圖層（Rail_std）。如