根据GIS的火电厂选址.docx

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根据GIS的火电厂选址

城市地理信息系统课程成果

题目：

基于GIS的火电厂选址

姓名：

1项目概述

1.1选址目标

某区域需建设一处火电厂，选址范围约6000平方千米。

区域内已有城镇3个，森林公园1处。

该区域内的煤矿为火电厂的煤炭来源。

东侧有湖泊，作为火电厂的冷却水源。

该区域范围内有铁路主线3条，需建设火电厂铁路专用线（铁路支线）1条，用于煤炭运输。

1.2要求分析

尽管火电厂的建设需要考虑许多因素，但是许多因素和地理位置无关，如发电设备、厂房、排放烟气的净化处理，等等，不予考虑。

而与位置有关的因素中影响较大的有二类：

（1）环境因素：

城镇、森林公园对电厂位置有限制，明显不符合要求的位置将排除在外。

（2）经济因素：

水源供应、铁路支线、煤炭运输都对电厂的建设、运营费用有影响。

1.3用到的软件

ArcMap10.1和ArcCatalog10.1。

1.4研究方法、指标等

（1）环境。

新建电厂应和现有城镇、森林公园保持一定距离，而且不能选在预定的范围之外。

（2）水源。

发电用水取自区域东侧的湖泊，费用与输水距离、地形起伏有关，前者为输水管道的建设，后者包括泵站的建设和运营费用。

（3）铁路支线。

新建铁路支线从现有铁路主线出发，延伸到厂址，和取水类似。

铁路支线的建设费用除了和现有铁路的距离有关，也和地形变化有关，当地形坡度较大时，就要增加土石方工程量，还可能修建隧道、桥梁。

（4）煤炭运输。

煤矿到火电厂的运输费用主要由距离决定，包括铁路主线运距和支线运距二部分。

（5）多因子综合。

取水费用、铁路支线建设费用、煤炭运输费用可以叠加计算，得到综合总费用，同时也受环境因素的限制，汇总后得到电厂选址的综合评价结论。

2创建数据库

2.1分析可能用到的数据

（1）该区域基础地形图，且地形图因包含高程因子——用来确定环境因素中城镇及森林公园对电厂的影响范围以及水源的选择，而高程因子将涉及到运费以及坡度的问题；

（2）铁路主线图——用来设计铁路支线，以及煤炭运输过程中运费的计算。

2.2收集到的资料清单

（1）区域范围：

多边形，包括城镇、湖泊、森林公园，以及研究范围以外的区域。

（2）铁路主线：

线，区域内已有铁路主线。

（3）煤矿：

点，区域内的煤矿。

（4）地形高程：

点，测量得到的地形高程点

2.3分析项目的步骤

（1）环境限制分析

（2）取水费用分析

（3）

铁路支线建设

（4）煤炭运输

（5）标准化处理以及综合评价结果

3进行分析

3.1环境限制分析

a.建立离开现有城镇3千米以上的距离图层。

运用菜单Selection/SelectByAttributes将区域中的城镇即"CLASS"LIKE'town'的区域选择出来。

按Apply确定，可以看到，地图上3个城镇多边形进入选择集，按Close键返回。

如下图：

运用TOOLBOX中SpatialAnalyst/Distance/欧氏距离工具将区域各点与城镇的距离以栅格数据形式表示出来。

产生离开现有城镇的栅格距离图层D_town如下图：

再运用SpatialAnalysis/Reclassify的重分类将距离城镇3千米以上的区域分离出来。

如下图：

b.建立离开森林公园5千米以上的距离图层。

过程与a相似。

也是将森林公园区域（SelectFeature）选中之后，运用TOOLBOX中SpatialAnalyst/Distance/欧氏距离工具分析区域各点与森林公园的距离并用栅格数据表示。

产生离开现有城镇的栅格距离图层D_forest如下图：

通过SpatialAnalysis/Reclassify的重分类将距离森林公园5千米以上的区域分离。

如下图：

c.选出可能建设的位置。

将除却水域、森林公园、城镇等不可建电厂的区域选中（运用“选择”），并通过ConversionTools/ToRaster将其转化为栅格，从而配合下一步工作。

如下图：

d.将3个图层叠合，产生允许建设的位置图层。

通过SpatialAnalysis/MapAlgebra/RasterCalculator栅格计算器，在其中输入：

[R_town]*[R_forest]*[Site]，从而达到将三个图层叠合的效果。

产生的允许建设的位置图层，设置名为R_site。

将其作为以后分析的基本区域。

产生的可能建设的位置如下图：

3.2取水费用分析

选用主菜单Insert/Dataframe新建一个空的数据框架“取水费用分析”，在“环境限制分析”数据框中分别用鼠标右键点击图层“区域范围”、“地形高程”、“R_site”，在弹出的快捷菜单中选Copy，到“取水费用分析”上点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选PasteLayer，图层“区域范围”、“地形高程”、“R_site”被分别复制到“取水费用分析”。

有关取水的分析，就在“取水费用”数据框中进行。

鼠标双击“取水费用分析”，在“取水费用分析”特征设置对话框的General标签中将MapUnits和DisplayUnits均改为Meters。

冷却水的费用和取水距离、地形高程有关，从湖泊沿岸取水、提升、加压，靠专用管道输往电厂。

由于取水口的一级泵站加压能力有限，在输水的过程中，当地面高差大于50米，就要建设升压泵站，这就增加了输水费用。

因此冷却水的费用，受输水管的长度、地形高差2个因素的影响，这是一个典型的成本距离问题。

a.建立“源”图层

使用要素选择按钮（SelectFeature），使多边形“湖泊”进入选择集。

选用菜单SpatialAnalysis/Convert/FromFeaturesToRaster将湖泊区域转化为栅格数据，作为源数据备用。

如下图：

b.建立“成本”图层

运用TOOLBOX中的3DAnalysisTools/数据管理/TIN/创建TIN，将地形高程数据转化为TIN数据。

如下图：

将tin转化为栅格数据：

TOOLBOX中的3DAnalysisTools/转换/TIN转栅格，得到栅格图Site_elev。

如下图：

高程栅格图Site_elev还不能直接反映水的输送费用，需进行再分类。

规则为：

地面高程<100米，不计高程变化带来的额外费用，按栅格单元的大小，每个栅格只计算1000米的管道长度，成本计为2，地面高程>100米，高程每增加50米，增加1个单位的成本（相对值），以此类推。

如下图：

c.产生可铺设水管的图层

将除去湖泊区域的可建区域转化为栅格图层。

如下图：

d.将b和c叠合，产生“成本”图层；

将b和c产生的图层，栅格相乘。

如下图：

e.用距离成本计算方法产生取水费用图层Water_cost，结果如下图所示：

3.3铁路支线建设

铁路支线的建设费用，与冷却水的费用评价类似，也靠成本距离计算。

铁路支线的建设不仅与铁路的建设长度有关，也与地形坡度有关。

铁路支线建设费用评价在数据框“铁路支线建设分析”中进行。

新建数据框架“铁路支线建设分析”，双击进入“铁路支线建设分析”的特征设置对话框，在General标签中将“铁路支线建设分析”中的MapUnits和DisplayUnits均改为Meters。

将“环境限制分析”中图层“铁路主线”、“区域范围”、R_site，“取水费用分析”中的图层tin1复制到“铁路支线建设分析”中。

a.铁路主线为“源”图层；如下图：

b.按坡度分类确定铁路修建的相对成本；

将TIN通过坡度分析后产生反映区域内地形坡度变化的要素类。

因坡度带来的铁路建设相对成本为：

坡度百分比相对的工程成本

0-2%1

2%-5%2

5%-10%3

10%-15%4

>15%不合适

将其重分类后建立起按坡度分类确定铁路修建的相对成本图层。

如下图：

c.利用适宜建设的位置图层排除不适宜建设的位置，产生“成本图层”；

铁路和森林公园的距离不能小于5000米，和城镇的距离不能小于3000米，不能穿越湖泊、“范围外”，必须绕行。

经过栅格计算产生“成本图层”如下图：

d.用距离成本计算方法产生支线铁路修建费用图层取名为Rail_coast，结果如下图所示：

3.4煤炭运输

煤炭运输从区域内的煤矿到火电厂，运费可以用距离的函数表示。

煤矿本身就在铁路主线附近，运输费用由铁路主线运距、支线运距两部分组成。

新建数据框“煤炭运输分析”，将“煤炭运输分析”的MapUnits和DisplayUnits均改为Meters。

将“环境限制分析”中的图层“煤矿”、“区域范围”，“R_site”，“铁路支线建设分析”中的图层Rail_grd复制到“煤炭运输分析”中，操作步骤和“取水费用分析”，“铁路支线建设分析”一样。

a.煤矿为“源”图层，铁路主线为“成本”图层，产生沿主线的运距图层；如下图：

b.用邻近分配法将主线运距值分配给周围每个栅格点；

产生的图层仅仅是铁路主线上的运输距离，还要将这一运距的数值分配给区域内其他栅格，使每个栅格都知道将煤炭运到这一点在主线上花了多少运距，在支线上的运输距离还要另外计算。

使用栅格数据型的邻近分配功能。

c.铁路主线为“源”图层，用距离成本方法产生从主线到各栅格点的支线运距图层；如下图：

d.主线运距和支线运距相加，再乘系数，产生煤炭运输费用图层。

煤炭运输成本是总运距和单位距离运输成本的乘积。

总运距是铁路主线运距和铁路支线运距之和，结果如下图所示。

3.5电厂选址的综合评价结论

以上处理得到了取水费用、铁路支线建设费用、煤炭运输费用3个单项分析结果图层。

这3个图层的各自计量单位不同，相互之间的数值差异是很大的，难以相互比较，须对这三个结果作数值的标准化处理。

所谓标准化处理，是将每个图层中所有栅格的数值，转化成统一的、相对的比例，常用的办法是将每个栅格单元值都转化为0～1之间，处理方法有许多种，本例使用线性比例转换法。

对于某个给定的评价准则，用给定的初始得分除以其中的最大得分，即：

Xi’=1-Xi/MAX{X}

三个费用分析结果的数值都是越小越佳，经以上的标准化处理后，所有数值都转化0～1之间的数值，费用越小的栅格单元，标准化处理后的数值越大。

新建数据框“标准化处理以及综合评价结果”，在DataFrame属性设置对话框中，进入General标签将Mapunits和DisplayUnits均改为Meters。

分步骤将“取水费用分析”的图层water_cost，“铁路支线建设分析”的图层rail_cost，“煤炭运输”的图层trans_cost，复制到“标准化处理以及综合评价结果”中。

a.供水费用（Water_cost）标准化处理后的图层（Water_std）。

目录栏中选择图层Water_cost，单击右键，选择Properties…，进入图层特性对话框。

在对话框中选择Source选项卡。

在对话框中最后列出了有关该图层中所有栅格数值的统计信息。

其中有：

Statistics

…

Max335341.65625

…

Max表示该图层的最大值为335341.65625。

关闭图层特性设置对话框，选用菜单SpatialAnalyst/RasterCalculator…，系统出现RasterCalculator对话框，输入以下的计算公式：

1-[Water_cost]/335341.65625

按Evaluate按钮，系统产生计算得到的栅格图层Calculation，标准化以后的取水费用图层Water_std。

如下图

b.铁路修建费用（Rail_cost）标准化处理后的图层（Rail_std）。

打开图层Rail_cost的属性表，在目录栏中选择图层Rail_cost，单击右键，选择Properties…，进入图层特性对话框。

在对话框中选择Source标签。

在对话框中最后列出了有关该图层中所有栅格数值的统计信息。

具体步骤同a得到标准化处理后的图层（Rail_std）。

如下图:

c.煤炭运输费用（Trans_cost）标准化处理后的图层（Trans_std）。

如下图:

经过以上多个步骤，已经得到了环境允许、取水费用、铁路支线建设费用、煤炭运输费用4个单项分析标准化的图层，在此基础上进行汇总。

已知三个费用评价因子有不同的重要性。

取水费用的权重为0.5、铁路支线建设费用权重为0.15、煤炭运输费为0.35。

选用菜单SpatialAnalyst/RasterCalculator…，系统出现RasterCalculator对话框，输入以下的计算公式：

[Water_std]*0.5+[Rail_std]*0.15+[Trans_std]*0.35

计算得到的栅格图层最终评价结果图。

如下图所示：

4分析结果

考虑权重的综合评价结果:

（黄色区域，颜色越浅越合适，有环境制约的位置已排除）

5提交成果

6结论

火力发电厂建设选址问题是一个复杂的综合性决策过程，影响选址的因素很多，往往需要综合各方面的因素来对火力发电厂的选址进行分析。

选址的优劣通常会影响到火力发电厂的基建投资和建设速度，同时对电网的安全性、经济性、环保性起着关键作用。

本文就是通过对火力发电厂选址的影响因素（交通、环境、资源）进行定性分析，利用地理信息系统中GIS强大的空间分析功能（叠加、栅格分析功能等）得出火力发电厂的最优选址。

参考文献

[1]宋小冬．ArcGIS-地理信息系统实习教程

[2]汤国安．杨昕．ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程

附录

原数据截图：