地理信息系统作业

本科生实验报告实验课程学院名称专业名称学生姓名学生学号指导教师实验地点实验成绩二〇一四年十月二〇一四年十二月一、试验名称基于ArcGIS的火电厂选址二、试验目的利用GIS技术，对影响火力发电厂选址的要素进行缓冲区、图层叠加分析，利用分析得到的数据进行数据标准化计算和权重分配计算，最终通过得到的数据分析出火力发电厂的最佳选址区域。

三、试验要求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）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。

四、试验内容1﹑研究方法（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两部分。

（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。

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﹑试验过程分析：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。

①运用菜单Selection /Select By Attributes将区域中的城镇即"CLASS" LIKE ‘town'的区域选择出来。

按Apply确定。

②运用TOOL BOX中Spatial Analyst / Distance 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。

如图3—1—1图3—1—1③再运用Spatial Analysis / Reclassify的重分类将距离城镇3千米以上的区域分离出来。

如图3—1—2图3—1—2b. 建立离开森林公园5 千米以上的距离图层。

①过程与a相似。

也是将森林公园区域（Select Feature）选中之后，运用TOOL BOX中Spatial Analyst / 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3—1—3图3—1—3②通过Spatial Analysis / Reclassify的重分类将距离森林公园5千米以上的区域分离。

如图3—1—4图3—1—4c. 选出可能建设的位置。

①将除却水域、森林公园、城镇等不可建电厂的区域选中，并通过Conversion Tools/ To Raster 将其转化为栅格，从而配合下一步工作。

如图3—1—5图3—1—5d. 将3 个图层叠合，产生允许建设的位置图层。

①通过Spatial Analysis / Map Algebra / Raster Calculator栅格计算器，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，如图3—1—6图3—1—63.2、取水费用分析a. 建立“源”图层使用要素选择按钮（Select Feature），使多边形“湖泊”进入选择集。

选用菜单Spatial Analysis / Convert / FromFeatures To Raster将湖泊区域转化为栅格数据，作为源数据备用。

如图3—2—1图3—2—1b. 建立“成本”图层。

运用TOOL BOX中的3D Analysis Tools / 数据管理 / TIN / 创建TIN，将地形高程数据转化为TIN数据，如图3—2—2。

将tin转化为栅格数据：TOOL BOX中的3DAnalysis Tools / 转换 / TIN转栅格，得到栅格图Site_elev。

如图3—2—3图3—2—2图3—2—3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。

如图3—2—4图3—2—4c. 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。

如图3—2—5图3—2—5d. 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。

如图3—2—6图3—2—6e. 用距离成本计算方法产生取水费用图层Water_cost。

如图3—2—7图3—2—73.3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Display Units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，如图3—3—1图3—3—1b. 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。

如图3—3—2图3—3—2c.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”。

如图3—3—3图3—3—3d. 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。

如图3—3—4图3—3—43.4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Map Units和Display Units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；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。

如图3—4—1图3—4—1c. 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；如图3—4—23—4—2d. 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，如图3—4—3图3—4—33.5电厂选址的综合评价结论a.供水费用（Water_cost）标准化处理后的图层（Water_std），如图3—5—1图3—5—1b.铁路修建费用（Rail_cost）标准化处理后的图层（Rail_std），如图3—5—2图3—5—2c.煤炭运输费用（Trans_cost）标准化处理后的图层（Trans_std）。

如图3—5—3图3—5—34.实验结论火力发电厂选址是一个综合性较强，受诸多因素影响的选址问题。

既需要定性考虑，又需要定量分析，通过对客观现实世界具体问题的抽象综合，找出火电厂选址的一般性规律和解决途径。

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。

运用GIS强大的空间分析功能，把所有的影响因素量化，通过对交通、环境、资源等的综合性分析，包括叠加、栅格分析功能等，按照各因素影响的比例确定火力发电厂的最优选址。