GIS与模糊综合评判方法在垃圾填埋场选址中的应用资料下载.pdf
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remotesensing;
spatialanalysis;
landfill;
siteselection;
FuzzysyntheticevaluationDAIXiao-ai,LILi(InstituteofRS&
GIS/MinisterialKeyLabofLandandResourcesInformationTechnology&
Application,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China)1引言随着城市化进程的加快,城市各个方面的变化很大,随着城市人口的急速增长、经济的快速发展和人民生活质量的提高,作为人类生产和生活中必然产生的遗留废物,城市生活垃圾也越来越多。
城市垃圾已经不能随意乱倒、进行分散小型的堆放了,取而代之的是大规模有组织的填埋或堆放1。
遥感技术观测面积大,周期短,垃圾堆放和填埋的分布点也随着城市垃圾迅速增加而不断发生变化。
利用遥感和地理信息系统技术进行生活垃圾填埋场选取和监测管理2,能够大面积快速收集数据,对垃圾填埋过程进行客观地分析处理;
且投资相对较少。
综合分析,该方法可大大减少传统的实地考察耗费的人力、物力和财力,且结果更精确、更具有科学性。
2垃圾场填埋的标准卫生填埋场场址的选择,涉及到当地经济、交通等的发展情况,地理地形条件,气候情况,环境地质条件,地表水文条件及水文地质工程条件等众多影响因素,是一项十分复杂的工作,主要应从工程学、环境学、经济学、法律和社会学等方面来考虑3。
根据城市生活垃圾卫生填埋技术规范(CJJ17-2001)及相关的国内外情况,可将安全填埋场的选址标准归纳为4:
填埋场容量足够大;
场地的运输距离要适宜;
远离居民生活区;
填埋场不应建于离涡轮式飞行器机场跑道末端3000m范围内或离仅由活塞式飞行器使用的机场跑道末端1500m范围内;
要求场址所在位置,交通方便,具有全天候公路,承载力适宜;
场地地形地貌条件适宜,应便于监测系统的布置;
所选场址避开洪水泛滥区、湿地、可航行水道,同时远离供水水源和公共水源,避开湖、溪、泉,场地自然条件应有利于地表水排泄,避开滨海带和洪积平原;
所选场址符合国家和地方政府的法律法规。
3研究方法网络出版时间:
2010-12-3110:
59网络出版地址:
http:
/为长远考虑,应建设超大型垃圾填埋场。
根据北京自然经济条件,应在西南方向低山地建设填埋场。
其他地区则不宜:
北部有文化遗址,经济比较发达,是北京发展的重点;
东部是密云水库保护区;
西北部在城市地下水的上游,南部大兴地处平原,适合农林业发展;
而西南部是山地,土地利用价值低,人口少,且交通方便,与市内有公路、铁路相通。
本次选用北京市的2004年1月的ETM+遥感图像,利用ERDASImagine提取土地利用信息,采用ARCview软件平台进行相关空间分析,结合层次分析法计算出评价指标的权重值,通过模糊评判法建立隶属函数5,实现定性和定量的结合,建立场址优选模型,从候选场地里选出最优场址。
4垃圾填埋场候选场区选取1)遥感图像数字处理本次使用ErdasImagine软件对该研究区域的遥感图像进行几何校正、彩色增强、图像裁剪等处理。
由于432波段组和的假彩色图像中植被呈现各种红色调,密集的城市地区为青灰色,常用于植被、农作物、土地利用和湿地分析的遥感方面。
本次数据处理中选取4、3、2波段组合成432波段的假彩色图像,找到要剪裁部分的对应位置坐标,生成裁剪好的遥感图像(图1)。
2)遥感信息提取本次利用ArcView软件进行人工解译,在假彩色图像中,大致解译出图像中的典型地物,如植被表现为红的;
河流表现为深蓝色且呈线状分布;
居民地表现为比较有规则等。
获得土地利用类型矢量数据集(landuse)、线性道路数据集(road)、现有垃圾场分布数据集、河流分布、居民地分布、特殊建筑用地、湖泊等图层。
图1研究区432假彩色遥感图像(部分)图2垃圾填埋场候选区分布图3)空间分析根据选址场地的运输距离标准和ETM+图像可获知的信息6,7,可知一个垃圾填埋场必须距离居民居住区至少500m;
距离湖泊、池塘至少300m;
距河流至少100m;
由于运输成本的影响,一般公路要求大于300m小于1500m;
远离特殊建筑用地等。
依据此标准,以限定范围为影响半径,针对每个影响因素进行相应的点、线、面缓冲区分析,分别进行道路、居民地、河流、湖泊等其他影响因子图层的缓冲区分析。
4)垃圾候选场提取经过缓冲区分析后,再将各影响因子图层的缓冲图层两两相互叠加,进行叠加分析6,7,得到保留所有影响因子共同作用的图层,该图层含有适宜性分析的全部数据,符合填埋场选址要求的范围。
由于候选区较多,而垃圾填埋场有一定使用年限及面积限制,所以在此取阀值400000m2,选取垃圾填埋场候选区(图2)。
5模糊评判模型选取垃圾场选址初步选出候选区位置后,采用一种优化方法从该候选区筛选出一个最佳场址。
本次采用模糊综合评判法对候选区场地的评判,从5个候选区中算出一个最大的综合评判值,即得分最高的为最佳场址。
模糊综合评判模型是解决多指标综合问题的一种行之有效的辅助决策方法8-10。
它是应用模糊关系合成的特性,根据给出的评价准则和实测值,从多个指标对被评判事物隶属等级状况进行综合性评判的一种方法,该方法描述更加深入客观,分析结果更加准确8-12。
结合选址的标准和其他相关资料,根据城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准和城市生活垃圾卫生填埋技术规范(CJJ17-2001)以及相关的国内外情况和工程实践经验5,6,为本模糊综合评判模型选取评价指标及适宜度等级12如表1。
5.1模糊综合评判模型指标选取1)评判因素集U=U1,U2,U3,U4,U5=与城区距离、交通运输条件、环境保护条件、场地条件、与水源或供水井距离;
交通运输条件因素集U2=U21,U22=运输方式、运输距离;
环境保护条件因素集U3=U31,U32,U33,U34=场地库容、附近居民的距离、常年风向、占地质量。
2)建立评语集V=V1,V2,V5最佳场地,适宜场地,较适宜场地,勉强适宜场地,不适宜场地。
表1填埋场选址指标及适宜度等级情况表评判指标适宜程度最佳场地V1适宜场地V2较适宜场地V3勉强适宜V4不适宜场地V5与城区中心距离U1(km)302030102051040环境保护条件U3场地库容U31(年)2015201215812150010001500800100050080015001000150080010005008005005.2评判因素权重计算权重的确定有多种方法,例如专家打分法、指派法、统计法、继承法,本文选用一种求权重有效方法一一层次分析法。
垃圾场选址及权重因素通过对同级要素以上级要素为准则进行两两比较,并计算得出各要素的相对重要度。
各层评判因素权重如表2所示。
表2总评判指标的比较及权重计算总目标U1U2U3U4U5初始权重Wi=(j=15Uij)1/5归一化权重Wi*=Wi/5i=1WiU1111/51/31/50.4220.064U2111/51/31/50.4220.064U3551312.3710.360U4331/311/310.152U5551312.370.360max=5.105,CI=0.0263,CR=0.0235,因为CR0.1,通过一致性检验=6.586=15.3候选区信息计算根据候选区位置的分布,由居民地、湖泊、道路等缓冲距离数据可得到它们距A、B、C、D四个候选区的相关数据3,6;
填埋场的使用年限是大于8年,在这里方便评判定义四个候选填埋场的使用年限均为15年;
再结合评判指标可得出候选区信息如表3。
表3四个候选区的相关信息指标ABCD与城市中心距离(km)20456058交通运输条件运输方式公路水路公路公路运输距离(km)10253028环境保护条件场地库容(年)15151515距居民地距离(m)150080010001300常年风向城市下风向城市下风向城市下风向城市下风向占地质量离市区较近远离市区远离市区远离市区场地条件(作业区域大小)满足条件满足条件满足条件满足条件与水源地或供水井距离(m)60060010001500根据表1给出的各级定量评价指标包含上下限值,故这里对上述隶属函数进行了修正,修改后各个定量评判指标的隶属函数关系,然后分别求得各个定量评价指标对其相应各级填埋场适宜度的隶属度3,7-12,由隶属函数确定出各评判因素的隶属度。
表4四个候选区的隶属度AB指标V1V2V3V4V5V1V2V3V4V5U1100.50.50010000U210010010000U2200.50.50000100U3100.3750.6250000.3750.62500U3210000000.60.40U331000010000U340010010000U410010000100U510000.6670.3330000.6670.333CD指标V1V2V3V4V5V1V2V3V4V5U111000010000U210010000100U22000.50.50000.70.30U3100.3750.6250000.3750.62500U3200.1430.85700000.20.80U331000010000U341000010000U410010000100U5100.2860.71400100005.4模糊综合评判模型的建立与结果分析1)一级综合模糊评判若进行评判的因素Ui不能再划分,则该因素只需进行一级综合评判。
在评判过程中所需用到的数据及公式如下:
一级权值向量:
Wi(Wi1,Wi2,Wim),其中,Wi1+Wi2+Wim=1。
一级模糊关系矩阵:
5432125242322211514131211mmmmmrrrrrrrrrrrrrrr一级模糊评判矩阵:
Bi=WiRi(bi1,bi2,bi5);
Bi归一化后得到标准评判矩阵:
Bi*(bi1*,bi2*,bi5*);
其中,bi*=bi/(b1+b2+b5);
评判分数向量:
D=(d1,d2,d3,d4,d5)=(100,90,80,70,60);
综合评判结果:
Pi=Bi*DT;
得出的分数越高,适宜程度就越好,即为最佳候选场址。
2)多级综合模糊评判进行评判的因素Ui各个因素可以进行再次划分,依次将可以进行再划分的影响因素进行划分,直到不能再细分为止。
对各个单因素进行一级模糊综合评判后得到归一化后的评判矩阵Bi*,得到二级模糊综合评判矩阵:
R=(B1*,B2*,Bi*)-1;
假设对单因素Ui的权重分配为A,则二级模糊综合评判为:
B=A*R=W*(B1*,B2*,Bi*)-1=(b1,b2,bn);
D=(d1,d2,d3,Ri=d4,d5)=(100,90,80,70,60);
同一级综合模糊评判一样,得出的分数越高,适宜程度就越好,即为最佳候选场址。
以A候选区为例,分别对每个因素进行综合评价,通过模糊变换得到综合评判结果,根据以上计算结果,可得二级模糊综合评判矩阵8:
()154321=AAAAABBBBBR;
评判结果为:
()=333.0667.00000010000637.0040.0323.00075.025.00005.05.00360.0152.0360.0064.0064.0WRBA=()12.024.0309.0662.0116.0综合评分结果:
()()9.6560708090100*12.024.0309.0062.0116.01=TAADBP根据其余三个候选区的数据,采用上述相同的方法可求得候选区B、C、D的综合评分:
PB=83.14;
PC=88.32;
PD=63.58。
评价结果显示四个候选区,得分最高的是C候选区,即C候选区是本次选址的最佳选址。
6结束语任何一个地址的建立都必须是经过严格的条件筛选,使其有可能带来的危害程度尽可能地小。
垃圾填埋的关键在于在一定条件下选择适当的填埋场场址。
应用GIS技术进行垃圾填埋场选址,不仅可以大大缩短工作周期,保证选址质量、提高选址效率,而且能够提高选址工作的科学化、自动化程度,减少人为因素的干扰。
科技的发展,可进行选址的方法有很多,本论文采用的模糊综合评判法,是一个全新的探讨,旨在为填埋场选址提供有益参考。
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45-47作者简介:
戴晓爱(1979-),女,甘肃敦煌人,在读博士,主要研究方向:
地球探测与信息技术。
E-mail:
收稿日期:
2010-06-04
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- GIS 模糊 综合 评判 方法 垃圾 填埋场 选址 中的 应用