污水处理厂选址分析.docx
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污水处理厂选址分析
污水处理厂选址分析
综述
第一步确立目标
这个GIS分析项目的目标是为Greenvalley市新的污水处理厂寻找最佳厂址，分析输出的结果图应该清楚地表明哪些地块最适宜、哪些地块一般适宜、哪些地块不适宜建厂。
该市提供了一套适宜厂址的标准。
所选地块必需包含以下条件：
1、海拔低于365米，将抽水费用降至最低。
2、不能建于河漫滩，以防止在暴雨时被淹。
3、距河流1000米以内，使处理后水的排放管道最短。
4、距居民区和公园150米以外，使其对城市居民的影响最小。
5、尽可能建在可开发的荒地上，使土地征用和建设费用最少。
6、距污水接合点1000米以内（500米以内更好）。
距道路50米以内。
7、该厂还需要面积至少有150000平方米。
初步浏览纸质地图显示，工厂的最佳位置极可能位于城市的西北角，靠近河流，地势较低。
这将是项目要研究的区域。
GIS分析可综合所有标准来确定具体的适宜地块。
第二步创建项目数据库
为该项目创建数据库需要两步：
首先，要收集并浏览已有数据，然后，为分析准备数据。
部分数据可以直接使用，其它数据需要进一步处理。
可能还要自动生成一部分数据。
在这里，我们要为确定所需的数据层和数据源进行规划设计。
收集项目数据
该市的好几个部门都有GIS数据，并且为此项目将其进行共享。
其中的部分数据已经存储在该市的GreenvalleyDB数据库中。
此外，该市还与几个地区和州的有关单位有数据共享协议。
因为该数据库中所需的数据大部分是已有的，所以我们就不必花费大量时间去设计与采集项目数据库了。
不过，我们还是要为项目数据库做一些设计工作，我们要确定分析过程中每一标准所需的数据集及属性。
另外，还要研究可用的数据，看看哪些能够满足我们的需要。
在分析时，每项标准都需要一个数据层。
下面是各标准及相应的数据集和属性列表。
注意，其中好几个标准都要用到地块数据集。
现在，我们能拿到现有的数据清单，并看到与所需数据相对应的图层。
我们还能确定其他的所需要获取或创建的图层。
要找到海拔低于365米的地区，需要高程数据。
州运输部的一个同事提供了一份高程格网。
由于我们仅仅想知道一个地块是否低于365米，所以只需要一个海拔低于365米的多边形图层。
这个图层已经由该同事从高程格网上创建好了，该数据是shape文件格式。
要找到河漫滩以外的区域，使用城市规划部的洪水区数字化图层。
该图层在市GreenvalleyDB地理数据库中以要素类的格式存储。
要确定距河流1000米以内的区域，当然需要河流图层。
国家水资源部有shape文件格式的河流地图。
需要在研究区域中建立地块数据集。
市税务局有以shape文件格式存储的地块数据库，其中两个地块涉及到我们的研究区域。
该地块数据库包含土地利用属性，用这些属性可确定居民地（由此创建环绕居民地的150米缓冲区）和荒地。
用shape文件格式的地块的面积属性确定面积至少为150000平方米的地方。
要找出距公园150米以外的地区，需要公园图层。
市公园和疗养部已有公园要素类，并存储在GreenvalleyDB数据库中。
在项目区域里有一个最近才发现的历史遗迹。
市有关部门计划在该地周围建公园，但该规划公园的边界还未放在公园要素类中。
我们可以通过数字化一张公园边界的扫描图来将此信息加入到项目数据库中。
要找出距主要污水管交叉点1000米以内的地区，我们需要一个包含这些交叉点的图层数据。
市公共事业部有污水排水管及交叉点的coverage图层。
要确定距道路50米以内区域，我们可以使用现有的GreenvalleyDB数据库中的道路要素类数据。
下表列出了在可得数据基础上，要为项目数据库收集的图层。
每一图层的数据源和格式也都一一列出。
数据库还包括历史遗迹公园的扫描图像，需要将其数字化成新的公园图层。
还有高程格网，因为可能会将其标注在结果地图上。
为分析准备数据
浏览一下数据，确定哪些是可以直接使用的，那些在分析中需要进行附加操作。
为分析准备数据的一些注意事项如下：
1、检查数据质量——确保数据是精确的、最新的。
2、数据格式的转换。
3、由数字化、扫描、转换数据或地理定位来自动生成数据。
4、定义坐标系。
5、将图层投影到新的坐标系中。
6、合并相邻的图层。
为完成项目数据库，我们需要将上述事项中还没做的做好。
比如环绕古迹而规划建设的公园的边界需要数字化。
现在有了规划边界的扫描图像，需将其配准到数据库中，并以地块图层为背景进行数字化。
把新的公园要素添加到GreenvalleyDB数据库现有的公园要素类中。
如果将研究区域所在的两个地块合并在一起，那将会使GIS分析更容易进行。
项目的大部分数据已经是coverage、shape文件、地理数据库或栅格格式，这些格式ArcGIS都可同时使用。
但有时我们需要进行一些数据格式的转换。
例如，从矢量到栅格格式的转换，从shape文件到geodatabase要素类的转换，以便于存储在现有数据库中。
只要每一图层都定义了坐标系，ArcGIS就可以对这些不同坐标系下的图层进行显示和叠加。
分析前，需查看这些坐标系的情况，尤其是从其它数据源获得的数据。
我们将在第六章中完成必要的数据处理任务。
第三步：
分析数据
在项目设计阶段，我们将考虑分析方法并列出实施的主要步骤。
这样才能确保所需的数据集都包含在创建的数据库中。
我们还要建立流程图作为向导。
下图展示了污水处理厂选址分析的过程。
分析包括三个阶段：
第一阶段，建立两个图层，一个是不能建立工厂的地区图层，一个是可建立工厂的地区的图层。
第二阶段，在可建立工厂地区的图层上进行分析，挑选出具有适宜位置的地块子集，即现在是空地的地块。
把该子集建成新的图层，即比较适宜的地块层。
第三阶段，综合考虑城市其他标准，确定出最适宜地块。
可以看出，适宜地块要在路边50米以内地图和距污水排水管交叉点500或1000米以内。
最后用适当的符号将其标识出来，以便很容易在地图上识别出来。
我们在图上还要查找出哪些面积足够大，可以用来建造工厂的地块。
上面的流程图展示了过程的主要步骤。
在每一阶段还要完成一些中间步骤。
第四步：
展示成果
在项目设计期间，我们始终要考虑到最终产品的目的和它的用户。
在本项目中，我们将分析结果展示在高质量的地图上，特别显示出比较适宜地块和最适宜地块的位置。
这里不用考虑地图排版，需要考虑的是哪些图层应放在地图上。
除了分析图层外，可能还要把与分析结果有关的图层放上去，以便使地图更容易看懂。
在本项目中，除了显示在分析中使用的图层和创建的图层外，因为海拔是影响污水处理厂选址的一个主要因素，还需要将高程格网作为背景，以使读者能看到城市哪些地区海拔低，哪些地区海拔高。
具体操作流程
组织数据库
一、组织项目数据库
下表为所使用数据的当前位置：
将复制这些数据（保留原始数据作为备份），将其放到一个单独的project文件夹，这样获取比较方便。
还需要创建一个新的文件夹，用以存储分析过程中产生的数据。
二、将数据添加到PROJECT文件夹
1．单击Start，指向Programs，指向ArcGIS，并单击ArcCatalog。
2．打开ArcGIS\ArcTutor\Getting_Started文件夹，双击该文件夹，查看其内容。
3．单击project文件夹，然后按住Ctrl键，将文件夹从当前位置拖放到本地硬盘F盘。
4．ArcGIS复制完数据后，在Catalog目录树中单击C:
\，在Catalog窗口右边查看F:
\中的内容。
现在，已经复制了project文件夹，就可以在不改变原始数据情况下对复制数据进行操作。
三、建立与PROJECT文件夹的连接
1.单击List
按钮，指向Catalog窗口右边的project文件夹（需选择contents选项）；
2.单击project文件夹并拖放到位于Catalog目录树顶部的Catalog目录中；
新的C:
\project文件夹连接就显示在Catalog目录树中了。
这个连接是project文件夹的一个快捷方式。
在下面的项目分析中，我们可以使用这个连接访问project文件夹的数据。
四、创建个人地理数据库
1．单击刚才创建的project文件夹连接，在Catalog右边的窗口查看其内容。
2．右键单击project文件夹连接，指向New，然后单击PersonalGeodatabase。
3．在高亮显示的文本上，重命名数据库为“WaterProject”，并按Enter键。
五、创建City_layers文件夹和Analysis文件夹
1．右击project文件夹，指向New，单击Folder。
在Catalog窗口的右边，列出了高亮显示文件名为NewFolder的新文件夹。
2．在高亮显示的文本上，键入“City_layers”重命名该文件夹。
按Enter键。
3．右击project文件夹，指向New，单击Folder，重命名文件夹为“Analysis”。
六、将数据添加到Project文件夹
将parks要素类复制到WaterProject地理数据库中
1．单击Catalog目录树中的project文件夹旁边的“+”号，以展开该文件夹。
2．双击Catalog目录树中的Greenvalley文件夹的连接。
3．在Catalog目录树中，双击Data，双击GreenvalleyDB，再双击Parks要素数据集。
GreenvalleyDB地理数据库由要素数据集（如hydrology和transportation）构成。
用要素数据集将地理数据库中相关的要素类组织在一起是非常有用的。
如在WaterSystem要素数据集中，可能包括的要素类有：
水管干线（watermains）、支线（laterals）、接合点（junctions）和水泵（pumps）。
一个要素数据集中的所有要素类都有相同的地理范围。
此外，要素类还有一些共同的拓扑关系。
因此，当编辑接合点要素类，移动了一个水管接合点的位置时，那么水管干线和支线要素类上的线段都会相应地变动。
4．在Catalog目录树中，单击parks_polygon要素类并将其拖到WaterProject地理数据库（如果WaterProject地理数据库当前屏幕中没有显示出来的话，需要拖动滚动条查找）。
5．在DataTransfer对话框中，单击OK。
6．当转换完成后，在Catalog目录树中，单击WaterProject地理数据库文件夹旁边的“+”号。
parks_polygon要素类列表就显示出来了。
创建streets图层和floodzone图层
与parks要素类不同，streets图层和floodzone图层不需要修改，只是在分析过程中使用它们。
因此，可以创建图层作为读取数据的快捷方式，而不用复制这些数据到Project文件夹中。
这样，只有GreenvalleyDB地理数据库中的一份原始数据，但可以从Project文件夹中读取这些数据。
在Catalog目录树中，可以看到GreenvalleyDB地理数据库的内容。
如果看不到，双击Greenvalley文件夹显示其内容，然后双击Data，再双击GreenvalleyDB。
1．在Catalog目录树中，双击Transportation文件夹。
2．右击street_arc，然后选择CreateLayer。
3．在SaveLayerAs对话框中，指向projedt文件夹下的City_layers文件夹，输入streets，单击Save。
这样，streets图层就在City_layers文件夹中创建好了。
使用同样的步骤，为floodzone数据创建一个图层：
1．在Catalog目录树中，双击Hydrology文件夹，然后右击flood_polygon要素类，单击CreateLayer。
2．在project文件夹中，指向City_layers文件夹，输入flood_zone，然后单击Save。
3．在Catalog目录树中，单击project文件夹，然后双击City_layers文件夹。
到此为止，已经组织好了已有的项目数据。
现在，可以从project文件夹中获取数据了。
project文件夹应该是这样的：
七、在ArcMap中查看数据
打开新地图
1．单击ArcCatalog中的LaunchArcMap按钮，启动ArcMap。
2．如果出现启动对话框，就在对话框中选中Anewemptymap选项，然后单击OK。
向地图中添加地块图层
从城市估价办公室获得的两个地块图层数据，包括了所要研究的区域，即废水处理厂的选址区域。
用户可以将它们在一起进行显示以获得研究区域的更好的直观印象。
将数据添加到地图中的方法有两种。
一种方法是，可以使用ArcMap工具条中的AddData按钮，找到数据集的位置；另一种方法是，可以从ArcCatalog中拖动数据集到地图上。
两种方法的最终效果是一样的，因此用哪种方法，取决于个人的偏好。
1．在ArcMap工具条上，单击AddData按钮。
2．在project文件夹中，找到City_share文件夹。
3．双击land文件夹。
4．单击parcel_1shape文件，然后按住shift键，并单击parcel_2shape文件，选中这两个文件。
5．单击Add。
将城市的其他相关数据添加到地图上
下面可以把文件夹中的streets图层和flood_zone图层、WaterProject地理数据库中的公园要素类以及City_share文件夹中的废水接合点coverage加到地图上。
除了用Adddata按钮将数据添加到地图上外，也可以将数据集从ArcCatalog拖到地图上。
1.确保ArcCatalog和ArcMap窗口均可见。
2.在ArcCatalog目录树中，找到project文件夹。
3.如必要，双击City_layers，显示其内容。
4.单击flood_zone并将其拖到地图上。
5.单击streets层并将其拖到地图上。
6.在Catalog目录树中，打开City_share文件夹中的utility文件夹，单击并将接合点coverage拖到地图上。
7.最后，打开WaterProject地理数据库，单击并将parks_polygon要素类拖到地图上。
在缺省状态下，ArcMap将点要素（如接合点）添加到线要素（如街道）上面，多边形要素位于最底层。
对同一种类型，添加的顺序依照数据加入地图的顺序，最后加上的数据在最上面。
可以在内容表中单击并向上或向下拖动图层来改变绘制的顺序。
也可以为图层选择颜色和符号。
由于flood_zone层画在地块层的上面，因此有部分地块变得模糊。
可以在flood_zone之上显示地块轮廓，以便看到被盖住的部分
8.在ArcMap内容表中，单击flood_zone图层，并将它拖到内容表的最下面；
9.右击parcel_1下的图例符号；
10.单击颜色调色板最上面的NoColor。
对parcel_2coverage也做同样的操作。
11.右击parcel_2下的图例符号，并单击颜色调色板的NoColor。
地块轮廓显示出来，并可以看到下面的洪灾区域。
目前仍处于地块coverage定义的研究区域视野。
为了得到更大的图形，缩放到全图来显示数据集。
12.单击工具条上的FullExtent按钮。
现在地图范围内显示了添加到地图中的其他数据集。
可以看出用户所关注的地块与城市的其余部分相关
将river的shape文件添加到地图中
接下来，将县水资源部门提供的rivershape文件添加到地图中。
1．在ArcMap标准工具条上单击AddData按钮。
2．在project文件夹中找到并打开Country_share文件夹。
3．单击，然后单击Add按钮。
ArcMap显示一条信息：
rivershape文件的地理坐标系统不同于地图中的其他数据。
已经添加的所有来自城市的数据集都使用相同的地理坐标系统（横轴墨卡托投影）。
很明显，river所采用的是与城市数据不同的坐标系。
每个数据集都要使用地理坐标系把存储在GIS中的坐标与地面实际位置相联系。
通过坐标系，GIS就能确定地理要素之间的相对位置。
地理数据中可以采用很多不同的坐标系统。
ArcCatalog中可以显示数据集的坐标系统。
5．单击OK，关闭WarningMessage对话框。
向地图中添加高程数据
接下来，用户可以查看州运输部门提供的高程数据。
1．单击AddData按钮，找到State_share文件夹。
2．单击elevation，然后单击Add按钮。
与rivershape文件一样，ArcMap也会警告说这个数据集的坐标系统与地图上其它数据的坐标系统不同。
很显然，高程数据的坐标系统也与该城市数据使用的坐标系统不同。
3．单击OK，关闭WarnignMessage对话框，将高程格网图层添加到地图中。
由于格网是栅格数据，以连续图层显示，因此它被添加内容表的底部，并绘制在其它图层的下面。
用户可以注意到格网数据不是位于整个城市的下面，但是与所研究区域重合。
4．单击AddData按钮，单击，然后单击Add。
这时，ArcMap会警告用户图层丢失了空间参照信息，不能进行投影。
只有ArcMap能够识别的经纬度格式的数据，或者坐标系统事先已经定义过的数据，ArcMap才能够进行动态转换，正如前面高程格网数据一样。
很显然，当从高程格网数据创建lowlandshape文件时，没有定义其坐标系统。
很可能，它的坐标系统与高程格网图层的坐标系统相同，但此时ArcMap不能识别出来。
5．单击OK，关闭Warning对话框。
ArcMap添加了数据。
可以注意到，尽管lowland出现在内容表中，但它并不出现在地图上（它应该出现在内容表中所有图层的上面）。
那是因为它在另一个目前未知的坐标系统中，所以不能和其它数据同时正确地显示出来。
6．单击FullExtent工具。
在屏幕的底部，有一个很小的点（那就是lowlandshape文件）。
在屏幕的上部，有一个稍大的点，那是其它数据（如下图）。
ArcMap在两处坐标系统中将坐标值域调整到最大，然后在此范围内绘出所有图层。
7．右击内容表中的lowland，然后单击ZoomtoLayer。
从高程格网数据创建一个图层
在缺省状态下，高程格网数据是以灰度值显示。
用户将在项目的成果地图中显示高程格网数据，因此在这里，用户将创建一个带有要使用的符号体系的新图层。
1．右击内容表中的elevation，然后单击Properties。
出现Properties对话框。
2．单击Symbology选项卡。
3．单击ColorRamp下拉列表，拖动滚动条，找到适合代表高程的色阶（从橙色、黄色、绿色到蓝色），然后选中它。
色阶缺省值是低值用橙色代表，高值用蓝色代表。
现在，可以倒转色阶用于高程格网。
4．选中Invert复选框。
Display选项卡，在Transparent文本框键入“50”。
这样，将使颜色看起来不那么强烈，更容易看到显示在格网上的其它数据层。
6．单击OK。
格网数据以所设置的颜色和透明度来显示。
到目前为止，高程格网数据的显示设置仅在当前地图中有效。
为了确保所创建的成果地图中的格网也能以同样的设来显示，需要将它另存为一个图层文件。
7.右击elevation，单击SaveAsLayerFile。
8．指向City_layers文件夹，命名图层为“elevation_grid”，然后单击Save。
现在vation_grid图层添加到地图中，它就会以刚才的设置来显示。
图层中保存了数据源的快捷方式，以及数据如何在地图上显示的有关信息。
由于地图存储了数据源和与之相关的符号体系，每次将数据集添加到ArcMap地图中时，就创建了一个图层。
当保存地图时，也就保存了图层信息。
正如已看到的，用户也可以以独立文件的形式创建图层，用来存储符号体系和其它信息。
因此，每当将数据添加到地图时，数据都会以同样的方式显示出来。
图层文件也可以用于访问源数据，而不用指向数据的实际位置（如前面对Streets和flood_zone图层操作的那样）。
保存地图
1．单击File，然后单击Save。
2．指向project文件夹。
3．在Filename文本框中键入“wasterwaterdata”。
4．单击Save。
地图以地图文件的形式保存起来。
注意现在地图名称出现在标题栏中。
5．单击File中的Exit，或单击ArcMap窗口右上角的关闭按钮（×）。
为分析准备数据
以下是准备数据的步骤：
1.为高程数据定义一个坐标系统；
2.把rivershape文件投影到该市坐标系统中；
3.把rivershape文件导出到WaterProject地理数据库中；
4.数字化古迹公园，并导入公园要素类中；
5.合并地块层。
因为大多数情况下需要处理shape文件，所以开始的操作将主要针对shape文件，但也可以处理WaterProject地理数据库中的数据。
在大型多用户的地理数据库的本地机上，建立个人地理数据库以供处理数据之用，这一条是非常有用的。
一、查看坐标系统信息
在为lowlandshape文件定义坐标之前，要检查城市数据和高程格网的坐标定义。
将通过检查数据集的元数据来完成。
1.在ArcCatalog中，找到目录树中project文件夹，单击WaterProject地理数据库。
2.打开数据库显示其内容，然后单击公园多边形要素类。
该要素类是从该市GreenvalleyDB中复制而来的，它和其他城市数据有相同的坐标系统。
3.单击Metadata选项卡。
4.单击Stylesheet下拉箭头，并单击FGDCESRI。
5.单击Metadata面板中的Spatial选项卡。
6.打开目录树下的State_share文件夹，单击elevation。
7.单击Spatial选项卡。
当选中一条数据集时，ArcCatalog默认元数据下显示的是Description选项卡内容。
8.在State_share文件夹中，单击lowland。
9.单击Spatial选项卡。
元数据列出shape文件的边界坐标，由于投影是未知的，所以无法显示坐标系统。
为lowlandshape文件定义坐标系
因为lowlandshape文件是从高程格网创建的，所以假定两者的坐标系是相同的，但不能肯定。
运输部门提供的数据中包括一个空间参照系文件，该文件定义了运输部门使用所有数据的坐标系。
我将用文件在ArcCatalog中为lowlandshape文件定义一个坐标系。
1.右击目录树中的lowland，然后单击Properties。
ShapefileProperties对话框弹出。
2.单击Fields选项卡。
3.单击XYCoordinateSystem选项卡
4.单击Select。
project文件夹连接下，打开State_share文件夹，
单击，然后单击Add。
坐标系的名称出现在SpatialReferenceProperties格对话框中，并且列出了详细内容。
可以发现它和高程网的坐标系是一样的。
6.单击OK，关闭ShapefileProperties对话框。
可以在元数据中验证新的坐标系。
7.单击View，
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