摘 要：選擇科學(xué)合理的垃圾中轉(zhuǎn)站位置是優(yōu)化垃圾收運系統(tǒng)、使經(jīng)濟社會效益達到最優(yōu)的先決條件。以西安市某地塊為例，通過對影響垃圾中轉(zhuǎn)站選址因素的分析，利用層次分析法確定了各因子在選址中所占權(quán)重，并借助ArcGIS空間分析功能對所得數(shù)據(jù)進行分析處理，進而建立場址優(yōu)選模型，科學(xué)地選出垃圾中轉(zhuǎn)站最優(yōu)位置。該選址方法較傳統(tǒng)選址方法更具直觀性和科學(xué)性。

　　關(guān)鍵詞：ArcGIS;空間分析;垃圾中轉(zhuǎn)站;空間選址;層次分析法

　　城市生活垃圾的處置是我國城市環(huán)境保護工作的重要內(nèi)容之一。選擇適宜的垃圾中轉(zhuǎn)站位置，是優(yōu)化垃圾收運系統(tǒng)、使經(jīng)濟效益和社會效益達到最優(yōu)的先決條件[1-2]。

　　空間選址是指在一定地理區(qū)域內(nèi)為一個或多個選址對象選定位置，使某一指標(biāo)或綜合指標(biāo)達到最優(yōu)的過程[3]。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，影響空間選址的因素越來越多，科學(xué)地選擇空間位置顯得尤為重要。面對不斷擴增的新需求，傳統(tǒng)的選址方法因過于依賴主觀判斷而日顯弊端。地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)作為支持空間信息數(shù)字化獲取、管理和應(yīng)用的技術(shù)體系，依靠其強大的空間分析功能，在空間選址領(lǐng)域顯示出巨大的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于空間選址研究，如水利工程選址、物流中心選址、客運站選址、機場選址等。結(jié)合選址相關(guān)理論，采用“首先選擇服務(wù)設(shè)施圈，其次選擇地段，最后確定地點”的總體選址思路[4-6]，以GIS為支撐技術(shù)，結(jié)合層次分析法，并使用Matlab編程計算權(quán)重系數(shù)，研究并解決了垃圾中轉(zhuǎn)站合理選址問題。

　　1 研究方法

　　目前，空間選址方法大體上包括模糊聚類法、層次分析法、重心法、交叉中值法、加權(quán)平均法、P-中值法、遺傳算法以及最短路徑法等。根據(jù)本次垃圾中轉(zhuǎn)站選址需求，以GIS為支撐，結(jié)合層次分析法，解決垃圾中轉(zhuǎn)站選址問題。

　　1.1 GIS空間分析

　　地理信息系統(tǒng)作為一種具有表達、存儲和分析功能，能夠?qū)臻g信息進行輸出的技術(shù)，具有強大的空間分析能力，能在矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)集成的環(huán)境下進行空間分析，進而解決選址問題。本次選址利用ArcGIS空間分析模塊對獲取數(shù)據(jù)進行分析處理，包括直線距離函數(shù)、點密度分析工具、數(shù)據(jù)重分類和柵格計算器等。

　　1.2 層次分析法(AHP)

　　層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)按照思維、心理的規(guī)律把決策過程層次化、數(shù)量化，建立場地優(yōu)選模型，選出最優(yōu)地址。基本原理：待評判系統(tǒng)的有關(guān)替代方案的各種要素以上一層為準則，對該層次元素進行逐次比較，構(gòu)成判斷矩陣。兩兩比較后計算出各因素的權(quán)重，根據(jù)綜合權(quán)重，按最大權(quán)重原則確定最優(yōu)方案。其運用步驟如圖1所示。

　　相對于其他選址方法，層次分析法能合理地將定性與定量的決策相結(jié)合，解決選址問題，加上其靈活簡潔的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，十分適合于具有定性的、或定性、定量兼有的決策分析，是一種十分有效的系統(tǒng)分析和科學(xué)決策方法。

　　2 垃圾中轉(zhuǎn)站空間選址流程

　　2.1.1 人口分布密度。垃圾中轉(zhuǎn)站應(yīng)靠近垃圾產(chǎn)量高的地區(qū)，地區(qū)人口密度越大，相應(yīng)的垃圾日均產(chǎn)量越高，則建立垃圾中轉(zhuǎn)站的適宜性也就越高。

　　2.1.2 土地利用。因土地利用性質(zhì)均有差異，修建垃圾中轉(zhuǎn)站的選址需要地勢平坦、地質(zhì)穩(wěn)定，故應(yīng)該對現(xiàn)有土地利用類型進行劃分，如工業(yè)用地-不適宜、商業(yè)用地-不太適宜、居住用地-適宜等。

　　2.1.3 現(xiàn)狀設(shè)施。新建垃圾中轉(zhuǎn)站是為了滿足社會需求，因其修建時投資巨大，故需考慮其修建的必要性，因此新建中轉(zhuǎn)站應(yīng)遠離現(xiàn)有的垃圾中轉(zhuǎn)站。

　　2.1.4 交通方便程度。垃圾轉(zhuǎn)運過程中需要大量的機動車輛來回進出，故修建垃圾轉(zhuǎn)運站的區(qū)域應(yīng)道路寬敞、車流量均衡且與城市主干道相連。

　　2.2 垃圾中轉(zhuǎn)站選址數(shù)據(jù)分析處理

　　2.2.1 原始數(shù)據(jù)。選用西安市某地區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖、路網(wǎng)規(guī)劃圖、區(qū)域規(guī)劃圖、人口密度分布圖和現(xiàn)狀中轉(zhuǎn)站位置數(shù)據(jù)來研究垃圾中轉(zhuǎn)站的選址問題。

　　2.2.2 派生數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)派生就是從現(xiàn)有數(shù)據(jù)生成新數(shù)據(jù)，以獲取新信息。直線距離函數(shù)用于生成每一個單元到目標(biāo)位置的直線距離[7];密度函數(shù)用于生成密度分布圖。利用直線距離函數(shù)將路網(wǎng)規(guī)劃圖和現(xiàn)狀中轉(zhuǎn)站圖派生出直線距離柵格數(shù)據(jù)(gird);利用密度函數(shù)生成人口密度分布圖，柵格單元大小為100 m×100 m。

　　2.2.3 重分類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)重分類就是用同一等級體系對每個數(shù)據(jù)集重分類，給適宜性較高的屬性賦較高的值。在對初始數(shù)據(jù)以及生成的派生數(shù)據(jù)進行疊加分析之前，要先把部分數(shù)據(jù)重分類。將土地利用現(xiàn)狀圖按用地適宜情況進行分類，如居住用地為一般適宜，公建用地為一般適宜，工業(yè)用地、綠地為不適宜[6]。服務(wù)區(qū)外地區(qū)優(yōu)先考慮，分為1，2，3，…，10級，用地適宜性越強，重分類值越大。將路網(wǎng)規(guī)劃派生數(shù)據(jù)重分類，分為10級，距離主干道越近，重分類值越大;將人口密度分布派生數(shù)據(jù)重分類為10級，距離居民區(qū)越近，重分類值越大;將現(xiàn)狀中轉(zhuǎn)站派生數(shù)據(jù)重分類為10級，離現(xiàn)狀中轉(zhuǎn)站越近，重分類值越小，反之越大。

　　2.2.4 確定權(quán)重。經(jīng)上述處理，得到道路、土地利用類型、人口密度的重分類柵格數(shù)據(jù)集，每層數(shù)據(jù)對選址均有影響，但影響程度各有差異。因此，根據(jù)該地區(qū)用地開發(fā)的原則，利用AHP來確定權(quán)重，從而根據(jù)不同的權(quán)重值來反映不同因子對選址所產(chǎn)生的影響。在利用層次分析法計算權(quán)重時，為方便計算，引入Matlab語言進行編程。計算出各個影響因子的權(quán)重值，如表1所示。其中，判斷矩陣最大特征根λmax=4.088 4，一致性指標(biāo)CI=0.029 5，隨即一致性指標(biāo)RI=0.90，一致性比率CR=0.032 7。

　　2.2.5 合并數(shù)據(jù)集。利用柵格計算器對所有的重分類數(shù)據(jù)按照計算出的權(quán)重進行合并，計算公式為：

　　式中：S是合并后的柵格數(shù)據(jù)集;Ai是重分類數(shù)據(jù)集;Wi是權(quán)重;i為選址因素的數(shù)量。

　　對合并后的數(shù)據(jù)進行分析，從而得到修建垃圾中轉(zhuǎn)站合適的4個場地，如圖2所示。其中，數(shù)值越大的區(qū)域，修建垃圾中轉(zhuǎn)站的適宜性越高。

　　3 候選場地的優(yōu)選

　　3.1 分析候選場地的特征

　　依據(jù)本次垃圾中轉(zhuǎn)站選址的具體要求，得出合適的1～4號垃圾中轉(zhuǎn)站候選場地。1號地人口密度相對較小、交通條件較差，并且周圍居民少、有1處垃圾中轉(zhuǎn)站;2號地人口密度小、交通較好，周圍居民點較多、現(xiàn)無垃圾中轉(zhuǎn)站;3號地人口密度較大、交通好，周圍居民點多、現(xiàn)有1處垃圾中轉(zhuǎn)站;4號地人口密度大、交通差，周圍居民點較少、現(xiàn)有2處垃圾中轉(zhuǎn)站。

　　3.2 模型的建立

　　3.2.1 建立選址層次結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)分析原理建立本次垃圾中轉(zhuǎn)站選址層次結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。

　　3.2.2 根據(jù)建立的層次結(jié)構(gòu)圖構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣用于比較本層每一個因素與上一層其中一個因素對于目標(biāo)層而言的相對重要性。通常用Santy的1～9標(biāo)度給出判斷矩陣元素aij。判斷矩陣元素aij的標(biāo)度方法為：1，3，5，7，9分別表示ai因素比aj因素同等、稍微、明顯、強烈、極端重要;2，4，6，8則為上述兩相鄰判斷的中值。因素i與因素j比較的判斷為aij，則因素j與因素i比較的判斷為aji=1/aij。

　　3.2.3 計算權(quán)重并進行一致性檢驗。根據(jù)上述Matlab編程語句，輸入相應(yīng)比較矩陣數(shù)值計算權(quán)重。因判斷矩陣通常是不一致的，為了能用它的對應(yīng)于特征根的特征向量作為被比較因素的權(quán)向量[1]，其不一致程度應(yīng)該在允許的范圍之內(nèi)，故Santy引入了一致性指標(biāo)。具體表示如下：

　　CI=λ-n/n (2)

　　式中：當(dāng)CI=0時，判斷矩陣A一致;CI越大，A的不一致性程度越嚴重。

　　為確定判斷矩陣不一致性容許范圍，衡量CI的大小，Santy還引入隨機一致性指標(biāo)RI，如表2所示。

　　CR=CI/RI (3)

　　式中：一致性比率CR<0.1時，判斷矩陣A的不一致程度滿足容許的范圍。則認為有滿意的一致性，其歸一化特征向量可以作為本次權(quán)向量使用，否則就要調(diào)整aij對比較矩陣進行重新構(gòu)造。

　　3.2.4 組合權(quán)向量的計算。組合權(quán)向量即是依據(jù)方案層對準則層的權(quán)向量及準則層對目標(biāo)層的權(quán)向量，計算出方案層對目標(biāo)層的權(quán)向量[10-11]。在此計算中，使用Matlab編程進行計算。經(jīng)計算，1號、2號、3號、4號候選地對目標(biāo)層的組合權(quán)向量分別為0.094 7、0.226 6、0.463 2、0.215 5。

　　據(jù)分析結(jié)果可知，3號候選地在垃圾中轉(zhuǎn)站選址中所占權(quán)重最大，故確定3號候選地為建立垃圾中轉(zhuǎn)站的最適宜位置。

　　4 結(jié)語

　　位置的選擇是修建垃圾中轉(zhuǎn)站的先決條件。將ArcGIS空間分析功能及層次分析法引入選址問題，通過對西安市某地區(qū)垃圾中轉(zhuǎn)站選址影響因素的分析，利用ArcGIS強大的空間分析功能，對獲取數(shù)據(jù)進行分析處理，并結(jié)合層次分析法，使用Matlab編程，計算所有影響因子在本次垃圾中轉(zhuǎn)站選址中所占的權(quán)重，從而建立垃圾中轉(zhuǎn)站選址的優(yōu)選模型。通過分析對垃圾中轉(zhuǎn)站的最佳位置進行科學(xué)選擇，將GIS對選址信息的可視化分析與層次分析法定性與定量分析相結(jié)合，使空間選址問題變得更清晰、更直觀。

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