污水处理站空间选址分析方法及装置与流程

1.本发明涉及地理信息技术领域，具体地说，涉及一种污水处理站空间选址分析方法及装置。


背景技术：

2.自然村生活污水处理具有来源分散、水质、水量波动大、地区生活水平、技术水平有限等特点，大多采用分散式污水处理系统，即在相对较小的区域范围内建设中小型污水处理站，一般以自然村为单位，污水处理站的处理规模大多在10-200吨内，一般不需要长距离输送和多级提升。优点是建设方式灵活，建设周期短，施工难度低；投资省，减少管网建设费用；有利于中水回用，提高水资源利用率。缺点是站点数量多，总的运行成本偏高；总投资较大，占地面积较大，难以形成规模效益；对周围环境影响大，影响区域的开发建设；污泥处理处置困难；水质、水量变化较大，对污水处理处理设备运行不利。
3.因此，科学地为自然村生活污水处理站进行空间选址，因地制宜的选择建设规模，是实现自然村生活污水治理建得起、用的起、管得好的关键。目前，对于污水处理站空间选址，还没有合理科学的方法。


技术实现要素：

4.为解决以上问题，本发明公开一种污水处理站空间选址方法，用于在村域内对应每个自然村选址确定污水处理站的位置，所述村域是指包含多个自然村的区域，方法包括：
5.将建设用地可选范围划分为多个空间单元，根据包括与选址分析相关的各项因子的选址分析评价体系，利用群决策专家数据集结的方式进行所述各项因子的权重计算，形成因子权重矩阵，其中，因子包括条件因子以及动态修正评价因子；
6.从基础地理信息空间数据库中，调取因子对应的因子数据，并对因子数据进行标准化处理；
7.将标准化后的因子数据与因子权重矩阵，代入选址分析公式，获得各个空间单元内设置污水处理站的适宜性指数，
8.选址分析公式如下：
[0009][0010]vy
代表空间单元内设置污水处理站的适宜性指数；
[0011]
xi代表选址分析评价体系中的第i个因子数据经过标准化处理后的数值；
[0012]
bvi代表因子权重矩阵中第i个因子的权重数值；
[0013]
n表示有n个因子。
[0014]
可选地，在获得各个空间单元内设置污水处理站的适宜性指数后，将所有自然村以及污水处理站不同位置形成方案组合，再结合污水处理覆盖率、污水处理站负荷率、污水处理总容量的设计数据从方案组合中进行方案比选，确定最优推荐选址方案。
[0015]
可选地，
[0016]
确定所有污水处理站的污水处理总容量的公式如下：
[0017][0018]
wy，代表所有污水处理站的污水处理总容量；
[0019]
ti代表第i个污水处理站设计污水处理总量；
[0020]
mi代表第i个污水处理站建设投资费用；
[0021]fi
代表第i个污水处理站负荷率；
[0022]di
[x y]代表第i个在空间坐标值[x y]下的污水处理站的污水处理需求量；
[0023]hi
代表第i个污水处理站运营费用。
[0024]
可选地，将适宜性指数融入矢量面状数据，利用gis软件平台中的矢量面转矢量点工具，确定污水处理站空间坐标集合。
[0025]
可选地，各项条件因子包括交通可达耗时、基础设施条件、服务覆盖要求、自然环境条件对应的因子，动态修正评价因子包括上位规划中的自然村规划类型、经济发展水平。
[0026]
可选地，将因子按照正向影响、负向影响进行划分，其中正向影响因子包括：道路路网密度、排水管网密度、服务覆盖人口范围、安全隔离距离、工程地址条件、风象条件、上位规划中的自然村规划类型、经济发展水平，
[0027]
正向影响因子数据标准化公式为：
[0028][0029]
负向影响因子包括：自然村至污水处理站步行可达耗时、自然村至污水处理站机动车可达耗时，
[0030]
负向影响因子数据标准化公式为：
[0031][0032]
xi表示原始因子层数据；
[0033]
x表示经过标准化公式处理后的因子层数据；
[0034]
x
max
表示原始因子层数据的最大值；
[0035]
x
min
表示原始因子层数据的最小值。
[0036]
可选地，还建立定性评语集合，将空间单元内的适宜性指数在建设用地可选范围上进行空间位置表示。
[0037]
可选地，在将建设用地可选范围划分为多个空间单元，根据包括与选址分析相关的各项因子的选址分析评价体系，利用层次分析软件以群决策专家数据集结的方式进行所述各项因子的权重计算，建立因子权重矩阵之前，还包括：
[0038]
收集村域内包括土地、人口、道路、环境、管网、产业的土地资源数据，建立基础地理信息空间数据库；
[0039]
在基础地理信息空间数据库中，去除规划用地后的区域划定为污水处理站建设用地可选范围。
[0040]
本发明还提供一种污水处理站空间选址装置，用于在村域内对应每个自然村选址确定污水处理站的位置，所述村域是指包含多个自然村的区域，包括：
[0041]
权重确定模块，用于将建设用地可选范围划分为多个空间单元，根据包括与选址分析相关的各项因子的选址分析评价体系，利用群决策专家数据集结的方式进行所述各项因子的权重计算，形成因子权重矩阵，其中，因子包括条件因子以及动态修正评价因子；
[0042]
标准化处理模块，用于从基础地理信息空间数据库中，调取因子对应的因子数据，并对因子数据进行标准化处理；
[0043]
适宜性评价模块，用于将标准化后的因子数据与因子权重矩阵，代入选址分析公式，获得各个空间单元内设置污水处理站的适宜性指数，
[0044]
选址分析公式如下：
[0045][0046]vy
代表空间单元内设置污水处理站的适宜性指数；
[0047]
xi代表选址分析评价体系中的第i个因子数据经过标准化处理后的数值；
[0048]
bvi代表因子权重矩阵中第i个因子的权重数值；
[0049]
n表示有n个因子。
[0050]
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
[0051]
1、综合考虑自然村生活污水处理站的空间选址分析过程中的各个因素，并将各个因素进行量化，建立数学模型，评价空间单元的适宜性。
[0052]
2、将污水处理站的空间单元适宜性评价结果与污水处理站的模拟运营成本进行关联，综合考虑在不同空间单元适宜性下污水处理站模拟运营的成本，为多选址方案进行比对。
[0053]
3、不同于对单个自然村生活污水处理站进行空间选址分析与建设规模预测，而是将村域范围内多个有生活污水处理需求的自然村看做为一个整体，考虑相邻自然村之间的污水处理需求关系，统筹多个自然村生活污水处理站空间选址及其建设规模预测。
附图说明
[0054]
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
[0055]
图1是表示本发明实施例的空间选址方法的流程图；
[0056]
图2是表示本发明实施例的选址分析评价体系；
[0057]
图3是表示本发明实施例的空间位置适宜度在建设用地可选范围上表达的示意图；
[0058]
图4是表示本发明实施例的方案比选的示意图；
[0059]
图5是表示本发明实施例的最优推荐选址方案的示意图。
具体实施方式
[0060]
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
[0061]
图1是本实施例的污水处理站空间选址方法的流程图，下面将参照图1来说明本发
明的污水处理站空间选址方法，用于在村域内对应每个自然村选址确定一个污水处理站的位置，其包括以下步骤：
[0062]
步骤s1，收集村域内的土地、人口、道路、环境、管网、产业等村域可利用土地资源数据，建立基础地理信息空间数据库，所述村域是指包含多个自然村的区域。
[0063]
步骤s2，在基础地理信息空间数据库中，将依据国土空间规划去除国土规划用地后的区域划定为污水处理站建设用地可选范围，国土规划用地例如永久基本农田、林地、道路、宅基地等。
[0064]
步骤s3，将建设用地可选范围划分为多个空间单元，例如可以换照方格网形式将建设用地可选范围划分为待评价的空间单元。每个空间单元都用于评价是否适宜布置污水处理站，根据图2所示的选址分析评价体系，所述选址分析评价体系包括与选址分析相关的各项因子，建立因子权重矩阵。
[0065]
其中各项因子包括自然村至污水处理站步行可达耗时、自然村至污水处理站机动车可达耗时、道路路网密度、排水管网密度、服务覆盖人口范围、覆盖人口数量、安全隔离距离、安全隔离距离、工程地址条件、风象条件、上位规划中的自然村规划类型、经济发展水平。
[0066]
由于自然村污水处理站选址建设既是自上而下的政府公共服务决策行为，又与切实改善自然村农民生活息息相关，同时，还涉及到较强的技术领域，既有行政政策的权威性，又有民生要求与技术保障要求。因此，依据选址分析评价体系制作调查问卷，以政府行政主管部门、村民代表、设计施工单位、建成运营单位、高等院校相关学者等专家打分为主要数据来源，来计算各评价指标的权重数值，计算过程利用层次分析软件(yaahp)中的群决策专家数据集结的方式来进行各项指标的权重计算。
[0067]
经过计算后各权重如表一所示，建立因子权重矩阵bv，例如表一中的数据(b1＝0.06，b2＝0.04，b3＝0.06，b4＝0.14，b5＝0.12，b6＝0.1，b7＝0.08，b8＝0.1，b9＝0.2，v1＝0.18，v2＝0.02)。
[0068]
其中，bvi表示因子权重矩阵bv中第i个因子的权重数值。
[0069]
表一
[0070][0071]
步骤s4，从基础地理信息空间数据库中，调取因子层所涉及的因子数据，将因子按照正向影响、负向影响进行划分，因数据多源且异构，无法直接用于空间分析研究，可以将
因子数据用极值法进行数据标准化工作。
[0072]
正向影响因子包括：道路路网密度、排水管网密度、服务覆盖人口范围、安全隔离距离、工程地址条件、风象条件、上位规划中的自然村规划类型、经济发展水平。
[0073]
正向影响因子数据标准化公式为：
[0074][0075]
负向影响因子包括：自然村至污水处理站步行可达耗时、自然村至污水处理站机动车可达耗时。
[0076]
负向影响因子数据标准化公式为：
[0077][0078]
xi表示原始因子数据；
[0079]
x表示经过标准化公式处理后的因子数据；
[0080]
x
max
表示原始因子数据的最大值；
[0081]
x
min
表示原始因子数据的最小值。
[0082]
步骤s5，根据污水处理站在特定空间位置实现其预定目标的适应程度，为其建立定性评语集合，适应程度例如可以采用以下四个等级的定性评语组成定性评语集合d＝{高、较高、中、低}。
[0083]
步骤s6，将标准化后的因子数据与因子权重，代入选址分析公式，计算得出各个空间单元设置污水处理站的适宜性指数。适宜性指数结合定性评语集合d，得出适宜性评价结果，将适宜性评价结果在建设用地可选范围上进行空间位置表达，包含了空间位置表达的建设用地可选范围如图3所示。
[0084]
选址分析公式如下：
[0085][0086]vy
代表空间单元内设置污水处理站的适宜性指数；
[0087]
xi代表选址分析评价体系中的第i个因子数据经过标准化处理后的数值；
[0088]
bvi代表因子权重矩阵中第i个因子的权重数值。
[0089]
其中，可以进一步结合设定的选址原则来挑选选址，例如，位于夏季主导风向的下风向，良好的工程地质条件，位于村域排水末端，便于污水污泥的收集、排放、回用与运输，不影响周边生态环境与景观，满足防洪要求且具备良好的排水条件等。需要说明的是，这是本领域技术人员根据主观需求可以实施的技术手段，在此不做详述。
[0090]
步骤s7，根据空间单元的适宜性评价结果为每个自然村确定多个选址，例如所有定性评语为高的空间单元都可以作为污水处理站的位置，这样一个自然村可能会对应有多个适宜布置污水处理站的适宜性位置。将所有自然村以及污水处理站不同位置形成方案组合，再结合污水处理覆盖率、污水处理站负荷率、污水处理总容量的设计数据从方案组合中进行方案比选。
[0091]
更具体的，是根据空间单元的适宜性指数结合污水处理站的设计处理吨数、模拟运营成本，以及在空间单元中多个污水处理站空间坐标集合等因素，将空间位置与污水处理覆盖率、污水处理站负荷率有机的进行结合，使得达到既能最大限度的进行污水处理服
务覆盖，又能保持污水处理站的合理负荷率，且多个污水处理站的总处理吨数在污水处理总容量范围内，从而确定最优推荐选址方案。
[0092]
确定所有污水处理站的污水处理总容量的公式如下：
[0093][0094]
wy代表所有污水处理站的污水处理总容量；
[0095]
ti代表第i个污水处理站设计污水处理总量；
[0096]
mi代表第i个污水处理站建设投资；
[0097]fi
代表第i个污水处理站负荷率；
[0098]di
[x y]代表第i个在空间坐标值[x y]下的污水处理站的污水处理需求量；
[0099]hi
代表第i个污水处理站运营费用。
[0100]
如图4所示，三个方案中，1#、2#、3#、4#自然村的污水处理站的布置位置是不同的，各污水处理站的设计数据如图4中部所示，1#、2#、3#、4#自然村的综合污水处理设计数据如图右侧所示，根据污水处理覆盖率、污水处理总容量以及污水处理站负荷率来综合选择最优推荐选址方案，显然，方案一更优。
[0101]
进一步的，将适宜性评价结果融入矢量面状数据，利用arcgis软件平台arctoolbox工具集中的data management tools-feature-feature to point工具，以适宜性评价结果中适宜性符合要求的空间单元为转换要素；例如图5中，以去掉适宜性低的空间单元后的一个自然村为一个矢量面，共四个矢量面，将四个矢量面“由面转点”；每个矢量面有且只有一个矢量点生成，该矢量点代表在该自然村范围内污水站最佳位置坐标值。确定污水处理站空间坐标数值集合，1#、2#、3#、4#自然村共四个位置坐标值n1、n2、n3、n4。
[0102]
步骤s8，输出最优推荐选址方案。
[0103]
另外，本技术还提供一种污水处理站空间选址装置，用于在村域内对应每个自然村选址确定污水处理站的位置，所述村域是指包含多个自然村的区域，包括：
[0104]
权重确定模块，用于将建设用地可选范围划分为多个空间单元，根据包括与选址分析相关的各项因子的选址分析评价体系，利用群决策专家数据集结的方式进行所述各项因子的权重计算，形成因子权重矩阵，其中，因子包括条件因子以及动态修正评价因子；
[0105]
标准化处理模块，用于从基础地理信息空间数据库中，调取因子对应的因子数据，并对因子数据进行标准化处理；
[0106]
适宜性评价模块，用于将标准化后的因子数据与因子权重矩阵，代入选址分析公式，获得各个空间单元内设置污水处理站的适宜性指数，
[0107]
选址分析公式如下：
[0108][0109]vy
代表空间单元内设置污水处理站的适宜性指数；
[0110]
xi代表选址分析评价体系中的第i个因子数据经过标准化处理后的数值；
[0111]
bvi代表因子权重矩阵中第i个因子的权重数值；
[0112]
n表示有n个因子。
[0113]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、
等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。