摘要：近几十年能源短缺严重，世界范围内煤和石油的大量使用造成空气污染，风能作为一个环境友好的可再生能源在世界上流行起来，世界范围内对风能的需求日益加剧。对风力发电厂的需求也与日俱增。基于GIS技术的发展，本文通过深入分析该技术在选址领域的应用，归纳总结出一套方法，使得选址工作变得有法可依，有章可循。
关键字：GIS 选址 威尔士 风力发电厂
1、 简介：风电场的背景
由于最近几十年能源短缺严重，世界范围内煤和石油的大量使用造成空气污染，风能作为一个环境友好的可再生能源在世界上流行起来，世界范围内对风能的需求日益加剧。对风力发电厂的需求也与日俱增。以此同时，风电场数量的增加将会产生规划和环境的冲突。很多因素都是对风力发电差选址的影响因素例如：斜坡方位与河流到居民区和主要道路的距离。GIS做为一个包含所有这些因素的重要工具在风电场选址的过程中将会起到重要作用。
2、GIS分析过程
根据风力发电厂的基本影响因素研究先初步制定了初步分析的框架。
2.1 初步分析
图1显示了根据方法1南威尔士适合建造风电场的区域。图中紫色区域是0，代表不适合建立风电场的区域，绿色区域是1，代表适合建立风电场的区域。方法1中假设所有的制约因素都有同等的重要性。根据在本文中提出的标准，如果斜坡坡度小于17度，方向应为西向(包括西南和西北)，距离河流250米之外，距离2000米之内没有居住区，5000米之内没有道路。这就完成了把区域划分为(1)适合修建区域和(0)不适合修建区域。考虑到所有的制约因素具有相同的重要性，然后使用光栅计算将各分类标准重合到一起，会得到如图1所示的结果。表1显示了基于流程图的方法1。
2.2 进一步分析
为了进一步分析，以上标准被当作选择风电场场地的限制因素。坡度和方位以及居住区和主要道路均影响到河流的距离。进一步分析，限制因素将被用之前的方法1计算同时考虑坡度和方位的共同影响。
为了将不同的制约因素结合起来，不同的制约因素的值应该被统一标准。使用光栅计算统一不同的制约因素的值。在这个项目中，虽然只有两个方程，但计算得出的新值在0——1000之间。河流和居民区这两个制约因素涉及到“远离”，所以计算新值的公式是：
新变量=(旧变量/旧最大值)*新最大变化值
而上述因素是主要道路，因此计算距离道路的新值是“接近”：
新变量={(旧变量/旧最大值)*新变化最大值｝*(-1)+新变化最大值
当结合三个因素时，应该考虑其影响范围的变化。他们被分为不同的等级，因为他们对风电场的影响范围不同。下表表明不同级别的限制因素对风电场选址的影响。
第一级因素 第二级因素 第三级因素 第四季因素
坡度 农田 历史遗迹 路线
道路 铁路 国有财产
城市中心 河流
树林
水体
生态区
表2：分组制约因素及其意义。
根据上表，与公路和城市中心的距离被归为第一级因素，到河流距离被归结为第二级因素。我们假设第一级因素的值为2，第二级因素的值为1，接着队长这些因素赋予不同的权重值。城市居住区的权重是：城市居住区/(城市居住区+道路+河流)，即2/2+2+1。因此城市居住区的权重0.4，道路的权重是0.4，河流的权重是0.2。然后使用加权求和工具，结合三个因素的权重，将道路和城市中心赋予0.4，将河流赋予0.2的权重。结果如图3所示。
对公路和城市中心的距离是属于第一等级的因素，而河流距离属于到第二级的因素。我们假设一等级的因子为2，第二级因子为1。可以通过以下制定权重：城市居住区的权重是：城市居住区/(城市道路距离+城市中心距离 +水)，这是2 /(2 +2 +1)。因此，城市居住区的权重为0.4，道路因素是0.4，而河流重量为0.2。然后使用'加权求和'工具，结合三个因素的权重，给道路和城市中心给予权重0.4和0.2河流。
图4显示了南威尔士适合风电场区域的值的变化范围。适宜尺度由值为577.069的蓝色理想区域到值为0的桔黄色不可接受区域。
3、讨论：分析过程中的缺陷
GIS在决定最佳位置中扮演重要角色同时也存在一定缺陷。GIS的错误可以被总结为四个方面：一是可能收集中的错误导致不精确数据;二是数据处理和分析的错误;三是理论上的错误;最后是数据解译上的错误。
GIS具有强大的分析能力，同时也会在分析过程中产生严重的错误。数据分析上的失误将会在几个抽象的层次上被传播，导致很难追踪。
在GIS分析过程中，数据基于在一个栅格系统中的确定尺寸区域中的像素大小，测量距离则是点之间像素之和。成角度的像素距离需要通过加权计算获得，因为线是弯曲的。因此在测量距离过程中，无论使用任何功能包括缓冲，最小成本分析等都会导致错误。
在风电场项目中，使用方法1的“最初分析”将会有五个确定的因素限制选址，其中的三个与距离有关。虽然道路和河流的初始向量文件在完成了远程操作栅格表面时就已被创建，在最后时依然可能会出现错误。有三种方法可以帮助我们选择距离区域。第一个就是使用“欧氏距离”，第二个是“直线”工具，最后是“缓冲区”工具。前两种方法可以获得相同的结果。他们之间最重要的区别之一就是使用“多缓冲区”工具可以创建一系列多边形。例如，如果输入3个圆环将会产生3个不同距离的圆环。虽然“欧氏距离”和“直线”工具会得到不同的许多结果(不输入最大距离时)，我们可以按照需要重新分类。例如，用一个统一标准认为，风电场应该位于道路的5000米之内，使用“欧氏距离”或“直线”工具获得的结果将重新分类为0和1，1代表着0-5000米之间适合的地区，而0代表着不适合地区。
GIS具有3个非常有效的作用，覆盖，交互式改变比例，结合不同来源的数据。在分析过程中会毫无征兆的覆盖2个不同比例的地图，而GIS用户会很容易忽视此错误。
在进一步分析过程中，影响因素被视为模糊概念，如“远离”或“接近”。而在GIS分析处理过程中，这些模糊概念应该被映射为可以绘制为地图的确切条件。我们应当决定什么类型的距离是“远离”，什么类型的是“接近”。在某些情况下，我们可以通过个人经验和知识判断已有数据的类型。
4、进一步分析基本权重
考虑到不同因素的影响，每个影响因素的权重不同。对于一个风电场，过多的坡地将会导致高投入和对技术的高要求。由于一些政治和经济原因，在某些区域建造风电场时应特别考虑安全和环境问题。河流沿岸也会增加风电场预算。远离居民区会减少噪声对其的污染。此外因为一些法律政策，应避免在自然保护区选址。在此项目中，如第二部分所提到的，这三个因素的整体权重为1。影响因素被分为不同等级，所以在进一步分析中，我们可简单的将各权重表示为：城市中心0.4，道路0.4，河流0.2 。
根据图4，我们清晰的看到理想修建风电场的区域在南威尔士只占很小的一块，条件一般和不能修建的区域则占很大一部分。考虑不同的权重时，我们应该特别注意安全和技术条件。造价在风电场建造中则是次要因素。如前面提到的，选址在河流附近将会增加建造成本，道路和居住区附近则涉及到安全和噪声问题。因此，当给3个影响因素赋予权重的时候，数量可以变化但必须确保河流的权重低于道路和居住区。
5、建议
风电场选址时有很多标准，包括物理、经济、环境压力、资源和规划考虑。风电场应该坐落在良好的地质条件区域，如地震烈度低的区域。然而，这些因素在此次项目中并没有被考虑。此外气候灾害区也应当被避免。雷暴和沙尘暴会摧毁风电设备。如果这些因素和数据被考虑进来，分析的结果将会更加精确。
人也是GIS系统中的组成部分之一，并在分析过程中发挥着重要作用。由人去决定应该选中哪种标准，哪些因素在项目中会产生更大的影响。因此，经验和只是对于GIS使用者来说很重要。为了在分析过程中获得更加精确的数据，对GIS使用者进行更严格的教育和训练。
良好的GIS分析有助于寻找潜在的适合建立风电场区域。欧盟和英国对风电场巨大的需求，预示着GIS在该领域将会起到巨大作用。
参考文献：
【1】Baban S M J & Parry,，2001年。GIS在英国风电场选址中的应用。可再生能源，24(1)，59-71页。
【2】Handout, 2011. Practical 1 ArcGIS 2011.
【3】Haywood, I. Cornelius, S. & Carver, S. 2006, An Introduction to Geographical Information Systems, Prentice Hall.
期刊VIP网，您身边的高端学术顾问
文章名称：
基于GIS对南威尔士风力发电厂的选址分析
文章地址：
http://www.qikanvip.com/dianli/3128.html
