作品编号：B376（二等奖）
作品名称：基于GIS的农村生活垃圾辅助决策模型
作者单位：安徽理工大学测绘学院
小组成员：戴浩然，许越越，苏弘扬，艾路生
指导老师：汪桂生
1 背景及意义
目前，随着城镇化和农村经济的快速发展，人口数量也在急剧增加，随之带来的农村生活垃圾的日益增长，由此带来的环境问题也日益严重。相对城市而言，农村人口密度相对较小，居民空间分散，加上交通条件和经济条件的限制，使得生活垃圾收集难度较大。农村生活垃圾的收集与处理一直是一个被人们忽视的问题。农村生活垃圾的收集与处理一直是农村环境综合整治的一项重要内容，它是加快推动农村生态环境建设、环境保护与污染防治的重要措施和有效途径。因此采用适合有效的方法来分析处理农村生活垃圾势在必行。
鉴于此，本设计以安徽省淮南市寿县迎河镇的6个村为研究对象，通过ArcGIS中的空间分析方法，基于Model builder建模工具，运用定量和定性相结合的方法来研究垃圾桶和垃圾中转站以及垃圾运输路线的影响因素，统计分析各指标影响的总体规律，并进行合理可行的解决方案和处理建议及决策分析。这不仅为农村生活垃圾的收集与处理提供了有利的条件，综合反映农村生活的质量，而且对推动我国农村生活垃圾的资源化、减量化、无害化对建设生态农村具有重要意义。
图1 系统框架图
本设计以安徽省淮南市寿县迎河镇为研究对象，根据2016年分辨率为0.5米的谷歌遥感影像图进行一些基础地物地貌的矢量化（房屋、农田、河流、道路等），然后利用淮南市的边界裁剪出寿县迎河镇的区域并导入各类指标，结合ArcGIS专业软件， 基于Model builder建模工具，分别建立了垃圾收集点选址、垃圾中转站选址以及垃圾运输路线优化的模型。设计作品有助于高效处理农村垃圾防止污染，从而推进农村和谐美丽的建设，不仅响应了十九大对构建美好乡村的号召，而且对于农村的发展具有重要的理论和实践意义。
3 主要研究内容和方法
⑴垃圾收集点选址
垃圾收集点分析时，首先在ArcGIS中根据多元素因素采用缓冲区分析、服务区分析和叠加分析方法得到垃圾收集点的适宜选址区域，然后利用网格法将居民区进行分类得到最终的垃圾收集点。
⑵垃圾中转站选址
对于垃圾中转站采用多元素缓冲区分析出适宜区域，在擦除土壤污染情况严重的区域得到垃圾中转站的备选点，再通过网络分析的位置分配功能获得最有垃圾中转站。
⑶垃圾运输路线优化
对于垃圾运输路线的优化，我们用层次分析法（AHP）确定因子权重并分析各个因子的权重，得到时间最优、环境最优、综合时间环境最优的路线长度，并对各村进行多路径分析和最短路劲分析得到最优路线。
4模型评价与分析
4.1 创建模型
基于Model builder建模工具，利用多种空间分析方法分别建立了垃圾收集点选址、垃圾中转站选址以及垃圾运输路线优化的模型（部分）如下所示：
⑴垃圾收集点选址
图2 垃圾桶适宜区模型
图3 垃圾桶选址点模型
⑵垃圾中转站选址
图4垃圾站备选点模型
图5 垃圾中转站选址模型
⑶垃圾运输路线优化
图5 路线规划模型
4.2 分析结果
图6、7、8 分析结果
4.3作品亮点
⑴在进行垃圾桶选址时，我们利用 GIS 空间分析方法对基础数据进行分析，从道路的服务区出发，通过叠置分析和缓冲区分析获得适宜选址区，使用网格法划分对居民点进行统计，通过空间连接、区域统计和近邻表分析，计算得到垃圾桶的位置和数量，并结合先验知识计算垃圾桶位置数量的理论，对网格进行控制，提高了模型的实用性，对其他农村也同样适用。
⑵垃圾中转站模型中对土壤污染情况进行评价，对目前的农村地面进行了保护，防止地面的二次污染，提高了模型的适应性，对任何农村地区，即使是之前污染情况严重的地区也同样适用。
⑶在选址以及路线规划中，我们三个模型均使用了网络分析的服务区、位置分配、最短路径分析、多路径分析功能，将规划落实到了交通问题中，很好地提高了对使用地理处理工具的深度，并且切实地解决了这一领域的问题。
⑷对居民点，我们小组提出了多种简化方式，利用网格合并一定距离的居民点以及单独生成缓冲区的方式，很好的解决了居民点过多，模型效率低，模型卡死的问题。
⑸在垃圾运输路线的规划过程中，我们利用完善的层次分析法，对各因子进行客观权重评价，将网络分析的不在局限于道路长度，而是结合了社会经济效益与环境效益两大方面，符合社会发展的方向。
⑹在问题的细节处理上，我们考虑很多。适宜区选址区中我们多次使用栅格与矢量之间的转换，删除多余的破碎多边形，合并整体，并删除面积过小区域，防止选址的地区面积过小无法实施建筑建成，对栅格插值我们使用条件选择对插值后0值以下的区域进行处理。
5展望
⑴本作品中的垃圾收集点选址通过空间分析和网格法分析，不仅可以避开不适宜建设地类，满足居民生活垃圾投放和清运的需求，并兼顾了道路交通的情况，除此之外对垃圾桶数量，考虑了当地的经济环境等因素，符合当地的经济环境压力。这种分析方法速度快，投入低，可以实现数据的同步更新和管理，对于提高农村环境卫生质量有一定的意义。
⑵在垃圾中转站选址时利用 GIS 的建模思想，借助于ArcGIS 平台的空间分析和建模功能，实现了选址过程中限制因子的相对重要性分析由定性到定性与定量相结合的转变，并兼顾了交通的影响，在一定程度上提高了规划和环境部门的决策准确度，可作为解决城市垃圾填埋场适宜性评价和选址问题的一种较好的理论方法和手段而推广使用 。
⑶对于运输路线规划，我们不但验证了层次分析法与 GIS结合进行多目标分析可行性，而且把这一方法应用在生活垃圾运输环节上，成功地建立了一个应用于垃圾运输路线选择的多目标地理信息系统，而且实践证明这一系统是行之有效的，综合了社会经济效益和环境效益最优化，缩短了运输的时间并且降低了运输过程造成环境污染的风险，进一步促进经济、环境和人的和谐统一。随着公众环保意识增强，在带来经济效益同时，也会带来较可观的社会效益。