基于GIS的农村居民点整理模式的选择——以郧西县为例

李路,邓文胜,刘海

(湖北大学资源环境学院,湖北 武汉 430062)

基于GIS的农村居民点整理模式的选择
——以郧西县为例

李路,邓文胜,刘海

(湖北大学资源环境学院,湖北 武汉 430062)

基于GIS构建了农村居民点整理模式选择的方法.首先,利用Voronoi图空间分割的特性,将现状居民点进行初步分类;然后,综合考虑自然环境、社会经济等因素,构建农村居民点的建设适宜性评价指标体系,通过层次分析法确定了评价指标因子的权重,并基于GIS的空间分析功能,对建设适宜性进行分区;最后,结合分类与分区的结果,选择农村居民点整理模式.基于该方法,实证研究了郧西县农村居民点整理模式.结果表明,30.02%的现状居民点选择城乡一体化整理模式;17.35%的现状居民点选择中心村整理模式;44.43%的居民点选择村内合建整理模式;8.20%的居民点选择搬迁整理模式.

农村居民点;整理模式;GIS;Voronoi图

0 引言

近年来,随着社会经济以及城市化和工业化的加速发展,土地已在城市与农村的发展过程中扮演着至关重要的角色,城镇规模不断扩张,同时农村人口也源源不断地涌入城镇,城镇的各项发展对土地的需求越来越大,但农村建设用地面积并未相应减少,很多地区甚至呈递增趋势,导致建设用地总量逐年增加,加重了耕地的压力,加大了土地的供需矛盾.因此,对农村居民点整理,提高农村土地集约利用程度,从而提高农村自我发展能力,最终实现城镇建设用地的有序扩张与农村居民点的逐步拆并相结合,达到城乡统筹发展.

国外学者对农村居民点整理研究较少,主要侧重于农村居民点的区位研究.如J G kohl通过对不同类型的村落进行比较研究,着重说明地形差异对村落区位的影响[1].M Lugeon分析村落位置与地形、阳光等环境因素的关系[1].Michael Hill通过研究指出,海拔高度是影响居民点分布的一个重要因素,如北苏格兰的村庄分布高度比南苏格兰的村庄分布高度低[2].

国内关于农村居民点整理的研究正逐渐深入.叶艳妹等[3]分析农村居民点用地整理的运作模式和政策,认为有4种模式:一是农村城镇化型用地整理模式,二是自然村缩并型用地整理模式,三是中心村内调型用地整理模式,四是异地迁移型用地整理模式.杨庆嫒[4]对农村居民点用地整理模式和目标进行分析后,认为在经济发达的平原型大城市郊区,市场运作模式是农村居民点整理的可行模式,也是农村居民点整理的创新模式.廖赤眉等[5]针对广西的特点提出迁村并点、缩村腾地、迁村上山、重建家园等4种土地整理类型,并分析了其前景.

各种文献资料显示,国内有关农村居民点整理模式的研究多集中在制度和理论上,很少考虑不同区位、社会等条件对农村居民点整理模式选择的影响,而在现实中,区位、社会等条件,往往是影响农村居民点整理模式的关键因素.因而,本研究中在选择农村居民点土地整理模式时,结合农村居民点的分布形态,综合考虑社会经济和自然区位等状况,以期使确定的农村居民点整理模式更符合实际,从而为相关决策提供更科学的参考.

1 研究区概况与数据

1.1研究区概况郧西县地处鄂西北山地,北依秦岭,南临汉江,北、西、南三面与陕西省商南、山阳、镇安、旬阳、白河等五县接壤,东南与本省郧县毗连,地扼秦楚要冲,素称“秦之咽喉,楚之门户”,郧西县行政区划图如图1所示.全县版图面积3 509 km2,东西长115 km,南北宽55 km,地势西北高东南低,除东部天河沿岸为海拔250～500 m的丘陵盆地外,大部分海拔在700～1 200 m.2009年,全县辖18个乡镇(场、区),348个村(居)委会,2 221个村民小组,总人口50.78万人,其中农业人口42.66万人.全县版图面积较大,农村居民点面积7 373.01 hm2,分布较为零散,按当年农业人口计算,人均村庄用地173 m2,高出国家定额最高值(150 m2/人),土地集约利用程度较低.

图1 郧西县行政区划图

1.2研究数据本研究中采用了郧西县2009年土地利用现状数据、分辨率为30 m的数字高程模型DEM数据、郧西县2009年统计年鉴、郧西县2012年地质灾害防治方案和郧西县2010—2020年土地利用总体规划等资料.从土地利用现状数据中提取城镇用地、农村居民点用地以及影响居民点空间布局的交通、河流等信息;其次从DEM数据中获取高程、坡度和坡向等数据;从郧西县地质灾害防治方案中获得郧西县地质灾害易发带的数据.

2 研究方法

利用Voronoi图空间分割的特性,界定村镇的影响范围.根据Voronoi图多边形面积进行点集密度分析,确定居民点的分布形态,形成初步分类.在此基础上对地区的发展潜力进行适宜性分区.综合两个分类分区结果,确定不同空间的农村居民点整理模式.整理模式主要有:城乡一体化整理模式,村内合建模式,迁村并居模式(中心村建设模式、搬迁模式)[6],具体技术路线如图2所示.

图2 技术路线图

2.1 基于Voronoi图的农村居民点分类

2.1.1 Voronoi图的定义 设P是一离散点集合P1,P2,…,Pn∈P,定义Pi的Voronoi区域V(Pi)为所有到Pi距离最小点的集合:V(Pi)={P/d(P,Pi)≤d(P,Pj),j≠i,j=1,2,…,n}.假设P是一离散点集合,P1,P2,…,Pn∈P,定义P的V图V(P)为:V(P)={V(P1),V(P2),…,V(Pn)}其中Pi成为V图生成元,发生元除了点集外,还可能是线集、面集或其他更复杂图形的集合等[4,7-9].

2.1.2 Voronoi多边形面积分类 居民点的Voronoi图多边形面积的倒数作为评价居民点局部密度的一个指标,即Voronoi图多边形面积越大,其局部密度较小;相反,多边形面积越小,其局部密度较大.本文中根据居民点的局部密度大小初步将农村居民点分成了3类:密度较大、密度一般、密度较小.密度较小的居民点更趋向于选择搬迁整理模式,密度较大的居民点趋向于选择中心村建设、城乡一体化的整理模式.

2.2建设适宜性分区从地区的发展潜力进行适宜性分区.建设适宜性高的区域,可以整合周边的农村居民点,扩大城镇规模;建设适宜性中等的区域,可通过建设中心村减少居民点用地面积,扩大耕地面积;建设适宜性低的区域,可通过居民点整理增加耕地面积[6].

2.2.1 评价单元的选择 评价单元有自然边界、行政边界和格网等方法,分区评价单元的划分将影响评价的应用与评价的精度.为了提高分区的精度,本研究中采用30 m×30 m的格网评价单元,每一个格网作为一个评价单元.

2.2.2 指标选择与权重确定 农村居民点整理系统是自然、资源、经济和社会综合作用的系统,影响农村居民点建设适宜性的因素包括自然、资源、经济和社会有关的众多指标,选择参评因子的合适与否直接影响建设适宜性评价划分结果的科学性和真实性.本研究中将单因素建设适宜性等级,根据实际情况分为非常适宜、适宜、基本适宜、基本不适宜、不适宜五类,同时分别赋权值9、7、5、3、1,数值大小与该因素建设适宜性的大小成正比,与该因素建设敏感性的大小成反比[10].

考虑研究区域的山地生态系统的复杂性、模糊性及不可逆性等特点,选取影响区域的建设适宜性指标.若采用精确客观的数学模型确定山地的建设适宜性评价的因子权重的难度较大,且难以反映当地情况.本文中采用T L Saaty提出的层次分析法(AHP)确定指标因子的权重,该方法适用于难以完全定量分析问题的多准则决策方法,适合山地城市用地适宜性评价中因子权重的确定.

其中,S—最终适宜性得分,m—基本指标个数,xi—第i项基本指标分值,wi—第i项基本指标权重.

2.2.4 评价等级确定 根据研究区域的建设适宜性评价结果得分,在评价单元的综合分值频率直方图的基础上,选择自然间距分类(Natural Breaks),此分类方法可根据分值变化的特征找出变化剧烈的区域作为农村居民点建设适宜性分区等级划分界限,划分出区域内适宜性的最终结果.

2.3农村居民点整理模式选择仅通过建设适宜性分区结果确定农村居民点整理模式,将造成某些分布密度较大的居民点选择搬迁整理模式,密度较小的居民点选择中心村整理模式,显然这样的结果不符合现实.因此结合居民点分布类型的分类结果与建设适宜性分区结果选择整理模式更为科学合理.农村居民点的整理模式主要包括:城乡一体化整理模式是针对经济相对比较发达的城镇周围的居民点,将旧村改造规划与城镇规划相连,实现就地“城市化”的一种整理模式[11];迁村并居整理模式是把分散于大村以外的自然村并入行政村中,以区位条件优越、实力强的村庄为中心,合并其临近的村庄,以形成一定规模、功能齐全的组团式布局的一种整理模式,可分为中心村建设模式与自然村搬迁模式;村内合建模式是对村庄内部基础设施和交通等条件一般、缺少村庄规划、不适合搬迁的村庄进行内部改造,改善其布局的一种整理模式.

3 郧西县农村居民点整理模式的选择

3.1数据处理由于郧西县农村居民点分布较零散,一些具有相同功能和生活方式的居民点可能被分隔开,考虑到未来发展的趋势,将2009年二调的农村居民点图斑进行50 m缓冲区分析,缓冲区内的图斑合并成一个[12],得到郧西县农村居民点图斑的基础数据.

3.2郧西县农村居民点初步分类将农村居民点用地图斑数据转换成点状数据,生成居民点的Voronoi图,然后和郧西县行政区数据叠加,得到郧西县居民点Voronoi图.计算郧西县每个居民点Voronoi图的多边形的面积,面积范围3.08～709.38 hm2,选择分位数间距分类(Quantile),该方法可度量呈偏态的定量数据的离散趋势,分位点作为划分农村居民点密度分布区域的临界点.将面积0～25.15 hm2的居民点归为密度较大的居民点区域,面积25.15～49.98 hm2的居民点归为密度一般的居民点区域,面积 > 49.98 hm2的居民点归为密度较小的居民点区域.图3为郧西县农村居民点现状分布图,图4为郧西县农村居民点密度分类图.

图3 郧西县农村居民点现状分布图

图4 郧西县农村居民点密度分类图

3.3农村居民点建设适宜性分析将建设适宜性分为5个等级:非常适宜、适宜、基本适宜、基本不适宜、不适宜,分别对应的赋分为9、7、5、3、1.

3.3.1 指标的选取与权重的确定 参照参评指标选取的一般原则和方法[13],根据影响农村居民点分布和发展的因素特征,结合郧西县多山、地形地貌复杂、地质灾害分布广泛等实际情况,建立自然环境—社会经济评价指标体系.自然环境因素是从农村居民点建设的限制性、水资源保护性及人类居住适宜性等角度,评价农村居民点的生态安全状况,选用高程、坡度、坡向、距河流距离、距地质灾害易发带距离为评价指标;社会经济因素则是从农村居民点自身发展水平等方面,分析农村生产发展和农民生活改善所具备的潜力,选择人口密度、城镇化率、距主要道路距离、距镇中心距离、距中心村距离、乡镇财政收入、农村人均纯收入为评价指标.采用9、7、5、3、1五级标准对单因子进行量化,表示各评价指标对农村居民点建设适宜性的高低.高程、坡度和坡向,主要参考中国地形地貌划分标准和植被分布特征进行量化;距地质灾害易发带距离和距河流距离,参考城市规划中地质灾害分区和水源保护区进行量化.人口密度的量化分级参考有关研究[14],城镇化率的量化分级参考相关的研究[15],距主要道路距离与距镇中心、中心村距离考虑路网密度和参考县域尺度的相关研究确定量化临界值[16-17],乡镇财政收入的量化分级参考网上资源《乡镇的分类标准》,农村人均纯收入参考2009年十堰市与郧西县的农村人均纯收入量化分级.建设适宜性指标因子分级标准,见表1.指标因子的权重采用层次分析法确定,见表2.

表2 指标因子权重表

3.3.2 评价等级的确定 将单因子数据统一转换成栅格数据,将各个等级的分值分别赋给每个因子,然后进行适宜性叠加分析,得到综合因子的建设适宜得分,得分范围1.735 6～8.957 3.选择自然间距分类,划分区域内适宜性的最终结果.不适宜得分为1.735 6～4.135 2,基本不适宜得分为4.135 2～4.817 3,基本适宜得分为4.817 3～5.404 5,适宜得分为5.404 5～6.213 7,非常适宜得分为6.213 7～8.957 3.建设适宜分区图如图5所示.

图5 建设适宜性分区图

3.4整理模式的引导根据农村居民点的分类与建设适宜性分区结果选择合适的农村居民点整理模式,具体整理模式选择见表3.

表3 整理模式选择表

图6 郧西县整理模式图

结合农村居民点分类的结果与建设适宜分区结果进行叠加分析,得到郧西县整理模式结果图,如图6所示.

由图6分析可知,上津镇(王家庄村、吴家沟村)、土门镇(大磨村、吊桥村)、安家乡(元门村、八道河村)、店子镇(马鹿坪村、二龙山村)等村适合中心村建设整理模式;景阳乡(干沟口村、解家坪村)、夹河镇(大东沟村、陡岭子村)、湖北口回族乡(寺院沟村、李木沟村)、六郎乡(黄龙沟村、核桃园村)、安家乡(瓦房沟村、燕子山村)、香口乡(沉溪河村、白岩河村)、店子镇(马鹿坪村、牌楼村)、关防乡(包耳场村)等村适合搬迁整理模式;安家乡(神雾岭村、安家河村)、六郎乡(六郎关村、大石堰村村、苏家山村)、景阳乡(南院庄村、天池垭村、陈家庄村)、夹河镇(卧龙岗村)、店子镇(前庄村)、土门镇(九龙寺村)等村适合村内合建整理模式.

4 结论

1) 本文中构建了农村居民点整理模式选择方法.首先,利用Voronoi图空间分割的特性,引入了Voronoi图将农村居民点根据相对密度进行分类;然后,构建指标体系,进行适宜性分区;最后,将适宜性分区结果与分类结果叠加,选择合适的农村居民点整理模式.结果表明,47.37%的农村居民点适合城乡一体化整理模式与中心村整理模式;44.43%的农村居民点适合村内合建整理模式;8.20%的农村居民点适合搬迁整理模式.

2) 适宜不同整理模式的农村居民点的分布既受地形、河流等自然环境条件的影响,也受交通、财政收入等社会经济条件的制约.结果表明,适宜城乡一体化整理模式的农村居民点主要以各个乡镇为中心呈团状分布;适宜中心村整理模式的农村居民点集中分布在郧西县的南部区域;适宜村内合建整理模式的农村居民点除个别乡镇外呈均匀分布;适宜搬迁整理模式的农村居民点主要分布在郧西县的中西部与北部区域.

3) 郧西县农村居民点大有向城镇与中心村集聚的潜力,可集约用地的数量可观.郧西县的农村居民点规模小、分布较为零散,不利于节约用地和城镇的发展,适当地加以合并和发展中心村、小城镇有利于土地的集约利用.

4) 构建的农村居民点整理模式选择方法,用于郧西县农村居民点整理模式分析,对郧西县农村居民点整理的工作具有一定的指导意义.该方法综合了社会经济和自然区位等条件,具有普适性,对全国其他县市农村居民点整理模式选择具有指导作用,可用于其他县市农村居民点的整理工作,指导中心村规划,实施迁村并点方案.但是,农村居民点的整理受村民居住习惯与思想认识上的影响,农民长期同姓集居的风俗习惯、封建宗族意识和安土重迁的思想均是影响农村居民点搬迁的主要因素,如对拆祖传老屋的抵触情绪,影响了农村居民点的整理工作.同时,由于小农思想和宗族意识的存在,农村实行土地承包责任制后,宅基地私有化在农民中始终十分严重,给宅基地的集中管理和村庄的规划建设造成了很大阻力.本文中并未考虑农村土地所有制等相关政策与农民的居住习惯和思想认识对农村居民点整理的限制,相关内容仍需作进一步研究.

[1] 李君,李小建.国内外农村居民点区位研究评述[J].人文地理,2008,23(4):23-27.

[2] Hill M. Rural settlement and the urban impact on the countryside[M]. London: Hodder & Stoughton,2003:20-36,58-72.

[3] 叶艳妹,吴次芳.我国农村居民点整理的潜力、运作模式与政策选择[J].农业经济问题,1998(10):54-57.

[4] 杨庆嫒,张占录.大城市郊区农村居民点整理的目标和模式研究[J].中国软件科学,2003(6):115-119.

[5] 廖赤眉,李澜.农村居民点土地整理模式及其在广西的应用[J].广西师范学院学报:哲学社会科学版,2004,25(1):7-11.

[6] 金志丰,陆效平.基于建设适宜性分区的农村宅基地整理模式选择—以常熟市为例[J].中国土地科学,2010,24(3):36-41.

[7] Okabe A, Boots B, Sugihara K, et al. Spatial twssella-tion: concepts and applications of Voronoi diagrams[M]. Chi-chester, UK: John Wiley,2000:668-671.

[8] 王新生,李全.Voronoi图的扩展、生成及其应用于界定城市空间影响范围[J].华中师范大学学报:自然科学版,2002,36(1):107-111.

[9] 李云强,齐伟.GIS支持下山区县域农村居民点分布特征研究—以栖霞市为例[J].地理与地理信息科学,2011,27(3):73-77.

[10] 刘卫东.土地资源学[M].上海:百家出版社,1994.

[11] 刘海玲,林彬.对日照市农村居民点用地整理模式的思考[J].山东国土资源,2007,23(1):34-35.

[12] 邹亚峰,刘耀林.加权Voronoi图在农村居民点布局优化中的应用研究[J].武汉大学学报:信息科学版,2012,37(5):560-563.

[13] 周生路.土地评价学[M].南京:东南大学出版社,2006:56-73.

[14] 葛美玲,封志明.中国人口分布的密度分级与重心曲线特征分析[J].地理学报,2009,64(2):202-210.

[15] 王建军,吴志强.城镇化发展阶段划分[J].地理学报,2009,64(2):177-188.

[16] 曲衍波,张凤荣,郭力娜,等.北京市平谷区农村居民点整理类型与优先度评判[J].农业工程学报,2011,27(7):312-319.

[17] 朱雪欣,王红梅.基于GIS的农村居民点区位评价与空间格局优化[J].农业工程学报,2010,26(6):326-332.

(责任编辑 郭定和)

ChoiceoftheconsolidationmodeofruralresidentialbasedonGIStakingYunxiCountyasanexample

LI Lu,DENG Wensheng,LIU Hai

(School of Resources and Environmental Science, Hubei University, Wuhan 430062, China)

Based on GIS, a method of consolidation mode of rural residential choice was structured. First, using the space partitioning feature of Voronoi diagram, it classified the current rural residential area initially; then, considering natural environmental and socioeconomic factors, it built a index system of construction suitability evaluation of rural residential area, and determined the rights of evaluation factors by factor analysis method, and based on GIS spatial analysis, it had a partition on the rural residential area according to the construction suitability; At last, it led the selection of residential consolidation mode, combined with the results of classification and partition. By this method, the author studied the consolidation mode of rural residential of Yunxi, the analysis results showed that 30.02% of the current residential chose the urban and rural residential consolidation mode; 17.35% chose central village consolidation mode; 44.43%chose joint construction consolidation mode in village; 8.20% chose relocation consolidation mode.

rural residential area; consolidation mode; GIS; Voronoi diagram

2013-12-17

测绘遥感信息工程国家重点实验室开放基金((11)重03)资助

李路(1987-),男,硕士生;邓文胜,通信作者,博士,教授,E-maill:dengwensheng2169@163.com

1000-2375(2014)05-0414-06

X24; K909

A

10.3969/j.issn.1000-2375.2014.05.005