基于迭代评价法的农村居民点优化布局与整治策略

陈伟强，刘耀林，银超慧，荆 莹，关小克



基于迭代评价法的农村居民点优化布局与整治策略

陈伟强1，刘耀林2，银超慧2，荆 莹2，关小克3

（1. 河南农业大学资源与环境学院，郑州 450002； 2. 武汉大学资源与环境科学学院，武汉 430079；3. 郑州轻工业学院社会发展研究中心，郑州 450002）

科学进行农村居民点优化布局，对实施农村居民点整治，实现城乡一体化发展意义重大。该文以河南省新郑市为例，研究了农村居民点优化布局的方法和分区整治策略。基于中心地理论，设计了农村居民点理想布局模型，在农村居民点适宜性评价基础上，进一步提出了农村居民点适宜性迭代评价的方法，设计了程序算法，利用Python语言和ArcPy类库实现了软件工具开发。研究结果表明：根据农村居民生产和生活需求设计的理想村庄布局模型参数为：村庄之间的标准距离2.5 km，最大耕作半径为1.44 km，聚落腹地面积541.27 hm2。新郑市农村居民点适宜性评价综合分值呈现出东高西低的非均匀分布，而迭代评价结果呈现出相对均匀的分布，利用该结果进行村庄布局优化更加合理。进行村庄优化布局，设置了17个中心村，103个基层村，其余为拆迁村，并将拆迁村划分为政府主导型和规划引导型2类，针对不同类型的村庄提出了对应的整治策略。研究结论认为，农村居民点迭代评价方法得到的结果，更加科学合理，该结果通过规划引导，可实现农村居民点的合理演化，该文的方法可为相关研究提供参考和借鉴。

土地利用；优化；农村；居民点；适宜性评价；迭代评价

0 引 言

随着工业化与城镇化的快速发展，农村的劳动力和土地等生产要素大量非农化，农村“空心化”问题日趋严重[1-2]。由于农村居民点用地的腾退机制短缺和半城市化现象普遍存在，农村居民点用地面积并未伴随农村劳动力非农化而随之减少[1]。针对农村居民点利用、管理中存在的问题，众多专家基于不同的视角对其进行了广泛而深入的探讨[3-9]，均认为在科学布局的基础上，开展农村居民的有序整治是解决这一问题的关键所在，并随之成为广大学者们的研究热点[10-13]。

土地适宜性评价是土地利用优化布局的前提基础，农村居民点优化布局也离不开适宜性评价[6]。农村居民点适宜性评价时主要考虑的因素有耕作半径[14]、生产生活可达性[3-4]、村庄发展适宜性[15-16]、微观农户意愿[13,17]等。随着信息技术的不断发展，农村居民点适宜性评价评价中引入了大量地理信息系统（geographic information system，GIS）空间分析方法[18-19]，对于要素之间空间相互作用的认识也不断深入[20]，基于适宜性评价结果进行空间优化布局时，更适合单一目标的选优，而农村居民点优化布局的难点在于多点的组合优化。根据克里斯塔勒的中心地理论，同级别的农村居民点之间，存在对资源的竞争和服务共享的协作，每个村庄均需要一定量的耕作腹地支撑，同时又要与临近村庄共享公共服务设施，农村居民点布局是多次竞争后的均衡状态，这一过程映射到算法中则是一个反复迭代的平衡过程。因此，空间优化布局在方法上也逐步向动态模型化与空间决策化方向发展[7]，比如利用模拟退火算法、遗传算法等进行用地优化布局[21-23]，这些动态模型最主要的特点是利用计算机快速迭代技术，动态计算模型目标函数，不断优化组合，得到比较优化的空间布局方案。本文基于中心地理论和迭代计算技术，提出农村居民点适宜性迭代评价方法，以河南省新郑市为例，进行农村居民点优化布局和整治策略研究。

1 研究区与数据

1.1 研究区概况

新郑市是隶属河南省郑州市的县级市，地势西高东低，西南部为浅山丘陵，西北部为丘岗，东部为平原。面积873 km2，人口78.6万，辖14个乡（镇），337个行政村，市域内无国家级和省级的传统村落。新郑市东北部为中国首个国家级航空港经济综合实验区，北部龙湖镇被郑州市确定为组团城市。新郑市是国家级城乡一体化试点县（市），也是全国中小城市综合实力百强县。根据2015年第二次全国土地调查变更数据，农村居民点面积为120.78 km2，人均居民点用地面积约349.98 m2，远高于国家人均150 m2的标准上限，用地浪费现象严重。全区共有2 486个农村居民点斑块，平均斑块面积为2.92 hm2，空间分布散乱。

1.2 数据来源

本研究采用的基础数据为新郑市2015年第二次土地调查变更数据，从中提取出各行政村的农用地、耕地、城镇用地、农村居民点用地和道路等专题数据。各村人口、人均纯收入等来源于《2015年新郑市统计年鉴》和由新郑市国土部门提供的调查数据。遥感影像图和数字高程数据（digital elevation model，DEM）来自谷歌地球，分辨率分别为0.98 m × 0.98 m和7.88 m × 7.88 m。学校等公共服务设施的分布数据来自百度兴趣点（point of interesting，POI）数据。城市扩展边界数据来自新郑市土地利用总体规划（2010－2020年）、郑州航空港经济综合实验区土地利用总体规划（2010－2020年）。

2 研究思路与方法

2.1 总体思路

农村居民点的产生，是农户生存需求的结果，这种需求主要分生活和生产2个方面。本研究的目标是寻找一种能最大满足农村居民生活和生产需求的农村居民点布局方案。由于长期以来的城乡二元经济结构政策，广大农民普遍存在兼业化，农村居民点除了生活和农业生产功能外，也具有非农生产功能[24]，但随着城乡一体化的实施，农村居民点的核心功能将回归第一产业，农民将向职业化发展。因此，本研究在进行农村居民点布局优化时，基于以下3方面的前提假设，一是以克里斯塔勒的中心地理论为指导，设计农村居民点的空间结构；二是假设取消了城乡二元结构，实行了城乡统筹一体化发展，以追求城乡同质生活为发展目标；三是工业集中布局在产业集聚区，基础设施和公共服务设施的配置兼顾公平与效率，以满足农村居民生存需求为标准，判定农村居民点存在的合理性。

首先从农村居民生活与生产的需求出发，推算农村居民点的理想耕作腹地规模，以及生产与生活可达性约束，设计理想的农村居民点空间布局模型参数；其次是利用多因素评价法，计算各农村居民点发展适宜性；第三是根据村庄之间资源竞争与服务共享的空间关系，通过迭代计算，得到农村居民点的适宜性迭代评价结果；最后是利用Voronio多边形，对比分析适宜性评价和迭代评价结果的优劣，并制定农村居民点优化布局方案和分区整治策略。技术流程如图1所示。

2.2 农村居民点理想布局模型

2.2.1 耕作半径设计

耕作半径主要受自然、经济、社会以及土地利用现状等多方面因素的影响[14]。刘艳芳等[25]认为，最大耕作半径范围应不超2.5 km，陈晓健等[26]认为中国农村居民一般以步行运输方式为主，时间距离为15～30 min，聚落半径约为1.5～5 km。时间与出行速度最终决定耕作半径的大小，因此将影响因素归并为时间因子和速度因子，构建耕作半径计算模型，量化耕作半径的大小。农民出行耕作可接受时间按15 min，如果采用自行车出行，平均时速按10 km，则耕作半径最高不超2.5 km。可预见的未来，农民出行耕作将是以农机运输支撑下的规模经营，农机平均时速按25 km，则耕作半径最高可达6.25 km。对新郑市实际的耕作距离进行分析，目前平均的耕作距离为0.74 km，最大耕作距离为2.3 km，在以农机耕作为主的规模经营规模下，最大耕作距离还会扩大，综合考虑到步行、自行车和农业机械3种情况，本研究认为新郑市耕作半径在2.5～5 km之间较为合理。

图1 技术流程图

2.2.2 公共服务设施服务半径

随着农村居民生活水平的提高，将对设施服务条件产生更高需求，在此重点讨论学校和社区医疗2方面的服务半径，其他方面的公共服务会随着“互联网+”的发展，弱化其空间距离的影响。2012年，教育部在“规范农村义务教育学校布局调整的意见（征求意见稿）”中指出，各地要根据实际条件合理确定学校覆盖范围，一般应使学生每天上学单程步行时间不超过40 min[27]，据此推算，如果选择步行，服务半径大概在2.5 km，如果选择校车或家长接送，服务半径大概在5 km以内。经分析，新郑市村庄到小学的平均距离为1.2 km，最大距离为4.6 km。城市社区医院的服务半径大概在2 km左右[28]。经分析，新郑市村庄到诊所、医院等医疗服务点的平均距离为0.9 km，最大距离为3.9 km。考虑到服务人口的最低门槛，农村地区的服务半径应适宜扩大，可扩大至3～4 km。根据以上相关研究和新郑市的实际，基础的公共服务设施服务半径应控制在4 km以内为宜。

2.2.3 农村居民点布局模型设计

注：d1、d2、d3分别指相邻村庄距离、耕作半径、中心村之间距离。

根据聚落腹地可供养的人口，设计村庄的人口规模。村庄能够保留并发展的基本条件是要保证农村居民可以获得生存发展的条件，目前的农业产业不足以支撑规模庞大的农村人口，虽然可以满足农村居民的吃饭问题，但无法满足农村居民的教育、成家立业等方面的基本生存需求，因此农村居民点人口设计要考虑第一产业的支撑能力。按照城乡居民收入基本均等的标准计算，河南省大概每户需求4.0 hm2的耕作土地[29]。经统计，新郑市农村的现状耕地面积比例平均为86.23%，其他土地为农业生产配套的生活与生态用地，则供养每户居民的土地标为4.64 hm2。每个标准的村庄聚落腹地可供养117户，468人（每户按4人计）。由图2可以看出，6个基层村和1个中心村可形成1个聚集单元，假设中心村有1/3的人从事服务业，则一个聚集单元的人口规模可达到3 432人。相关研究表明小学要求的人口门槛规模为1 400人，诊所要求的人口门槛为1 600人[30]，可见每个聚集单元的人口可以达到公共服务设施的经济门槛要求，可以说明图2所示的农村居民点空间布局模型是合理的。

2.3 农村居民点适宜性评价方法

2.3.1 指标体系的确定

农村居民点的区位条件、规模水平、经济发展、农业生产条件、居住环境、自然环境等都是影响其产生与发展的因素[31]。从资源禀赋、生产生活可达性和基础发展条件3个方面选择评价指标，计算农村居民点发展潜力，根据指标值与农村居民点发展潜力的关系，可分为正向指标和负向指标。

1）资源禀赋

资源禀赋是农村居民点发展的基础，有足够的农用地（包括耕地、林地、园地和其他农用地），特别是耕地，是支撑农村持续发展的原动力。地形条件对居民点的发展有较强的约束作用，是影响农村居民点发展的重要指标。因此资源禀赋方面选择农用地面积、人均农用地面积、耕地比例、平均地形坡度4个评价因子。

2）生产生活可达性

生产生活可达性是农村居民点空间布局演变的重要驱动力。生产活动主要考虑农业生产活动，包括到耕地、林地、园地和其他农用地等地类上从事农业生产的活动。生活需求方面主要考虑教育和医疗，经对农村实地调查，高中以上教育、重大疾病医疗、贵重物品购置等多由城镇提供相应的服务，初中教育、较严重的疾病医疗和一般性的商品采购等由乡镇提供服务，小学、幼儿园、一般疾病和日常用品等由中心村或基层村提供服务。因此生产生活可达性方面选择平均耕作距离、到城市距离、到乡镇距离、到小学距离4个评价因子。根据可达性的实际含义，本文的距离采用时间成本距离表示，参考相关研究[32]，在非均质地表行走距离不同，得到不同空间对象每100 m的时间成本：国道 0.08 min、省道 0.12 min、县道0.2 min、城镇建设用地0.3 min、农村道路0.4 min、村庄建设用地1.50min、其他用地2.00 min、水域不可通行。

3）基础发展条件

农村居民点的现状基础发展条件，影响其发展能力、改造难度和拆迁可行性。基础发展条件方面选择居民点用地规模、人口规模、村庄规整度和人均纯收入等4个评价指标。居民点用地规模和人口规模决定村庄拆迁的难度，规模越大，拆迁难度也越大，拆迁可行性越低。村庄规整度主要影响改造和拆迁的意愿，规整度越低，村民对改造和拆迁的意愿越强，通过高清遥感影像和调查问询的方式将村庄的规整度划分为5个级别，分别用1到5表示，级别越高越规整。人均纯收入的高低可反映村庄的自我发展能力。

利用层次分析法，计算各评价指标权重，结果如表1所示，对农村居民点适宜性影响最大的几个指标分别是人口规模、平均耕作距离、到小学距离和人均纯收入。

表1 农村居民点适宜性评价指标体系及其权重

注：“+”表示正向指标，“-”表示负向指标。

Note: “+” is positive indicator and “-” is negative indicator.

2.3.2 农村居民点适宜性评价计算方法

各评价指标值有不同的量纲，指标值的大小对农村居民点适宜性的影响方式也不相同，故首先要对各类指标值作标准化处理，然后结合指标权重，加权求和得到各农村居民点适宜性评价指数。指标标准化公式和适宜性评价指数计算公式如下

式中C为第个指标的标准化值；x为指标值；min为该项指标最小值；max为该项指标最大值；Type为指标值对标准化值的影响方向；为适宜性评价指数；W为第个指标的权重值；为评价指标数量。

2.3.3农村居民点适宜性迭代评价指数计算方法

从农村居民点的空间相互关系看，每个居民点的产生与发展都要有一定面积的聚落腹地支撑，在优化布局过程中，当确定一个保留发展的基层村时，就应同时为其分配足额的聚落腹地，在其聚落腹地内的其他农村居民点的适宜性将受到影响。因此根据农村居民点之间的协作与竞争的空间关系，动态修正农村居民点适宜性指数，采用如下公式计算

式中表示确定保留发展的村庄对周边农村居民点适宜性的影响系数；表示受影响农村居民点到保留发展农村居民点的距离；min表示农村居民点允许最小的耕作腹地六边形内接圆半径；max表示农村居民点允许最大的耕作腹地六边形外接圆半径，也即最大耕作半径；当设定基层村之间距离为最小的2 km时，则min=1 km，设置基层村之间距离为最大的3 km时，则max=3/(2·cos30°)= 1.73 km；同公式（2）；表示农村居民点适宜性迭代评价指数。

2.3.4 农村居民点迭代评价算法

迭代评价算法的核心思想是根据村庄的适宜性值，逐一将适宜性指数最大的村庄选择出来，并排序。设有3个集合、和，中的元素为现状的城市、乡镇和传统村落，这个集合中的元素是无可争议的保留居民地，是农村居民点空间优化布局的骨架。中的元素为逐一择优选出的村庄，为其他待选择的村庄。

第一步：初始化3个集合，将城市、乡镇和传统村落放入集合，将其余全部的农村居民点放入集合，并设中各元素的=，集合设置为空；

第二步：从集合中选出城市和乡镇用地min范围内的元素，以及城镇规划扩展边界内的元素，将其值设置为0，因为这些元素确定要进行城镇化转移；

第三步：从集合中取出1个值最大的元素，放入集合中，根据式（3）和（4），重新计算集合中元素的值；

第四步：判断集合是否为空，如果条件为真，则执行下一步，如果条件为假，则转第三步；

第五步：集合中各元素的值即为迭代评价的指数，程序结束。

农村居民点迭代评价算法中，涉及空间距离的计算，因此在现有GIS平台上开发专业的迭代评价软件工具是一种高效的方法，本研究基于ArcGIS10.2平台，利用Python语言，结合ArcPy类库，开发农村居民点适宜性迭代评价系统脚本工具。

2.4 农村居民点优化布局与分类整治

根据村庄聚落腹地的面积和可分配的土地资源面积（扣除城镇等非农生产用地），计算中心村和基层村的理论需求数量，利用农村居民点迭代评价算法，选择出中心村和基层村。优化布局方案将村庄划分为4类，分别是中心村、基层村、政府主导拆迁村和规划引导自然消亡村。政府主导拆迁村是指城镇规划范围内，随城镇的发展需要拆迁的村庄。规划引导自然消亡村是指通过政策和规划的引导，使其逐渐消亡的村庄。根据中心地理论设计的理论模型，1个中心村和6个基层村构成1组，由于城市和乡镇，具有更高级的公共服务功能，因此城镇和乡镇可代替中心村为邻近村庄提供公共服务。保留村庄生成Voronio多边形，以城市和乡镇的布局为骨架，参考Voronio多边形之间的邻接关系，将保留的村庄按最临近性，7个村划分为1组，各组处于中心位置的村设为中心村，由此得到农村居民点优化布局方案。

农村居民点的形成是一个长期的历史过程，大拆大建会受到农民生活习惯和情感等方面的排斥，同时也受经济能力的限制，因此以发展基础较好的村庄为基础，通过配套完善基础设施和公共服务设施，引导和吸引附近村庄就近迁并，是实现其优化布局的可行策略，针对以上4类村庄，采用不同整治策略，逐步推进，最终实现城乡一体化发展和结构合理的城、镇、村聚落结构。

3 结果与分析

3.1 农村居民点适宜性评价

采用多因素综合评价法计算新郑市2 486个农村居民点斑块的适宜性分值，计算结果的分值区间为0.15～0.93。根据各农村居民点斑块适宜性分值的大小排序，将其分为3类，前120个村庄为I类，121～240为II类，其余为III类，结果如图3a所示，可以直观的看出，适宜性较高的农村居民点主要分布在新郑市东部、新郑市市区周边和航空港区周边，这些村庄现状规模较大，区位条件较好。适宜性较低的村庄主要分布在新郑市的西部，或现状规模较小、区位条件差的区域。

3.2 农村居民点迭代评价

利用农村居民点迭代评价算法，计算新郑市2 486个农村居民点斑块的迭代评价分值，分值区间位于0～0.87。根据迭代评价结果的排序，前120个村庄为I类，121～240为II类，其余为III类，结果如图3b所示，从图中可以看出，I类和II类村庄在城镇规划范围之外呈相对均匀的分布。

图3 农村居民点适宜性评价和迭代评价结果

3.3 2种评价结果的对比分析

从图3中可以直观的看出，2种评价结果有明显的不同，图3a中有些适宜性指数较大的村庄，由于资源竞争关系，在图3b中迭代评价指数变得很小，而图3a中一些适宜性指数不大，但由于有足够的耕作腹地支撑，在图3b中反而有较大的迭代评价指数，比如在新郑市的西北部，图3a中几乎没有排序进入前120名的村庄斑块，图3b中却有10多个村庄斑块进入了前120名。

Voronoi图是进行空间布局优化时常用的方法，可用于划分农村居民点的发展范围区，对现有村庄布局进行优化[8,19]。在此利用Voronoi图分析2种评价结果的空间特征。在城镇规划边界之外，分别选取2种评价结果的前120名的农村居民点斑块，依据斑块的中心点生成Voronoi图，结果如图4所示，图中每个Voronoi多边形可表示中心村的耕作腹地。直观的观察，图4b中的多边形大小和形态比图4a更均匀、更规则。

图4 农村居民点基于适宜性评价和迭代评价结果的Voronoi图

选取多边形面积、形状指数和中心点最临近距离3个指标，分析图4a和图4b之间的形态差异。多边形面积是指Voronio图中各多边形的计算面积，形状指数指各多边形周长除以同面积圆的周长所表示的指数（见式5），中心点最临近距离是指村庄斑块中心点之间的最临近距离。

式中LSI为第个多边形的形状指标，P为第个多边形的周长，A为第个多边形的面积，为多边形的序号。

计算结果如表2所示，从面积指数看，图4b中的多边形面积标准差和变异系数远小于图4a中的结果，说明图4b中的多边形大小更加均匀。从形状指数看，图4b中多边形形状指数的平均值、标准差和变异指数均小于图4a，说明图4b中多边形更规格，且更整齐。从最临近距离指标看，图4b中村庄斑块中心点之间最临近距离平均值大于图4a，说明图4b中村庄斑块比图4a更分散，图4b的最临近距离标准差和变异系数2个指标均小于图4a，说明村庄之间的最临近距离差异小于图4a，说明图4b比图4a分布更均匀。由此可见，不论是从资源承载的角度，还是从公共服务设施配置的公平与效率的角度，利用迭代评价的结果进行农村居民点布局优化更加合理。

表2 2种评价结果的Voronio图形态指数对比分析表

3.4 农村居民点优化布局与分类整治

3.4.1 农村居民点优化布局

新郑市扣除城镇发展红线内的土地后，土地总面积为64 103.14 hm2，标准的村庄耕作腹地面积按541.27 hm2计，大约需要配置119个村庄，考虑边界的不规则性，在此设置120个村庄。1个中心村和6个基层村为一组团，则设17个中心村，103个基层村。依据农村居民点迭代评价的结果，选择前120个村做为保留发展的村庄。采用均值聚类法，将120个村分为17类，将最靠近类中心位置的村庄设置为中心村，其他为基层村，结果如图5所示。其余村庄为拆迁村，并规划为2类，城市和乡镇1 km范围内，或城市规划红线范围内的农村居民点，规划为政府主导拆迁村，其余的农村居民点规划为引导自然消亡村。

图5 农村居民点优化布局图

3.4.2 农村居民点分类整治策略

根据农村居点优化布局的结果，为不同类型的村庄制定整治策略。1）中心村的整治策略是预留足够的居住用地和发展用地，科学编制村庄规划，配套建设基础设施、公共服务设施，发挥农村居民点中心地职能，吸引周边农村人口向其集聚。2）基层村的整治策略是要依据村庄规划，严格控制其无序扩张，通过挖掘内部潜力，提高土地集约节约利用水平，配套基本的基础设施和公共设施，满足居民生产生活的基本需求。3）政府主导拆迁村的整治策略是在城镇的辐射带动作用下，人口向城镇转移，生产生活市民化，并重点解决好失地农民的土地补偿、就业安置、社会保障等相关问题。4）规划引导自然消亡村的整治策略是控制对现在村庄的基础设施和公共设施的投入，利用村民对公共服务设施的渴求，通过规划引导，配套人口迁移政策，发挥农民自主的力量，或通过市场机制，利用社会融资，引导村民向生产生活条件更好的城市、乡镇和中心村转移，待时机成熟时，对村庄进行复垦，让这类农村居民点逐步自然消亡。

4 结论与讨论

通过以上研究，得到如下结论：

1）以克里斯塔勒的中心地理论为指导，根据居民生产和生活的需求设计了理想的村庄布局模型，即将2个村庄之间的距离设计为2～3 km之间，以2.5 km为标准距离，标准状态下，最大耕作半径为1.44 km，聚落腹地面积541.27 hm2。

2）利用多指标综合评价法，从资源禀赋、生产生活可达性和村庄现状发展基础3个方面评价了2 486个农村居民点斑块的适宜性，评价结果显示出东高西低的非均匀分布规律。利用迭代算法，对农村居民点适宜性进行迭代评价，评价结果呈相对均匀的分布，不论是从资源承载的角度，还是从公共服务设施配置的公平与效率看，利用迭代评价的结果进行村庄布局优化更加合理。

3）利用迭代评价的结果进行村庄布局优化，设置了17个中心村，103个基层村，其余为拆迁村。中心村与基层村均得到足够的生产与生活资源，具有自我更新与发展的能力。将拆迁村划分为政府主导型和规划引导型2类。最后针对不同类型村庄的特点与功能，提出了对应的整治策略。

本文假设农村居民点存在与发展，主要取决于第一产业发展的需求，村庄相互之间有资源竞争关系，而公共服务设施的公平与效率又需要农村居民点之间进行资源共享，在进行农村居民点优化布局时，要逐次动态的迭代评价适宜性。本文在前人研究的基础上，提出了迭代评价的方法，该方法利用计算机快速计算能力，通过多次迭代计算得到了空间上相对均衡的评价结果，更加适合农村居民点优化布局，可为相关研究提供参考和借鉴。

依据第一产业对农村居民点的支撑能力得出的农村居民点优化布局方案，可能还不太适用于当下城乡二元体制经济结构的实际情况，因为目前农民大量兼业化，农村居民点也具有很多非农生产功能，但随着城镇化和城乡一体化的发展，大量农民将实现彻底的城镇化转移，农业向专业化、产业化和现代化方向发展，农民向职业化方向发展，农村居民点将主要取决于第一产业发展的需求，因此本文提出的新郑市农村居民点优化布局方案，可作为一个长期的发展目标。目前河南省是全国的空间规划试点省，新郑市也是国家级城乡一体化试点县，急需农村居民点规划方法支撑，本研究成果可为相关规划提供思路与方案参考，通过规划引导农村居民点合理演化。

[1] 杨忍，刘彦随，龙花楼，等. 基于格网的农村居民点用地时空特征及空间指向性的地理要素识别：以环渤海地区为例[J]. 地理研究，2015，34(6)：1077－1087.

Yang Ren, Liu Yansui, Long Hualou, et al. Spatial-temporal characteristics of rural residential land use change and spatial directivity identification based on grid in the Bohai Rim in China[J]. Geographical Research, 2015, 34(6): 1077－1087. (in Chinese with English abstract)

[2] 杜国明，刘彦随. 黑龙江省垦区居民点体系优化分析：以建三江管理局为例[J]. 中国土地科学，2015，29(4)：65－71.

Du Guoming, Liu Yansui. Analyzing optimization of settlement system in the reclamation region of Heilongjiang Province: A case study of Jiansanjiang Authority[J]. China Land Sciences, 2015, 29(4): 65－71. (in Chinese with English abstract)

[3] 刘耀林，范建彬，孔雪松，等. 基于生产生活可达性的农村居民点整治分区及模式[J]. 农业工程学报，2015，31(15)：247－254.

Liu Yaolin, Fan Jianbin, Kong Xuesong, et al. Zoning and mode of rural residential land consolidation based on accessibility to production and living facilities[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(15): 247－254. (in Chinese with English abstract)

[4] 邵帅，郝晋伟，刘科伟，等. 生产生活方式变迁视角下的城乡居民点体系空间格局重构研究：框架建构与华县实证[J]. 城市发展研究，2016，23(5)：84－93.

Shao Shuai, Hao Jinwei, Liu Kewei, et al. Research of reconstruction of spatial pattern of urban and rural settlements system in the perspective of production pattern and lifestyle changes：Frame construction and Huaxian empirical study[J]. Urban Development Studies, 2016, 23(5): 84－93. (in Chinese with English abstract)

[5] 龙花楼. 论土地整治与乡村空间重构[J]. 地理学报，2013，68(8)：5－14.

Long Hualou. Land consolidation and rural spatial restructuring[J]. Acta Geographica Sinica, 2013, 68(8): 5－14. (in Chinese with English abstract)

[6] 周宁，郝晋珉，孟鹏，等. 黄淮海平原县域农村居民点布局优化及其整治策略[J]. 农业工程学报，2015，31(7)：256－263.

Zhou Ning, Hao Jinmin, Meng Peng, et al. Layout optimization for county rural residents in Huang-Huai-Hai plain area and its remediation strategies[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(7): 256－263. (in Chinese with English abstract)

[7] 彭金金，孔雪松，刘耀林，等. 基于智能体模型的农村居民点空间优化配置[J]. 地理与地理信息科学，2016，32(5)：52－58.

Peng Jinjin, Kong Xuesong, Liu Yaolin, et al. Spatial optimum allocation of rural settlements based on agent model[J]. Geography and Geo-Information Science, 2016, 32(5): 52－58. (in Chinese with English abstract)

[8] 冯电军，沈陈华. 基于扩展断裂点模型的农村居民点整理布局优化[J]. 农业工程学报，2014，30(8)：201－209.

Feng Dianjun, Shen Chenhua. Layout optimization for rural settlements consolidation based on extended break-point model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(8): 201－209. (in Chinese with English abstract)

[9] 高阳，张凤荣，郝晋珉，等. 基于利益趋向的农村居民点整治分析[J]. 农业工程学报，2016，32(增刊1)：297－304.

Gao Yang, Zhang Fengrong, Hao Jinmin, et al. Analysis of rural residential land consolidation based on willingness classification[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.1): 297－304. (in Chinese with English abstract)

[10] 张贵军，朱永明，臧亮，等. 新型城镇化背景下昌黎县农村居民点空间重构评价与分区[J]. 农业工程学报，2016，32(12)：237－246.

Zhang Guijun, Zhu Yongming, Zang Liang, et al. Spatial reconstruction evaluation and partition of rural residential areas in Changli county under background of new-type urbanization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(12): 237－246. (in Chinese with English abstract)

[11] 肖锦成，欧维新. 城乡统筹下的城市与乡村空间重构研究：以宿迁市为例[J]. 中国土地科学，2013(2)：54－60.

Xiao Jincheng, Ou Weixin. Study on the spatial restructure in the coordinated urban and rural development: A case study of Suqian city[J]. China Land Sciences, 2013(2): 54－60. (in Chinese with English abstract)

[12] 张凤荣，周建，张佰林. 基于内部用地结构及其功能的农村居民点整理潜力辨析[J]. 中国农业大学学报，2016，21(5)：155－160.

Zhang Fengrong, Zhou Jian, Zhang Bailin. Construction land consolidation potential analysis for rural settlements from aspects of land use structure and their functions[J]. Journal of China Agricultural University, 2016, 21(5): 155－160. (in Chinese with English abstract)

[13] 曲衍波，姜广辉，张凤荣，等. 基于农户意愿的农村居民点整治模式[J]. 农业工程学报，2012，28(23)：232－242.

Qu Yanbo, Jiang Guanghui, Zhang Fengrong, et al. Models of rural residential land consolidation based on rural households’ willingness[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(23): 232－242. (in Chinese with English abstract)

[14] 唐丽静，王冬艳，王霖琳. 基于耕作半径合理布局居民点研究：以山东省沂源县城乡建设用地增减挂钩项目区为例[J]. 中国人口资源与环境，2014，24(6)：59－64.

Tang Lijing, Wang Dongyan, Wang Linlin. Rational distribution of rural settlements based on farming radius: A case study in rural-urban construction land in Yiyuan county, Shandong province[J]. China Population Resources & Environment, 2014, 24(6): 59－64. (in Chinese with English abstract)

[15] 谢保鹏，朱道林，陈英，等. 基于区位条件分析的农村居民点整理模式选择[J]. 农业工程学报，2014，30(1)：219－227.

Xie Baopeng, Zhu Daolin, Chen Ying, et al. Mode selection for rural residential land consolidation based on analysis of location condition[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 219－227. (in Chinese with English abstract)

[16] 鄂施璇，雷国平，宋戈. 松嫩平原粮食主产区农村居民点格局及影响因素分析[J]. 农业工程学报，2016，32(18)：234－240.

E Shixuan, Lei Guoping, Song Ge. Analysis on pattern and influence factors of rural settlements in grain main production area of Songnen Plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(18): 234－240. (in Chinese with English abstract)

[17] 孔雪松，刘艳芳，邹亚锋，等. 基于农户意愿的农村居民点整理潜力测算与优化[J]. 农业工程学报，2010，26(8)：296－301.

Kong Xuesong, Liu Yanfang, Zou Yafeng, et a1. Calculation of land consolidation potential and optimization of rural residential areas based on households’ willingness[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(8): 296－301. (in Chinese with English abstract)

[18] 焦鹏飞，张凤荣，李灿，等. 基于引力模型的县域中心村空间布局分析：以山西省长治县为例[J]. 资源科学，2014，36(1)：45－54.

Jiao Pengfei, Zhang Fengrong, Li Can, et al. The spatial organization of central villages in Changzhi county based on the gravity model[J]. Resources Science, 2014, 36(1): 45－54. (in Chinese with English abstract)

[19] 贺贤华，杨昕，毛熙彦，等. 基于加权Voronoi多边形的山区农村居民点优化布局：以重庆市崇龛镇与石龙镇为例[J]. 中国农业资源与区划，2016，37(1)：80－89.

He Xianhua, Yang xin, Mao Xiyan, et al. Optimization of rural residential land distribution in mountainous area based on weighted Voronoi diagram[J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2016, 37(1): 80－89. (in Chinese with English abstract)

[20] 潘菲，杨庆媛，樊天相，等. 基于空间相互作用理论的县域农村居民点体系重构研究：以重庆市长寿区为例[J]. 中国土地科学，2015(8)：89－96.

Pan Fei, Yang Qingyuan, Fan Tianxiang, et al. Research on the reconstruction of rural settlement system based on spatial interaction theory at county level: A case study in Changshou district, Chongqing city[J]. China Land Sciences, 2015(8): 89－96. (in Chinese with English abstract)

[21] 王新生，姜友华. 模拟退火算法用于产生城市土地空间布局方案[J]. 地理研究，2004，23(6)：727－735.

Wang Xinsheng, Jiang Youhua. Simulating annealing for generating the optimal urban land-use plans[J]. Geographical Research, 2004, 23(6): 727－735. (in Chinese with English abstract)

[22] Kai Cao, Michael Batty, Bo Huang, et al. Spatial multi-objective land use optimization: extensions to the non-dominated sorting genetic algorithm-II[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2011, 25(12): 1949－1969.

[23] 袁满，刘耀林. 基于多智能体遗传算法的土地利用优化配置[J]. 农业工程学报，2014，30(1)：191－199.

Yuan Man, Liu Yaolin. Land use optimization allocation based on multi-agent genetic algorithm[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 191－199. (in Chinese with English abstract)

[24] 张佰林，张凤荣，高阳，等. 农村居民点多功能识别与空间分异特征[J]. 农业工程学报，2014，30(12)：216－224.

Zhang Bailin, Zhang Fengrong, Gao Yang, et al. Identification and spatial differentiation of rural settlements’ multifunction[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(12): 216－224. (in Chinese with English abstract)

[25] 刘艳芳，孔雪松，邹亚锋. 不同农村居民点整理模式下的耕地潜力评价模型[J]. 武汉大学学报·信息科学版，2011，36(9)：1124－1128.

Liu Yanfang, Kong Xuesong, Zou Yafeng. Evaluation model of cultivated land potential on different modes of land consolidation of rural residential areas[J]. Geomatics & Information Science of Wuhan University, 2011, 36(9): 1124－1128. (in Chinese with English abstract)

[26] 陈晓键，陈宗兴. 陕西关中地区乡村聚落空间结构初探[J]. 西北大学学报（自然科学版），1993(5)：478－485.

Chen Xiaojian, Chen Zongxing. A preliminary study on the spatial structure of rural settlements in Guanzhong region of Shaanxi Province[J]. Journal of Northwest University: Natural Science Edition, 1993(5): 478－485. (in Chinese with English abstract)

[27] 陆梦秋. 撤点并校背景下农村义务教育服务半径分析[J]. 经济地理，2016，36(1)：143－147.

Lu Mengqiu. Analysis on school revocation and consolidation and the service radius of rural compulsory education[J]. Economic Geography, 2016, 36(1): 143－147. (in Chinese with English abstract)

[28] 王津生. 论社区医院的急诊急救工作[J]. 中国医院管理，1997(10)：57.

[29] 钱克明，彭廷军. 我国农户粮食生产适度规模的经济学分析[J]. 农业经济问题，2014，35(3)：4－7.

[30] 贺艳华，唐承丽，周国华，等. 论乡村聚居空间结构优化模式：RROD模式[J]. 地理研究，2014，33(9)：1716－1727.

He Yanhua, Tang Chengli, Zhou Guohua, et al. The new model of the spatial structure of rural settlements: RROD[J]. Geographical Research, 2014, 33(9): 1716－1727. (in Chinese with English abstract)

[31] 孔雪松，刘耀林，邓宣凯，等. 村镇农村居民点用地适宜性评价与整治分区规划[J]. 农业工程学报，2012，28(18)：215－222.

Kong Xuesong, Liu Yaolin, Deng Xuankai, et a1. Suitability evaluation and consolidation division of rural residential areas in villages and towns[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(18): 215－222. (in Chinese with English abstract)

[32] 侯贺平，刘艳芳，李纪伟，等. 基于改进辐射模型的乡镇人口流动网络研究[J]. 中国人口资源与环境，2013，23(8)：107－115.

Hou Heping, Liu Yanfang, Li Jiwei, et al. Study on population mobility network among towns based on improved radiation model[J]. China Population Resources & Environment, 2013, 23(8): 107－115. (in Chinese with English abstract)

Layout optimization for rural settlements based on iterative evaluation method and its remediation strategies

Chen Weiqiang1, Liu Yaolin2,Yin Chaohui2, Jing Ying2, Guan Xiaoke3

(1.450002,; 2.430079,; 3.,450002,)

The “hollow village” is becoming an increasingly serious problem with the rapid development of industrialization and urbanization, followed by great waste of precious land resource, high cost in rural public resources allocation, hard work, and so on, which finally results in lagging urban-rural integration. However, these problems can be relieved through the rural settlements renovation. And the rural settlements spatial optimization layout is the core issue to be resolved in the rural settlement renovation, which should be valued. The difficulty in the rural settlements layout optimization lies in the combinatorial optimization of multiple locations, rather than the selection of single one. This paper put forward an iteration evaluation method based on iterative calculation of rural settlements development potential and an algorithm of rural settlements layout optimization, which was applied to Xinzheng City, the study area in Henan Province. The purpose of this study is to find a solution to rural settlements layout which can meet the living and production needs of rural settlements. In the optimization of rural settlements layout, it is assumed that the core function of rural settlements eventually returns to the primary industry. Based on this situation, the following steps were in process: First of all, given the needs of living and production, the ideal farming hinterland scale of rural settlements was estimated and the accessibility constraints of the living and production were obtained to design an appropriate model for rural settlements layout. Secondly, we obtained the suitability evaluation results of rural settlements by employing multi-factor evaluation method. Thirdly, the stepwise selection method was used to get the iteration evaluation results of rural settlements through iterative calculation. Finally, the rural settlements optimal layout scheme and partitioning renovation strategies were formulated according to the iteration evaluation results. Some conclusions were drawn in this research as follows: 1) Ideal model parameters of village layout according to living and production needs of rural settlements were proposed including the standard distance of 2.5 km between villages, the largest farming radius of 1.44 km and the settlement hinterland area of 541.27 hm2. 2) The results of rural settlements development potential showed a non-uniform distribution that was a pattern of from high to low from the east to the west using the suitability evaluation method, while the results presented a relatively uniform distribution when taking the iteration evaluation method. Obviously, it is more reasonable to adopt the iteration evaluation method to optimize the village layout. 3) Therefore, taking Xinzheng as an example and using the iteration evaluation results to optimize the village layout, 17 center villages and 103 general villages were set. The rest ones were demolition villages and divided into government leading demolition type and planning guidance demolition type, which were to be cleared away and relocated. The corresponding land management countermeasures are proposed for different types of villages. In a word, the iteration evaluation method for rural settlement can effectively solve the rural settlements layout problem and also provide reference for related research.

land use; optimization; rural areas; settlements; suitability evaluation; iterative evaluation

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.17.034

F311

A

1002-6819(2017)-17-0255-09

2017-04-21

2017-07-19

国家自然科学基金项目（41501189）；河南省教育厅科技攻关项目（14B630002）。

陈伟强，河南安阳人，副教授，博士，硕士生导师，主要从事资源信息方面研究。郑州河南农业大学资源与环境学院，450002。Email：chwqgis@163.com

中国农业工程学会会员：陈伟强（E041200576S）