老河口市地理国情指数构建与分析

余 磊，石永阁，郑丽娜

（1.湖北省基础地理信息中心，湖北 武汉 430074）

地理国情是地形地貌、地表覆盖、交通网络、城镇布局等多种自然和人文要素在宏观层面的综合表达，反映了国家自然资源、经济社会和人文在地理空间上的时空特征与基本规律，是基本国情的重要组成部分[1-2]。随着全国第一次地理国情普查工作的完成和地理国情监测工作的展开，如何利用地理国情普查监测数据开展地理国情信息的统计、数据挖掘与应用，为政府宏观决策、部门管理和公众地理国情信息服务，已成为地理国情普查和监测成果应用的迫切需求[3-5]。

目前对地理国情普查内容与指标体系的研究较多，如刘耀林[6]等以地理国情普查数据为基础，从指标统计汇总、分类统计分析以及综合统计3个层次构建了地理国情统计分析指标体系；宋尚萍[7]等强调在建立地理国情普查内容与指标体系的同时进行重点要素关注。此外，对地理国情普查数据应用与统计分析的研究也逐渐增多，如李红[8]等以北安市区域成果为研究对象，分析了该市农田的增长、退化程度与趋势，并深层次地研究了其内在的驱动因素；刘艳芳[9]等从自然地表指数、地理区位指数、生态覆被指数3个方面对齐齐哈尔市地理国情进行了分析与评价。当前，针对地理国情普查数据的分析与评价多从一个侧面反映国家(区域)资源、环境、社会经济等国情要素的基本状况，缺乏从区域整体的角度，综合反映区域资源、环境、生态、经济等的基本状况及其组合，宏观、整体地反映国家(区域)国情国力，更未形成易于发布的国家(区域)地理国情成果。结合老河口市实际情况，本文利用国情普查数据和社会经济数据等构建了地表格局指数、地理区位指数和土地利用指数，对老河口市各乡镇、街办的地理国情进行了分析和评价，并用统计图表和专题图进行了直观表达。

1 研究方法

1.1 研究区和数据来源

老河口市地处湖北省西北部边缘，是湖北省襄阳市下辖县级市，地势北高南低，由西北向东南倾斜，包括丘陵、平岗、平原3种地形。本文使用的主要数据源为老河口市地理国情普查数据成果，包括地形、植被覆盖、荒漠与裸露地表、水域、交通网络、居民地与设施以及对地理单元数量、密度、位置、高程、范围等内容的统计。

1.2 地理国情指数基本框架

本文以地表格局指数、地理区位指数、土地利用指数作为地理国情指数的基本框架。根据统计需要，以乡镇行政单元为基本统计单元，对于有量纲的绝对数值型数据（面积、长度等），可直接计算汇总；对于无量纲的比例型数据，则以地理国情监测单元为基本单元，在乡镇行政单元内分别统计获取；对于景观格局数据，则根据乡镇行政单元尺度范围，选取各景观指标敏感尺度，分别开展对应的统计分析。根据统计分析目标和数据来源情况，本文采用分类型统计分析的方法，对于反映地表覆盖、地貌形态等自然地理国情的统计指标，主要依据地理国情普查和监测数据直接进行分要素类型统计分析；对于反映城市、农村居民点等人文地理要素的统计指标以及针对区域的涉及人口、经济等因子的分析评价指标，需根据地理国情监测数据以及各级统计部门发布的法定统计数据进行计算。

1.2.1 地表格局指数

地表格局指数主要描述区域地表空间格局，对地表覆盖格局进行统计分析，反映地表覆盖空间格局特征的区域差异与变化，包括地表覆盖总体格局、地表覆盖类型格局和地表覆盖斑块格局3个方面。

1.2.2 地理区位指数

地理区位指数主要描述区域人地系统中自然与社会经济条件的空间分布及其组合状况，反映地理区位条件的优劣，主要包括自然区位指数、城镇区位指数和交通区位指数。自然区位指数综合反映一定自然地理位置（区域）上的地形地貌、气候、自然资源等自然地理条件及其组合状况，以及人类对该区域开发利用的难易程度和开发成本的高低。城镇区位指数主要从城镇位势、城镇集聚等方面描述城镇化与城镇发展的质量及其在区域体系中的作用与地位。城镇位势反映城镇在较大区域的城镇体系中的影响和地位，城镇集聚反映区域内部城镇化的特征。城镇区位指数的高低反映了城镇发展质量的好坏和城镇在区域系统的重要程度，为开展区域城镇体系规划、城镇化发展监测与评价提供了基础和依据。交通区位指数主要从城镇交通通达度、区域交通网络发育度等方面反映一定区域内部交通条件的优劣及其在上层区域交通系统中的重要性，为评价和优化区域交通运输网络提供决策依据。

1.2.3 土地利用指数

在测算得到土地利用集约指数、布局指数、效益指数等分指数的基础上，计算各地理单元的土地利用指数，以反映各单元土地利用的区域差异。土地利用集约指数反映了区域内土地集约、节约利用的情况，由耕地集约度指数和建设用地集约度指数综合衡量。土地利用集约指数越小，说明该区域内存在土地粗放利用的问题。土地布局指数是对土地利用结构和布局合理性的综合衡量。土地布局指数越大，则土地利用结构和布局越合理。土地效益指数通过土地利用投入产出率、单位农用地总产值、单位建设用地总产值以及粮食单产综合衡量土地利用效益，效益越高，土地效益指数越大。

2 地理国情指数测算方法

2.1 地表格局指数

2.1.1 地表总体格局指数

地表总体格局指数包括地表斑块密度、地表边缘密度、地表多样性、地表优势度、地表均匀度和地表破碎度等。

1）地表斑块密度为地表斑块总数与地表总面积之比。

2）地表边缘密度为一定范围内单位面积上异质景观要素斑块间的边缘长度。

3）地表多样性是基于信息论，用以度量系统结构组成复杂程度的指数。其计算公式为：

式中，m为地表覆盖类型总数；Pk为地表覆盖类型面积比例，即某类地表覆盖类型斑块的总面积与整个区域总面积的比值。m=1说明该地区只有一种地表覆盖类型，此时H=0，多样性指数最小；某地区的地表覆盖类型越多，则m越大，当m→∞时，H达到最大值。

4）地表优势度用于测定地表空间格局构成中一种或几种类型支配整个地表构成的程度。其计算公式为：

式中，H为Shannon多样性指数，Hmax为其最大值，是在给定丰富度条件下地表覆盖最大可能多样性指数。

5）地表均匀度用以反映地表覆盖空间格局构成中各类型分布的均匀程度。其计算公式为：

6）地表破碎度反映地表覆盖景观的破碎化程度，即地表覆盖被分割的破碎程度。其计算公式为：

式中，N为区域地表覆盖图斑总数；A为整个区域土地总面积。

2.1.2 地表斑块格局指数

地表斑块格局指数包括斑块平均面积、最大和最小斑块面积、斑块面积标准差、斑块面积变动系数、斑块圆度、斑块矩度等。其中，斑块面积变动系数表示斑块规模的变异程度。其计算公式为：

式中，Si为某斑块面积变动大小；Ai为某类地表总面积。

2.2 地理区位指数

2.2.1 自然区位指数

通过DEM数据，分析研究区域内的平均高程、地形起伏度、地表粗糙度、地表切割深度等地形指标，平原、丘陵、山地、盆地、高原等占土地总面积的比例等地貌指标，以及水资源丰度和土地资源等自然资源丰富度指标。水资源丰度的计算公式为：

式中，dV为单位体积地表水；T为地表淡水寿命；q(s)为水质参数，反映水体沿程水质下降导致的水价值量折减，变化区间为0～1，取值与沿程位置s有关，当水质纯净时，其值为1，按一般概念成为不可利用淡水时，其值为0；l(s)为水耗参数，反映水体沿程损耗导致的水价值量折减，l(s)≤1，取值与沿程位置s有关。本文涉及水资源的参数参考湖北省水利厅发布的《2016年湖北省水资源公报》，根据总水资源量定量描述不同区域的水资源丰度。

土地资源综合指标计算公式为：

式中，S总为土地总面积的标准化分值，在评价范围内通过对评价单元总面积进行线性标准化得到（0～100）；S类1为耕地、园地面积之和所占比例的标准化分值，在评价范围内通过对评价单元的耕地、园地总面积进行线性标准化得到（0～100）；S类2为林地、草地、水域面积之和所占比例的标准化分值，在评价范围内通过对评价单元的林地、草地、水域总面积进行线性标准化得到（0～100）；S类3为建设用地面积所占比例的标准化分值，在评价范围内通过对评价单元的建设用地面积进行线性标准化得到（0～100）；A总、A类分别为总面积分值和生产生态用地面积分值的权重；a类1、a类1、a类1为各类生产生态用地面积分值的权重。

2.2.2 城镇区位指数

依据城镇相互作用原理，采用数据场理论进行测算。为保证计算结果的可比性，城镇位势应在比研究区更大一级的区域乃至全国范围内进行计算，主要包括4个步骤：

1）根据建成区面积、人口和经济规模等指标标准化值加权计算城镇综合规模指数（0～100）。

2）根据城镇综合规模指数，综合考虑城镇影响力，划分城镇等级，计算各等级城镇的作用半径：

式中，ri为第i级城镇的作用半径；s为区域总面积；ni为第i级及以上等级城镇的总个数。

3）根据城镇等级和规模指数，按照功能分割原则计算各级城镇的功能分；再根据城镇功能分和作用半径，采用线性衰减或其他衰减模型测算作用分，衰减计算中可根据实际情况选用直线衰减或路径衰减方式。

4）将城镇所在位置计算得到的作用分同级取大、不同级累加，得到城镇位势。

2.2.3 交通区位指数

1）对外交通指数。首先按照航空、公路、铁路、港口的等级属性分别赋分，并在区域内标准化为0～100；再通过各交通方式对城镇进行赋分；然后采用行政区域内交通网络的结构参数表示对外交通网络，包括环度、线点率、连接度等。

2）城镇交通通达度。以城市道路密度、城市道路面积率、人均城市道路面积，以及城镇范围内交通网络的结构参数（环度、线点率、连接度等）作为城镇交通通达度指数。

3）区域交通网络发育度。以公路密度、乡村道路密度、乡村硬化道路比率作为区域交通网络发育度指数。

2.3 土地利用指数

2.3.1 土地利用集约指数

1）耕地集约度指数通过土地垦殖率、耕地复种指数、基本农田保护率、单位耕地面积化肥施用量、单位耕地面积农药施用量等指标来表征。

2）建设用地集约度指数通过城镇建筑密度、农村建筑密度、城镇建筑容积率、单位建设用地人口密度、人均城镇用地、人均农村居民点等指标来表征。

2.3.2 土地布局指数

1）土地利用结构合理度指数通过各类用地面积比例、农村建设用地面积比例、城市建设用地面积比例、居住用地面积比例、工业用地面积比例、道路广场用地面积比例、绿地VC面积比例、人均居住用地面积、人均工业用地面积、人均道路广场用地面积、人均绿地面积、三旧用地比例、居耕比、人均宅基地面积等指标来表征。

2）土地利用布局合理度指数通过城市形式比、城市紧凑度、城市延长率、城市人口密度、城市开放空间率、城市扩张速度、城市扩张类型比例、城市扩张邻近性、城市扩张梯度、年均扩展强度、城镇增加面积与耕地减少面积相对指数、人均城镇用地面积变化率、城镇容积率变化率、人口城镇化率、土地城镇化率、城镇用地规模增长弹性系数、城市用地斑块平均形状指数变化率、城市用地斑块破碎度变化率等指标来表征。

2.3.3 土地效益指数

①土地利用投入产出率，为土地利用所获得的总收入占土地投入总成本的百分比。②单位农用地总产值指数，为每km2农用地的总产值。③单位建设用地总产值指数，为每km2建设用地第二、三产业的总产值。④粮食单产指数，为粮食总产量与总播种面积的比值。

3 研究结果与分析

3.1 地表格局指数计算结果与分析

根据老河口市地理国情普查数据成果，依次完成地理国情基本统计、分类统计、综合统计、区域专题分析和国情指数计算工作，得到老河口市地表格局指数，见图1。

图1 老河口市地表格局指数计算结果

从指数的空间分布上来看（图2），城区地表格局较优，指数远高于周边乡镇；南部地表格局总体优于北部地区。值得注意的是，东部的薛集镇具有较高的地表格局指数，有进一步发展的空间。

图2 老河口市地表格局指数专题图

3.2 地理区位指数计算结果与分析

由图3可知，城区两个街办和洪山嘴镇的地理区位指数排名靠前，城区的城镇区位优于其他乡镇，但自然区位和交通区位反而低于其他乡镇。老河口市地理区位指数，与城镇区位指数呈正相关，与自然区位指数、交通区位指数呈负相关。

图3 老河口市地理区位指数计算结果

从指数的空间分布上来看（图4），地理区位指数高的地区集中在城区，而东部的竹林桥镇和薛集镇指数较低。另外，由于邻近丹江口水库，洪山嘴镇的地理区位指数也较高。

图4 老河口市地理区位指数专题图

3.3 土地利用指数计算结果与分析

由图5可知，老河口市各街办和乡镇土地利用状况较均匀，城区两个街办指数略高于其他乡镇。城区的土地布局指数高于其他乡镇，土地布局较合理；土地集约指数反映了各街办和乡镇的土地集约、节约利用情况较好；光化街办、酂阳街办、孟楼镇、竹林桥镇、薛集镇的土地效益指数较高，仙人渡镇、洪山嘴镇、李楼镇、袁冲乡土地效益指数较低。

图5 老河口市土地利用指数计算结果

从指数的空间分布上来看（图6），与地表格局指数的空间分布类似，光化街办、酂阳街办、薛集镇土地利用状况较好，北部洪山嘴镇的土地利用状况较差。

图6 老河口市土地利用指数专题图

4 结 语

本文以老河口市为例，以乡镇为基本统计单元，利用分类型统计分析方法构建了地表格局指数、地理区位指数和土地利用指数，对老河口市地理国情进行了分析与评价，主要结论为：

1）通过对地表覆盖图斑数据的统计分析，求取地表格局指数。城区光化街办、酂阳街办以及薛集镇的地表格局指数较高，而北部袁冲乡需要考虑空间格局的优化。

2）通过自然区位指数、城镇区位指数和交通区位指数加权求和得到地理区位指数。城区应加强市内交通的建设，而其他各乡镇应加强乡镇建设。

3）通过土地利用集约指数、土地布局指数和土地效益指数加权求和得到土地利用指数。研究区土地利用整体状况良好，布局较合理，没有明显的土地粗放利用问题，但仙人渡镇、洪山嘴镇、李楼镇、袁冲乡需要提高土地利用产出率。

本文得到的地理国情指数统计成果以及可视化表达图件成果，是对深化地理国情普查数据应用的新探索；对深入认识老河口市的地理市情、指导相关政府部门的决策、提高公众对地理国情的认知与关切具有一定意义；也为其他地区地理国情统计分析、评价、监测和模拟预测工作提供了参考。

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