劉　學(xué)，劉張霞

(1.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院，重慶　400020； 2.重慶市土地利用與遙感監(jiān)測工程技術(shù)研究中心，重慶　400020)

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村鎮(zhèn)區(qū)域規(guī)劃中統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化研究初探*

劉學(xué)1， 2※，劉張霞1

(1.重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院，重慶400020； 2.重慶市土地利用與遙感監(jiān)測工程技術(shù)研究中心，重慶400020)

隨著3S技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、災(zāi)害、林業(yè)、水利等各行各業(yè)； 其中，統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化研究被大家所關(guān)注。為了提高農(nóng)村土地的利用率，以及提高人們的生活水平，村鎮(zhèn)區(qū)域土地規(guī)劃被提上議程。以往對于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的研究集中于人口數(shù)據(jù)的空間化，尺度往往是省或縣市，很少有對村鎮(zhèn)級統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行空間化的研究。針對村鎮(zhèn)土地利用與土地整治規(guī)劃中涉及的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化問題，文章選擇重慶市巴南區(qū)石龍鎮(zhèn)作為研究區(qū)，對收集到的空間數(shù)據(jù)進行空間參考系的統(tǒng)一，空間參考系為1980西安坐標(biāo)系，通過對村鎮(zhèn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分類，選擇對人口與農(nóng)用肥施用量數(shù)據(jù)進行空間化，以多個格網(wǎng)尺度對研究區(qū)進行格網(wǎng)化處理，結(jié)合土地利用空間數(shù)據(jù)，精確人口分布區(qū)域范圍，并利用專家打分法，就土地利用類型分別對人口數(shù)據(jù)與農(nóng)用化肥的影響力進行了打分，構(gòu)建統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化模型，最后將空間化結(jié)果數(shù)據(jù)與數(shù)字高程模型進行空間分析，從而獲取人口與農(nóng)用肥施用的空間分布情況。得到以下結(jié)論：(1)研究區(qū)數(shù)據(jù)空間化的格網(wǎng)尺度與原始數(shù)據(jù)的空間分辨率相關(guān)，研究對象的尺度為村級，土地利用數(shù)據(jù)的空間分辨率為1m時，研究區(qū)人口與農(nóng)用肥統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的適宜尺度均為10m。(2)不同統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間分布與高程的關(guān)系緊密，其中人口資源多分布在相對比較平坦的丘陵區(qū)與溝谷區(qū)。而農(nóng)用肥主要施用對象為旱地、果園、茶園等地方，地貌類型為溝谷平原、丘陵及山地等。該研究對于從地理空間角度進行村鎮(zhèn)區(qū)域規(guī)劃具有重要指導(dǎo)意義。

村鎮(zhèn)土地利用土地整治規(guī)劃格網(wǎng)尺度統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化

0　引言

村鎮(zhèn)區(qū)域空間規(guī)劃是一個綜合的過程，涉及國民經(jīng)濟各個方面的數(shù)據(jù)，包括土地資源利用現(xiàn)狀及分布狀況、地理位置及經(jīng)濟社會定位、社會經(jīng)濟現(xiàn)實等。村鎮(zhèn)區(qū)域空間規(guī)劃是根據(jù)國家、市、縣的經(jīng)濟條件、社會發(fā)展計劃與規(guī)劃，以及村鎮(zhèn)的歷史、自然條件與經(jīng)濟條件，合理確定村鎮(zhèn)的性質(zhì)、規(guī)模，進行村鎮(zhèn)的結(jié)構(gòu)布局，做到布局合理、功能齊全、交通方便、設(shè)施配套、居住舒適、環(huán)境優(yōu)美、具有特色，以獲得較高的社會、經(jīng)濟及生態(tài)效益[1-3]。

村鎮(zhèn)區(qū)域空間規(guī)劃數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃、數(shù)字高程模型、土地利用、農(nóng)用地分等級等空間數(shù)據(jù)，以及人口、社會經(jīng)濟、基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)等為主的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為了能夠更好地將空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)應(yīng)用于村鎮(zhèn)區(qū)域規(guī)劃，需要將非空間數(shù)據(jù)進行空間化。學(xué)者們在這一方面做了大量的研究，閆慶武等提出了一種基于居民點密度的人口密度空間化方法，在采用核密度估計法得到江蘇省鎮(zhèn)(鄉(xiāng)、街道)居民點密度后，運用基于居民點密度的人口密度空間化計算公式獲得江蘇省1000m的人口密度格網(wǎng)圖[4]。廖順寶等從人口分布與土地利用關(guān)系著手，以西藏自治區(qū)為例對人口數(shù)據(jù)空間化方法進行了研究[5]。李月臣等對基于站點觀測數(shù)據(jù)的氣溫空間化方法進行了評述[6]。廖一蘭、王勁峰、孟斌、李新虎針對人口空間分布信息在環(huán)境健康風(fēng)險診斷、自然災(zāi)害損失評估及現(xiàn)場抽樣調(diào)查比較等地理學(xué)及相關(guān)學(xué)科研究中占有的重要地位，針對采用傳統(tǒng)方法解決人口空間化問題所遇到的困難與不足，設(shè)計了遺傳規(guī)劃(genetic programming，GP)、遺傳算法(geneticalgorithms，GA)及GIS 相結(jié)合的方法[7]。以往基于GIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化研究多以人口數(shù)據(jù)為主[8-11]，研究尺度多為省級、市級及縣級，但村鎮(zhèn)區(qū)域空間規(guī)劃工程中涉及人口、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)等多種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，鮮有針對村鎮(zhèn)尺度統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化方法的研究，文章對這一問題進行研究，利用格網(wǎng)法等空間化方法對研究區(qū)的人口、農(nóng)用肥施用量等統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行空間化處理，研究尺度為村級。

1　研究區(qū)域、數(shù)據(jù)及預(yù)處理

1.1研究區(qū)概況

石龍鎮(zhèn)位于巴南區(qū)東南部，轄區(qū)東鄰南川市的大觀與興隆鎮(zhèn)，南與石灘鎮(zhèn)、南川市的神童鎮(zhèn)接壤，西連接龍鎮(zhèn)，北與東泉、姜家鎮(zhèn)毗鄰。距重慶市區(qū)43km(車行經(jīng)渝湘高速、內(nèi)環(huán)快速約71km)，巴南區(qū)政府36.5km(車行約53.2km)。轄9個村， 2個社區(qū)居委會，鎮(zhèn)域總面積104.92km2，總?cè)丝?.9845萬人，其中農(nóng)業(yè)人口2.6299萬人，非農(nóng)人口3546人，鎮(zhèn)域常住人口2.0431萬人，城鎮(zhèn)化率11.88%。

圖1　石龍鎮(zhèn)數(shù)字高程模型　　　　　　　　　　　　　圖2　石龍鎮(zhèn)遙感影像

1.2數(shù)據(jù)處理

研究收集到的數(shù)據(jù)有空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)，其中空間數(shù)據(jù)包括研究區(qū)2012年Landsat5 TM遙感影像，空間分辨率為30m； 數(shù)字高程模型(ASTER GDEM)，空間分辨率為30m。非空間數(shù)據(jù)包括巴南區(qū)石龍鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃、村級規(guī)劃、發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃、旅游規(guī)劃等規(guī)劃數(shù)據(jù)，巴南區(qū)第6次人口普查數(shù)據(jù)，石龍鎮(zhèn)政府工作報告，巴南區(qū)統(tǒng)計公報、綜合年報等非空間統(tǒng)計數(shù)據(jù)。其中遙感影像與ASTER GDEM來源于美國NASA數(shù)據(jù)共享網(wǎng)站，統(tǒng)計數(shù)據(jù)為2012年數(shù)據(jù)，來源于統(tǒng)計年鑒及相關(guān)政府部門。

對收集到的空間數(shù)據(jù)進行空間參考系的統(tǒng)一，空間參考系為1980西安坐標(biāo)系，從各類非空間統(tǒng)計數(shù)據(jù)中選擇人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)與農(nóng)用肥施用量(表1、表2)。

表1石龍鎮(zhèn)所轄村人口統(tǒng)計

名稱村(個)社(個)鄉(xiāng)村人口戶數(shù)人口合計9102849427681大連11110463256大興1129583078白馬1118332742金星1189963198合路166902248柏樹1129923066大橋179273196大園1137992717中倫11212534180

表2　石龍鎮(zhèn)所轄村農(nóng)用肥施用量統(tǒng)計　t

2　研究方法

2.1土地利用影響力分析

研究區(qū)具有土地利用類型24類，包括交通、農(nóng)業(yè)用地、建筑用地、植被用地等，不同類型的地類具有各自的功能作用，對于人口數(shù)據(jù)與農(nóng)用化肥施用量數(shù)據(jù)，不同地類對這兩類數(shù)據(jù)具有不同的影響力，例如坑塘水面地類基本不會存在人口數(shù)據(jù)，水澆地為農(nóng)用化肥的具體施用對象，但對于人口數(shù)據(jù)的影響基本上沒有。該文采取專家打分法解決此問題，就各個土地類型分別對人口數(shù)據(jù)與農(nóng)用化肥的影響力進行了打分，分值域為0～1，見表3。

表3　人口與農(nóng)用肥土地利用影響專家打分

地類名稱人口農(nóng)用化肥地類名稱人口農(nóng)用化肥礦用地0.010灌木林00茶園0.010.1果園0.010.15村莊0.440旱地0.020.4風(fēng)景名勝及特殊用地0.010河流水面00公路用地00建制鎮(zhèn)0.480溝渠00坑塘水面00裸地00設(shè)施農(nóng)用地00內(nèi)陸灘涂00水工建筑用地0.010農(nóng)村道路00水澆地00.2其他草地00水庫水面00其他林地00水田00.15其他園林00有林地0.010

由表3可以看出對人口分布影響最直接的土地利用類型是村莊與建制鎮(zhèn)，所占比例為92%，有人口分布的為礦用地、茶園、風(fēng)景名勝及特殊用地、果園、旱地、有林地及水工建筑用地，所占比例為8%，其余地類為0。對農(nóng)用化肥施用分布影響最直接的是旱地、果園、水澆地、水田及茶園，所占比例分別為40%、15%、20%及15%，其余為0。

2.2統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化模型的構(gòu)建

以人口數(shù)據(jù)為例，基于研究區(qū)2012年土地利用數(shù)據(jù)，根據(jù)專家打分結(jié)果，選取對人口空間分布影響較大的村莊、建制鎮(zhèn)，以及對人口分布有影響的礦用地、茶園、風(fēng)景名勝及特殊用地、果園、旱地、有林地及水工建筑用地，結(jié)合石龍鎮(zhèn)2010年人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以村為研究對象，構(gòu)建人口空間化模型。

假設(shè)石龍鎮(zhèn)各村相同土地利用類型的人口密度相同，則模型的一般形式為：

(1)

式中，Aj為j類土地利用類型的人口分布初始系數(shù)，單位：人/km2；Sij為i村j類土地利用的面積，單位為：km2；Qi為i村統(tǒng)計人口數(shù)據(jù)，單位為：人；tij為i村j類土地利用類型專家打分的結(jié)果。根據(jù)模型，對每個村的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及對人口分布有影響的土地利用類型的面積及專家打分結(jié)果按照公式進行線性回歸計算，求得各土地利用人口分布初始系數(shù)Aj。將求得的土地利用人口分布系數(shù)柵格化(圖3)。

同理，利用相同的方法求得土地利用農(nóng)用肥施用分布初始系數(shù)，并將求得的土地利用農(nóng)用肥施用分布系數(shù)柵格化(圖4)。

圖3　石龍鎮(zhèn)村級人口數(shù)據(jù)空間化分布　　　　　圖4　石龍鎮(zhèn)村級農(nóng)用肥數(shù)據(jù)空間化分布

2.3柵格化格網(wǎng)尺度選擇

柵格化的時候涉及到一個柵格尺度的選擇，不同的柵格尺度對空間化后的數(shù)據(jù)具有精度影響，該文以土地利用數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，生成了200m、100m、50m及10m等4種尺度的格網(wǎng)人口與農(nóng)用肥施用數(shù)據(jù)。

空間化后的數(shù)據(jù)理論上與原始統(tǒng)計數(shù)據(jù)是一致的，但是在統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的過程中，土地利用數(shù)據(jù)與土地利用人口分布系數(shù)均是由矢量數(shù)據(jù)經(jīng)過柵格化后所得[12]，所以其柵格化后的空間數(shù)據(jù)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)之間存在一定的差別，不同的格網(wǎng)尺度，其誤差不同，以大興村為例，圖5為大興村人口數(shù)據(jù)不同尺度空間化分布，圖6為大興村農(nóng)用肥數(shù)據(jù)不同尺度空間化分布。表4為格網(wǎng)人口與村統(tǒng)計人口誤差，表5為農(nóng)用肥統(tǒng)計數(shù)據(jù)與空間化數(shù)據(jù)誤差。

圖5　大興村人口數(shù)據(jù)不同尺度空間化分布

圖6　大興村人口數(shù)據(jù)不同尺度空間化分布

表4　人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)與空間化數(shù)據(jù)誤差統(tǒng)計

村名統(tǒng)計空間化(200m)誤差(%)空間化(100m)誤差(%)空間化(50m)誤差(%)空間化(10m)誤差(%)大連325634034.5133091.633255-0.033174-2.52大興30782764-15.113014-7.433030-1.562987-2.96白馬27422929-10.0432670.342704-1.392687-2.01金星31983131-3.843033-6.853068-4.0732030.16合路22482307-29.1532911.0723594.9423363.91柏樹30662675-17.843088-5.163027-1.2731101.44大橋319633121.723216-1.2333454.663173-0.72大園27172512-22.853003-7.7728133.5327782.25中倫4180399722.7633904.1242481.6342662.06

表5　農(nóng)用肥統(tǒng)計數(shù)據(jù)與空間化數(shù)據(jù)誤差統(tǒng)計

村名統(tǒng)計空間化(200m)誤差(%)空間化(100m)誤差(%)空間化(50m)誤差(%)空間化(10m)誤差(%)大連505344-31.885498.715315.15499-1.19大興186458-9.315080.595121.395090.79白馬460494-2.185233.565111.19504-0.20金星89268736.04446-11.68490-2.975121.39合路23358415.64449-11.095468.125070.40柏樹28557513.865060.205478.325090.79大橋485484-4.16459-9.11456-9.70495-1.98大園53157914.655080.595468.12497-1.58中倫67960620.00434-14.06474-6.14497-1.58

由表4可以看出，柵格化尺度為200m時，人口統(tǒng)計值與空間化人口值之間的誤差的絕對值最大為29.15%，最小為1.72%，誤差值得標(biāo)準(zhǔn)差為15.94； 柵格化尺度為100m時，人口統(tǒng)計值與空間化人口值之間的誤差的絕對值最大為7.77%，最小為0.34%，誤差值得標(biāo)準(zhǔn)差為4.49； 柵格化尺度為50m時，人口統(tǒng)計值與空間化人口值之間的誤差的絕對值最大為4.94%，最小為0.03%，誤差值得標(biāo)準(zhǔn)差為3.14； 柵格化尺度為10m時，人口統(tǒng)計值與空間化人口值之間的誤差的絕對值最大為3.91%，最小為0.16%，誤差值得標(biāo)準(zhǔn)差為2.40； 其中當(dāng)柵格化尺度為10m時，其誤差最大值在4個柵格化尺度中最小，為3.91%，且誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為2.40，小于另外3個尺度誤差值得標(biāo)準(zhǔn)差。

由表5可以看出，柵格化尺度為200m時，農(nóng)用肥統(tǒng)計值與空間化農(nóng)用肥值之間的誤差的絕對值最大為36.04%，最小為2.18%，誤差值的標(biāo)準(zhǔn)差為19.90； 柵格化尺度為100m時，農(nóng)用肥統(tǒng)計值與空間化農(nóng)用肥值之間的誤差的絕對值最大為14.06%，最小為0.20%，誤差值得標(biāo)準(zhǔn)差為8.01； 柵格化尺度為50m時，農(nóng)用肥統(tǒng)計值與空間化農(nóng)用肥值之間的誤差的絕對值最大為9.70%，最小為1.19%，誤差值得標(biāo)準(zhǔn)差為6.63； 柵格化尺度為10m時，農(nóng)用肥統(tǒng)計值與空間化農(nóng)用肥值之間的誤差的絕對值最大為1.98%，最小為0.20%，誤差值得標(biāo)準(zhǔn)差為1.26； 其中當(dāng)柵格化尺度為10m時，其誤差最大值在4個柵格化尺度中最小，為1.98%，且誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為1.26，小于另外3個尺度誤差值得標(biāo)準(zhǔn)差。

3　空間分析

為了能夠更好的研究村級統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化方法，將空間化后的人口數(shù)據(jù)與農(nóng)用肥施用數(shù)據(jù)與石龍鎮(zhèn)的數(shù)字高程模型進行空間分析，首先，分別將空間化后的數(shù)據(jù)與數(shù)字高程模型進行重分類，利用ArcGIS10.1軟件的轉(zhuǎn)換功能，將重分類后的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，將矢量化后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)與數(shù)字高程模型進行空間分析運算，由空間分析運算結(jié)果可知， 71.4%人口分布在550～650m的區(qū)域， 28.6%分布在650～750m的區(qū)域，人口資源多分布在相對比較平坦的丘陵區(qū)與溝谷區(qū)。62.3%的農(nóng)用肥施用多分布在570～600m的坡耕地上， 22.1%于550m左右的溝谷平坦區(qū)， 15.6%分布于600～700m具有一定坡度的山地，主要為有林地與果園等。

4　結(jié)論與討論

該文分別對石龍鎮(zhèn)的人口統(tǒng)計與農(nóng)用肥施用量數(shù)據(jù)進行空間化，對村級統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行空間化建模，生成200m、100m、50m及10m等4種尺度的格網(wǎng)數(shù)據(jù)，針對不同土地利用類型對人口與農(nóng)用肥的影響力度不同，該文采用專家打分法，分別就各個土地類型分別對人口數(shù)據(jù)與農(nóng)用化肥的影響力進行了打分，分值域為0～1。最后運用空間分析法，對人口與農(nóng)用肥空間化數(shù)據(jù)與數(shù)字高程模型進行了運算分析。

研究表明：

(1)對于人口與農(nóng)用肥統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化是的格網(wǎng)尺度，其適宜尺度均為10m，主要因為土地利用數(shù)據(jù)的空間分辨率為1m，以及研究對象的尺度為村級。

(2)通過空間分析，發(fā)現(xiàn)人口數(shù)據(jù)主要分布區(qū)域的高程范圍550～650m，一部分分布于650～750m的區(qū)域，人口資源多分布在相對比較平坦的丘陵區(qū)與溝谷區(qū)。農(nóng)用肥主要施用對象為旱地、果園、茶園等地方，主要分布在550～700m的高程范圍內(nèi)，地貌類型為溝谷平原、丘陵及山地等。

該文利用GIS技術(shù)，從尺度與空間化方法對村級統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行了空間化處理，選擇對人口數(shù)據(jù)與農(nóng)用肥施用數(shù)據(jù)進行了空間化處理，但也適用于村級用電、農(nóng)村勞動力等其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化操作。通過分析，不同統(tǒng)計數(shù)據(jù)往往具有自身特性，影響統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間分布情況的因子往往由地形、地貌及統(tǒng)計數(shù)據(jù)本身特性決定。

通過研究村級土地資源中統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化方法，可以為村級土地規(guī)劃提供支持?jǐn)?shù)據(jù)，對從地理空間角度進行村鎮(zhèn)區(qū)域規(guī)劃具有重要指導(dǎo)意義。筆者將繼續(xù)對村級統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化技術(shù)進行深層次的研究。

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PRELIMINARY STUDY ON SPATIALIZATION OF STATISTICAL DATA IN VILLAGE AND TOWN PLANNING*

Liu Xue1， 2※，Liu Zhangxia1

(1.Chongqing Municipal land Resources and Housing Surveying and Planning Institute Chongqing 400020，China；2.Chongqing Engineering Research Center of land Use and Remote-Sense Monitoring Chongqing 400020，China)

With the development of information technology, the 3S technology iswidely applied in agriculture, geology, disasters, forestry, and water conservancy. At the same time, the research on spatialization of statistical data has been gradually concerned. In order to improve the utilization of rural land and enhance people′s living standards, land planning of village and town has been put on the agenda. Town regional spatial planning is a comprehensive process that involves all aspects of national economic data. Previous researches mainly focus onspatialization of population data on the scale of province, county and city. However, few studies have been done on village scale. Based on these, improvement research was done in light of the issues about spatialization of statistical data in land use and land management planning of village and town. Shilong Town, located in Ba nan District of Chong qing City, was chose as study area. Thecollected spatial data was unified by spatial reference system, i.e., the 1980 Xi′an coordinate system. Statistical data of village and town were classified, and space modeling were made by using population and agricultural fertilizer consumption data.Multiple grid scales wereselected for grid processing. Combined with land use data, regional population distribution data was obtained. Then therates of population and agricultural fertilizer under the influence of land use types were obtained by using expert scoring method. Finally, spatial result and DEM were analyzed to obtain spatial distribution of demographic and fertilizer of agricultural. The spatial statistical data model wasconstructed to calculate the result of space-based data. The results showed that: (1) Grid scaleswere related to the spatial resolution of the original data. The appropriate spatial scale of the population and agricultural fertilizer statistics data was 10 m with the spatial resolution of the land use data of 1 m on village scale. (2) The spatial distribution of different statistical data was closely related with the elevation. Population resourcewas distributed in relatively flat hilly and gully area. And the agricultural fertilizer wasmainlyapplied to dry land, garden and tea garden, as well asthe corresponding landscape types with valleys plains, hills and mountains. Spatial distribution of statistical data was often determined by the topography and the statistical properties of the data.The study played an important significance in conducting regional planning of village and town from the perspective of geospatial.

land use of village; land management planning; scale of grid; statistics data; space modeling

10.7621/cjarrp.1005-9121.20160505

2015-03-04

劉學(xué)(1981—)，男，重慶人，土地調(diào)查技術(shù)員、測繪工程師。研究方向：土地調(diào)查評價。Email：slin60@126.com

TU981；P208

A

1005-9121[2016]05-0027-08

*資助項目：國家“十二五”科技支撐計劃“村鎮(zhèn)區(qū)域空間規(guī)劃與土地利用優(yōu)化技術(shù)集成示范”(2012BAJ22B06)