李衛(wèi)民，李同昇，武 鵬

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安 710127)

0 引言

長期以來，由于缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃與有效的空間管制，以自發(fā)性建設(shè)為主導(dǎo)的農(nóng)村居民點(diǎn)布局呈現(xiàn)出分散化與碎片化的特征，同時(shí)在快速城鎮(zhèn)化背景下也表現(xiàn)出利用率低、空置嚴(yán)重、布局混亂等問題[1]。這種集約度低下的土地利用模式及不合理的村莊居民點(diǎn)布局已成為制約公共服務(wù)設(shè)施均等化配置的重要因素[2]。農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化作為土地整治和城鄉(xiāng)空間優(yōu)化的重要內(nèi)容，許多地方在對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化實(shí)踐中出現(xiàn)認(rèn)知偏差，引起了一系列經(jīng)濟(jì)社會(huì)問題。因此，在農(nóng)村居民點(diǎn)空間重構(gòu)與發(fā)展轉(zhuǎn)型背景下，探討居民點(diǎn)布局優(yōu)化的方法與路徑具有重要的理論與實(shí)踐價(jià)值。

國外對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)布局的研究側(cè)重于對(duì)其區(qū)位影響因素、等級(jí)結(jié)構(gòu)、空間分布及演變的分析，進(jìn)而來指導(dǎo)農(nóng)村居民點(diǎn)的規(guī)劃建設(shè)及布局優(yōu)化實(shí)踐。我國學(xué)者對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化的研究相對(duì)較多，形成以居民點(diǎn)整治為核心的農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化研究體系，主要包括整治潛力測(cè)算、整治分區(qū)、整治時(shí)序與整治模式[3-6]等4個(gè)方面。近年來，國內(nèi)學(xué)者開始從景觀安全格局[7]、城鄉(xiāng)聯(lián)系等視角[8]開展居民點(diǎn)布局優(yōu)化的研究，進(jìn)一步豐富了農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化研究的內(nèi)容。當(dāng)前學(xué)界關(guān)于居民點(diǎn)布局的研究雖已涉及山區(qū)、丘陵區(qū)及平原等不同地域的農(nóng)村居民點(diǎn)，然而這些研究多同質(zhì)化地將農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化等同于土地整理，缺乏對(duì)居民點(diǎn)之間聯(lián)系及影響的考慮?；诖?，文章以西安市臨潼區(qū)相橋街道為例，綜合運(yùn)用改進(jìn)引力模型、加權(quán)Voronoi圖等方法來探索農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化的路徑與策略。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

圖1 研究區(qū)域位置與村莊布局

1.1 研究區(qū)概況

相橋街道位于陜西省西安市臨潼區(qū)東北部，地處渭河平原交口抽渭灌區(qū)上游。北距臨潼城區(qū)40km，西距閻良區(qū)10km，東距渭南市區(qū)25km。省道107東西穿境而過，太西鐵路南北穿境而過，區(qū)位條件優(yōu)越，交通便利。相橋街道以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，耕地面積4 575.53hm2， 2016年農(nóng)業(yè)產(chǎn)值5.35億元，占工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的94%，是西安市重要的糧食生產(chǎn)功能區(qū)和臨潼區(qū)現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)發(fā)展示范片區(qū)，區(qū)域內(nèi)以農(nóng)業(yè)合作社為支撐的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)體系已日趨成熟。街道行政區(qū)域總面積7 200hm2，轄20個(gè)行政村， 69個(gè)自然村， 130個(gè)村民小組； 2016年，轄區(qū)總?cè)丝?.8萬人，其中農(nóng)業(yè)人口3.68萬人，農(nóng)民人均純收入1.829 5萬元。域內(nèi)村莊建設(shè)用地分散，集約度不高。農(nóng)村居民點(diǎn)面積為632.7hm2，居民點(diǎn)斑塊平均規(guī)模為2.5hm2，呈現(xiàn)出“大散居、小聚居”的總體特征。

1.2 數(shù)據(jù)來源

該文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：(1)臨潼區(qū)2013年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)(1： 1萬)； (2)農(nóng)業(yè)園區(qū)、合作社相關(guān)數(shù)據(jù)由臨潼區(qū)農(nóng)林局提供； (3)中小學(xué)等教育信息來自于西安市教育局提供的教育電子地圖，并通過電話訪問等形式獲取學(xué)校類型信息； (4)行政村人口數(shù)據(jù)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)來自于2016年7月和2017年3～4月期間的實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)，并通過村長訪談、農(nóng)戶調(diào)研等多種形式獲取得到該文需要的其他相關(guān)數(shù)據(jù)，借助SPSS、ArcGIS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并空間化。

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

農(nóng)村居民點(diǎn)之間是相互影響的有機(jī)整體，其布局及結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整必須考慮居民點(diǎn)之間的內(nèi)部條件差異與外部聯(lián)系。該文對(duì)各行政村結(jié)節(jié)性進(jìn)行評(píng)價(jià)與K-均值聚類分析，劃分出村莊組團(tuán)； 采用改進(jìn)的空間引力模型測(cè)算各行政村之間的“引力”，識(shí)別出各個(gè)組團(tuán)的中心村與一般村； 同時(shí)運(yùn)用加權(quán)Voronoi圖劃分各類型村莊的實(shí)際影響范圍。綜合考慮村莊聯(lián)系及實(shí)際影響范圍，將研究區(qū)域居民點(diǎn)分為重點(diǎn)發(fā)展型、遷村并點(diǎn)型、規(guī)?？刂菩?，系統(tǒng)性地提出各類居民點(diǎn)布局優(yōu)化的策略，并重點(diǎn)指出遷村并點(diǎn)型居民點(diǎn)的優(yōu)化方向。

2.2 研究方法

2.2.1 引力模型

由于不同村莊的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和公共服務(wù)能力等存在差異，造成不同村莊在鄉(xiāng)村聚落體系優(yōu)化過程中的導(dǎo)向作用不同。這種導(dǎo)向既反映了村莊在聚落體系之中的地位與作用，又反映了聚落體系內(nèi)部村莊的相互影響，因此該文選取空間引力模型來表征這種導(dǎo)向作用。

(1)

表1 村莊結(jié)節(jié)性指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與權(quán)重

目標(biāo)層準(zhǔn)則層權(quán)重指標(biāo)層權(quán)重綜合指標(biāo)村莊規(guī)模0 3587人口規(guī)模0 2341居民點(diǎn)用地規(guī)模0 1246經(jīng)濟(jì)因素0 4220耕地面積0 1027園地面積0 0612人均純收入0 0808農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力數(shù)量0 0932合作社社員比重0 0841公共服務(wù)設(shè)施水平與區(qū)位條件0 2193小學(xué)類型0 0751距中學(xué)平均距離0 0494距城鎮(zhèn)平均距離0 0593聚交通干線平均距離0 0355

式(1)中，I為i、j兩地間的相互影響作用引力；Mi、Mj分別為i、j兩個(gè)村莊的“質(zhì)量”；r為兩地之間的距離；G為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取值為1；b為距離衰減指數(shù)，取值通常為2。在求取村莊之間引力值時(shí)，村莊的“綜合質(zhì)量”可用其結(jié)節(jié)性表示。結(jié)節(jié)性代表一個(gè)居民點(diǎn)的相對(duì)重要性，居民點(diǎn)的發(fā)展基礎(chǔ)、生產(chǎn)生活條件及生態(tài)環(huán)境因素都對(duì)居民點(diǎn)結(jié)節(jié)性構(gòu)成影響[9-10]，綜合研究區(qū)域內(nèi)居民點(diǎn)的實(shí)際情況，從村莊規(guī)模、經(jīng)濟(jì)因素、公共服務(wù)設(shè)施水平與區(qū)位條件3方面選取了11類二級(jí)指標(biāo)構(gòu)建村莊結(jié)節(jié)性指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并用層次分析法確定各個(gè)指標(biāo)體系的權(quán)重值。指標(biāo)及權(quán)重見表1。

2.2.2 K-均值聚類

聚類分析(cluster analysis)是劃分村莊組團(tuán)的重要環(huán)節(jié)。其中K-均值聚類(K-means)是基于距離的迭代式算法，能實(shí)現(xiàn)類內(nèi)相似度最高和類間相似度最低，且能達(dá)到局部最優(yōu)，因此能較好地用于村莊組團(tuán)劃分。其基本思想是將樣本按最小距離準(zhǔn)則分配給隨機(jī)確定的K個(gè)初始聚類中心，然后根據(jù)新的聚類中心重新分類，并重復(fù)進(jìn)行迭代運(yùn)算，直至算法收斂使平方誤差函數(shù)值最小。設(shè)對(duì)于n個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成的原始數(shù)據(jù)集X：X={X1，X2，…，Xi，…，Xn}劃分為k類(2≤k≤n)，其準(zhǔn)則函數(shù)：

(2)

式(2)中，Xi為原始數(shù)據(jù)集X第i個(gè)元素； {ωj}為聚類結(jié)果數(shù)據(jù)集{{ω1}，{ω2}，…，{ωj}，…，{ωk}}的類；Cj為類{ωj}的聚類中心。

2.2.3 加權(quán)Voronoi圖

加權(quán)Voronoi圖是一種識(shí)別村莊影響和輻射范圍的空間分割方法，在空間分析和優(yōu)化中具有明顯優(yōu)勢(shì)[11]。其基本定義為[12]：設(shè)P={p1，p2，…，pn}(3≤n)為一個(gè)平面點(diǎn)集，λi(i=1， 2，…，n)為給定的n個(gè)正實(shí)數(shù)，則

(3)

式(3)中，dpi，pj表示點(diǎn)pi和pj間的歐式距離，pi≠pj，i≠j，i，j∈1， 2，…，n;x為平面上任意點(diǎn);λi為pi的權(quán)重。由Vnpi，λii=1， 2，…，n確定的對(duì)平面的分割即為加權(quán)Voronoi圖。

3 農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化研究

3.1 村莊組團(tuán)劃分與中心村的識(shí)別

對(duì)村莊進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)測(cè)算出村莊結(jié)節(jié)性指數(shù)，運(yùn)用K-均值聚類法進(jìn)行空間聚類，將相橋街道20個(gè)行政村劃分為4個(gè)組團(tuán)(圖2)，并基于改進(jìn)的空間引力測(cè)算模型，計(jì)算各行政村之間的引力值，在劃分的組團(tuán)單元的基礎(chǔ)上，根據(jù)總引力值大小識(shí)別中心村，即將總引力值最大的村莊作為中心村，組團(tuán)內(nèi)其余村莊作為基層村。以第Ⅰ組團(tuán)為例，組團(tuán)內(nèi)部行政村之間的空間引力如表2，八里村具有最大的引力值，因此選擇八里村作為第Ⅰ組團(tuán)的中心村，灣劉村、任家村、華次村作為一般村。同理，依次確定第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組團(tuán)的中心村分別為田市村、相橋村與朝陽村。相橋村作為街道的中心鎮(zhèn)區(qū)，作為中心鎮(zhèn)建設(shè)； 田市村也形成較為成熟的城鎮(zhèn)發(fā)展區(qū)，可將其作為城鎮(zhèn)次級(jí)服務(wù)中心建設(shè)。

表2 第Ⅰ組團(tuán)行政村空間引力矩陣

行政村灣劉村任家村華次村八里村總引力值灣劉村/1121 32849 482739 684710 473任家村1121 32/690 092225 634037 032華次村849 48690 09/1686 073225 633八里村2739 682225 631686 07/6651 371

3.2 影響范圍劃分

行政村組團(tuán)劃分與中心村的識(shí)別為村莊體系及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了基礎(chǔ)，同時(shí)明確了居民點(diǎn)布局優(yōu)化的總體方向。然而，由于各行政村類型及服務(wù)功能的差異，需要科學(xué)劃定各行政村的實(shí)際影響范圍。運(yùn)用加權(quán)Voronoi圖對(duì)增長極點(diǎn)空間影響范圍進(jìn)行劃分，以不同類型村莊的結(jié)節(jié)性指數(shù)作為影響范圍的權(quán)重，生成村莊的加權(quán)Voronoi圖。如圖2所示，各類型村莊的實(shí)際影響范圍與其行政區(qū)劃范圍并不一致，這種空間影響范圍能夠?yàn)榫用顸c(diǎn)布局調(diào)控提供空間約束，同時(shí)科學(xué)地指明居民點(diǎn)優(yōu)化路徑。

圖2 相橋街道村莊組團(tuán)與村莊影響范圍

表3 相橋街道農(nóng)村居民點(diǎn)分布特征分析

平均分值區(qū)斑塊數(shù)總面積(hm2)平均規(guī)模(hm2)0～12616 669790 6411461～234 875541 6251802～31122 296262 0269333～4915 578311 7309244～51626 953571 6845985～63062 335502 0778506～72523 962850 9585147～844153 004403 4773738～989283 075903 180628

3.3 遷村并點(diǎn)型居民點(diǎn)的識(shí)別

交通線、河流水系等對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)形成和發(fā)展具有重要影響，在平原地區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)布局通常具有沿交通線、河流水系軸向分布的特征[13]。該文選取省道107和太西鐵路兩條高等級(jí)交通線，對(duì)居民點(diǎn)斑塊進(jìn)行評(píng)價(jià)。為體現(xiàn)交通線的差異性，分別對(duì)省道107和太西鐵路建立300 m和400 m 間隔道路緩沖區(qū)，并對(duì)居民點(diǎn)進(jìn)行賦值，最終確定農(nóng)村居民點(diǎn)分布的分值特征(表3)。研究區(qū)域居民點(diǎn)評(píng)價(jià)值高于4分的斑塊有204個(gè)，占總斑塊數(shù)的80.6%，評(píng)價(jià)值小于1的斑塊數(shù)為26個(gè)，占總斑塊數(shù)的10.2%，表明農(nóng)村居民點(diǎn)斑塊數(shù)呈現(xiàn)出道路導(dǎo)向發(fā)展的特征。運(yùn)用自然間斷法將分值分為高分值、中分值和低分值3類，將研究區(qū)域內(nèi)面積小于0.5hm2以及中低分值區(qū)小于1hm2的零散、閑置的居民點(diǎn)作為整合對(duì)象，最終確定遷村并點(diǎn)型居民點(diǎn)圖斑共計(jì)61個(gè)。

4 農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化模式

按照集約化的農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化理念，同時(shí)綜合考慮村莊之間的聯(lián)系及影響作用，將研究區(qū)域農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化模式分為重點(diǎn)發(fā)展型、遷村并點(diǎn)型、規(guī)?？刂菩?種類型(圖3)。

4.1 重點(diǎn)發(fā)展型

重點(diǎn)發(fā)展型居民點(diǎn)通常具有良好的發(fā)展條件及發(fā)展?jié)摿?，包括中心村等?jí)中面積較大的居民點(diǎn)斑塊及在鎮(zhèn)區(qū)控制線內(nèi)的居民點(diǎn)。中心村人口數(shù)量較多、等級(jí)較高，對(duì)村莊組團(tuán)內(nèi)的居民點(diǎn)具有服務(wù)功能，應(yīng)通過完善中心村的公共服務(wù)設(shè)施的配置來提升其服務(wù)功能與優(yōu)化居民點(diǎn)內(nèi)部空間格局，提升居民點(diǎn)用地的效率； 而納入鎮(zhèn)區(qū)控制線內(nèi)的居民點(diǎn)與城鎮(zhèn)間的距離較近，可通過城鎮(zhèn)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化發(fā)展。相橋街道重點(diǎn)發(fā)展型居民點(diǎn)共計(jì)17個(gè)，面積140.07hm2，這些居民點(diǎn)是推進(jìn)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌建設(shè)的重點(diǎn)。

4.2 遷村并點(diǎn)型

遷村并點(diǎn)型是指將區(qū)位條件較差、人口規(guī)模較小、零散閑置的農(nóng)村居民點(diǎn)遷建至發(fā)展條件相對(duì)優(yōu)越的區(qū)域，合并形成新的居民點(diǎn)。以該文確定的面積小于0.5hm2以及中低分值內(nèi)小于1hm2的零散的居民點(diǎn)作為遷村并點(diǎn)對(duì)象，根據(jù)居民點(diǎn)區(qū)位及其所屬村莊的級(jí)別不同，可將其遷移至村中心所在地或該居民點(diǎn)所屬組團(tuán)的中心村所在地，并以加權(quán)Voronoi圖確定的村莊影響范圍作為空間約束。對(duì)處于中心村的影響范圍內(nèi)的搬遷居民點(diǎn)，可以將其遷移并入到中心村附近，對(duì)處于基層村的影響范圍內(nèi)搬遷居民點(diǎn)則可以將其整體搬遷、集中安置到基層村的村中心附近。通過合理引導(dǎo)居民點(diǎn)向中心村和基層村村中心附近的集中，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間及農(nóng)村公共服務(wù)資源配置的目的。相橋街道共有61個(gè)待搬遷居民點(diǎn)圖斑，總面積為2.87hm2； 其中，中心村建設(shè)型和村中心建設(shè)型居民點(diǎn)面積分別1.08hm2和1.79hm2，平均斑塊規(guī)模分別為0.05hm2和0.04hm2。

圖3 相橋街道農(nóng)村居民點(diǎn)空間布局優(yōu)化

4.3 規(guī)?？刂菩?/h3>

規(guī)?？刂菩褪侵笇?duì)現(xiàn)有農(nóng)村居民點(diǎn)進(jìn)行用地及空間管制，劃定農(nóng)村居民點(diǎn)擴(kuò)展邊界，嚴(yán)格控制向外新增居民點(diǎn)建設(shè)用地。通過對(duì)居民點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)的判斷，將研究區(qū)域除重點(diǎn)發(fā)展及遷村并點(diǎn)之外的居民點(diǎn)納入規(guī)模控制型居民點(diǎn)，該類農(nóng)村居民點(diǎn)共計(jì)176個(gè)，面積489.76hm2。在居民點(diǎn)布局優(yōu)化過程中，通過在現(xiàn)有居民點(diǎn)布局基礎(chǔ)上開展空心村、一戶多宅的整治，挖掘居民點(diǎn)內(nèi)部的存量空間，并嚴(yán)格控制居民點(diǎn)用地的增量擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)居民點(diǎn)集約布局及內(nèi)部提升，同時(shí)順應(yīng)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中農(nóng)村居民點(diǎn)人口向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移的客觀規(guī)律。

5 結(jié)論與討論

(1)通過從村莊規(guī)模、經(jīng)濟(jì)因素、公共服務(wù)設(shè)施水平與區(qū)位條件3方面綜合評(píng)價(jià)各個(gè)村莊的結(jié)節(jié)性指數(shù)，運(yùn)用K-均值聚類將村莊分為4個(gè)組團(tuán)； 并基于改進(jìn)引力模型識(shí)別出相橋村、田市村、八里村、朝陽村4個(gè)中心村與灣劉村、任家村等16個(gè)基層村。同時(shí)運(yùn)用加權(quán)Voronoi圖劃分村莊的影響范圍，突破了以“耕作半徑論”與“規(guī)模決定論”為主的傳統(tǒng)劃分方式。

(2)將研究區(qū)域農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化模式分為重點(diǎn)發(fā)展型、遷村并點(diǎn)型、規(guī)?？刂菩?種類型，并系統(tǒng)性地指出3種類型居民點(diǎn)的空間整合與引導(dǎo)策略。其中，遷村并點(diǎn)型居民點(diǎn)是進(jìn)行布局優(yōu)化的核心所在，其遷移方向應(yīng)以村莊空間影響范圍為約束。

該文將引力模型與加權(quán)Voronoi圖等方法綜合運(yùn)用于居民點(diǎn)布局優(yōu)化研究問題，建立了一種基于村莊聯(lián)系與影響的居民點(diǎn)布局優(yōu)化路徑，并以相橋街道為例進(jìn)行實(shí)證研究，對(duì)于當(dāng)前開展的土地整治、村莊布局規(guī)劃等工作具有指導(dǎo)意義。然而，我國農(nóng)村居民點(diǎn)布局及發(fā)展水平具有較大差異性，在不同地區(qū)居民點(diǎn)布局優(yōu)化過程中應(yīng)充分考慮指標(biāo)體系的合理性與方法的科學(xué)性，同時(shí)應(yīng)充分關(guān)注農(nóng)民利益與發(fā)展訴求，加強(qiáng)對(duì)不同區(qū)域居民點(diǎn)布局的合理性及適宜性研究[14]，提高居民點(diǎn)布局優(yōu)化的可實(shí)施性。

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