基于GIS的农村居民点分布特征及景观格局研究——以揭阳市为例

张炜康 ，郑荣宝*，洪润平

(1.广东工业大学 管理学院, 广州 510520; 2.广东国地规划科技股份有限公司，广州 510075)

国民经济以农业为基础，农村是农民生产生活不可缺少的重要载体。随着自然和历史的发展，农村居民点成为农村土地利用的重要组成部分[1]。受不同社会、经济、自然和文化等因素的影响，中国农村居民点的选址和布局多是农民自主选择的，因而存在分散布局、部分聚居等问题。村庄大小和分布参差不齐,有些存在比较严重的脏乱差现象[2]。但随着中国城镇化和工业化的不断发展，城镇人口比例不断上升，农村人口向城镇转移的现象日益显著。农村居民的规模、形态也因人口结构的变化而产生相应变化，出现“空心村”等不良现象[3]。过去农村居民点管制不严，出现农民自建与零散布局的局面，导致大量优质耕地被占用的同时[4]，阻碍了农村规划建设和城镇化的进度，与适应社会经济发展的“节约集约利用”理念相冲突[5]。国内的研究按横向和纵向两大方向划分[5]：对规模、形态[6]、空心村[7]等的研究为横向研究；纵向研究则主要集中于国家级[8]、省级[9]、县级[10]等。多数以山区和近城镇区域为研究范围。将农村居民点进行集聚化与规模化发展管理，能够使土地进一步节约集约利用，并且在节约资源的同时集中完善农村基础设施，促进农村人口生活质量提高[11]。并且，针对目前中国农村居民点土地利用较为粗放的问题，对农村居民点的研究也开始多角度化[5]，主要有以下3个方面：农村居民点整治潜力的研究[12-14]；农村居民点空间布局及结构优化研究[15-17]；农村居民点用地及选址的适宜性评价[18-19]。因此，随着社会逐渐进入“大数据时代”，对农村居民点空间分布特征进行研究，对推动城乡一体化建设和美丽乡村建设等政策的理论研究和实践开展，促进农村土地节约集约利用有重要意义。

图 1 揭阳市高程Figure 1 Elevation map of Jieyang city

图 2 揭阳市农村居民点分布 Figure 2 Distribution of rural settlements of Jieyang city

1 研究区概况与数据

1.1 研究区概况

揭阳市地跨东经115°36′24″～116°37′39″，北纬22°53′20″～23°46′47″，位于广东省的东南部。全境内土地总面积达5 265.38 km2，全市大陆海岸线长136.90 km。揭阳市境内地势自西向东倾斜，低山、丘陵以及河谷平原三者相间分布，其中境内总面积约60%是山地、丘陵，且分布不均，如图1所示。其中中部、南部和东南部地区被誉为“鱼米之乡”，因其处于榕江冲积平原和滨海沉积平原范围，地形平坦广阔，土壤肥沃；而丘陵、山地多分布于西北部和西南部。

揭阳市境内现有公路总里程7 209.69 km(其中境内通车高速公路201.854 km)，广梅汕铁路、厦深高速铁路和深汕高速公路穿境而过，是粤东、闽西南和赣南的交通枢纽。此外，境内河网密布，河流总长达1 097.5 km，多年平均本地河川径流总量65.75亿m3，以榕江、龙江和练江三大水系为主，其中流域面积最大的当属榕江。地表水资源较充足，榕江南北河是广东省著名的深水内河，被誉为“黄金水道”。

1.2 数据来源及预处理

采用揭阳市2017年土地利用现状数据库对村庄位置进行提取，通过要素转换工具将面状图斑转换为点状要素(即农村居民点)，并剔除0.1 hm2以下的农村居民点(实际为耕地、养殖场等)；再通过结合数据库、揭阳市城市总体规划(2011—2035年)，提取出主要道路和河流，且河流只选取面积大于1.5 hm2作为分析要素。相关文字资料来源于揭阳市相关部门统计的社会经济资料, 如图2所示。

2 研究方法

2.1 Ripley’s K 函数

Ripley’sK函数是一种常用来对空间点模式进行分析的方法，借此判断出点要素在空间上的分布格局。农村居民点的空间分布可能因研究尺度的变化而改变,若尺度较小则会呈集聚分布，而随着研究尺度的增大，可能呈均匀分布或随机分布状态。Ripley’sK函数可分析任何尺度下的空间分布格局，因此成为分析农村居民点空间分布格局的重要方法[20]。计算公式如下:

(1)

式(1)中：研究范围的面积表示为A；农村居民点数量总和为N；dij表示的是两个农村居民点之间的距离，即农村居民点i与农村居民点j之间的距离；h则表示空间尺度大小；I(h)为指示函数，如果dij

用K函数计算出的结果来表明农村居民点的空间集聚程度，农村居民点空间集聚程度越高则K值越大；相反，若空间分布越分散，得出的K值就越小。但居民点的分布性质难以在结果中直接体现[21]。因此Besag等[22]提出对K(h)进行一个开方变换，即用L(h)代替K(h)，令结果线性化并保持方差稳定性。

(2)

式(2)中：若L(h)的结果为0，则表明这一尺度上的农村居民点分布状态为空间完全随机分布。若在相应的空间尺度中农村居民点的分布呈集聚分布状态,则L(h)的结果将会大于0；反之，L(h)的结果小于0时，农村居民点的分布在对应空间尺度上呈分散趋势。

2.2 核密度估计法

空间分析方法中，核密度估计法(KDE)是最常用的一种非参数估计法,对空间点位的密度的估算是在一个动态的窗口中进行的,以期以事件的空间密度分析表明事件的空间点模式[23]。KDE的空间可视化强、计算方便。本研究将居民点的空间集散情况以KDE进行可视化表达。居民点在空间区域分布越密集，则核密度值将会越大,反之，空间区域分布越稀疏则越小。

2.3 景观格局指数

农村景观由不同的元素部分构成，而农村居民点是其中不可或缺的部分，而所处地域的坡度作为农村居民点选址的重要因素之一，与居民点分布的空间格局结构直接相关。为分析道路和河流等环境因素对农村居民点分布的影响程度，总结他人研究[24]，选取平均斑块面积(MPA)、斑块密度(PD)、斑块数(NP)、斑块面积(CA)作为指标。其中PD主要用来反映农村居民点在空间上的分布状态。PD值越大，区域内居民点的空间分布越密集，农村居民点的用地规模通过NP和MPA来反映，CA则反映农村居民点斑块面积的总和[25]。

3 结果与分析

3.1 Ripley’s K 函数

利用ArcGIS 10.2的空间统计中的多距离空间聚类分析(Ripley’sK函数)工具，计算得出L(h)的函数值。计算时设置5 km为空间尺度，边界校正选用Simulate Outer Boundary Values,置信度设置99%。

从图3可以看出,揭阳市农村居民点分布的L(h)函数值结果均大于0,结果说明揭阳市农村居民点的集聚分布现象显著, 同时农村居民点的聚集度也随着空间尺度的增加而增加。

3.2 核密度估计法

利用软件平台的Kernel Density模块，对农村居民点分布进行核密度空间分析，如图4。

(1)揭阳市农村居民点空间布局呈现出“东部、东北密，中部南部较分散”的状况，且在不同行政区划范围内空间密度差异性比较显著,有多个核心热点区同时存在。

图 3 Ripley’s K 函数值Figure 3 Ripley’s K function value

图 4 揭阳市农村居民点核密度分布Figure 4 Nuclear density distribution of rural residential areas in Jieyang city

(2)揭阳市各行政区的政府驻地周边镇的核密度值基本都高于7.45个/km2，分别形成了各自的农村居民点高密度区域,其中空港经济区的溪南街道、榕城区梅云街道、下架山镇为区域内密度值最高的区域，密度值均大于14.90个/km2，其主要原因在于这一区域为政府驻扎地或交通便捷度较高区域,故而人口较其他地区稠密,农村居民点密度也相应较高。

(3)农村居民点分布集中的区域，受地形和交通区位的影响显著,因其多数分布在地势平坦区域以及道路两旁。

(4)由于西部、南部及西北部地区低山环绕,山地、丘陵等交错分布，地形较复杂，地势较东部、东北密，中部南部较陡峭,交通等基础设施不够健全,可耕种区域较小，离经济、行政中心较远，导致了该区域内农村居民点布局呈零散、稀疏状，因此核密度值很低。

3.3 农村居民点格局分析

道路分别按500、1 000、1 500、2 000 m的半径做缓冲区分析，得到道路缓冲区；河流干流及其较大的支流等构成的水系进行相同处理，得到农村居民点在缓冲区范围中的分布图(图5、图6)，最后分别计算得到距离道路和河流不同范围为基础的农村居民点的景观格局指数(表1、表2)。

图 5 道路缓冲区农村居民点分布Figure 5 Distribution of rural residential areas in road buffer zone

图 6 不同河流缓冲区农村居民点分布Figure 6 Distribution of rural residential areas in different river buffer zones

3.3.1不同道路缓冲区范围农村居民点景观格局指数

表 1 道路对农村居民点分布影响的景观格局指数统计 Table 1 Landscape pattern index statistics of the influence of roads on the distribution of rural settlements

表 2 河流对农村居民点分布影响的景观格局指数统计 Table 2 Landscape pattern index statistics of the influence of rivers on the distribution of rural settlements

通过图5 可知揭阳市农村居民点分布受道路交通的影响明显，基本集聚在道路2 km的距离范围内，其中道路交汇区的交通条件相对较为优良，故而居民点集聚程度最高。此外，由表1可知，农村居民点斑块数分布在距离较大道路(公路)500 m范围内的数量最多，其面积也最大，分别占了总量的39.02%和38.40%；伴随着居民点和道路的距离的增加，农村居民点分布的数量呈减少趋势，其中在0～1 000 m的缓冲区范围内，呈大幅下降趋势，从1 000～2 000 m的范围内则开始缓和。500～1 000 m范围内的平均斑块面积增幅较大，从500 m范围内的1.47 hm2增加到了1.54 hm2，而后随距离增加呈下降趋势，整体呈先增加再减少的态势；斑块密度表现出先下降后上升的态势。

3.3.2 不同河流缓冲区范围农村居民点景观格局指数

揭阳市农村居民点的分布为离河流越近，分布越多越密集，随着距离增加相对分散减少(图4)。由表2的统计数据可更直观地看出，距离河流1 000 m的范围内，农村居民点的分布比例高达60%，在500 m范围内的分布数量最多，农村居民点斑块个数超过了总量的1/3，分布比例达到37.88%。距河流越近，农村居民点斑块数越多，斑块的面积越大。此外，分布于500～1 000 m范围内的平均斑块面积大于其他距离范围内的面积，达到1.86 hm2，但其斑块密度最小，只有0.54个/hm2。4个范围区内的平均斑块面积变化呈先增后减的态势，而斑块密度则呈先减后增的态势。

4 结论

(1)从L(h)的函数值所绘制成的散点图可以看出，揭阳市农村居民点的集聚分布现象显著。

(2)基于核密度分析结果得出，揭阳市农村居民的分布主要集中在距离行政中心较近的区域，其中共同特征主要有：道路系统完善，交通网集中，交通条件好；在河流主干道范围内，供生产和生活的水源充足地区；地形相对不复杂，地势平坦；集中分布于镇区周围，基础设施完善，生活条件良好等。

(3)从空间区位的角度来看，农村居民点主要集聚在揭阳市中部的普宁市和东北部的榕城、揭东、蓝城和空港经济区的县区范围, 则道路通达对农村居民点布局影响十分显著。其中在0～1 000 m的缓冲区范围内，呈大幅度下降趋势，而1 000～2 000 m的范围内则开始缓和。

(4)从自然因素的角度来看，揭阳市自西向东倾斜，山地丘陵面积较广但地形分布不均，而中部、南部和东南部是土壤肥沃，水源充足，地形较为平坦的榕江冲积平原和滨海沉积平原。水源自始至终都是人类生产和生活的重要因素，有超过60%的农村居民点集中分布在由榕江、龙江和练江三大水系构成的河网体系周边。