基于语义分割方法构建乡村振兴可视化评价体系

文星凯　李梦泽　蹇越瑾

摘要：2023年1月2日，中共中央、国务院发布的中央一号文件中强调：全面实施乡村振兴战略，建设农业强国是国家当前工作的重中之重。文章通过比较3种语义分割模型（FCN、DeepLabv3+和LR-ASPP）的6個可视化统计测度，建立全新的一级指标，将不同地区的空间布局和地理位置信息补充到现有的乡村振兴战略评价指标体系中，使其更加科学合理，并对东北地区的35座城市进行主成分分析和KMeans++可视化聚类，研究主要结论有：东北地区基本形成“辽中南城市群”和“哈长城市群”的空间布局，但存在一定的资源倾斜和发展不平衡现象，吉林省的乡村振兴水平以长春为中心沿周边城市逐渐降低，黑龙江省则是以哈尔滨为中心自南向北逐渐降低，最后对不同类别的城市进一步实施乡村振兴战略提出一系列可行性建议。

关键词：空间布局；评价体系；语义分割；主成分分析；分级聚类

一、引言

2023年1月2日，中共中央、国务院发布的中央一号文件《关于做好2023年全面推进乡村振兴重点工作的意见》中提出：全面实施乡村振兴战略，推进乡村振兴是国家当前工作的重中之重，而构建较为完善的乡村振兴战略评价体系有助于了解不同省份、地区在不同发展条件下的乡村振兴状态，便于政府采取更有针对性的措施来推进乡村振兴有序进行。

我国东北地区土地总面积有78.9万平方千米，耕地和森林资源也极为丰富，总面积达3亿亩以上，农业人口基数也极为庞大，占到了东北地区总人口的31.78%，因此，无论是指标体系构建还是数据收集都有极大的难度，而且东北农村独特的生产、生态、经济和文化也造成了东北乡村振兴的天然条件、模式和路径与其他地域大相径庭，因此，如何利用有限的数据，科学地把握东北地区乡村发展走势以及分化特征，循序渐进地推进乡村发展，才是实现东北地区乡村振兴的关键。

早在2018年，国内外专家学者就依据中共中央、国务院印发的《乡村振兴战略规划（2018－2022年）》，遵循代表性、科学性和数据可获得性等原则，按照“五大振兴”（即产业、人才、文化、生态和组织振兴）的框架，分别从产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕5个维度构建了省域乡村振兴综合评价指标体系，如2023年1月，欧阳博强、刘浩基于战略配称理论，构架“五化四境三风三治四维”的乡村振兴三阶配称模型指标体系，2023年1月，王青、曾伏利用2006-2020年31省面板数据匹配构建乡村振兴水平评价指标体系，考察各区域乡村振兴水平的区域差异及贡献、收敛和空间收敛性。2022年3月，杨卓以辽宁省为研究对象，运用耦合度以及耦合协调度模型算法论证发现优化乡村景观环境对发展乡村产业经济有重要作用，2022年4月，黄颖利和张莹等人通过构建生态扶贫与乡村振兴指标体系，对2014-2019年吉林省脱贫县生态扶贫与乡村振兴发展水平及耦合协调度进行时空演变格局分析，2022年6月，梅志宇和赵映慧等人建立城乡融合评价指标体系，定量评价黑龙江省城乡融合发展程度和城乡融合时空格局。

虽然该体系包含了绝大部分影响因素，但在乡村振兴战略的推进过程中，还应该充分考虑诸如区域差异等现实约束，即要立足本地资源环境条件和发展基础，因地制宜。因此，本文拟构建全新的一级指标：“资源分布”，将不同地域的空间布局和地理位置也纳入现有的乡村振兴评价体系中，再结合主成分分析法和Kmeans++对东北地区的35座城市进行分级聚类和可视化，一定程度上揭示乡村振兴的地域空间差异，最后对东北地区乡村振兴战略的实施提出一系列可行性建议，为进一步释放乡村振兴战略实施绩效提供理论参考和实践依据。

二、指标体系

通过总结文献中已有的研究结论，结合乡村振兴战略总要求，从生活富裕、生态宜居、治理有效、产业兴旺和乡风文明5个一级指标收集数据（各指标的数据均来自于知网、中华人民共和国民政部、农业农村部和各省统计局网站的2022年统计年鉴），与全新的一级指标资源分布（见下表1）共同构建较为完善的乡村振兴评价体系。

三、实验

（一）遥感预测

为了获取到资源分布的各项数据，首先利用由武汉大学测绘与遥感信息工程国家重点实验室于2021年10月公开发表在网络上的数据集：LoveDA分别对3种语义分割模型进行训练，最终的训练结果为DeepLabv3+的训练损失最小为0.078，分类精度和MiOU值最大分别为0.807和0.794，综合表现最佳。但在实际的应用过程中，不能仅通过各项统计测度数值来确定最优模型，还需要将其可视化在数据集中，选择细节和效果最佳的模型，因此随机展示东北地区遥感图像预测如图1。

由图1可得，LR-ASPP和FCN不能够清晰勾勒出不同类别标签的轮廓，对于道路和背景的细节预测不够完善，特别是对城市建筑群中交错道路的预测。反观DeepLabv3+，无论是大面积的农业和水资源标签，还是极小占比的道路和背景标签都可以较为清晰地勾勒出轮廓。综上所述，选用DeepLabv3+对35座城市进行遥感图像预测效果最佳。通过对35座城市的图像进行预测，获取资源分布的各项数据。

（二）主成分分析

通过PCA取前6个主成分的累计贡献率为81.132%，可以较为清晰地描述变量之间的内在关系。观察主成分与30个特征之间的线性关系可得，第一主成分反映了乡村振兴战略实施的整体水平。第二主成分反映了产业兴旺和剩余指标之间的类别差异。第三主成分反映了资源分布和剩余指标之间的类别差异。第四主成分反映了产业兴旺与生态宜居和资源分布间的类别差异。第五主成分反映出自然资源有关的指标与剩余指标的制约关系。第六主成分反映了生态宜居和剩余指标之间的类别差异。

（三）聚类分析

在KMeans++进行聚类的过程中，为了尽可能减少人为指定聚类个数造成主观性干预，通过比较不同聚类个数的CH值、DB值和轮廓系数可得最佳聚类个数为7类。将聚类结果可视化如图2，主坐标轴（下方）表示城市对应的主成分得分，副坐标轴（上方）表示2022年该城市的GDP值（单位：亿元），同一聚类结果的城市用相同的背景颜色覆盖。由图2可得，2022年GDP最高的城市为大连和沈阳，最低的城市为伊春和大兴安岭，7类城市的GDP由高至低呈递减之势。沈阳和大连被归为一类，长春和哈尔滨被归为第二类，第三类的8座城市均属于黑龙江省，第四类的18座城市均属于辽宁和吉林省，松原和白城被归为第五类，白山和伊春被归为第六类，大兴安岭被单独归为第七类。

四、结论与建议

（一）结论

将分级聚类结果可视化如图3，长春、哈尔滨、沈阳和大连4座城市的鄉村振兴水平处于前列，大致形成“辽中南城市群”和“哈长城市群”的基本布局，辽宁省除沈阳和大连外的城市乡村振兴水平较为均衡，吉林省以长春为中心沿周边地区逐渐降低，黑龙江省则是以哈尔滨为中心自南向北逐渐降低，3座省会城市均存在一定的资源倾斜和经济发展不平衡现象，没有明显带动周边城市的乡村振兴发展。

长春的各项资源分配比较合理，但农林牧渔产值指数略低，农业机械现代化程度不足，哈尔滨与其相反，虽然产业兴旺下的各项指标良好，但需要对资源分布进行优化调整，同时要注意适当调节化肥使用强度和乡镇卫生院个数。沈阳和大连的粮食生产能力和农林牧渔产值指数不占优势，在改善的过程中要注意保持良好的生活垃圾和污水日处理能力。第三类8座城市均属于黑龙江省，资源分布需进一步优化，在扩大森林、水资源和人均公园绿地覆盖面积的同时，还需要增强城市的污水和生活垃圾处理能力等，进一步优化人居环境。

第四类18座城市中，鞍山和盘锦的农业覆盖面积较小，粮食综合生产能力和农林牧渔产值指数较低，四平需要在保证农业生产条件的前提下优化人居环境和社会保障指标，营口则需要合理分配现有的生态资源，吉林需要重点提升产业兴旺水平。松原和白城没有较好地平衡资源分布和生态宜居的关系，尤其是较高的用水普及率和化肥施用量对应于有限的水资源和森林覆盖面积，不利于乡村振兴战略的长期实施和发展。白山和伊春从PCA得分来看，居民幸福指数较高，但需要着重加强当地教育水平和粮食综合生产能力。大兴安岭虽然拥有丰富的林业资源和资源分布，但并没有带动当地的产业兴旺和生态宜居水平，该地需要在加强森林资源保护和培育的基础上，进一步探寻林业资源带动农民产业致富的途径。

（二）建议

第一，坚持农业农村优先发展，促进城乡融合发展。首先，应大力加强“辽中南城市群”与“哈长城市群”建设，建立区域间人才、资本和技术等多方面的复合循环流动体系，例如通过设立以城带乡资金，发展伊春、白山和松原等乡村地区的经济发展，当地企业也应提供相应的就业岗位来促进乡村地区人口回流。

第二，优化空间资源配置格局，推动区域协调发展。东北地区需要科学制定土地整治规划，做到耕地和建设用地的有机平衡。如大连、鞍山、盘锦和大兴安岭等地应严格控制房地产开发或建设项目占用农村耕地，防止浪费耕地，通过新建高标准农田项目、增加土地供给、成立对重点产粮地区县政府的奖励资金制度等措施，解决农村产业融合发展中的土地供给不足的矛盾，切实保障农民的利益。

第三，加快农村现代设施建设，提高农民幸福指数。黑龙江省各市和四平等地需进一步加强乡村公共基础设施建设，如大力实施农村公路畅通工程，实施数字乡村建设发展工程等，各地政府应延伸市政基金应用空间，将其投入修建农村医疗卫生室、乡村学校、农村驿站等场所，提升医疗、教育等公共服务水平，其次，政府和企业要充分利用房屋租赁市场供给改革机遇，对农村地区荒废的部分楼宇进行重新规划布局和集中改造，不断完善配套设施，提高居民幸福感。

第四，提升农村产业生产效率，做好粮食安全保障。东北地区作为全国粮食的主产地，需要进一步实现规模化农业产业，保障当前的国家总体粮食安全生产。首先，松原、白城、白山和伊春等地要进一步优化耕作制度、科学使用农药和化肥以减少残留污染、加强农作物病虫害防治综合体系、实施玉米秸秆安全高效循环综合利用等农业重点工程，其次，地方政府应加强农业科技创新工作，加大农业科技投入力度，推动农业产业可持续发展。

第五，优化政府乡村治理体系，完善乡村振兴政策。要解决吉林省长春、四平和吉林等农村产业市场性较弱的问题，当地政府可以当地居民创办和参办特色农业和非农业产业，并在激励政策、税收分成、信贷担保贴息、产品宣传等方面给予全方位的支持，其次，当地政府应适度鼓励发展集体经济以形成村级财政，例如可以通过成立村镇化规划专门机构，并应设立专项政策和基金，积极培育“产供销一体化”“龙头企业+基地+农户”等形式的创新合作模式的新型农业企业，鼓励有作为、爱家乡的成功人士回乡创办特色产业。

参考文献：

[1]欧阳博强，刘浩.乡村振兴战略成效的理论框架与评价指标[J].智慧农业导刊，2023，3（01）：136-139.

[2]王青，曾伏.中国乡村振兴水平的区域差异及收敛性研究[J].贵州财经大学学报，2023，222（01）：99-110.

[3]梅志宇，赵映慧，薛睿.黑龙江省新型城镇化与乡村振兴融合发展评价与时空格局[J].国土与自然资源研究，2022（06）：54-59.

[4]黄颖利，张莹，栾恩熙.吉林省生态扶贫与乡村振兴的耦合协调研究[J].东北师大学报（哲学社会科学版），2022（04）：120-127.

[5]杨卓.乡村振兴战略背景下辽宁省乡村经济、产业与景观环境双耦合发展研究[D].鞍山：辽宁科技大学，2022.

（作者单位：东北师范大学数学与统计学院）