基于GIS-AHP的鄉村居民點空間結構優化研究

陳玉山 朱英明

[摘 要] 當前我國鄉村出現日趨嚴峻的“鄉村病”，而加快進行鄉村規劃建設，優化鄉村空間結構成為重要任務。基于GIS-AHP方法，構建了鄉村空間結構優化的交通便捷因素、環境適宜因素、鄉村氛圍因素、鄉村地形因素4個二級指標因素;用AHP計算出指標的權重和子權重;用地理信息系統的GIS的緩沖區技術，分析了各個影響因素的緩沖區;并用柵格疊加技術，計算和顯示出優化后的鄉村空間區域。這給我國鄉村空間結構優化提供了參考方法。

[關鍵詞] GIS;層次分析法;空間結構;緩沖區分析

[中圖分類號] F061.5[文獻標識碼] A[文章編號] 1009-6043（2019）12-0020-03

Abstract： At present， there is an increasingly serious "rural disease" in China's rural areas. It is an important task to speed up the rural planning and construction and optimize the rural spatial structure. Based on the method of GIS-AHP， four secondary index factors for rural spatial structure optimization were set up， in terms of traffic convenience factor， environmental suitability factor， rural atmosphere factor and rural terrain factor. The weight and sub weight of the index was calculated with AHP. The buffer zone of each influencing factor was analyzed with GIS buffer zone technology. The best Rural space area after transformation was calculated and displayed with grid superposition technology. This provides a reference method for the optimization of rural spatial structure in China.

Key words： GIS， AHP， spatial structure， buffer zone analysis

一、引言

改革開放以來，伴隨工業化和城鎮化的快速發展，我國經濟取得巨大的成就，可是長期以來，城鄉二元體制下偏向城市的發展戰略和分配制度，使得每年都有近上千萬的鄉村人口離開農村進入城市生活;這不僅加深了我國城鄉分割、人地分離的矛盾，也制約了經濟發展、城鄉發展轉型的進程;從而帶來當前的“城進村衰”、農村空心化和日趨嚴峻的“鄉村病”[1]。同時，我國鄉村內部也出現過度集中和碎片化的極不平衡發展。十九大報告明確提出了實施“鄉村振興戰略”;2019年中央一號文件再次提出“解決好‘三農問題，推動鄉村全面振興，加快推進農業農村現代化”。因此，加快進行鄉村規劃建設，優化鄉村空間結構，也將成為今后我國農村地區發展和重點關注的核心問題。

國內外的學者對于鄉村空間優化的文獻比較多，主要有以下幾個方面。一是影響因素研究，Carrion（2004）基于probit模型，認為城鎮化背景下農村人口的空心化、農業產業結構的調整、生活方式、農村功能等變化，影響鄉村聚落的土地擴張[2]。李紅波等（2012）認為耕地是安徽鄉村地區的景觀基質，也是影響農村聚落分布格局的重要因素[3]。吳可人（2015）[4]針對長三角地區鄉村空間土地利用效率較低等深層次問題，探討現有農村規劃建設政策，構建該地區鄉村空間的建設布局。二是鄉村聚落空間體系和分布研究，國外鄉村聚落體系與分布深受中心地理論、擴散理論及區域發展理論的影響（陳宗興，1990）[5]。Sarly（1972）探討居民點分布的“半徑-成本-距離”模式，研究居民點的選址和半徑與市場的距離之間的關系，進一步修正A.Loseh的模型[6]。此外，HillM（2003）認為村莊分布呈現集聚-分散混合模式的地區，能夠較好反映克里斯泰勒的中心地等級特征[7]。國內主要從中觀和微觀尺度對鄉村聚落空間分布格局進行研究，王傳勝等（2011）利用云南省昭通市坡地鄉村聚落為研究地區，運用GIS方法和區域發展理論，研究其鄉村聚落的空間結構，進一步探討坡地聚落空間的形成[8]。劉彥隨等依據農村聚落的交通條件、制度因素、社會經濟與收入等影響空心化因素，提出遏制聚落空心化的有效途徑。三是基于GIS的鄉村空間結構優化研究。鄉村空間優化的研究轉向多角度、多學科綜合性的視角研究;基于GIS的技術方法，研究鄉村聚落的空間分布和優化規律上具有良好的應用效果，Silberman（2010）運用GIS技術對石質山區滑雪地的聚落屬性進行分析，篩選出適合成為滑雪度假小鎮的聚落空間[9]。還有利用與模糊數學結合的GIS方法研究地理現象的空間分布和優化問題（楊忍等.2013）。四是空間結構分布多因素研究上，朱倩瓊等（2017）利用因子分析方法從鄉村流動人口、鄉村自然條件、都市擴張、工業化等因素對都市地區農村空間結構進行探討，研究形成機制[10]。

綜上所述，已有學者對鄉村空間結構做了影響因素、形態和類型以及空間優化四個方面的研究，發現系統研究鄉村空間發展的比較少;從而認為該領域研究仍需要進一步挖掘和深化。為此根據我國鄉村振興戰略，運用arc GIS軟件和AHP方法對案例中的鄉村空間結構的未來發展進行優化討論，也為鄉村改造提供有效的可執行方法。

二、研究方法基礎

本研究主要采用層次分析法（AHP）和地理信息系統（GIS）相結合進行研究鄉村定居點空間結構研究，并利用相關層次分析軟件YaaHP（V5）和ArcGIS10.0進行運算。

（一）AHP的指標體系方法

層次分析法（AHP）是如何建立決策元素的層級關系以及評價各個層級元素的相對值，是定性與定量相結合的決策分析評估法。決策過程中可以利用模型量化來分析處理問題。AHP分析問題包括4個部分：明確問題后列出相關因素建立層級結構模型、建立成對比較矩陣、計算相關因素的權重和各方案的相對評估值、驗證一致性。鄉村結構空間評價可以通過AHP對區域內生態環境因素作出分析，為了現實與分析更加擬合，指標選取應當遵循如下原則：在可量化的基礎上做到定性與定量結合;指標體系的選取需要具有實用性和可操作性;相關決策因素的選取要具有層級結構。

其中，在計算相關因素的權重過程中，用判斷矩陣進行一致性驗證，公式如下：

CI是一致性指標，RI是平均隨機性指標，只要CR值要小于0.1時，可以判斷權重矩陣的一致性可以接受;否則需要對權重矩陣作適當修正。

（二）GIS研究方法

地理信息系統（GIS）的緩沖區分析，俗稱千層餅模式。在鄉村空間結構優化過程中，包括對鄉村空間結構的社會經濟、生態環境等因素進行單項空間結構性評價。然后用ArcGIS軟件地圖的疊加技術生成綜合的適宜性評價結果。目前利用GIS進行定量的空間結構性評價，正在得到普及。GIS的引入可以綜合更多的鄉村空間結構評價因子，也可以開展更細致的子因子進行適應性評價。這使得鄉村空間結構優化，可以進行得更加深入。

其過程：首先對各個影響因素做適宜性評價，統一分成1至5級，并轉換成柵格數據，然后對影響因素的柵格數據進行加權疊加運算。得到每個柵格代表的空間地塊的綜合評價值。最后，對屬有綜合評價值的柵格數據進行重新分類定級，得到定居點鄉村空間結構綜合評價的可視化圖。其中，對各個單因素的鄉村空間結構性評價價值分成1至5級，并按需要進行特殊處理分類，5級代表最佳的，1級代表完全不能適用的空間，3級是勉強可以使用的。

（三）基本數據

本文研究地區為我國的一個某山區Y鎮。該鎮地理環境和發展狀況的基本情況如圖1。研究地區的面積為1558公頃，其中，鎮建成區有41.4公頃。正周邊有2個獨立的工廠和5處較大的農村居民點，研究范圍中包括河流、溪流、公路等自然條件。

三、鄉村空間結構因素的緩沖分析

（一）AHP方法的鄉村空間結構分析

1.鄉村空間結構因素選擇

鄉村空間結構評價指標的權重對整個鄉村空間結構優化起重要的作用，權重越大其作用越大，對最終優化結果的作用就越大。每個因素之間分配不同權重，將會導致不同的結果。本文在層級分析法中采用德爾菲法，構造兩兩判斷矩陣來判定各個因素之間的相對重要程度，并利用yaahp軟件計算鄉村空間結構的權重。

本文選取交通便捷因素、環境適宜因素、鄉村氛圍因素、鄉村地形因素4個二級指標因素;離省道距離、離縣道距離、濱水環境（河流，溪流）、樹林環境、遠離工業污染、距鎮建成區（距離鄉鎮）距離、地形坡度、地形高度，共8個三級指標因素進行層次分析。

2.AHP的權重結果

經過yaahp軟件計算，相關因子權重結果如下，并且CR值小于0.1，符合一致性要求。

（二）GIS方法下鄉村空間結構多種緩沖區分析

1.影響因素的分類標度建立

在層次分析的基礎上，利用GIS緩沖區分析技術對Y鎮的鄉村空間結構中，已經選擇的交通便捷因素、環境適宜因素、鄉村氛圍因素、鄉村地形因素4個二級指標的各個子因素（離省道距離、離縣道距離、濱水環境（河流，溪流）、樹林環境、遠離工業污染、距鎮建成區（距離鄉鎮）距離、地形坡度、地形高度）單獨進行量化，并通過1-5級的分類標度后。

2.鄉村空間結構因素的緩沖分析

計算出可視化的緩沖范圍，然后各個因素不同的權重進行柵格數據的疊加分析，得出直觀的可視化的柵格數據圖。

ARCGIS軟件把各個因素都經過把分級轉換成柵格數據，得到單個的緩沖評價圖，相關主要圖形顯示如下：

3.鄉村空間結構優化評價

根據單個影響因素的評價值，約定3分是可以接受的鄉村優化空間結構的最低值，5分代表最佳適宜優化值，4分代表較佳適宜優化值;1-2分代表不適合和最不適合值。基于高程數據的可獲得性，柵格的最小面積為S=100*100。其疊加分析的結果如圖

從分析結果顯示上來看，可以擴展建設的最佳鄉村居民空間，是Y鄉鎮已經建設好的區域的南部、西部和北部，并且有較大的擴展面積，可以滿足未來鄉村城鎮化人口對居住地的需求，而東部僅有少部分面積可以適用。

三、結論

第一，對鄉村空間結構優化是未來鄉村居民點或者是特色小鎮建設和總體規劃的一個重要的前期工作。本文利用GIS-AHP方法構建了基于層次分析法的多準則評價方法，還可以繼續擴展為依據不同土地因素，在形成不同的空間結構的優化用地方案。

第二，文章合理的選取鄉村結構因素的分級指標，運用GIS的緩沖區方法，優選鄉村居民區的優化半徑，使鄉村空間結構收到影響因素的變化符合實際需求，具有可視化效果，更有研究價值。

第三，從優化鄉村空間結構的影響因素來看，促進鄉村公路、河域等基礎設施的建設，能夠加快鄉村城鎮化的進程，促進鄉村的發展。但是，本研究把Y鄉鎮作為一個封閉區域，忽略周邊城市域其他鐵路和機場的影響，只分析了重要交通基礎設施和自然環境，從而存在一定的局限性。

[參考文獻]

[1]劉彥隨.中國新時代城鄉融合與鄉村振興[J].地理學報，2018，73（4）：637-650.

[2]Carrion-Flores C， Irwin E G. Determinants of residential land-use conversion and sprawl at the rural-urban fringe[J]. American Journal of Agricultural Economics， 2004， 86（4）： 889-904.

[3]李紅波，張小林，吳江國，等.欠發達地區聚落景觀空間分布特征及其影響因子分析——以安徽省宿州地區為例[J].地理科學，2012，32（6）：711-716.

[4]吳可人.長三角地區鄉村空間變遷特點，存在的問題及對策建議[J].農業現代化研究，2015，36（4）：666-673.

[5]陳宗興.關于“地理科學”的隨想[J].河南大學學報（自然科學版），1990（4）：14.

[6]Sarly R M. A model for the location of rural settlement[J]. Papers in Regional Science， 1972， 29（1）： 87-104.

[7]Hill M. Rural settlement and the urban impact on the countryside[M]. Hodder & Stoughton， 2003.

[8]王傳勝，孫貴艷，孫威，等.云南昭通市坡地聚落空間特征及其成因機制研究[J].自然資源學報，2011，26（2）：237-246.

[9]Silberman J A， Rees P W. Reinventing mountain settlements： A GIS model for identifying possible ski towns in the US Rocky Mountains[J]. Applied Geography， 2010， 30（1）： 36-49.

[10]朱倩瓊，鄭行洋，劉櫻，等.廣州市農村聚落分類及其空間特征[J].經濟地理，2017，37（6）：206-214.

[責任編輯：王鳳娟]