基于多源數據融合的縣域城鄉生活空間宜居性研究

摘 要：新型城鎮化背景下，生活空間的宜居性已成為當前城鄉人居環境研究的熱點，科學合理地評估區域生活空間的宜居性對于提升區域新型城鎮化質量和實現鄉村振興目標具有重要實踐意義。研究融合土地利用、數字高程模型、POI興趣點等多源數據類型，基于生活空間的多功能性構建宜居性評價指標體系，進而揭示修武縣城鄉生活空間的宜居性分布特征。結果表明：修武縣生活保障能力較強區域集中在城關鎮—李萬鄉及其沿線。安全保障功能高值區域則集中于城關鎮，文娛服務水平高值區域以城關鎮和北部西村鄉和岸上鄉為主。居住承載功能在縣域各鄉鎮尤其在南部平原的高值區域分布較為密集。環境承載功能高值區主要分布在修武縣南部，低值區則分布于北部山區;縣域宜居性水平總體處于偏低階段，65.49%的生活空間宜居性仍處于較差以下水平，宜居性較強區域集中分布在城關鎮—郇封鎮和李萬鄉;縣域鄉鎮生活空間的宜居性分布差異顯著。處于優異等級的宜居性集中在城關鎮和郇封鎮，處于惡劣等級的宜居性格局則以北部西村鄉和岸上鄉為主。生活空間功能的強弱程度受地形環境、規劃政策及人口分布等外部因素影響較大;對于城關鎮、郇封鎮和李萬鄉等宜居性較強的鄉鎮，可對其邊緣區生活空間優化調控，推行新型農村社區建設，進一步提升其宜居性。對于宜居性程度較為一般的鄉鎮，可將各鄉鎮中心村作為提升的關鍵區域，同時從居住承載、基礎服務設施等方面提高生活功能;而對于宜居性水平較弱的鄉鎮，可引導部分宜居性弱的居民點逐步向城鎮或中心村集聚。

關鍵詞：土地利用;生活空間;宜居性;空間格局;修武縣

中圖分類號：S-0

文獻標識碼：A

引言

我國近年來的快速城鎮化擴張引起城鄉空間的劇烈變化，城鄉之間人口流動和生產生活方式的轉變進一步加劇了城鄉土地功能的轉型與空間重構過程。城鄉可持續發展的基礎便是居民的生活空間，建設宜居的生活空間是實現鄉村振興和城鄉融合發展的前提[1]。十八大報告明確提出“生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”的國土三生空間的發展目標;十九大報告進一步提出了“振興鄉村”戰略，要求實現產業興旺、生態宜居、鄉風文明、生活富裕的總目標。頂層設計層面指導下，城鄉生活空間的宜居性已然成為當前國土空間規劃建設的重要研究領域[2]。因此，科學合理地評估區域生活空間的宜居性對于提升區域新型城鎮化質量和實現鄉村振興目標具有重要實踐意義。

近年來，學術界對城鄉生活空間的宜居性研究主要從以下2方面展開。宜居性評價指標體系的構建[3-6]，涉及單指標評價和復合指標綜合評估等，如寧越敏等[7]建立的人居環境評價體系涉及生活條件、環境質量和公共設施等3類準則層和20項指標層;梁文釗等[8]選取居住條件、環境、經濟、社會文化和設施等綜合指標共計29個二級指標，對山東半島城市群的宜居性進行了綜合評價;考慮到生活空間的宜居性應結合居民的主觀感受來評判，因此，也有部分學者結合城鄉居民對生活空間宜居性的主觀感知[4]展開論證。宜居環境指標評價模型的建立與宜居空間優化，如張延偉等[9]應用BDI決策多智能體模型研究了大連市沙河口區居住空間的宜居性，并提出不同片區的宜居環境優化策略。上述研究領域在很大程度上為城鄉生活空間的宜居性研究奠定了堅實基礎，但在研究方向上過于關注城市層面，而較少涉足鄉鎮層面生活空間宜居性的研究。鑒于此，研究立足于縣域鄉鎮尺度單元，從土地利用的生活功能視角出發，構建縣域城鄉生活空間宜居性評價體系，融合土地利用、數字高程模型、POI興趣點等多源數據類型對修武縣城鄉空間的宜居性綜合評價，以期為縣域尺度下城鄉生活空間的優化布局提供技術支撐。

1 研究數據與方法

1.1 研究區概況

修武縣位于河南省西北部，隸屬于河南省焦作市，全縣總面積約678km2，版圖為不規則啞鈴狀[10]。全縣轄城關鎮、郇封鎮、七賢鎮、周莊鄉、王屯鄉、五里源鄉、西村鄉、岸上鄉、葛莊鄉、李萬鄉、小營工貿區等鄉鎮（小營工貿區雖屬鄉鎮建制，但區域面積僅有4.5km2，受數據分辨率影響，研究中未單獨將其納入鄉鎮尺度下的生活空間宜居性展開深入研究），共計223個行政村，縣域總人口31萬人。修武縣北部為山區和丘陵，南部為沖積平原。從全縣土地利用類型來看（圖1），生產用地中的耕地比重相對較高，牧草地比重較小，以林地為主的生態空間多集中于縣區北部，城鄉生活空間則主要位于南部的沖積平原。受縣域地形因素影響，生產空間后備資源有限，且后期開發難度較大。與此同時，近年來新型城鎮化進程的持續推進，使得縣域鄉鎮建設和生態環境保護之間的沖突日漸顯見。因此，如何在新型城鎮化和鄉村振興建設背景下成功轉型，保持縣域良好的城鄉人居環境顯得尤為必要。

1.2 數據來源

研究所涉及的基礎數據主要以土地利用、數字高程、夜間燈光、道路交通及POI數據為主。其中，修武縣2018年土地利用數據（30m）、NDVI數據（30m）、DEM數據（30m）和地質災害分布數據（1km）均來源于中國科學院資源環境科學數據中心或地理空間數據云網站;2018年修武縣交通網絡數據來源于修武縣交通局;夜間燈光數據為2015年的年均NPP/VIIRS影像（500m），來源于美國國家地球物理數據中心;研究涉及POI數據從城市數據研習社提供的修武縣POI基礎數據庫中提取，主要包括車站（含汽車站和火車站，共計4個）、加油站（57個）、超市（134個）、餐飲飯店（90個）、醫院（綜合及專科醫院14個、診所69個）、學校（高職高專等專業類學校51所、中學29所、小學28所、幼兒園36所）、警點（10個）、消防站（1個）、文娛點（含公園、游樂園、旅游景點等共31個）。相關數據結合百度地圖通過坐標點反查、地址信息糾正補全，從而構建修武縣POI基礎數據庫。為便于整合上述多源數據，將所有數據統一為修武縣縣域邊界（2018年）和地理坐標系統（WGS1984），采用GIS中數據管理工具模塊下的“創建漁網”工具創建60m×60m空間格網，將所有數據統一到該格網下實現各項功能表征指標的空間化表達。

1.3 指標體系構建

借鑒張志斌[4]、諶麗[11]等已有研究成果，基于生活空間功能的多樣性，構建修武縣城鄉生活空間宜居性評價體系。主要包含準則層3項（基礎承載能力、保障支撐能力、精神文化水平），以突出居民對生活空間不同層次的需求，各一級指標基礎上進一步細分為居住承載、交通承載、環境承載、醫療保障、生活保障、安全保障、教育服務、文娛服務共8項指標。相關要素層的空間化處理及指標評價方法如表1。

1.3.1 居住承載功能

縣域生活空間的居住承載功能與建設用地面積、容積率密切相關，研究基于2015年DMSP/OLS夜間穩定燈光數據間接替代建設用地容積率，結合柵格單元內建設用地面積比與夜間燈光數據的乘積表示區域內的居住承載能力。

1.3.2 交通承載功能

主要涉及關鍵節點（加油站、車站）和交通網絡2類。研究采用行進成本法對縣域道路網絡及各關鍵節點等矢量數據柵格化，根據《公路工程技術標準（CJTGB—2003）》及修武縣實際，設定快速路、主干道、次干道平均時速分別為60km/h、40km/h、30km/h，行進成本值分別為0.6、0.9、1.2，設定無道路區域平均時速為4km/h，行進成本值為9，通過等權疊加生成研究區不同交通方式下的可達性空間分布，以此來體現交通承載能力[12]。

1.3.3 環境承載功能

由空氣凈化潛力、地貌侵蝕強度和地形起伏度3項環境因子等權疊加得出。其中，研究采用NDVI表征生活空間的空氣凈化潛力（NDVI提取于2017年8月的Landsat8OLI影像）;地質環境方面，結合中國地質災害侵蝕危險性評價成果，截取修武縣地質災害侵蝕空間分布圖，并分別賦予負向影響分值-1、-0.6、-0.3、0;地形起伏度方面，從DEM中提取修武縣地形起伏度指數，作為地形對生活空間宜居性評價的環境指標。

1.3.4 醫療保障功能

不同等級醫院其保障能力存在差異，所以將其細分為綜合及專科醫院和診所2種類型。通過歐式距離測算其服務功能，根據其貢獻比6∶4疊加相關圖層的服務范圍，最終生成醫療保障功能分布圖。

1.3.5 生活保障功能

生活保障功能側重反映滿足居民日常生活的需求，因此選擇超市和餐飲飯店2類關鍵節點，基于歐式距離測算服務范圍，等權疊加生成縣域生活保障服務范圍空間分布。

1.3.6 安全保障功能

選擇警點（派出所）和消防站點2類數據表征，通過標準化上述2種類型的歐式距離分析得出縣域生活空間的安全保障服務能力。

1.3.7 教育服務功能

結合修武縣實際，在教育服務功能指標選擇上，分別對幼兒園、小學、中學、專業類學校等教育機構進行服務功能的空間化處理。由于居民對各類學校類型的教育需求范圍不同，因此，在對上述學校進行歐氏距離測算基礎上，賦予權重（3∶3∶3∶2）進行疊置分析，從而得出縣域教育服務能力空間分布圖。

1.3.8 文娛服務功能

研究選擇公園、游樂園和旅游景區等具有文娛休閑功能的土地利用類型，利用歐式距離分析進行空間化，得到縣域文娛服務功能分布圖。

由于不同層次的指標要素對居民生活空間的宜居性貢獻存在較大差異，因此，研究采用層次分析法對各相關要素進行權重確定。各要素權重計算結果如表1所示。最后，通過綜合指數法，疊加各項功能的指標要素，得出生活空間宜居性的空間分布特征（圖2）。

1.4 評價方法

1.4.1 宜居性評價模型

在宜居性空間分析的基礎上，對8項分指標按照優異、良好、一般、較差、惡劣5項進行判斷，并根據居民選擇分別賦予100、80、60、40、20的分值，得出分要素、分指標的評價得分，然后對各分項指標加權匯總，得到不同層次各區域的評價分值[13]：

根據公式（2）得出縣域各鄉鎮之間的初始矩陣，矩陣中每一片區作為不同等級的宜居性結果，合并宜居性較為接近的鄉鎮歸為一類，重復此操作直至研究區歸為一類，基于SPSS 22.0繪制出修武縣鄉鎮尺度下生活空間的宜居性聚類譜系圖，并最終確定縣域鄉鎮的宜居性分級類型。

2 結果與分析

2.1 生活空間宜居性因子空間格局

根據1.3指標層中各生活空間宜居性因子的測算方法，得出圖2所示居住承載、交通承載、環境承載等共計8項適宜性因子的空間分布格局。其中，醫療、生活、安全、教育和文娛服務等保障支撐和精神文化類功能要素在空間分布上表現為以中心節點為核心，逐漸向外圍擴展的趨勢。醫療、生活和教育服務類高值區域多集中在城關鎮—李萬鄉及其沿線區域，表明該區域的生活保障能力較強。安全保障功能高值區域則集中于城關鎮，文娛服務水平高值區域則以城關鎮（公園、游樂園居多）和北部的西村鄉和岸上鄉（云臺山景區所在區域）為主。居住承載功能在縣域各鄉鎮尤其在南部平原的高值區域分布較為密集，表明其承載人口相對較多。交通承載能力與居住承載較為相似，結合區域人口密度和鄉鎮分布，在城關鎮—七賢鎮沿線最為密集。環境承載功能高值區主要分布在修武縣南部，該區域地形相對平坦、地形起伏度變化很小，其環境承載功能較強;低值區則分布于修武縣北側，該區域為滑坡、泥石流災害多發區域，因此環境承載功能為縣域范圍內最低。

2.2 生活空間各層級宜居性空間格局

將各指標層因子宜居性分析進行加權柵格疊加分析，進而得出基礎承載、保障支撐、精神文化3項準則層和生活空間宜居性目標層的空間格局分布圖（圖3）。利用等間距分類法，將上述圖層分為5個等級，由強到弱依次為優異（0.8～1.0）、良好（0.6～0.8）、一般（0.4～0.6）、較差（0.2～0.4）、惡劣（0.2以下），結果如圖3和表2所示。3項準則層的宜居性格局方面，處于優異等級的面積比例中，基礎承載能力（7.52%）>保障支撐能力（5.08%）>精神文化水平（3.87%），其優異等級的宜居性生活空間面積僅占縣域面積的2.69%。此外，良好等級的宜居性空間占縣域面積的12.08%，修武縣良好以上宜居生活空間面積比例合計為14.77%，且在空間分布上主要集中在城關鎮—郇封鎮區域和李萬鄉。65.49%的生活空間宜居性仍處于較差及以下等級水平。由此表明，修武縣的生活空間宜居性水平總體處于偏低階段，生活空間宜居性較強區域分布較為集中。受自然環境及地形地貌影響，縣域南北片區土地利用功能存在較大差異，甚至北部山區很大程度上并不具備滿足生活基本需求（僅能滿足文娛功能）的土地利用功能，進而導致生活空間的宜居性分布差異顯著。

2.3 鄉鎮尺度生活空間宜居性格局

結合鄉鎮尺度下生活空間適宜性面積統計圖（圖4），可有效揭示修武縣各鄉鎮生活空間宜居性強度分布特征。由圖4可知，縣域內10個鄉鎮生活空間的宜居性存在較大差異。處于優異等級的宜居性空間主要集中在城關鎮（11.43km2）和郇封鎮（4.54km2），王屯鄉和五里源鄉分布有少量宜居性空間;良好等級的宜居性空間分布較為廣泛，除北部片區的岸上鄉、西村鄉和七賢鎮外均有涉及，且以郇封鎮（19.19km2）、王屯鄉（15.22km2）和李萬鄉（13.01km2）為主;一般和較差等級宜居性在大多數鄉鎮均有分布，其中以王屯鄉和七賢鎮為主;處于惡劣等級的宜居性格局在空間分布上則以北部山區的西村鄉（129.62km2）和岸上鄉（58.34）為主。由此可發現，區域內生活空間功能的強弱程度主要受地形環境、規劃政策以及人口分布等外部因素影響較大。城關鎮、郇封鎮、王屯鄉和李萬鄉等區域處于南部平原地帶，臨近焦作市且交通條件便利，同時具有服務功能（如學校、醫院、公園等）的土地利用分布較多，以上外部適宜性因子均能較好地滿足居民的生活需求，從而使得上述區域的生活空間宜居性較高;而處于縣域北部山區的西村鄉、岸上鄉等鄉鎮，由于其自身生活空間分布較為分散，外部相關生活空間的適宜性因子強度較弱，并不具備提升生活功能的外部環境，從而使得該片區的生活空間適宜性較差。

2.4 城鄉生活空間宜居性分級

為進一步揭示修武縣城鄉生活空間宜居性的分布特征，結合各鄉鎮準則層的宜居性評估結果（圖4），對統計數據標準化處理，得出宜居性初始數據矩陣，基于SPSS 22.0對初始數據矩陣進行聚類分析，得出宜居性聚類分析譜系圖和縣域鄉鎮生活空間宜居性分級圖（圖5）。結合圖5可知，修武縣城鄉生活空間宜居性結果可分為4個等級。其中，第1層級為縣政府駐地所在的城關鎮，宜居性程度最高，鎮區內公園和休閑中心較多（如寧城公園、縣體育中心、幸福公園等），同時生活服務設施完善程度較高，治安狀況良好，交通出行便利，使得其各項生活功能指標均處在縣域高值區域;第2層級包括郇封鎮和李萬鄉，兩者宜居性程度較高。其中，郇封鎮緊鄰小營工貿區，基礎配套設施相對完善，交通路網密集（長濟高速、鄭云高速、新焦公路、云臺大道分別連接京港澳、連霍、二廣等高速路網），人口分布僅次于城關鎮。李萬鄉則緊鄰焦作市中心城區，區域內大沙河濕地公園（部分片區）和共產主義渠貫穿東西，生態環境良好，此外受焦作市城市規劃政策影響，市區的中原路和位馬路均延伸至該片區，進而促使出行便捷度明顯提高，近年來陸續出現了許多生活設施齊全、環境舒適的居住片區，在一定程度上提升了其宜居性水平;第3層級的鄉鎮數量最多，該片區宜居性程度一般，鄉村居民點分布較為分散，居民日常購物不便，娛樂休閑等生活功能設施較少，不能較好地滿足當地居民需求;第4層級鄉鎮均位于縣域北部山區，區域內部有云臺山、青龍峽、峰林峽等風景區，休閑服務功能較高，但由于遠離鄉鎮生活區，交通出行能力較弱，且受特殊的地形地貌環境影響，居住環境承載能力較弱，整體宜居性水平較低。

3 結論與討論

3.1 結論

研究從土地利用中生活空間的多功能性入手，構建了1個目標層、3個準則層和9個指標層的宜居性指標體系，深入對修武縣城鄉生活空間的宜居性進行了綜合研究，結論如下。

修武縣生活保障能力較強的區域集中在城關鎮—李萬鄉及其沿線區域。安全保障功能高值區域則集中于城關鎮，文娛服務水平高值區域則以城關鎮和北部的西村鄉和岸上鄉為主。居住承載功能在縣域各鄉鎮尤其在南部平原的高值區域分布較為密集。交通承載能力與居住承載較為相似，結合區域人口密度和鄉鎮分布，在城關鎮—七賢鎮沿線最為密集。環境承載功能高值區主要分布在修武縣南部，低值區則分布于修武縣北側，該區域為滑坡、泥石流災害多發區域。

修武縣生活空間良好以上宜居面積比例僅為14.77%，且集中在城關鎮—郇封鎮區域和李萬鄉。65.49%的生活空間宜居性仍處于較差及以下等級水平，修武縣生活空間宜居性水平總體處于偏低階段，生活空間宜居性較強區域分布較為集中。受自然環境及地形地貌影響，縣域南北片區土地利用功能存在較大差異，甚至北部山區很大程度上并不具備滿足生活基本需求（僅能滿足文娛服務功能）的土地利用功能，進而導致修武縣生活空間的宜居性分布差異顯著。[JP]

縣域鄉鎮生活空間的宜居性分布差異顯著。處于優異等級的宜居性集中在城關鎮和郇封鎮，處于惡劣等級的宜居性格局則以北部山區的西村鄉和岸上鄉為主。區域內生活空間功能的強弱程度受地形環境、規劃政策及人口分布等外部因素影響較大。城關鎮、郇封鎮、王屯鄉和李萬鄉等區域處于南部平原地帶，臨近焦作市且交通條件便利，同時具有服務功能的土地利用分布較多，從而宜居性較高;而北部山區的西村鄉、岸上鄉等鄉鎮，由于其生活空間分布較分散，外部適宜性因子較弱，并不具備提升生活功能的外部環境，從而使得該片區生活空間適宜性較差。

對于城關鎮、郇封鎮和李萬鄉等宜居性較強的鄉鎮，可在下階段對其邊緣區生活空間優化調控，推行美麗鄉村建設，改善鄉村內部生活配套設施，進一步提升其宜居性;對于宜居性程度較為一般的鄉鎮，可將各鄉鎮中心村作為提升的關鍵區域，同時從居住承載、基礎服務設施等方面提高生活功能;而對于宜居性水平較弱的鄉鎮，可引導部分宜居性弱的居民點逐步向城鎮或中心村集聚。

3.2 討論

結合修武縣城鄉生活空間的宜居性評估及分級結果，對于城關鎮、郇封鎮和李萬鄉等宜居性較強的鄉鎮，可在下階段對其邊緣區域的生活空間進行優化調控，推行新型農村社區建設，從居民住房、基礎設施和城鄉風貌等多方面入手，進一步提升其生活空間的宜居性;對于宜居性程度較為一般（圖5所示第2層級）的鄉鎮，可重點將各鄉鎮的中心村區域作為宜居性提升的關鍵區域，同時從居住承載、基礎服務設施等多方面提高生活空間的功能強度，鼓勵具有典型地域文化特征的美麗鄉村，結合鄉村規劃編制提高其文娛服務能力，并逐步提升區域生活空間的宜居性;而對于宜居性水平較弱（處于第4層級）的鄉鎮，可引導部分宜居性弱的居民點逐步向城鎮或中心村集聚。

受研究數據的可獲取性及空間數據的精度等限制，研究仍存不足之處。如，在生活空間宜居性的指標體系構建中，尚未考慮居民主觀感受和鄉鎮內部居民就業能力等相關指標。此外對于指標層中超市、餐館、旅游景區等相關生活功能進行分析時僅從其核心點圖層進行歐氏距離空間化分析，并未從深層次考慮上述指標的規模、等級及周邊受眾人群的影響范圍。這也是下一步微觀尺度下研究鄉鎮內部生活空間宜居性的關注領域之一。

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（責任編輯 李媛媛）