基于語義分割方法構建鄉村振興可視化評價體系

文星凱　李夢澤　蹇越瑾

摘要：2023年1月2日，中共中央、國務院發布的中央一號文件中強調：全面實施鄉村振興戰略，建設農業強國是國家當前工作的重中之重。文章通過比較3種語義分割模型（FCN、DeepLabv3+和LR-ASPP）的6個可視化統計測度，建立全新的一級指標，將不同地區的空間布局和地理位置信息補充到現有的鄉村振興戰略評價指標體系中，使其更加科學合理，并對東北地區的35座城市進行主成分分析和KMeans++可視化聚類，研究主要結論有：東北地區基本形成“遼中南城市群”和“哈長城市群”的空間布局，但存在一定的資源傾斜和發展不平衡現象，吉林省的鄉村振興水平以長春為中心沿周邊城市逐漸降低，黑龍江省則是以哈爾濱為中心自南向北逐漸降低，最后對不同類別的城市進一步實施鄉村振興戰略提出一系列可行性建議。

關鍵詞：空間布局；評價體系；語義分割；主成分分析；分級聚類

一、引言

2023年1月2日，中共中央、國務院發布的中央一號文件《關于做好2023年全面推進鄉村振興重點工作的意見》中提出：全面實施鄉村振興戰略，推進鄉村振興是國家當前工作的重中之重，而構建較為完善的鄉村振興戰略評價體系有助于了解不同省份、地區在不同發展條件下的鄉村振興狀態，便于政府采取更有針對性的措施來推進鄉村振興有序進行。

我國東北地區土地總面積有78.9萬平方千米，耕地和森林資源也極為豐富，總面積達3億畝以上，農業人口基數也極為龐大，占到了東北地區總人口的31.78%，因此，無論是指標體系構建還是數據收集都有極大的難度，而且東北農村獨特的生產、生態、經濟和文化也造成了東北鄉村振興的天然條件、模式和路徑與其他地域大相徑庭，因此，如何利用有限的數據，科學地把握東北地區鄉村發展走勢以及分化特征，循序漸進地推進鄉村發展，才是實現東北地區鄉村振興的關鍵。

早在2018年，國內外專家學者就依據中共中央、國務院印發的《鄉村振興戰略規劃（2018－2022年）》，遵循代表性、科學性和數據可獲得性等原則，按照“五大振興”（即產業、人才、文化、生態和組織振興）的框架，分別從產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕5個維度構建了省域鄉村振興綜合評價指標體系，如2023年1月，歐陽博強、劉浩基于戰略配稱理論，構架“五化四境三風三治四維”的鄉村振興三階配稱模型指標體系，2023年1月，王青、曾伏利用2006-2020年31省面板數據匹配構建鄉村振興水平評價指標體系，考察各區域鄉村振興水平的區域差異及貢獻、收斂和空間收斂性。2022年3月，楊卓以遼寧省為研究對象，運用耦合度以及耦合協調度模型算法論證發現優化鄉村景觀環境對發展鄉村產業經濟有重要作用，2022年4月，黃穎利和張瑩等人通過構建生態扶貧與鄉村振興指標體系，對2014-2019年吉林省脫貧縣生態扶貧與鄉村振興發展水平及耦合協調度進行時空演變格局分析，2022年6月，梅志宇和趙映慧等人建立城鄉融合評價指標體系，定量評價黑龍江省城鄉融合發展程度和城鄉融合時空格局。

雖然該體系包含了絕大部分影響因素，但在鄉村振興戰略的推進過程中，還應該充分考慮諸如區域差異等現實約束，即要立足本地資源環境條件和發展基礎，因地制宜。因此，本文擬構建全新的一級指標：“資源分布”，將不同地域的空間布局和地理位置也納入現有的鄉村振興評價體系中，再結合主成分分析法和Kmeans++對東北地區的35座城市進行分級聚類和可視化，一定程度上揭示鄉村振興的地域空間差異，最后對東北地區鄉村振興戰略的實施提出一系列可行性建議，為進一步釋放鄉村振興戰略實施績效提供理論參考和實踐依據。

二、指標體系

通過總結文獻中已有的研究結論，結合鄉村振興戰略總要求，從生活富裕、生態宜居、治理有效、產業興旺和鄉風文明5個一級指標收集數據（各指標的數據均來自于知網、中華人民共和國民政部、農業農村部和各省統計局網站的2022年統計年鑒），與全新的一級指標資源分布（見下表1）共同構建較為完善的鄉村振興評價體系。

三、實驗

（一）遙感預測

為了獲取到資源分布的各項數據，首先利用由武漢大學測繪與遙感信息工程國家重點實驗室于2021年10月公開發表在網絡上的數據集：LoveDA分別對3種語義分割模型進行訓練，最終的訓練結果為DeepLabv3+的訓練損失最小為0.078，分類精度和MiOU值最大分別為0.807和0.794，綜合表現最佳。但在實際的應用過程中，不能僅通過各項統計測度數值來確定最優模型，還需要將其可視化在數據集中，選擇細節和效果最佳的模型，因此隨機展示東北地區遙感圖像預測如圖1。

由圖1可得，LR-ASPP和FCN不能夠清晰勾勒出不同類別標簽的輪廓，對于道路和背景的細節預測不夠完善，特別是對城市建筑群中交錯道路的預測。反觀DeepLabv3+，無論是大面積的農業和水資源標簽，還是極小占比的道路和背景標簽都可以較為清晰地勾勒出輪廓。綜上所述，選用DeepLabv3+對35座城市進行遙感圖像預測效果最佳。通過對35座城市的圖像進行預測，獲取資源分布的各項數據。

（二）主成分分析

通過PCA取前6個主成分的累計貢獻率為81.132%，可以較為清晰地描述變量之間的內在關系。觀察主成分與30個特征之間的線性關系可得，第一主成分反映了鄉村振興戰略實施的整體水平。第二主成分反映了產業興旺和剩余指標之間的類別差異。第三主成分反映了資源分布和剩余指標之間的類別差異。第四主成分反映了產業興旺與生態宜居和資源分布間的類別差異。第五主成分反映出自然資源有關的指標與剩余指標的制約關系。第六主成分反映了生態宜居和剩余指標之間的類別差異。

（三）聚類分析

在KMeans++進行聚類的過程中，為了盡可能減少人為指定聚類個數造成主觀性干預，通過比較不同聚類個數的CH值、DB值和輪廓系數可得最佳聚類個數為7類。將聚類結果可視化如圖2，主坐標軸（下方）表示城市對應的主成分得分，副坐標軸（上方）表示2022年該城市的GDP值（單位：億元），同一聚類結果的城市用相同的背景顏色覆蓋。由圖2可得，2022年GDP最高的城市為大連和沈陽，最低的城市為伊春和大興安嶺，7類城市的GDP由高至低呈遞減之勢。沈陽和大連被歸為一類，長春和哈爾濱被歸為第二類，第三類的8座城市均屬于黑龍江省，第四類的18座城市均屬于遼寧和吉林省，松原和白城被歸為第五類，白山和伊春被歸為第六類，大興安嶺被單獨歸為第七類。

四、結論與建議

（一）結論

將分級聚類結果可視化如圖3，長春、哈爾濱、沈陽和大連4座城市的鄉村振興水平處于前列，大致形成“遼中南城市群”和“哈長城市群”的基本布局，遼寧省除沈陽和大連外的城市鄉村振興水平較為均衡，吉林省以長春為中心沿周邊地區逐漸降低，黑龍江省則是以哈爾濱為中心自南向北逐漸降低，3座省會城市均存在一定的資源傾斜和經濟發展不平衡現象，沒有明顯帶動周邊城市的鄉村振興發展。

長春的各項資源分配比較合理，但農林牧漁產值指數略低，農業機械現代化程度不足，哈爾濱與其相反，雖然產業興旺下的各項指標良好，但需要對資源分布進行優化調整，同時要注意適當調節化肥使用強度和鄉鎮衛生院個數。沈陽和大連的糧食生產能力和農林牧漁產值指數不占優勢，在改善的過程中要注意保持良好的生活垃圾和污水日處理能力。第三類8座城市均屬于黑龍江省，資源分布需進一步優化，在擴大森林、水資源和人均公園綠地覆蓋面積的同時，還需要增強城市的污水和生活垃圾處理能力等，進一步優化人居環境。

第四類18座城市中，鞍山和盤錦的農業覆蓋面積較小，糧食綜合生產能力和農林牧漁產值指數較低，四平需要在保證農業生產條件的前提下優化人居環境和社會保障指標，營口則需要合理分配現有的生態資源，吉林需要重點提升產業興旺水平。松原和白城沒有較好地平衡資源分布和生態宜居的關系，尤其是較高的用水普及率和化肥施用量對應于有限的水資源和森林覆蓋面積，不利于鄉村振興戰略的長期實施和發展。白山和伊春從PCA得分來看，居民幸福指數較高，但需要著重加強當地教育水平和糧食綜合生產能力。大興安嶺雖然擁有豐富的林業資源和資源分布，但并沒有帶動當地的產業興旺和生態宜居水平，該地需要在加強森林資源保護和培育的基礎上，進一步探尋林業資源帶動農民產業致富的途徑。

（二）建議

第一，堅持農業農村優先發展，促進城鄉融合發展。首先，應大力加強“遼中南城市群”與“哈長城市群”建設，建立區域間人才、資本和技術等多方面的復合循環流動體系，例如通過設立以城帶鄉資金，發展伊春、白山和松原等鄉村地區的經濟發展，當地企業也應提供相應的就業崗位來促進鄉村地區人口回流。

第二，優化空間資源配置格局，推動區域協調發展。東北地區需要科學制定土地整治規劃，做到耕地和建設用地的有機平衡。如大連、鞍山、盤錦和大興安嶺等地應嚴格控制房地產開發或建設項目占用農村耕地，防止浪費耕地，通過新建高標準農田項目、增加土地供給、成立對重點產糧地區縣政府的獎勵資金制度等措施，解決農村產業融合發展中的土地供給不足的矛盾，切實保障農民的利益。

第三，加快農村現代設施建設，提高農民幸福指數。黑龍江省各市和四平等地需進一步加強鄉村公共基礎設施建設，如大力實施農村公路暢通工程，實施數字鄉村建設發展工程等，各地政府應延伸市政基金應用空間，將其投入修建農村醫療衛生室、鄉村學校、農村驛站等場所，提升醫療、教育等公共服務水平，其次，政府和企業要充分利用房屋租賃市場供給改革機遇，對農村地區荒廢的部分樓宇進行重新規劃布局和集中改造，不斷完善配套設施，提高居民幸福感。

第四，提升農村產業生產效率，做好糧食安全保障。東北地區作為全國糧食的主產地，需要進一步實現規模化農業產業，保障當前的國家總體糧食安全生產。首先，松原、白城、白山和伊春等地要進一步優化耕作制度、科學使用農藥和化肥以減少殘留污染、加強農作物病蟲害防治綜合體系、實施玉米秸稈安全高效循環綜合利用等農業重點工程，其次，地方政府應加強農業科技創新工作，加大農業科技投入力度，推動農業產業可持續發展。

第五，優化政府鄉村治理體系，完善鄉村振興政策。要解決吉林省長春、四平和吉林等農村產業市場性較弱的問題，當地政府可以當地居民創辦和參辦特色農業和非農業產業，并在激勵政策、稅收分成、信貸擔保貼息、產品宣傳等方面給予全方位的支持，其次，當地政府應適度鼓勵發展集體經濟以形成村級財政，例如可以通過成立村鎮化規劃專門機構，并應設立專項政策和基金，積極培育“產供銷一體化”“龍頭企業+基地+農戶”等形式的創新合作模式的新型農業企業，鼓勵有作為、愛家鄉的成功人士回鄉創辦特色產業。

參考文獻：

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[3]梅志宇，趙映慧，薛睿.黑龍江省新型城鎮化與鄉村振興融合發展評價與時空格局[J].國土與自然資源研究，2022（06）：54-59.

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[5]楊卓.鄉村振興戰略背景下遼寧省鄉村經濟、產業與景觀環境雙耦合發展研究[D].鞍山：遼寧科技大學，2022.

（作者單位：東北師范大學數學與統計學院）