基于AHP和GIS的中心村建設選址研究:以鞏義市西村鎮(zhèn)為例

張艷粉，劉科問，陳偉強

(河南農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，鄭州450002)

1 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 區(qū)域概況

鞏義市西村鎮(zhèn)位于鞏義市西南部，屬于鞏義市中部丘陵糧、煙、工區(qū)，總面積 73.6 km2，山嶺面積 19.1 km2，耕地面積30.0 km2，是鞏義市的農業(yè)大鎮(zhèn);總人口6.0萬人，轄16個行政村、193個村民組。鎮(zhèn)政府位于西村，西村鎮(zhèn)區(qū)位優(yōu)勢明顯，北距隴海鐵路、連霍高速公路10 km，距310國道4 km，S31線從鎮(zhèn)東部穿越，孝圣公路、孝張公路貫穿南北，塢魯公路連結東西，形成了四通八達的公路網。全鎮(zhèn)村莊規(guī)模等級差異明顯，北部是嶺，居民點集中連片分布，規(guī)模較大;南部是山，居民點零散分布，規(guī)模較小(圖1)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

行政區(qū)劃資料來自第二次全國土地調查成果，村莊在圖上表現(xiàn)為封閉多邊形，在每個多邊形幾何中心位置定義一個點代表村莊中心。居民點和耕地分布情況從二調土地利用圖層中提取。社會經濟資料從縣統(tǒng)計年鑒中查取，并按照行政村統(tǒng)計。道路從二調線狀地物圖層中提取，分為省道、縣道、鄉(xiāng)道3級，并在ArcGIS中轉換為網絡結構。對所得基礎數(shù)據(jù)首先進行邏輯檢查和定性驗證，剔除明顯不合理的數(shù)據(jù)，然后采用空間分析、統(tǒng)計等方法對基礎數(shù)據(jù)進行定量化處理。

圖1 西村鎮(zhèn)村莊分布圖Fig.1 The villages’distribution of Xicun Town

2 村莊潛力評價的方法及數(shù)據(jù)處理

2.1 建立多因素綜合評價指標體系

中心村建設選址是一個比較復雜的系統(tǒng)決策過程，既需考慮空間成本因素，又需考慮技術進步(交通技術)等修正因素，即中心村布局要符合空間優(yōu)化原理及居民便捷需求。因而要充分考慮微觀配置機制，主要包括村屯規(guī)模、人口、基礎設施、經濟發(fā)展等對中心村建設選址具有重要影響的驅動因素［10］。層次分析法(AHP)是將與評價有關的元素分解成目標、準則、指標等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的評價方法［11］，便于理清各因素間錯綜復雜的關系。結合影響村莊發(fā)展的驅動因素，采用層次分析法來建立村莊評價指標體系(表1)。

2.2 指標標準化處理

部分評價指標可以直接從統(tǒng)計資料中獲取，如村莊規(guī)模、經濟發(fā)展水平、服務設施完善度;部分需要采用GIS空間分析間接獲取，包括區(qū)位條件和村莊集聚度。為了使各個指標的分值和計量單位統(tǒng)一，需要進行標準化處理。評價指標和村莊潛力存在正相關和負相關兩種關系，分別采用公式(1)和(2)進行極值標準化處理。

式中:xi為指標標準化值;Xi為指標的實際統(tǒng)計值;Xi，max和Xi，min分別為研究區(qū)內i指標的最大值和最小值。

表1 村莊潛力評價指標體系及評價因子權重Tab.1 The indicator system of country-potentiality evaluation and the indicator’s weight

2.2.1 耕作區(qū)半徑。耕作區(qū)具有3個特征:①每個耕作區(qū)內僅有一個村莊;②要使得布局最優(yōu)則必須耕作區(qū)內的任一點到相應的村莊距離最近;③最優(yōu)狀態(tài)下位于某一村莊耕作區(qū)邊界的點到相鄰的村莊的距離相等。泰森多邊形的性質包括:①每個泰森多邊形內僅含有一個離散點數(shù)據(jù);②泰森多邊形內的點到相應離散點的距離最近;③位于泰森多邊形邊上的點到其兩邊的離散點的距離相等?？梢姼鲄^(qū)布局和泰森多邊形有很強的相似性，應用泰森多邊形性質，可以有效解決耕作半徑問題，以保證選取的中心村到周圍農地的距離最短［12］。

根據(jù)各村莊位置生成泰森多邊形，每個泰森多邊形的邊界就是該村莊的耕作區(qū)。耕作半徑和村莊潛力分值成正相關，即耕作半徑越大，耕作區(qū)域就越大，村莊作為中心村的潛力越大。

他的右手輕輕敲擊著幾案，而左手卻向旁邊斜伸著，幾縷黑血順著精赤的左臂緩緩流下，滴入左手指尖下的一個銅盆中。順著左臂向上看去，只見將軍左肩的傷口深可見骨，那肩骨作黑青之色，眼見得是毒已入骨。

2.2.2 與交通干道、鎮(zhèn)駐地距離。在ArcGIS中進行空間臨近分析，計算村莊中心點距離最近交通干道距離和距離鎮(zhèn)中心點距離。村莊潛力與距離道路遠近成負相關，距離道路越近，區(qū)位條件越好，輻射范圍越廣，越應重點發(fā)展為中心村;與鎮(zhèn)駐地距離成正相關，距離鎮(zhèn)駐地越遠，從中心地理論的角度考慮，越應優(yōu)先發(fā)展，以使未來中心村分布均勻，保證輻射范圍覆蓋全縣區(qū)域。

2.2.3 交通網密度。根據(jù)穿越村莊的交通線路總長度來計算交通網密度，線路越長，交通網密度越大。根據(jù)道路級別分別賦予不同權重，省道為0.6，縣道為0.3，鄉(xiāng)道為0.1。交通網密度和村莊潛力成正比。

2.2.4 村莊集聚度。村莊集聚度包括村莊密度和平均最近鄰體距離，在FRAGSTATS軟件中可以計算出每個村莊的斑塊密度(patch density)和平均最近鄰體距離(mean nearest neighbor distance)。斑塊密度越大，平均最近鄰體距離越小，村莊分布越集中，發(fā)展?jié)摿υ酱螅?3］。

斑塊密度是單位面積(km2)農村居民點斑塊的數(shù)量，反映農村居民點分布的密集程度:Dp=N/A。式中:Dp為斑塊密度;N為斑塊數(shù)目;A為景觀斑塊總面積。

平均最近鄰體距離是每一個農村居民點斑塊與其最近鄰體距離的平均值，反映農村居民點分布的相對密集性:Dmnn。式中:Dmnn為平均最近鄰體距離;hi為第i個農村居民點與其最近農村居民點的距離;n為斑塊個數(shù)。

按照以上標準及方法對各個指標進行標準化處理后，就得到每個村莊的潛力評價分值。

2.3 計算潛力評價總分值

選擇多因素綜合分析法，以各個指標的潛力評價分值為定量化指標建立村莊潛力綜合評價數(shù)學模型就得到各自的潛力綜合評價分值:

式中:A為村莊潛力綜合評價分值;wi為影響村莊潛力的第i種評價因素的權重;xi為第i種評價因素的指標值。

2.4 評價結果分等定級

為了避免主觀分級的限制，可采用聚類分析對結果進行分級。聚類分析指將物理或抽象對象的集合分組成為由類似的對象組成的多個類的分析過程［14］。通過聚類分析可以把村莊進行潛力分級，發(fā)展?jié)摿γ黠@偏大、偏強的村莊優(yōu)先納入中心村，發(fā)展?jié)摿γ黠@偏小、偏弱的村莊優(yōu)先納入拆并村。具體方法是根據(jù)得到的村莊潛力綜合評價分值，使用歐氏距離計算聚類統(tǒng)計量，通過組間連接法進行系統(tǒng)聚類分析，運行SPSS軟件即可獲取聚類分析結果，最終把西村鎮(zhèn)村莊分成4個等級(表2)。

表2 村莊潛力評價分級結果Tab.2 The classification of country-potentiality evaluation

為了更好地進行中心村建設，需要明確影響中心村發(fā)展的主要因素。中心村對區(qū)域經濟的影響力大，可以反映區(qū)域發(fā)展水平，所以選擇中心村作為研究對象，匯總準則層指標的評價分值，得到統(tǒng)計折線圖(圖2)。

由圖2可知，區(qū)位條件和村莊集聚度2條折線總體趨勢和其他4條折線趨勢相反，其峰值主要集中在桂花、瑤嶺和圣水，所以這3個村屬于集聚經濟型中心村，未來發(fā)展應重點借助其優(yōu)越的區(qū)位條件發(fā)展新型產業(yè)，如物流、制造等。其余4條線的峰值主要集中在西村、東村和五嶺，也就是說這3個村的村莊規(guī)模、經濟發(fā)展水平和服務設施完善度分值較高，屬于規(guī)模經濟型中心村，未來發(fā)展應充分利用其自然和經濟條件發(fā)展規(guī)模產業(yè)，如土地流轉、種植等。

圖2 準則層評價分值統(tǒng)計Fig.2 The statistical evaluation scores of the rule layer

3 驗證分析

每個居民點都有其獨立的勢力范圍，處于勢力范圍中心的村莊可以將該范圍內的散居點向中心集中，實現(xiàn)居民點空間的優(yōu)化配置。中心地理論證明理想狀態(tài)下居民點的最優(yōu)聚落分布模式為正六邊形，這樣落入六邊形內的居民點到鄰近居民點的距離最近，且六邊形邊上的點到鄰近居民點的距離相等［15］。Voronoi圖內僅有一個離散點數(shù)據(jù)，且到相鄰離散點的距離最近，并且Voronoi圖作為一種用于空間分割的幾何結構，已經在地理、地質、醫(yī)學等領域得到廣泛應用，所以可以運用Voronoi圖劃分村莊的空間勢力范圍［16］，形成等級層次分明的農村居民點空間分布體系，位于勢力范圍內的散居點應向范圍中心發(fā)生元集聚。這種以勢力范圍為調整區(qū)域的優(yōu)化方案，打破了現(xiàn)有行政界線的限制，最大程度上實現(xiàn)了居民點空間布局優(yōu)化。結合村莊評價等級生成Voronoi圖(圖3)。

為了定量驗證中心村空間布局的合理性，首先計算Voronoi圖中多邊形面積的變異系數(shù)Cr，即多邊形面積的標準差和平均值的比值，來衡量點集在空間上的相對變化程度［17］。當點集隨機分布時，Cr值為 33.0% ～64.0%;當點集為均勻分布時，Cr值小于33.0%。通過計算，可知優(yōu)化后的Voronoi圖的Cr值為31.2%，可見，村莊布局趨于均勻分布，便于發(fā)揮中心地的輻射帶動作用。如果發(fā)生元按照中心地理論的六邊形分布，則生成的Voronoi圖多邊形頂點平均個數(shù)應該為6。村莊生成的Voronoi圖的多邊形平均頂點個數(shù)為5.4，接近理想空間分布模式。

由此可見，村莊優(yōu)化布局方案科學合理。這種布局可以有效通過中心輻射作用使零散的居民點布局得以改觀，促進新農村建設的空間布局優(yōu)化及空間配置效率的不斷提升。

圖3 不同層次等級村莊空間分布Fig.3 The spatial distribution of different grades of villages

4 結論與討論

1)重新界定了影響村莊發(fā)展?jié)摿Φ幕疽蛩亍獏^(qū)位條件、村莊規(guī)模、經濟發(fā)展水平、服務設施完善度、村莊集聚度。

2)理清了研究區(qū)域的現(xiàn)狀分布特征。通過 GIS空間分析方法、層次分析法、多因素綜合分析法、聚類分析法、Voronoi圖理論和中心地理論進行村莊布局優(yōu)化分析，為解決新農村規(guī)劃的核心問題——中心村建設選址提供了科學依據(jù)，最終把全鎮(zhèn)的村莊分為4個等級。

3)多因素綜合分析法在分析各村影響因素的基礎上考慮全局平衡和動態(tài)發(fā)展情況，形成的空間布局合理，能滿足中心村建設選址的需要，也比較符合實際。

4)西村鎮(zhèn)中心村主要分為兩種類型:規(guī)模經濟型和集聚經濟型。

5)優(yōu)化后的村莊布局更接近正六邊形，從理論上講更加合理。

影響中心村建設選址的其他內在機制以及選址模型的實現(xiàn)細節(jié)和影響因子的定量化處理等方面的研究，有待于今后的工作中更加深入和加強。

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