老河口市地理國情指數(shù)構(gòu)建與分析

余 磊，石永閣，鄭麗娜

（1.湖北省基礎(chǔ)地理信息中心，湖北 武漢 430074）

地理國情是地形地貌、地表覆蓋、交通網(wǎng)絡(luò)、城鎮(zhèn)布局等多種自然和人文要素在宏觀層面的綜合表達(dá)，反映了國家自然資源、經(jīng)濟(jì)社會和人文在地理空間上的時空特征與基本規(guī)律，是基本國情的重要組成部分[1-2]。隨著全國第一次地理國情普查工作的完成和地理國情監(jiān)測工作的展開，如何利用地理國情普查監(jiān)測數(shù)據(jù)開展地理國情信息的統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用，為政府宏觀決策、部門管理和公眾地理國情信息服務(wù)，已成為地理國情普查和監(jiān)測成果應(yīng)用的迫切需求[3-5]。

目前對地理國情普查內(nèi)容與指標(biāo)體系的研究較多，如劉耀林[6]等以地理國情普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從指標(biāo)統(tǒng)計(jì)匯總、分類統(tǒng)計(jì)分析以及綜合統(tǒng)計(jì)3個層次構(gòu)建了地理國情統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)體系；宋尚萍[7]等強(qiáng)調(diào)在建立地理國情普查內(nèi)容與指標(biāo)體系的同時進(jìn)行重點(diǎn)要素關(guān)注。此外，對地理國情普查數(shù)據(jù)應(yīng)用與統(tǒng)計(jì)分析的研究也逐漸增多，如李紅[8]等以北安市區(qū)域成果為研究對象，分析了該市農(nóng)田的增長、退化程度與趨勢，并深層次地研究了其內(nèi)在的驅(qū)動因素；劉艷芳[9]等從自然地表指數(shù)、地理區(qū)位指數(shù)、生態(tài)覆被指數(shù)3個方面對齊齊哈爾市地理國情進(jìn)行了分析與評價。當(dāng)前，針對地理國情普查數(shù)據(jù)的分析與評價多從一個側(cè)面反映國家(區(qū)域)資源、環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)等國情要素的基本狀況，缺乏從區(qū)域整體的角度，綜合反映區(qū)域資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等的基本狀況及其組合，宏觀、整體地反映國家(區(qū)域)國情國力，更未形成易于發(fā)布的國家(區(qū)域)地理國情成果。結(jié)合老河口市實(shí)際情況，本文利用國情普查數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等構(gòu)建了地表格局指數(shù)、地理區(qū)位指數(shù)和土地利用指數(shù)，對老河口市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街辦的地理國情進(jìn)行了分析和評價，并用統(tǒng)計(jì)圖表和專題圖進(jìn)行了直觀表達(dá)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)來源

老河口市地處湖北省西北部邊緣，是湖北省襄陽市下轄縣級市，地勢北高南低，由西北向東南傾斜，包括丘陵、平崗、平原3種地形。本文使用的主要數(shù)據(jù)源為老河口市地理國情普查數(shù)據(jù)成果，包括地形、植被覆蓋、荒漠與裸露地表、水域、交通網(wǎng)絡(luò)、居民地與設(shè)施以及對地理單元數(shù)量、密度、位置、高程、范圍等內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)。

1.2 地理國情指數(shù)基本框架

本文以地表格局指數(shù)、地理區(qū)位指數(shù)、土地利用指數(shù)作為地理國情指數(shù)的基本框架。根據(jù)統(tǒng)計(jì)需要，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元為基本統(tǒng)計(jì)單元，對于有量綱的絕對數(shù)值型數(shù)據(jù)（面積、長度等），可直接計(jì)算匯總；對于無量綱的比例型數(shù)據(jù)，則以地理國情監(jiān)測單元為基本單元，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元內(nèi)分別統(tǒng)計(jì)獲?。粚τ诰坝^格局?jǐn)?shù)據(jù)，則根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元尺度范圍，選取各景觀指標(biāo)敏感尺度，分別開展對應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析目標(biāo)和數(shù)據(jù)來源情況，本文采用分類型統(tǒng)計(jì)分析的方法，對于反映地表覆蓋、地貌形態(tài)等自然地理國情的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，主要依據(jù)地理國情普查和監(jiān)測數(shù)據(jù)直接進(jìn)行分要素類型統(tǒng)計(jì)分析；對于反映城市、農(nóng)村居民點(diǎn)等人文地理要素的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)以及針對區(qū)域的涉及人口、經(jīng)濟(jì)等因子的分析評價指標(biāo)，需根據(jù)地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)以及各級統(tǒng)計(jì)部門發(fā)布的法定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

1.2.1 地表格局指數(shù)

地表格局指數(shù)主要描述區(qū)域地表空間格局，對地表覆蓋格局進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，反映地表覆蓋空間格局特征的區(qū)域差異與變化，包括地表覆蓋總體格局、地表覆蓋類型格局和地表覆蓋斑塊格局3個方面。

1.2.2 地理區(qū)位指數(shù)

地理區(qū)位指數(shù)主要描述區(qū)域人地系統(tǒng)中自然與社會經(jīng)濟(jì)條件的空間分布及其組合狀況，反映地理區(qū)位條件的優(yōu)劣，主要包括自然區(qū)位指數(shù)、城鎮(zhèn)區(qū)位指數(shù)和交通區(qū)位指數(shù)。自然區(qū)位指數(shù)綜合反映一定自然地理位置（區(qū)域）上的地形地貌、氣候、自然資源等自然地理?xiàng)l件及其組合狀況，以及人類對該區(qū)域開發(fā)利用的難易程度和開發(fā)成本的高低。城鎮(zhèn)區(qū)位指數(shù)主要從城鎮(zhèn)位勢、城鎮(zhèn)集聚等方面描述城鎮(zhèn)化與城鎮(zhèn)發(fā)展的質(zhì)量及其在區(qū)域體系中的作用與地位。城鎮(zhèn)位勢反映城鎮(zhèn)在較大區(qū)域的城鎮(zhèn)體系中的影響和地位，城鎮(zhèn)集聚反映區(qū)域內(nèi)部城鎮(zhèn)化的特征。城鎮(zhèn)區(qū)位指數(shù)的高低反映了城鎮(zhèn)發(fā)展質(zhì)量的好壞和城鎮(zhèn)在區(qū)域系統(tǒng)的重要程度，為開展區(qū)域城鎮(zhèn)體系規(guī)劃、城鎮(zhèn)化發(fā)展監(jiān)測與評價提供了基礎(chǔ)和依據(jù)。交通區(qū)位指數(shù)主要從城鎮(zhèn)交通通達(dá)度、區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)育度等方面反映一定區(qū)域內(nèi)部交通條件的優(yōu)劣及其在上層區(qū)域交通系統(tǒng)中的重要性，為評價和優(yōu)化區(qū)域交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)提供決策依據(jù)。

1.2.3 土地利用指數(shù)

在測算得到土地利用集約指數(shù)、布局指數(shù)、效益指數(shù)等分指數(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算各地理單元的土地利用指數(shù)，以反映各單元土地利用的區(qū)域差異。土地利用集約指數(shù)反映了區(qū)域內(nèi)土地集約、節(jié)約利用的情況，由耕地集約度指數(shù)和建設(shè)用地集約度指數(shù)綜合衡量。土地利用集約指數(shù)越小，說明該區(qū)域內(nèi)存在土地粗放利用的問題。土地布局指數(shù)是對土地利用結(jié)構(gòu)和布局合理性的綜合衡量。土地布局指數(shù)越大，則土地利用結(jié)構(gòu)和布局越合理。土地效益指數(shù)通過土地利用投入產(chǎn)出率、單位農(nóng)用地總產(chǎn)值、單位建設(shè)用地總產(chǎn)值以及糧食單產(chǎn)綜合衡量土地利用效益，效益越高，土地效益指數(shù)越大。

2 地理國情指數(shù)測算方法

2.1 地表格局指數(shù)

2.1.1 地表總體格局指數(shù)

地表總體格局指數(shù)包括地表斑塊密度、地表邊緣密度、地表多樣性、地表優(yōu)勢度、地表均勻度和地表破碎度等。

1）地表斑塊密度為地表斑塊總數(shù)與地表總面積之比。

2）地表邊緣密度為一定范圍內(nèi)單位面積上異質(zhì)景觀要素斑塊間的邊緣長度。

3）地表多樣性是基于信息論，用以度量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜程度的指數(shù)。其計(jì)算公式為：

式中，m為地表覆蓋類型總數(shù)；Pk為地表覆蓋類型面積比例，即某類地表覆蓋類型斑塊的總面積與整個區(qū)域總面積的比值。m=1說明該地區(qū)只有一種地表覆蓋類型，此時H=0，多樣性指數(shù)最??；某地區(qū)的地表覆蓋類型越多，則m越大，當(dāng)m→∞時，H達(dá)到最大值。

4）地表優(yōu)勢度用于測定地表空間格局構(gòu)成中一種或幾種類型支配整個地表構(gòu)成的程度。其計(jì)算公式為：

式中，H為Shannon多樣性指數(shù)，Hmax為其最大值，是在給定豐富度條件下地表覆蓋最大可能多樣性指數(shù)。

5）地表均勻度用以反映地表覆蓋空間格局構(gòu)成中各類型分布的均勻程度。其計(jì)算公式為：

6）地表破碎度反映地表覆蓋景觀的破碎化程度，即地表覆蓋被分割的破碎程度。其計(jì)算公式為：

式中，N為區(qū)域地表覆蓋圖斑總數(shù)；A為整個區(qū)域土地總面積。

2.1.2 地表斑塊格局指數(shù)

地表斑塊格局指數(shù)包括斑塊平均面積、最大和最小斑塊面積、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差、斑塊面積變動系數(shù)、斑塊圓度、斑塊矩度等。其中，斑塊面積變動系數(shù)表示斑塊規(guī)模的變異程度。其計(jì)算公式為：

式中，Si為某斑塊面積變動大??；Ai為某類地表總面積。

2.2 地理區(qū)位指數(shù)

2.2.1 自然區(qū)位指數(shù)

通過DEM數(shù)據(jù)，分析研究區(qū)域內(nèi)的平均高程、地形起伏度、地表粗糙度、地表切割深度等地形指標(biāo)，平原、丘陵、山地、盆地、高原等占土地總面積的比例等地貌指標(biāo)，以及水資源豐度和土地資源等自然資源豐富度指標(biāo)。水資源豐度的計(jì)算公式為：

式中，dV為單位體積地表水；T為地表淡水壽命；q(s)為水質(zhì)參數(shù)，反映水體沿程水質(zhì)下降導(dǎo)致的水價值量折減，變化區(qū)間為0～1，取值與沿程位置s有關(guān)，當(dāng)水質(zhì)純凈時，其值為1，按一般概念成為不可利用淡水時，其值為0；l(s)為水耗參數(shù)，反映水體沿程損耗導(dǎo)致的水價值量折減，l(s)≤1，取值與沿程位置s有關(guān)。本文涉及水資源的參數(shù)參考湖北省水利廳發(fā)布的《2016年湖北省水資源公報(bào)》，根據(jù)總水資源量定量描述不同區(qū)域的水資源豐度。

土地資源綜合指標(biāo)計(jì)算公式為：

式中，S總為土地總面積的標(biāo)準(zhǔn)化分值，在評價范圍內(nèi)通過對評價單元總面積進(jìn)行線性標(biāo)準(zhǔn)化得到（0～100）；S類1為耕地、園地面積之和所占比例的標(biāo)準(zhǔn)化分值，在評價范圍內(nèi)通過對評價單元的耕地、園地總面積進(jìn)行線性標(biāo)準(zhǔn)化得到（0～100）；S類2為林地、草地、水域面積之和所占比例的標(biāo)準(zhǔn)化分值，在評價范圍內(nèi)通過對評價單元的林地、草地、水域總面積進(jìn)行線性標(biāo)準(zhǔn)化得到（0～100）；S類3為建設(shè)用地面積所占比例的標(biāo)準(zhǔn)化分值，在評價范圍內(nèi)通過對評價單元的建設(shè)用地面積進(jìn)行線性標(biāo)準(zhǔn)化得到（0～100）；A總、A類分別為總面積分值和生產(chǎn)生態(tài)用地面積分值的權(quán)重；a類1、a類1、a類1為各類生產(chǎn)生態(tài)用地面積分值的權(quán)重。

2.2.2 城鎮(zhèn)區(qū)位指數(shù)

依據(jù)城鎮(zhèn)相互作用原理，采用數(shù)據(jù)場理論進(jìn)行測算。為保證計(jì)算結(jié)果的可比性，城鎮(zhèn)位勢應(yīng)在比研究區(qū)更大一級的區(qū)域乃至全國范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，主要包括4個步驟：

1）根據(jù)建成區(qū)面積、人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模等指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值加權(quán)計(jì)算城鎮(zhèn)綜合規(guī)模指數(shù)（0～100）。

2）根據(jù)城鎮(zhèn)綜合規(guī)模指數(shù)，綜合考慮城鎮(zhèn)影響力，劃分城鎮(zhèn)等級，計(jì)算各等級城鎮(zhèn)的作用半徑：

式中，ri為第i級城鎮(zhèn)的作用半徑；s為區(qū)域總面積；ni為第i級及以上等級城鎮(zhèn)的總個數(shù)。

3）根據(jù)城鎮(zhèn)等級和規(guī)模指數(shù)，按照功能分割原則計(jì)算各級城鎮(zhèn)的功能分；再根據(jù)城鎮(zhèn)功能分和作用半徑，采用線性衰減或其他衰減模型測算作用分，衰減計(jì)算中可根據(jù)實(shí)際情況選用直線衰減或路徑衰減方式。

4）將城鎮(zhèn)所在位置計(jì)算得到的作用分同級取大、不同級累加，得到城鎮(zhèn)位勢。

2.2.3 交通區(qū)位指數(shù)

1）對外交通指數(shù)。首先按照航空、公路、鐵路、港口的等級屬性分別賦分，并在區(qū)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化為0～100；再通過各交通方式對城鎮(zhèn)進(jìn)行賦分；然后采用行政區(qū)域內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)表示對外交通網(wǎng)絡(luò)，包括環(huán)度、線點(diǎn)率、連接度等。

2）城鎮(zhèn)交通通達(dá)度。以城市道路密度、城市道路面積率、人均城市道路面積，以及城鎮(zhèn)范圍內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（環(huán)度、線點(diǎn)率、連接度等）作為城鎮(zhèn)交通通達(dá)度指數(shù)。

3）區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)育度。以公路密度、鄉(xiāng)村道路密度、鄉(xiāng)村硬化道路比率作為區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)育度指數(shù)。

2.3 土地利用指數(shù)

2.3.1 土地利用集約指數(shù)

1）耕地集約度指數(shù)通過土地墾殖率、耕地復(fù)種指數(shù)、基本農(nóng)田保護(hù)率、單位耕地面積化肥施用量、單位耕地面積農(nóng)藥施用量等指標(biāo)來表征。

2）建設(shè)用地集約度指數(shù)通過城鎮(zhèn)建筑密度、農(nóng)村建筑密度、城鎮(zhèn)建筑容積率、單位建設(shè)用地人口密度、人均城鎮(zhèn)用地、人均農(nóng)村居民點(diǎn)等指標(biāo)來表征。

2.3.2 土地布局指數(shù)

1）土地利用結(jié)構(gòu)合理度指數(shù)通過各類用地面積比例、農(nóng)村建設(shè)用地面積比例、城市建設(shè)用地面積比例、居住用地面積比例、工業(yè)用地面積比例、道路廣場用地面積比例、綠地VC面積比例、人均居住用地面積、人均工業(yè)用地面積、人均道路廣場用地面積、人均綠地面積、三舊用地比例、居耕比、人均宅基地面積等指標(biāo)來表征。

2）土地利用布局合理度指數(shù)通過城市形式比、城市緊湊度、城市延長率、城市人口密度、城市開放空間率、城市擴(kuò)張速度、城市擴(kuò)張類型比例、城市擴(kuò)張鄰近性、城市擴(kuò)張?zhí)荻取⒛昃鶖U(kuò)展強(qiáng)度、城鎮(zhèn)增加面積與耕地減少面積相對指數(shù)、人均城鎮(zhèn)用地面積變化率、城鎮(zhèn)容積率變化率、人口城鎮(zhèn)化率、土地城鎮(zhèn)化率、城鎮(zhèn)用地規(guī)模增長彈性系數(shù)、城市用地斑塊平均形狀指數(shù)變化率、城市用地斑塊破碎度變化率等指標(biāo)來表征。

2.3.3 土地效益指數(shù)

①土地利用投入產(chǎn)出率，為土地利用所獲得的總收入占土地投入總成本的百分比。②單位農(nóng)用地總產(chǎn)值指數(shù)，為每km2農(nóng)用地的總產(chǎn)值。③單位建設(shè)用地總產(chǎn)值指數(shù)，為每km2建設(shè)用地第二、三產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值。④糧食單產(chǎn)指數(shù)，為糧食總產(chǎn)量與總播種面積的比值。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 地表格局指數(shù)計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)老河口市地理國情普查數(shù)據(jù)成果，依次完成地理國情基本統(tǒng)計(jì)、分類統(tǒng)計(jì)、綜合統(tǒng)計(jì)、區(qū)域?qū)ｎ}分析和國情指數(shù)計(jì)算工作，得到老河口市地表格局指數(shù)，見圖1。

圖1 老河口市地表格局指數(shù)計(jì)算結(jié)果

從指數(shù)的空間分布上來看（圖2），城區(qū)地表格局較優(yōu)，指數(shù)遠(yuǎn)高于周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)；南部地表格局總體優(yōu)于北部地區(qū)。值得注意的是，東部的薛集鎮(zhèn)具有較高的地表格局指數(shù)，有進(jìn)一步發(fā)展的空間。

圖2 老河口市地表格局指數(shù)專題圖

3.2 地理區(qū)位指數(shù)計(jì)算結(jié)果與分析

由圖3可知，城區(qū)兩個街辦和洪山嘴鎮(zhèn)的地理區(qū)位指數(shù)排名靠前，城區(qū)的城鎮(zhèn)區(qū)位優(yōu)于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，但自然區(qū)位和交通區(qū)位反而低于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。老河口市地理區(qū)位指數(shù)，與城鎮(zhèn)區(qū)位指數(shù)呈正相關(guān)，與自然區(qū)位指數(shù)、交通區(qū)位指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

圖3 老河口市地理區(qū)位指數(shù)計(jì)算結(jié)果

從指數(shù)的空間分布上來看（圖4），地理區(qū)位指數(shù)高的地區(qū)集中在城區(qū)，而東部的竹林橋鎮(zhèn)和薛集鎮(zhèn)指數(shù)較低。另外，由于鄰近丹江口水庫，洪山嘴鎮(zhèn)的地理區(qū)位指數(shù)也較高。

圖4 老河口市地理區(qū)位指數(shù)專題圖

3.3 土地利用指數(shù)計(jì)算結(jié)果與分析

由圖5可知，老河口市各街辦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用狀況較均勻，城區(qū)兩個街辦指數(shù)略高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。城區(qū)的土地布局指數(shù)高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，土地布局較合理；土地集約指數(shù)反映了各街辦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地集約、節(jié)約利用情況較好；光化街辦、酂陽街辦、孟樓鎮(zhèn)、竹林橋鎮(zhèn)、薛集鎮(zhèn)的土地效益指數(shù)較高，仙人渡鎮(zhèn)、洪山嘴鎮(zhèn)、李樓鎮(zhèn)、袁沖鄉(xiāng)土地效益指數(shù)較低。

圖5 老河口市土地利用指數(shù)計(jì)算結(jié)果

從指數(shù)的空間分布上來看（圖6），與地表格局指數(shù)的空間分布類似，光化街辦、酂陽街辦、薛集鎮(zhèn)土地利用狀況較好，北部洪山嘴鎮(zhèn)的土地利用狀況較差。

圖6 老河口市土地利用指數(shù)專題圖

4 結(jié) 語

本文以老河口市為例，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本統(tǒng)計(jì)單元，利用分類型統(tǒng)計(jì)分析方法構(gòu)建了地表格局指數(shù)、地理區(qū)位指數(shù)和土地利用指數(shù)，對老河口市地理國情進(jìn)行了分析與評價，主要結(jié)論為：

1）通過對地表覆蓋圖斑數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，求取地表格局指數(shù)。城區(qū)光化街辦、酂陽街辦以及薛集鎮(zhèn)的地表格局指數(shù)較高，而北部袁沖鄉(xiāng)需要考慮空間格局的優(yōu)化。

2）通過自然區(qū)位指數(shù)、城鎮(zhèn)區(qū)位指數(shù)和交通區(qū)位指數(shù)加權(quán)求和得到地理區(qū)位指數(shù)。城區(qū)應(yīng)加強(qiáng)市內(nèi)交通的建設(shè)，而其他各鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)加強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)。

3）通過土地利用集約指數(shù)、土地布局指數(shù)和土地效益指數(shù)加權(quán)求和得到土地利用指數(shù)。研究區(qū)土地利用整體狀況良好，布局較合理，沒有明顯的土地粗放利用問題，但仙人渡鎮(zhèn)、洪山嘴鎮(zhèn)、李樓鎮(zhèn)、袁沖鄉(xiāng)需要提高土地利用產(chǎn)出率。

本文得到的地理國情指數(shù)統(tǒng)計(jì)成果以及可視化表達(dá)圖件成果，是對深化地理國情普查數(shù)據(jù)應(yīng)用的新探索；對深入認(rèn)識老河口市的地理市情、指導(dǎo)相關(guān)政府部門的決策、提高公眾對地理國情的認(rèn)知與關(guān)切具有一定意義；也為其他地區(qū)地理國情統(tǒng)計(jì)分析、評價、監(jiān)測和模擬預(yù)測工作提供了參考。

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