基于迭代評價法的農村居民點優化布局與整治策略

陳偉強，劉耀林，銀超慧，荊 瑩，關小克

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基于迭代評價法的農村居民點優化布局與整治策略

陳偉強1，劉耀林2，銀超慧2，荊 瑩2，關小克3

（1. 河南農業大學資源與環境學院，鄭州 450002； 2. 武漢大學資源與環境科學學院，武漢 430079；3. 鄭州輕工業學院社會發展研究中心，鄭州 450002）

科學進行農村居民點優化布局，對實施農村居民點整治，實現城鄉一體化發展意義重大。該文以河南省新鄭市為例，研究了農村居民點優化布局的方法和分區整治策略。基于中心地理論，設計了農村居民點理想布局模型，在農村居民點適宜性評價基礎上，進一步提出了農村居民點適宜性迭代評價的方法，設計了程序算法，利用Python語言和ArcPy類庫實現了軟件工具開發。研究結果表明：根據農村居民生產和生活需求設計的理想村莊布局模型參數為：村莊之間的標準距離2.5 km，最大耕作半徑為1.44 km，聚落腹地面積541.27 hm2。新鄭市農村居民點適宜性評價綜合分值呈現出東高西低的非均勻分布，而迭代評價結果呈現出相對均勻的分布，利用該結果進行村莊布局優化更加合理。進行村莊優化布局，設置了17個中心村，103個基層村，其余為拆遷村，并將拆遷村劃分為政府主導型和規劃引導型2類，針對不同類型的村莊提出了對應的整治策略。研究結論認為，農村居民點迭代評價方法得到的結果，更加科學合理，該結果通過規劃引導，可實現農村居民點的合理演化，該文的方法可為相關研究提供參考和借鑒。

土地利用；優化；農村；居民點；適宜性評價；迭代評價

0 引 言

隨著工業化與城鎮化的快速發展，農村的勞動力和土地等生產要素大量非農化，農村“空心化”問題日趨嚴重[1-2]。由于農村居民點用地的騰退機制短缺和半城市化現象普遍存在，農村居民點用地面積并未伴隨農村勞動力非農化而隨之減少[1]。針對農村居民點利用、管理中存在的問題，眾多專家基于不同的視角對其進行了廣泛而深入的探討[3-9]，均認為在科學布局的基礎上，開展農村居民的有序整治是解決這一問題的關鍵所在，并隨之成為廣大學者們的研究熱點[10-13]。

土地適宜性評價是土地利用優化布局的前提基礎，農村居民點優化布局也離不開適宜性評價[6]。農村居民點適宜性評價時主要考慮的因素有耕作半徑[14]、生產生活可達性[3-4]、村莊發展適宜性[15-16]、微觀農戶意愿[13,17]等。隨著信息技術的不斷發展，農村居民點適宜性評價評價中引入了大量地理信息系統（geographic information system，GIS）空間分析方法[18-19]，對于要素之間空間相互作用的認識也不斷深入[20]，基于適宜性評價結果進行空間優化布局時，更適合單一目標的選優，而農村居民點優化布局的難點在于多點的組合優化。根據克里斯塔勒的中心地理論，同級別的農村居民點之間，存在對資源的競爭和服務共享的協作，每個村莊均需要一定量的耕作腹地支撐，同時又要與臨近村莊共享公共服務設施，農村居民點布局是多次競爭后的均衡狀態，這一過程映射到算法中則是一個反復迭代的平衡過程。因此，空間優化布局在方法上也逐步向動態模型化與空間決策化方向發展[7]，比如利用模擬退火算法、遺傳算法等進行用地優化布局[21-23]，這些動態模型最主要的特點是利用計算機快速迭代技術，動態計算模型目標函數，不斷優化組合，得到比較優化的空間布局方案。本文基于中心地理論和迭代計算技術，提出農村居民點適宜性迭代評價方法，以河南省新鄭市為例，進行農村居民點優化布局和整治策略研究。

1 研究區與數據

1.1 研究區概況

新鄭市是隸屬河南省鄭州市的縣級市，地勢西高東低，西南部為淺山丘陵，西北部為丘崗，東部為平原。面積873 km2，人口78.6萬，轄14個鄉（鎮），337個行政村，市域內無國家級和省級的傳統村落。新鄭市東北部為中國首個國家級航空港經濟綜合實驗區，北部龍湖鎮被鄭州市確定為組團城市。新鄭市是國家級城鄉一體化試點縣（市），也是全國中小城市綜合實力百強縣。根據2015年第二次全國土地調查變更數據，農村居民點面積為120.78 km2，人均居民點用地面積約349.98 m2，遠高于國家人均150 m2的標準上限，用地浪費現象嚴重。全區共有2 486個農村居民點斑塊，平均斑塊面積為2.92 hm2，空間分布散亂。

1.2 數據來源

本研究采用的基礎數據為新鄭市2015年第二次土地調查變更數據，從中提取出各行政村的農用地、耕地、城鎮用地、農村居民點用地和道路等專題數據。各村人口、人均純收入等來源于《2015年新鄭市統計年鑒》和由新鄭市國土部門提供的調查數據。遙感影像圖和數字高程數據（digital elevation model，DEM）來自谷歌地球，分辨率分別為0.98 m × 0.98 m和7.88 m × 7.88 m。學校等公共服務設施的分布數據來自百度興趣點（point of interesting，POI）數據。城市擴展邊界數據來自新鄭市土地利用總體規劃（2010－2020年）、鄭州航空港經濟綜合實驗區土地利用總體規劃（2010－2020年）。

2 研究思路與方法

2.1 總體思路

農村居民點的產生，是農戶生存需求的結果，這種需求主要分生活和生產2個方面。本研究的目標是尋找一種能最大滿足農村居民生活和生產需求的農村居民點布局方案。由于長期以來的城鄉二元經濟結構政策，廣大農民普遍存在兼業化，農村居民點除了生活和農業生產功能外，也具有非農生產功能[24]，但隨著城鄉一體化的實施，農村居民點的核心功能將回歸第一產業，農民將向職業化發展。因此，本研究在進行農村居民點布局優化時，基于以下3方面的前提假設，一是以克里斯塔勒的中心地理論為指導，設計農村居民點的空間結構；二是假設取消了城鄉二元結構，實行了城鄉統籌一體化發展，以追求城鄉同質生活為發展目標；三是工業集中布局在產業集聚區，基礎設施和公共服務設施的配置兼顧公平與效率，以滿足農村居民生存需求為標準，判定農村居民點存在的合理性。

首先從農村居民生活與生產的需求出發，推算農村居民點的理想耕作腹地規模，以及生產與生活可達性約束，設計理想的農村居民點空間布局模型參數；其次是利用多因素評價法，計算各農村居民點發展適宜性；第三是根據村莊之間資源競爭與服務共享的空間關系，通過迭代計算，得到農村居民點的適宜性迭代評價結果；最后是利用Voronio多邊形，對比分析適宜性評價和迭代評價結果的優劣，并制定農村居民點優化布局方案和分區整治策略。技術流程如圖1所示。

2.2 農村居民點理想布局模型

2.2.1 耕作半徑設計

耕作半徑主要受自然、經濟、社會以及土地利用現狀等多方面因素的影響[14]。劉艷芳等[25]認為，最大耕作半徑范圍應不超2.5 km，陳曉健等[26]認為中國農村居民一般以步行運輸方式為主，時間距離為15～30 min，聚落半徑約為1.5～5 km。時間與出行速度最終決定耕作半徑的大小，因此將影響因素歸并為時間因子和速度因子，構建耕作半徑計算模型，量化耕作半徑的大小。農民出行耕作可接受時間按15 min，如果采用自行車出行，平均時速按10 km，則耕作半徑最高不超2.5 km。可預見的未來，農民出行耕作將是以農機運輸支撐下的規模經營，農機平均時速按25 km，則耕作半徑最高可達6.25 km。對新鄭市實際的耕作距離進行分析，目前平均的耕作距離為0.74 km，最大耕作距離為2.3 km，在以農機耕作為主的規模經營規模下，最大耕作距離還會擴大，綜合考慮到步行、自行車和農業機械3種情況，本研究認為新鄭市耕作半徑在2.5～5 km之間較為合理。

圖1 技術流程圖

2.2.2 公共服務設施服務半徑

隨著農村居民生活水平的提高，將對設施服務條件產生更高需求，在此重點討論學校和社區醫療2方面的服務半徑，其他方面的公共服務會隨著“互聯網+”的發展，弱化其空間距離的影響。2012年，教育部在“規范農村義務教育學校布局調整的意見（征求意見稿）”中指出，各地要根據實際條件合理確定學校覆蓋范圍，一般應使學生每天上學單程步行時間不超過40 min[27]，據此推算，如果選擇步行，服務半徑大概在2.5 km，如果選擇校車或家長接送，服務半徑大概在5 km以內。經分析，新鄭市村莊到小學的平均距離為1.2 km，最大距離為4.6 km。城市社區醫院的服務半徑大概在2 km左右[28]。經分析，新鄭市村莊到診所、醫院等醫療服務點的平均距離為0.9 km，最大距離為3.9 km。考慮到服務人口的最低門檻，農村地區的服務半徑應適宜擴大，可擴大至3～4 km。根據以上相關研究和新鄭市的實際，基礎的公共服務設施服務半徑應控制在4 km以內為宜。

2.2.3 農村居民點布局模型設計

注：d1、d2、d3分別指相鄰村莊距離、耕作半徑、中心村之間距離。

根據聚落腹地可供養的人口，設計村莊的人口規模。村莊能夠保留并發展的基本條件是要保證農村居民可以獲得生存發展的條件，目前的農業產業不足以支撐規模龐大的農村人口，雖然可以滿足農村居民的吃飯問題，但無法滿足農村居民的教育、成家立業等方面的基本生存需求，因此農村居民點人口設計要考慮第一產業的支撐能力。按照城鄉居民收入基本均等的標準計算，河南省大概每戶需求4.0 hm2的耕作土地[29]。經統計，新鄭市農村的現狀耕地面積比例平均為86.23%，其他土地為農業生產配套的生活與生態用地，則供養每戶居民的土地標為4.64 hm2。每個標準的村莊聚落腹地可供養117戶，468人（每戶按4人計）。由圖2可以看出，6個基層村和1個中心村可形成1個聚集單元，假設中心村有1/3的人從事服務業，則一個聚集單元的人口規模可達到3 432人。相關研究表明小學要求的人口門檻規模為1 400人，診所要求的人口門檻為1 600人[30]，可見每個聚集單元的人口可以達到公共服務設施的經濟門檻要求，可以說明圖2所示的農村居民點空間布局模型是合理的。

2.3 農村居民點適宜性評價方法

2.3.1 指標體系的確定

農村居民點的區位條件、規模水平、經濟發展、農業生產條件、居住環境、自然環境等都是影響其產生與發展的因素[31]。從資源稟賦、生產生活可達性和基礎發展條件3個方面選擇評價指標，計算農村居民點發展潛力，根據指標值與農村居民點發展潛力的關系，可分為正向指標和負向指標。

1）資源稟賦

資源稟賦是農村居民點發展的基礎，有足夠的農用地（包括耕地、林地、園地和其他農用地），特別是耕地，是支撐農村持續發展的原動力。地形條件對居民點的發展有較強的約束作用，是影響農村居民點發展的重要指標。因此資源稟賦方面選擇農用地面積、人均農用地面積、耕地比例、平均地形坡度4個評價因子。

2）生產生活可達性

生產生活可達性是農村居民點空間布局演變的重要驅動力。生產活動主要考慮農業生產活動，包括到耕地、林地、園地和其他農用地等地類上從事農業生產的活動。生活需求方面主要考慮教育和醫療，經對農村實地調查，高中以上教育、重大疾病醫療、貴重物品購置等多由城鎮提供相應的服務，初中教育、較嚴重的疾病醫療和一般性的商品采購等由鄉鎮提供服務，小學、幼兒園、一般疾病和日常用品等由中心村或基層村提供服務。因此生產生活可達性方面選擇平均耕作距離、到城市距離、到鄉鎮距離、到小學距離4個評價因子。根據可達性的實際含義，本文的距離采用時間成本距離表示，參考相關研究[32]，在非均質地表行走距離不同，得到不同空間對象每100 m的時間成本：國道 0.08 min、省道 0.12 min、縣道0.2 min、城鎮建設用地0.3 min、農村道路0.4 min、村莊建設用地1.50min、其他用地2.00 min、水域不可通行。

3）基礎發展條件

農村居民點的現狀基礎發展條件，影響其發展能力、改造難度和拆遷可行性。基礎發展條件方面選擇居民點用地規模、人口規模、村莊規整度和人均純收入等4個評價指標。居民點用地規模和人口規模決定村莊拆遷的難度，規模越大，拆遷難度也越大，拆遷可行性越低。村莊規整度主要影響改造和拆遷的意愿，規整度越低，村民對改造和拆遷的意愿越強，通過高清遙感影像和調查問詢的方式將村莊的規整度劃分為5個級別，分別用1到5表示，級別越高越規整。人均純收入的高低可反映村莊的自我發展能力。

利用層次分析法，計算各評價指標權重，結果如表1所示，對農村居民點適宜性影響最大的幾個指標分別是人口規模、平均耕作距離、到小學距離和人均純收入。

表1 農村居民點適宜性評價指標體系及其權重

注：“+”表示正向指標，“-”表示負向指標。

Note: “+” is positive indicator and “-” is negative indicator.

2.3.2 農村居民點適宜性評價計算方法

各評價指標值有不同的量綱，指標值的大小對農村居民點適宜性的影響方式也不相同，故首先要對各類指標值作標準化處理，然后結合指標權重，加權求和得到各農村居民點適宜性評價指數。指標標準化公式和適宜性評價指數計算公式如下

式中C為第個指標的標準化值；x為指標值；min為該項指標最小值；max為該項指標最大值；Type為指標值對標準化值的影響方向；為適宜性評價指數；W為第個指標的權重值；為評價指標數量。

2.3.3農村居民點適宜性迭代評價指數計算方法

從農村居民點的空間相互關系看，每個居民點的產生與發展都要有一定面積的聚落腹地支撐，在優化布局過程中，當確定一個保留發展的基層村時，就應同時為其分配足額的聚落腹地，在其聚落腹地內的其他農村居民點的適宜性將受到影響。因此根據農村居民點之間的協作與競爭的空間關系，動態修正農村居民點適宜性指數，采用如下公式計算

式中表示確定保留發展的村莊對周邊農村居民點適宜性的影響系數；表示受影響農村居民點到保留發展農村居民點的距離；min表示農村居民點允許最小的耕作腹地六邊形內接圓半徑；max表示農村居民點允許最大的耕作腹地六邊形外接圓半徑，也即最大耕作半徑；當設定基層村之間距離為最小的2 km時，則min=1 km，設置基層村之間距離為最大的3 km時，則max=3/(2·cos30°)= 1.73 km；同公式（2）；表示農村居民點適宜性迭代評價指數。

2.3.4 農村居民點迭代評價算法

迭代評價算法的核心思想是根據村莊的適宜性值，逐一將適宜性指數最大的村莊選擇出來，并排序。設有3個集合、和，中的元素為現狀的城市、鄉鎮和傳統村落，這個集合中的元素是無可爭議的保留居民地，是農村居民點空間優化布局的骨架。中的元素為逐一擇優選出的村莊，為其他待選擇的村莊。

第一步：初始化3個集合，將城市、鄉鎮和傳統村落放入集合，將其余全部的農村居民點放入集合，并設中各元素的=，集合設置為空；

第二步：從集合中選出城市和鄉鎮用地min范圍內的元素，以及城鎮規劃擴展邊界內的元素，將其值設置為0，因為這些元素確定要進行城鎮化轉移；

第三步：從集合中取出1個值最大的元素，放入集合中，根據式（3）和（4），重新計算集合中元素的值；

第四步：判斷集合是否為空，如果條件為真，則執行下一步，如果條件為假，則轉第三步；

第五步：集合中各元素的值即為迭代評價的指數，程序結束。

農村居民點迭代評價算法中，涉及空間距離的計算，因此在現有GIS平臺上開發專業的迭代評價軟件工具是一種高效的方法，本研究基于ArcGIS10.2平臺，利用Python語言，結合ArcPy類庫，開發農村居民點適宜性迭代評價系統腳本工具。

2.4 農村居民點優化布局與分類整治

根據村莊聚落腹地的面積和可分配的土地資源面積（扣除城鎮等非農生產用地），計算中心村和基層村的理論需求數量，利用農村居民點迭代評價算法，選擇出中心村和基層村。優化布局方案將村莊劃分為4類，分別是中心村、基層村、政府主導拆遷村和規劃引導自然消亡村。政府主導拆遷村是指城鎮規劃范圍內，隨城鎮的發展需要拆遷的村莊。規劃引導自然消亡村是指通過政策和規劃的引導，使其逐漸消亡的村莊。根據中心地理論設計的理論模型，1個中心村和6個基層村構成1組，由于城市和鄉鎮，具有更高級的公共服務功能，因此城鎮和鄉鎮可代替中心村為鄰近村莊提供公共服務。保留村莊生成Voronio多邊形，以城市和鄉鎮的布局為骨架，參考Voronio多邊形之間的鄰接關系，將保留的村莊按最臨近性，7個村劃分為1組，各組處于中心位置的村設為中心村，由此得到農村居民點優化布局方案。

農村居民點的形成是一個長期的歷史過程，大拆大建會受到農民生活習慣和情感等方面的排斥，同時也受經濟能力的限制，因此以發展基礎較好的村莊為基礎，通過配套完善基礎設施和公共服務設施，引導和吸引附近村莊就近遷并，是實現其優化布局的可行策略，針對以上4類村莊，采用不同整治策略，逐步推進，最終實現城鄉一體化發展和結構合理的城、鎮、村聚落結構。

3 結果與分析

3.1 農村居民點適宜性評價

采用多因素綜合評價法計算新鄭市2 486個農村居民點斑塊的適宜性分值，計算結果的分值區間為0.15～0.93。根據各農村居民點斑塊適宜性分值的大小排序，將其分為3類，前120個村莊為I類，121～240為II類，其余為III類，結果如圖3a所示，可以直觀的看出，適宜性較高的農村居民點主要分布在新鄭市東部、新鄭市市區周邊和航空港區周邊，這些村莊現狀規模較大，區位條件較好。適宜性較低的村莊主要分布在新鄭市的西部，或現狀規模較小、區位條件差的區域。

3.2 農村居民點迭代評價

利用農村居民點迭代評價算法，計算新鄭市2 486個農村居民點斑塊的迭代評價分值，分值區間位于0～0.87。根據迭代評價結果的排序，前120個村莊為I類，121～240為II類，其余為III類，結果如圖3b所示，從圖中可以看出，I類和II類村莊在城鎮規劃范圍之外呈相對均勻的分布。

圖3 農村居民點適宜性評價和迭代評價結果

3.3 2種評價結果的對比分析

從圖3中可以直觀的看出，2種評價結果有明顯的不同，圖3a中有些適宜性指數較大的村莊，由于資源競爭關系，在圖3b中迭代評價指數變得很小，而圖3a中一些適宜性指數不大，但由于有足夠的耕作腹地支撐，在圖3b中反而有較大的迭代評價指數，比如在新鄭市的西北部，圖3a中幾乎沒有排序進入前120名的村莊斑塊，圖3b中卻有10多個村莊斑塊進入了前120名。

Voronoi圖是進行空間布局優化時常用的方法，可用于劃分農村居民點的發展范圍區，對現有村莊布局進行優化[8,19]。在此利用Voronoi圖分析2種評價結果的空間特征。在城鎮規劃邊界之外，分別選取2種評價結果的前120名的農村居民點斑塊，依據斑塊的中心點生成Voronoi圖，結果如圖4所示，圖中每個Voronoi多邊形可表示中心村的耕作腹地。直觀的觀察，圖4b中的多邊形大小和形態比圖4a更均勻、更規則。

圖4 農村居民點基于適宜性評價和迭代評價結果的Voronoi圖

選取多邊形面積、形狀指數和中心點最臨近距離3個指標，分析圖4a和圖4b之間的形態差異。多邊形面積是指Voronio圖中各多邊形的計算面積，形狀指數指各多邊形周長除以同面積圓的周長所表示的指數（見式5），中心點最臨近距離是指村莊斑塊中心點之間的最臨近距離。

式中LSI為第個多邊形的形狀指標，P為第個多邊形的周長，A為第個多邊形的面積，為多邊形的序號。

計算結果如表2所示，從面積指數看，圖4b中的多邊形面積標準差和變異系數遠小于圖4a中的結果，說明圖4b中的多邊形大小更加均勻。從形狀指數看，圖4b中多邊形形狀指數的平均值、標準差和變異指數均小于圖4a，說明圖4b中多邊形更規格，且更整齊。從最臨近距離指標看，圖4b中村莊斑塊中心點之間最臨近距離平均值大于圖4a，說明圖4b中村莊斑塊比圖4a更分散，圖4b的最臨近距離標準差和變異系數2個指標均小于圖4a，說明村莊之間的最臨近距離差異小于圖4a，說明圖4b比圖4a分布更均勻。由此可見，不論是從資源承載的角度，還是從公共服務設施配置的公平與效率的角度，利用迭代評價的結果進行農村居民點布局優化更加合理。

表2 2種評價結果的Voronio圖形態指數對比分析表

3.4 農村居民點優化布局與分類整治

3.4.1 農村居民點優化布局

新鄭市扣除城鎮發展紅線內的土地后，土地總面積為64 103.14 hm2，標準的村莊耕作腹地面積按541.27 hm2計，大約需要配置119個村莊，考慮邊界的不規則性，在此設置120個村莊。1個中心村和6個基層村為一組團，則設17個中心村，103個基層村。依據農村居民點迭代評價的結果，選擇前120個村做為保留發展的村莊。采用均值聚類法，將120個村分為17類，將最靠近類中心位置的村莊設置為中心村，其他為基層村，結果如圖5所示。其余村莊為拆遷村，并規劃為2類，城市和鄉鎮1 km范圍內，或城市規劃紅線范圍內的農村居民點，規劃為政府主導拆遷村，其余的農村居民點規劃為引導自然消亡村。

圖5 農村居民點優化布局圖

3.4.2 農村居民點分類整治策略

根據農村居點優化布局的結果，為不同類型的村莊制定整治策略。1）中心村的整治策略是預留足夠的居住用地和發展用地，科學編制村莊規劃，配套建設基礎設施、公共服務設施，發揮農村居民點中心地職能，吸引周邊農村人口向其集聚。2）基層村的整治策略是要依據村莊規劃，嚴格控制其無序擴張，通過挖掘內部潛力，提高土地集約節約利用水平，配套基本的基礎設施和公共設施，滿足居民生產生活的基本需求。3）政府主導拆遷村的整治策略是在城鎮的輻射帶動作用下，人口向城鎮轉移，生產生活市民化，并重點解決好失地農民的土地補償、就業安置、社會保障等相關問題。4）規劃引導自然消亡村的整治策略是控制對現在村莊的基礎設施和公共設施的投入，利用村民對公共服務設施的渴求，通過規劃引導，配套人口遷移政策，發揮農民自主的力量，或通過市場機制，利用社會融資，引導村民向生產生活條件更好的城市、鄉鎮和中心村轉移，待時機成熟時，對村莊進行復墾，讓這類農村居民點逐步自然消亡。

4 結論與討論

通過以上研究，得到如下結論：

1）以克里斯塔勒的中心地理論為指導，根據居民生產和生活的需求設計了理想的村莊布局模型，即將2個村莊之間的距離設計為2～3 km之間，以2.5 km為標準距離，標準狀態下，最大耕作半徑為1.44 km，聚落腹地面積541.27 hm2。

2）利用多指標綜合評價法，從資源稟賦、生產生活可達性和村莊現狀發展基礎3個方面評價了2 486個農村居民點斑塊的適宜性，評價結果顯示出東高西低的非均勻分布規律。利用迭代算法，對農村居民點適宜性進行迭代評價，評價結果呈相對均勻的分布，不論是從資源承載的角度，還是從公共服務設施配置的公平與效率看，利用迭代評價的結果進行村莊布局優化更加合理。

3）利用迭代評價的結果進行村莊布局優化，設置了17個中心村，103個基層村，其余為拆遷村。中心村與基層村均得到足夠的生產與生活資源，具有自我更新與發展的能力。將拆遷村劃分為政府主導型和規劃引導型2類。最后針對不同類型村莊的特點與功能，提出了對應的整治策略。

本文假設農村居民點存在與發展，主要取決于第一產業發展的需求，村莊相互之間有資源競爭關系，而公共服務設施的公平與效率又需要農村居民點之間進行資源共享，在進行農村居民點優化布局時，要逐次動態的迭代評價適宜性。本文在前人研究的基礎上，提出了迭代評價的方法，該方法利用計算機快速計算能力，通過多次迭代計算得到了空間上相對均衡的評價結果，更加適合農村居民點優化布局，可為相關研究提供參考和借鑒。

依據第一產業對農村居民點的支撐能力得出的農村居民點優化布局方案，可能還不太適用于當下城鄉二元體制經濟結構的實際情況，因為目前農民大量兼業化，農村居民點也具有很多非農生產功能，但隨著城鎮化和城鄉一體化的發展，大量農民將實現徹底的城鎮化轉移，農業向專業化、產業化和現代化方向發展，農民向職業化方向發展，農村居民點將主要取決于第一產業發展的需求，因此本文提出的新鄭市農村居民點優化布局方案，可作為一個長期的發展目標。目前河南省是全國的空間規劃試點省，新鄭市也是國家級城鄉一體化試點縣，急需農村居民點規劃方法支撐，本研究成果可為相關規劃提供思路與方案參考，通過規劃引導農村居民點合理演化。

[1] 楊忍，劉彥隨，龍花樓，等. 基于格網的農村居民點用地時空特征及空間指向性的地理要素識別：以環渤海地區為例[J]. 地理研究，2015，34(6)：1077－1087.

Yang Ren, Liu Yansui, Long Hualou, et al. Spatial-temporal characteristics of rural residential land use change and spatial directivity identification based on grid in the Bohai Rim in China[J]. Geographical Research, 2015, 34(6): 1077－1087. (in Chinese with English abstract)

[2] 杜國明，劉彥隨. 黑龍江省墾區居民點體系優化分析：以建三江管理局為例[J]. 中國土地科學，2015，29(4)：65－71.

Du Guoming, Liu Yansui. Analyzing optimization of settlement system in the reclamation region of Heilongjiang Province: A case study of Jiansanjiang Authority[J]. China Land Sciences, 2015, 29(4): 65－71. (in Chinese with English abstract)

[3] 劉耀林，范建彬，孔雪松，等. 基于生產生活可達性的農村居民點整治分區及模式[J]. 農業工程學報，2015，31(15)：247－254.

Liu Yaolin, Fan Jianbin, Kong Xuesong, et al. Zoning and mode of rural residential land consolidation based on accessibility to production and living facilities[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(15): 247－254. (in Chinese with English abstract)

[4] 邵帥，郝晉偉，劉科偉，等. 生產生活方式變遷視角下的城鄉居民點體系空間格局重構研究：框架建構與華縣實證[J]. 城市發展研究，2016，23(5)：84－93.

Shao Shuai, Hao Jinwei, Liu Kewei, et al. Research of reconstruction of spatial pattern of urban and rural settlements system in the perspective of production pattern and lifestyle changes：Frame construction and Huaxian empirical study[J]. Urban Development Studies, 2016, 23(5): 84－93. (in Chinese with English abstract)

[5] 龍花樓. 論土地整治與鄉村空間重構[J]. 地理學報，2013，68(8)：5－14.

Long Hualou. Land consolidation and rural spatial restructuring[J]. Acta Geographica Sinica, 2013, 68(8): 5－14. (in Chinese with English abstract)

[6] 周寧，郝晉珉，孟鵬，等. 黃淮海平原縣域農村居民點布局優化及其整治策略[J]. 農業工程學報，2015，31(7)：256－263.

Zhou Ning, Hao Jinmin, Meng Peng, et al. Layout optimization for county rural residents in Huang-Huai-Hai plain area and its remediation strategies[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(7): 256－263. (in Chinese with English abstract)

[7] 彭金金，孔雪松，劉耀林，等. 基于智能體模型的農村居民點空間優化配置[J]. 地理與地理信息科學，2016，32(5)：52－58.

Peng Jinjin, Kong Xuesong, Liu Yaolin, et al. Spatial optimum allocation of rural settlements based on agent model[J]. Geography and Geo-Information Science, 2016, 32(5): 52－58. (in Chinese with English abstract)

[8] 馮電軍，沈陳華. 基于擴展斷裂點模型的農村居民點整理布局優化[J]. 農業工程學報，2014，30(8)：201－209.

Feng Dianjun, Shen Chenhua. Layout optimization for rural settlements consolidation based on extended break-point model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(8): 201－209. (in Chinese with English abstract)

[9] 高陽，張鳳榮，郝晉珉，等. 基于利益趨向的農村居民點整治分析[J]. 農業工程學報，2016，32(增刊1)：297－304.

Gao Yang, Zhang Fengrong, Hao Jinmin, et al. Analysis of rural residential land consolidation based on willingness classification[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.1): 297－304. (in Chinese with English abstract)

[10] 張貴軍，朱永明，臧亮，等. 新型城鎮化背景下昌黎縣農村居民點空間重構評價與分區[J]. 農業工程學報，2016，32(12)：237－246.

Zhang Guijun, Zhu Yongming, Zang Liang, et al. Spatial reconstruction evaluation and partition of rural residential areas in Changli county under background of new-type urbanization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(12): 237－246. (in Chinese with English abstract)

[11] 肖錦成，歐維新. 城鄉統籌下的城市與鄉村空間重構研究：以宿遷市為例[J]. 中國土地科學，2013(2)：54－60.

Xiao Jincheng, Ou Weixin. Study on the spatial restructure in the coordinated urban and rural development: A case study of Suqian city[J]. China Land Sciences, 2013(2): 54－60. (in Chinese with English abstract)

[12] 張鳳榮，周建，張佰林. 基于內部用地結構及其功能的農村居民點整理潛力辨析[J]. 中國農業大學學報，2016，21(5)：155－160.

Zhang Fengrong, Zhou Jian, Zhang Bailin. Construction land consolidation potential analysis for rural settlements from aspects of land use structure and their functions[J]. Journal of China Agricultural University, 2016, 21(5): 155－160. (in Chinese with English abstract)

[13] 曲衍波，姜廣輝，張鳳榮，等. 基于農戶意愿的農村居民點整治模式[J]. 農業工程學報，2012，28(23)：232－242.

Qu Yanbo, Jiang Guanghui, Zhang Fengrong, et al. Models of rural residential land consolidation based on rural households’ willingness[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(23): 232－242. (in Chinese with English abstract)

[14] 唐麗靜，王冬艷，王霖琳. 基于耕作半徑合理布局居民點研究：以山東省沂源縣城鄉建設用地增減掛鉤項目區為例[J]. 中國人口資源與環境，2014，24(6)：59－64.

Tang Lijing, Wang Dongyan, Wang Linlin. Rational distribution of rural settlements based on farming radius: A case study in rural-urban construction land in Yiyuan county, Shandong province[J]. China Population Resources & Environment, 2014, 24(6): 59－64. (in Chinese with English abstract)

[15] 謝保鵬，朱道林，陳英，等. 基于區位條件分析的農村居民點整理模式選擇[J]. 農業工程學報，2014，30(1)：219－227.

Xie Baopeng, Zhu Daolin, Chen Ying, et al. Mode selection for rural residential land consolidation based on analysis of location condition[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 219－227. (in Chinese with English abstract)

[16] 鄂施璇，雷國平，宋戈. 松嫩平原糧食主產區農村居民點格局及影響因素分析[J]. 農業工程學報，2016，32(18)：234－240.

E Shixuan, Lei Guoping, Song Ge. Analysis on pattern and influence factors of rural settlements in grain main production area of Songnen Plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(18): 234－240. (in Chinese with English abstract)

[17] 孔雪松，劉艷芳，鄒亞鋒，等. 基于農戶意愿的農村居民點整理潛力測算與優化[J]. 農業工程學報，2010，26(8)：296－301.

Kong Xuesong, Liu Yanfang, Zou Yafeng, et a1. Calculation of land consolidation potential and optimization of rural residential areas based on households’ willingness[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(8): 296－301. (in Chinese with English abstract)

[18] 焦鵬飛，張鳳榮，李燦，等. 基于引力模型的縣域中心村空間布局分析：以山西省長治縣為例[J]. 資源科學，2014，36(1)：45－54.

Jiao Pengfei, Zhang Fengrong, Li Can, et al. The spatial organization of central villages in Changzhi county based on the gravity model[J]. Resources Science, 2014, 36(1): 45－54. (in Chinese with English abstract)

[19] 賀賢華，楊昕，毛熙彥，等. 基于加權Voronoi多邊形的山區農村居民點優化布局：以重慶市崇龕鎮與石龍鎮為例[J]. 中國農業資源與區劃，2016，37(1)：80－89.

He Xianhua, Yang xin, Mao Xiyan, et al. Optimization of rural residential land distribution in mountainous area based on weighted Voronoi diagram[J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2016, 37(1): 80－89. (in Chinese with English abstract)

[20] 潘菲，楊慶媛，樊天相，等. 基于空間相互作用理論的縣域農村居民點體系重構研究：以重慶市長壽區為例[J]. 中國土地科學，2015(8)：89－96.

Pan Fei, Yang Qingyuan, Fan Tianxiang, et al. Research on the reconstruction of rural settlement system based on spatial interaction theory at county level: A case study in Changshou district, Chongqing city[J]. China Land Sciences, 2015(8): 89－96. (in Chinese with English abstract)

[21] 王新生，姜友華. 模擬退火算法用于產生城市土地空間布局方案[J]. 地理研究，2004，23(6)：727－735.

Wang Xinsheng, Jiang Youhua. Simulating annealing for generating the optimal urban land-use plans[J]. Geographical Research, 2004, 23(6): 727－735. (in Chinese with English abstract)

[22] Kai Cao, Michael Batty, Bo Huang, et al. Spatial multi-objective land use optimization: extensions to the non-dominated sorting genetic algorithm-II[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2011, 25(12): 1949－1969.

[23] 袁滿，劉耀林. 基于多智能體遺傳算法的土地利用優化配置[J]. 農業工程學報，2014，30(1)：191－199.

Yuan Man, Liu Yaolin. Land use optimization allocation based on multi-agent genetic algorithm[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(1): 191－199. (in Chinese with English abstract)

[24] 張佰林，張鳳榮，高陽，等. 農村居民點多功能識別與空間分異特征[J]. 農業工程學報，2014，30(12)：216－224.

Zhang Bailin, Zhang Fengrong, Gao Yang, et al. Identification and spatial differentiation of rural settlements’ multifunction[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(12): 216－224. (in Chinese with English abstract)

[25] 劉艷芳，孔雪松，鄒亞鋒. 不同農村居民點整理模式下的耕地潛力評價模型[J]. 武漢大學學報·信息科學版，2011，36(9)：1124－1128.

Liu Yanfang, Kong Xuesong, Zou Yafeng. Evaluation model of cultivated land potential on different modes of land consolidation of rural residential areas[J]. Geomatics & Information Science of Wuhan University, 2011, 36(9): 1124－1128. (in Chinese with English abstract)

[26] 陳曉鍵，陳宗興. 陜西關中地區鄉村聚落空間結構初探[J]. 西北大學學報（自然科學版），1993(5)：478－485.

Chen Xiaojian, Chen Zongxing. A preliminary study on the spatial structure of rural settlements in Guanzhong region of Shaanxi Province[J]. Journal of Northwest University: Natural Science Edition, 1993(5): 478－485. (in Chinese with English abstract)

[27] 陸夢秋. 撤點并校背景下農村義務教育服務半徑分析[J]. 經濟地理，2016，36(1)：143－147.

Lu Mengqiu. Analysis on school revocation and consolidation and the service radius of rural compulsory education[J]. Economic Geography, 2016, 36(1): 143－147. (in Chinese with English abstract)

[28] 王津生. 論社區醫院的急診急救工作[J]. 中國醫院管理，1997(10)：57.

[29] 錢克明，彭廷軍. 我國農戶糧食生產適度規模的經濟學分析[J]. 農業經濟問題，2014，35(3)：4－7.

[30] 賀艷華，唐承麗，周國華，等. 論鄉村聚居空間結構優化模式：RROD模式[J]. 地理研究，2014，33(9)：1716－1727.

He Yanhua, Tang Chengli, Zhou Guohua, et al. The new model of the spatial structure of rural settlements: RROD[J]. Geographical Research, 2014, 33(9): 1716－1727. (in Chinese with English abstract)

[31] 孔雪松，劉耀林，鄧宣凱，等. 村鎮農村居民點用地適宜性評價與整治分區規劃[J]. 農業工程學報，2012，28(18)：215－222.

Kong Xuesong, Liu Yaolin, Deng Xuankai, et a1. Suitability evaluation and consolidation division of rural residential areas in villages and towns[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(18): 215－222. (in Chinese with English abstract)

[32] 侯賀平，劉艷芳，李紀偉，等. 基于改進輻射模型的鄉鎮人口流動網絡研究[J]. 中國人口資源與環境，2013，23(8)：107－115.

Hou Heping, Liu Yanfang, Li Jiwei, et al. Study on population mobility network among towns based on improved radiation model[J]. China Population Resources & Environment, 2013, 23(8): 107－115. (in Chinese with English abstract)

Layout optimization for rural settlements based on iterative evaluation method and its remediation strategies

Chen Weiqiang1, Liu Yaolin2,Yin Chaohui2, Jing Ying2, Guan Xiaoke3

(1.450002,; 2.430079,; 3.,450002,)

The “hollow village” is becoming an increasingly serious problem with the rapid development of industrialization and urbanization, followed by great waste of precious land resource, high cost in rural public resources allocation, hard work, and so on, which finally results in lagging urban-rural integration. However, these problems can be relieved through the rural settlements renovation. And the rural settlements spatial optimization layout is the core issue to be resolved in the rural settlement renovation, which should be valued. The difficulty in the rural settlements layout optimization lies in the combinatorial optimization of multiple locations, rather than the selection of single one. This paper put forward an iteration evaluation method based on iterative calculation of rural settlements development potential and an algorithm of rural settlements layout optimization, which was applied to Xinzheng City, the study area in Henan Province. The purpose of this study is to find a solution to rural settlements layout which can meet the living and production needs of rural settlements. In the optimization of rural settlements layout, it is assumed that the core function of rural settlements eventually returns to the primary industry. Based on this situation, the following steps were in process: First of all, given the needs of living and production, the ideal farming hinterland scale of rural settlements was estimated and the accessibility constraints of the living and production were obtained to design an appropriate model for rural settlements layout. Secondly, we obtained the suitability evaluation results of rural settlements by employing multi-factor evaluation method. Thirdly, the stepwise selection method was used to get the iteration evaluation results of rural settlements through iterative calculation. Finally, the rural settlements optimal layout scheme and partitioning renovation strategies were formulated according to the iteration evaluation results. Some conclusions were drawn in this research as follows: 1) Ideal model parameters of village layout according to living and production needs of rural settlements were proposed including the standard distance of 2.5 km between villages, the largest farming radius of 1.44 km and the settlement hinterland area of 541.27 hm2. 2) The results of rural settlements development potential showed a non-uniform distribution that was a pattern of from high to low from the east to the west using the suitability evaluation method, while the results presented a relatively uniform distribution when taking the iteration evaluation method. Obviously, it is more reasonable to adopt the iteration evaluation method to optimize the village layout. 3) Therefore, taking Xinzheng as an example and using the iteration evaluation results to optimize the village layout, 17 center villages and 103 general villages were set. The rest ones were demolition villages and divided into government leading demolition type and planning guidance demolition type, which were to be cleared away and relocated. The corresponding land management countermeasures are proposed for different types of villages. In a word, the iteration evaluation method for rural settlement can effectively solve the rural settlements layout problem and also provide reference for related research.

land use; optimization; rural areas; settlements; suitability evaluation; iterative evaluation

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.17.034

F311

A

1002-6819(2017)-17-0255-09

2017-04-21

2017-07-19

國家自然科學基金項目（41501189）；河南省教育廳科技攻關項目（14B630002）。

陳偉強，河南安陽人，副教授，博士，碩士生導師，主要從事資源信息方面研究。鄭州河南農業大學資源與環境學院，450002。Email：chwqgis@163.com

中國農業工程學會會員：陳偉強（E041200576S）