基于轉移概率和網絡聯系的遼寧省農村居民點適宜性評價*

肖展春，危小建，趙英慧，陳竹安， 3， 4

(1.武漢大學自然科學學報編輯部，湖北武漢 430072； 2.東華理工大學測繪工程學院，江西南昌 330013； 3．流域生態與地理環境監測國家測繪地理信息局重點實驗室，江西南昌 330013； 4.東華理工大學江西省數字國土重點實驗室，南昌 330013)

0 引言

農村居民點作為我國農村土地利用的重要組成部分，其數量結構布局特征不僅關系城鄉統籌和一體化的進程； 而且影響城鄉建設用地的布局與發展[1]。由于缺乏科學系統的村鎮規劃，造成了土地資源利用效率低下等問題[2]。對農村居民點進行適宜性評價，不但可以實現土地資源的合理利用，促進可持續發展，而且能為開展城鎮體系規劃、農村居民點規劃和整理提供基礎。

近年來，不少學者對農村居民點評價方面進行研究，主要集中在農村居民點集約節約評價、農村居民點整理綜合效益評價以及農村居民點規劃方案的評價，評價方法主要有多因素綜合評價法[3]、生態位適宜度[4]、層次聚類法、專家咨詢法、遞階模糊評價法[5]、模糊綜合評價[6]、綜合用地適宜度[7]、可拓工程的優度評價法[8]、元胞自動機(CA)法[9]等，還有采用各種評價方法與GIS空間分析方法相結合的方法[10]等。例如，關小克等[11]構建了居民點用地的綜合限制程度和發展壓力兩個方面的評價系統，評價居民點用地空間穩定程度，并據此對北京市居民點時空配置提供參考。王玉波等[12]從經濟、社會、生態3方面的效益構建指標體系，依據專家打分法確定各指標權重來評價居民點整理綜合效益。劉靈偉[13]構建了農村居民點整治成熟度評價的指標體系，評價村莊的整理時機成熟度，并依此確定不同農村居民點整理的優先順序。張穎等[14]以南京市六合區為例，在分析其農村居民點現狀布局特征的基礎上，引入最小累積阻力模型(MCR模型)，從農村居民點布局適宜性出發做優化模式的選擇。也有不少學者借助網絡理論和定量模型測度農村居民點變化的網絡結構[15]，從農村居民點集聚度、中心度等方面探討農村居民點用地演化過程并以此揭示農村居民點演變規律[16]。豐富的土地評價方法為農村居民點適宜性評價提供了堅實基礎[17]。目前有關居民點適宜性的評價多只評價單個縣或鄉鎮的農村居民點，評價的范圍過小，省域層面的農村居民點空間布局適宜性的評價研究鮮有報道，省域層面的評價單元多為鄉鎮、區縣級，評價單元較少具體到圖斑這一微觀尺度。此外，以往的研究中農村居民點的適宜性多只考慮農村居民點所處的自然條件、區位條件和社會經濟條件等因素的垂直聯系，較少考慮農村居民點之間的水平聯系[18]。僅有的農村居民點間聯系的研究，如引力模型[19-20]等，只考慮農村居民點受最近城鎮的影響，且具有一定的局限性[21]，不能滿足圍繞省域層面的居民點整治規劃需要。文章使用網絡分析技術度量農村居民點的交流與聯系，近似表征農村居民點之間的血緣、親情等社會因素，并與農村居民點轉移概率適宜性相結合，具有一定的創新性。

綜上所述，相關學者在農村居民點評價方面做了大量的工作，所研究的對象范圍均過小，無法探尋更大層面的內部整體規律。基于此，該文以遼寧省為研究區，基于轉移概率和網絡聯系對省域層面的農村居民點進行空間布局適宜性評價，全面把握農村居民點社會經濟與區位適宜性特征，為農村居民點科學規劃提供科學指導。

1 數據與方法

1.1 數據來源與處理

考慮到遼寧省103個區縣中各行政區域大小不一，且不少區沒有或只有少量農村居民點，為了便于分析，將遼寧省市轄區以及含有農村居民點面積較少的縣進行合并，合并后的評價單元共有43個。然后，在不打破縣(市、區)行政邊界的前提下，將合并后的43個縣(市、區)劃分成3個不同的地貌類型區，分別為西部山地丘陵區、中部平原區和東部山地丘陵區，劃分結果如圖1(a)。

研究涉及兩個研究期，分別為2000年和2010年。空間數據來源于Landsat TM 5影像。從中科院直接獲取解譯好的影像。影像數據的預處理主要包括裁剪、拼接、幾何校正等。然后利用面向對象解譯軟件eCognition進行影像的多尺度分割，根據區域地物的形狀特征和影像的光譜特征，結合專家知識建立專家決策樹進行土地覆蓋分類，對于不能用規則提取的區域，采用選取訓練樣本的方法，采用監督分類中的最大似然法進行分類。并根據2012年遼寧省土地利用變更調查數據庫，結合目視人工判圖，最終將遙感影像解譯為耕地、園地、林地、草地、城市及工礦用地等、農村居民點、水域和其他用地8種類型。總體分類精度均高于90%，Kappa 一致性檢驗均大于0.8，整體分類精度滿足研究需要。遼寧省2000年和2010年土地利用類型分布圖如圖1(b)(c)所示。

圖1 遼寧省研究單元(a)與2000年(b)和2010年(c)土地利用類型分布

圖2 基于農村居民點轉移概率和農村居民點網絡聯系的適宜度評價模型

1.2 轉移概率和網絡聯系的適宜度模型思路

借鑒CLUE-S模型的思想，考慮農村居民點轉移概率適宜性指數，考慮農村居民點所處的自然條件、區位條件和社會經濟條件等驅動因素，進行農村居民點適宜性評價。在構建轉移概率適宜性指數時，由于遼寧省區域大，農村居民點驅動機制不同，不應采用同一套轉換規則。

此外，農村居民點變化除受到各種垂直聯系的驅動因素影響外，還受到農村居民點之間相互作用水平聯系的影響。已有的農村居民點間聯系的研究，如引力模型等，僅考慮農村居民點受最近城鎮的影響，且偏重考慮空間上宏觀全局化特征，有一定的局限性[21]。該文將網絡分析技術用來度量農村居民點的交流與聯系，近似表征農村居民點之間的血緣、親情等社會因素的影響。通過計算各農村居民點中心性指數，用以表征農村居民點網絡聯系強度，能夠充分顧及農村居民點的等級地位，表征其對周邊居民點的輻射強度，并為確定農村居民點整治的方向提供指引。因此，農村居民點適宜性評價應充分考慮農村居民點之間的網絡的聯系。

該文構建的轉移概率和網絡聯系的適宜度模型包括了農村居民點轉移概率適宜性指數和農村居民點網絡聯系適宜性指數。圖2是轉移概率和網絡聯系的適宜度評價模型。

關于農村居民點是否適宜，農村居民點轉換概率計算是核心，轉換概率越高，農村居民點為適宜的程度越高。該文主要考慮農村居民點轉移概率適宜性指數和農村居民點網絡聯系概率指數。

(1)農村居民點轉移概率適宜性指數

農村居民點轉移概率適宜性指數用于表示受驅動因子影響農村居民點轉換的概率。該文采用逐步Logistic回歸模型建立農村居民點用地與內部驅動因素之間的回歸關系，構建農村居民點用地的概率適宜性圖層，進而獲得該指數。由于遼寧省地域遼闊，考慮不同的地貌區，建立不同地貌區2000～2010年農村居民點演變的內部驅動力方程，構建的不同地貌區農村居民點用地的轉移概率適宜性圖層。

(2)農村居民點網絡聯系概率適宜性指數

農村居民點網絡聯系概率適宜性指數用于表示農村居民點水平方向之間的聯系。居民點引力值反映的是居民點之間的鄰近度特征，是根據萬有引力模型變化而來，用來衡量居民點之間的空間相互作用，可用來反映居民點之間的聯系程度。

(1)

式(1)中，K為經驗常數；Iij為居民點i、j之間的相互作用分值；Si、Sj分別是居民點i、j的面積；Dij為居民點i、j兩地之間的距離；b為度量距離的摩擦指數。通常K取1，b取2。

觀察到2010年農村居民點平均鄰近距離682.84m，期望平均距離為1 023.94m，選取3 000m范圍內(該文根據現有參考文獻[22]將參數選取為3 000m)，計算各農村居民點間的相互作用值，用作農村居民點網絡的邊。

通過構建每個縣市的農村居民點聯系網絡，計算每個農村居民點聯系網絡的degree_centrality、closeness_centrality、betweenness_centrality 3個指標[22]，通過0～1標準化后，按照0.33、 0.34、 0.33的權重進行加權求和，然后將求和的結果進行核密度平滑(核密度的半徑選取了1 500m)，對平滑后的結果進行0～1值標準化后生成網絡聯系適宜性的圖層。

(3)農村居民點轉化概率

由上述兩部分構成農村居民點轉化的概率表示為：

Pij=0.6×Qij+0.4×Rij

(2)

式(2)中，Qij為農村居民點轉移概率適宜性指數；Rij為農村居民點網絡聯系概率指數。

1.3 轉移概率和網絡聯系適宜度模型的適宜性評價

利用轉移概率和網絡聯系的適宜度模型計算獲得農村居民點最終轉化概率適宜性圖層，然后計算遼寧省每個居民點圖斑的平均適宜度，運用0～1標準化方法對農村居民點圖斑的適宜值進行標準化，作為轉移概率和網絡聯系適宜度模型的農村居民點適宜性評價結果。為了直觀地顯示轉移概率和網絡聯系的適宜度模型的農村居民點適宜性評價結果，運用自然斷點法將農村居民點分為高度適宜類、較適宜類、一般適宜類和不適宜類4種。

為進一步分析縣單元的適宜值，以不打破行政單元邊界為原則，對縣單元所有居民點圖斑的適宜值(總分值)進行面積加權求和，作為該縣單元的適宜值(總分值)。

(3)

式(3)中，L表示縣單元的適宜值(總分值)；Mg表示該縣單元內第g個居民點的適宜值(總分值)；Tg表示該縣單元內第g個居民點的面積；T表示該縣單元內居民點總面積；t表示該縣單元內居民點總個數。

2 結果與分析

2.1 轉移概率適宜性評價結果

由于遼寧省地域遼闊，應在不同的地貌區建立不同的驅動方程，進而構建不同的農村居民點用地的概率適宜性圖層。遼寧省分地貌區農村居民點變化逐步Logistic模型回歸結果見表1。從結果來看，不同區域的回歸結果均存在一定的差異，入選的驅動因子不同，且驅動因子的作用程度存在不同，說明農村居民點在不同區域所受驅動因子的影響不同，存在不同的區位取向。西部山地丘陵區的回歸方程中入選的驅動因子較少，其中耕作便捷度的影響作用最大； 中部平原區的回歸方程中入選的驅動因子最多，有顯著的正向作用的因子有：坡向、高程、距離河流距離、居民點引力值和坡度，而有顯著負向作用的指標有：距離工礦距離、距離城鎮距離、耕作便捷度、距離縣級以上道路距離和距離縣級以下道路距離； 東部山地丘陵區的回歸方程中入選的影響因子較少，與西部山地丘陵區相比，引入了距離縣級以上道路距離和坡度等影響因素，說明在東部山地丘陵區，這些區位因素對農村居民點的影響作用較為強烈。且在東部山地丘陵中，高程成為最強烈的影響因素。

表1 2000～2010年遼寧省分地貌區農村居民點變化逐步Logistic模型回歸結果

西部山地丘陵區中部平原區東部山地丘陵區變量B變量B變量B高程-0 230坡向0 033高程-0 558距離工礦距離0 044高程0 157距離工礦距離-0 082耕作便捷度-0 257距離工礦距離-0 414耕作便捷度-0 382距離河流距離0 072距離城鎮距離-0 182距離河流距離-0 326距離縣級以下道路距離-0 147耕作便捷度-0 249距離縣級以上道路距離-0 091居民點引力值0 207距離河流距離0 230距離縣級以下道路距離0 354常量-0 457距離縣級以上道路距離-0 109坡度0 120距離縣級以下道路距離-0 375常量-0 241居民點引力值0 064坡度0 448常量0 384

通過所確定的各地貌區的驅動力方程，運用柵格計算器，生成了各地貌區的農村居民點Logistic回歸模型轉移概率適宜性圖(圖3)。農村居民點Logistic回歸模型轉移概率適宜性圖分別顯示了西部山地丘陵區、中部平原區和東部山地丘陵區的適宜值高低。總體上，遼寧省農村居民點轉移概率適宜性圖的分布符合了遼寧省的農村居民點的區位分布特征。

圖3 遼寧省各地貌區農村居民點Logistic回歸模型轉移概率適宜性圖

圖4 遼寧省農村居民點圖斑網絡聯系強度圖 圖5 基于農村居民點轉移概率和農村居民點網絡聯系的適宜度模型的評價結果

2.2 網絡聯系強度適宜性評價結果

通過分各縣市構建農村居民點網絡，計算每個農村居民點的網絡中心性強度，將各農村居民點的degree_centrality、closeness_centrality、betweenness_centrality的值關聯進農村居民點圖層，通過0～1標準化后，按照0.33、0.34、0.33的權重進行加權求和，然后將求和的結果進行核密度平滑(核密度的半徑選取了1 500m)，對平滑后的結果進行0～1值標準化后生成遼寧省農村居民點圖斑網絡聯系概率圖(圖4)。由圖4所示，農村居民點網絡聯系概率圖突出呈現了農村居民點聯系強的地方，而農村居民點聯系強的地方則發生新增農村居民點概率較高。

2.3 基于轉移概率和網絡聯系的適宜度評價結果

2.3.1 遼寧省農村居民點適宜性評價結果

通過轉移概率和網絡聯系的適宜度模型評價遼寧省農村居民點適宜性(圖5)。由圖5所示，適宜度值較高的地方主要集中在遼寧省中部，且整個適宜值的分布較為集聚，這與轉移概率和網絡聯系的適宜度模型中加入了農村居民點的網絡聯系值的考慮相符。

運用轉移概率和網絡聯系的適宜度模型計算遼寧省全省的農村居民點適宜性程度后，提取各農村居民點的適宜值，根據農村居民點的適宜值，將其劃分為高度適宜、較適宜、一般適宜、不適宜4個適宜性分類(圖6)。由圖6可知，高度適宜的農村居民點面積合計為15.000 1萬hm2、占農村居民點總面積的28.18%，較適宜的農村居民點面積合計為16.673 3萬hm2、占農村居民點總面積的31.32%，一般適宜類的農村居民點面積合計為7.055 6萬hm2、占農村居民點總面積的13.26%，不適宜類的農村居民點面積合計為14.500 7萬hm2、占農村居民點總面積的27.24%。從各地貌分區來看，西部山地丘陵區中高度適宜類、較適宜類、一般適宜類和不適宜類的農村居民點面積合計分別為0hm2、2.368 0萬hm2、2.223 5萬hm2和8.960 8萬hm2，占農村居民點總面積的比例依次為0%、17.47%、16.41%和66.12%； 中部平原區中高度適宜類、較適宜類、一般適宜類和不適宜類的農村居民點面積合計分別為12.843 6萬hm2、8.633 9萬hm2、1.430 0萬hm2和4.741 1萬hm2，占農村居民點總面積的比例依次為46.45%、31.23%、5.17%和17.15%； 東部山地丘陵區中高度適宜類、較適宜類、一般適宜類和不適宜類的農村居民點面積合計分別為2.156 6萬hm2、5.671 4萬hm2、3.402 1萬hm2和7 987.78hm2，占農村居民點總面積的比例依次為17.93%、47.15%、28.28%和6.64%。

綜上，適宜類(包含高度適宜、較適宜、一般適宜)農村居民點面積占總面積的72.76%，總體來說,土地條件較優，較滿足居民點建設和發展需要。其中高適宜類主要集中在中部平原地區和東部山地丘陵區中的南方沿海地區，而不適宜類整體分布較為零散。

2.3.2 基于適宜值加權匯總的各縣市農村居民點適宜性分布結果

為了以縣市為單元更直觀呈現適宜性分布的空間差異，通過對農村居民點適宜值進行加權求和匯總計算各縣市的適宜值(圖7)。由圖7可知，適宜級別為高度適宜的縣市平均適宜值為0.543，適宜級別為較適宜的縣市的平均適宜值為0.486，適宜級別為一般的縣市的平均適宜值為0.427，適宜級別為不適宜的縣市的平均適宜值為0.351。高度適宜區包含康平縣、開原、法庫縣、鐵嶺、沈陽市、遼中縣、遼陽市、海城市、丹東市轄區和普蘭店市； 較適宜區包含黑山縣、葫蘆島、興城市、寬甸縣、撫順市、莊河市、營口市、東港市、錦州、新民市、臺安縣、瓦房店市和北鎮市； 一般適宜區包含義縣、新賓縣、岫巖縣、本溪、鳳城市、大連市、綏中縣、彰武縣和桓仁縣； 不適宜區包含西豐縣、昌圖縣、建平縣、朝陽、北票市、凌源市、清原縣、喀喇沁左翼縣、阜新蒙、建昌縣和盤錦昌。不適宜區中盤錦地理位置較佳，但是由于境內有大量草本沼澤，靠近草本沼澤的農村居民點適宜性差。遼寧省東北部的昌圖縣被評價為不適宜區，主要是因為轉移概率適宜性評價是分地貌區進行的，在整個中部平原區來看，昌圖縣和盤錦縣的農村居民點的適宜性不如其他中部平原的居民點。丹東市轄區和普蘭店市的農村居民點之間間距較小，農村居民點之間的聯系緊密。

3 結論

基于轉移概率和網絡聯系對省域層面的農村居民點進行空間布局適宜性評價，能為農村居民點規劃提供科學指導。研究結果有3點。

(1)通過網絡分析技術來度量農村居民點的交流與聯系，考慮到了遼寧省地域遼闊，并考慮到了農村居民點水平方向的聯系。基于不同的地貌區建立的農村居民點轉移概率適宜性圖層和通過各縣市農村居民點網絡聯系強度建立的網絡聯系強度適宜性圖層，使農村居民點適宜性評價的結果更符合實際、更合理。

(2)轉移概率和網絡聯系的適宜度模型的評價結果將遼寧省農村居民點的適宜性劃分為高度適宜類、較適宜類、一般適宜類和不適宜類4類，各類面積為15.000 1萬hm2、16.673 3萬hm2、7.055 6萬hm2和14.500 7萬hm2，占農村居民點總面積的比例依次為28.18%、31.32%、13.26%和27.24%，高適宜類主要集中分布在中部平原地區和東部山地丘陵區中的南方沿海地區，不適宜類分布則較為零散，這與遼寧省山地多的特征是較為一致的。

(3)基于適宜值加權匯總后的縣市區位適宜值結果直觀呈現各縣市農村居民點的適宜性。高度適宜區包含康平縣、開原和普蘭店市等縣市； 較適宜區包含黑山縣、葫蘆島和北鎮市等縣市； 一般適宜區包含義縣、新賓縣和桓仁縣等縣市； 不適宜區包含西豐縣、昌圖縣和盤錦昌等縣市。遼寧省中部平原區位條件好，東部沿海地區區位條件也較好，西部山地丘陵區地區較差，綜合縣市區位適宜值的分布特征符合遼寧省的實際。

該文用農村居民點轉移概率適宜性指數和農村居民點網絡聯系概率適宜性指數進行遼寧省農村居民點適宜性的評價，評價方法具有一定創新性，但仍存在不足。農村居民點轉移概率適宜性指數是通過分地貌區進行的，雖然很好地兼顧了各地貌區農村居民點驅動力的不同，但在遼寧省整體層面也弱化了各區域的差異。由于數據處理的原因，農村居民點網絡聯系概率適宜性指數是分縣市計算的，沒有考慮農村居民點之間的夸縣域的聯系。

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