基于泰森多邊形的那坡縣農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布特征研究

□ 李月連 韋 嚴(yán) 黃 樂

農(nóng)村地域空間基本單元——農(nóng)村居民點(diǎn)，是農(nóng)村居民生產(chǎn)生活的聚居地，也是農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)的重要空間載體[1]。隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的開展實(shí)施，具有明顯地域特征的農(nóng)村居民點(diǎn)空間布局成為土地資源管理、人文地理等學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。譚雪蘭等借助GIS空間分析、重心遷移模型和景觀生態(tài)學(xué)方法對長沙市農(nóng)村居民點(diǎn)景觀格局編號(hào)及地域分異進(jìn)行研究[2]。彭金金等引入智能體模型對武漢市黃陂區(qū)村鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)的空間優(yōu)化決策行為與優(yōu)化模式進(jìn)行了分析研究，結(jié)果顯示該模型能有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)村居民點(diǎn)自動(dòng)式、智能化的優(yōu)化配置[3]。葉艷妹等利用加權(quán)集覆蓋模型對江西省湖口縣流泗鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)的空間布局進(jìn)行優(yōu)化[4]。韋燕飛等提出云模型改進(jìn)的PSO優(yōu)化算法，為實(shí)現(xiàn)空間規(guī)劃背景下農(nóng)村居民點(diǎn)集約化過程中的定量空間布局優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)[5]。劉善開、許婷等運(yùn)用Voronoi圖分析研究農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布特征[6、7]。本文以那坡縣為研究對象，借助泰森多邊形分析農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布特征及影響因素，為科學(xué)編制該縣村莊規(guī)劃及優(yōu)化農(nóng)村居民點(diǎn)布局提供參考。

1 研究區(qū)概況

那坡縣屬于國家級(jí)深度貧困山區(qū)縣，位于廣西壯族自治區(qū)西南邊陲，東南與靖西市相連，西北面與云南省富寧縣毗鄰，南和西南面與越南接壤，地理位置偏遠(yuǎn)，自然條件惡劣。全縣轄9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，國土面積約為2231.11平方千米。縣內(nèi)設(shè)有平孟口岸（國家二類口岸），另有百南、那布、坡酬等9個(gè)邊境互市點(diǎn)和貿(mào)易市場，是中國—東盟貿(mào)易區(qū)重要前沿位置，也是云南省出海的主要通道之一。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

以農(nóng)村居民點(diǎn)為中心創(chuàng)建泰森多邊形，分析那坡縣農(nóng)村居民點(diǎn)的用地比例、平均面積、泰森多邊形變異系數(shù)Cv值，確定農(nóng)村居民點(diǎn)分布特征，并研究那坡縣交通、地形坡度等條件對農(nóng)村居民點(diǎn)分布的影響。

（1）泰森多邊形。泰森多邊形又叫馮洛諾伊圖（Voronoi Diagram），是對空間平面進(jìn)行剖分的一種結(jié)果。泰森多邊形內(nèi)僅含一個(gè)居民點(diǎn)樣點(diǎn)，且多邊形內(nèi)的任何位置離該多邊形的居民點(diǎn)距離最近。泰森多邊形可以用于分析鄰接、接近度、可達(dá)性等空間分析，也可用于最近點(diǎn)、最小封閉圓等問題的解決[8]。

（2）基于泰森多邊形面積方法。因泰森多邊形面積隨居民點(diǎn)的分布而變化，所以可以使用變異系數(shù)Cv值衡量多邊形面積的相對變化程度和居民點(diǎn)空間分布類型。變異系數(shù)Cv值等于泰森多邊形面積的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，計(jì)算公式為：

式中：R為標(biāo)準(zhǔn)差，Si為第i個(gè)多邊形面積，S為多邊形面積的平均值，n為多邊形斑塊個(gè)數(shù)。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于那坡縣2018年土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查。將該縣農(nóng)村居民點(diǎn)圖斑從變更調(diào)查的地類圖斑中提取，在ArcMap中轉(zhuǎn)為點(diǎn)狀圖層，生成以每個(gè)居民點(diǎn)為發(fā)生元的Voronoi圖，以各鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本單位計(jì)算變異系數(shù)Cv值，得出那坡縣農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布 類型。

對那坡縣公路做6個(gè)多環(huán)緩沖區(qū)，緩沖區(qū)半徑為500m，即0m～500m、500m～1000m、1000m～1500m、1500m～2000m、2000m～2500m、＞2500m。將那坡縣DEM數(shù)據(jù)（馬里蘭大學(xué)網(wǎng)站下載）進(jìn)行坡度分析并重分類為5個(gè)級(jí)別，分別為＜2o、2o～6o、6o～15o、15o～25o、＞25o。最后將農(nóng)村居民點(diǎn)圖層與公路多環(huán)緩沖區(qū)、坡度圖層進(jìn)行疊加分析，探討公路距離、地形坡度對那坡縣農(nóng)村居民點(diǎn)分布的影響。

3 結(jié)果分析

3.1 那坡縣農(nóng)村居民點(diǎn)分布特征

在ArcMap計(jì)算那坡縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)泰森多邊形變異系數(shù)Cv值，參照Duyckaerts[8]提出的三種分布類型，即：當(dāng)Cv值=29%（包括＜33%）時(shí)，農(nóng)村居民點(diǎn)呈均勻分布；當(dāng)Cv值=57%（包括33%～64%）時(shí)，農(nóng)村居民點(diǎn)呈隨機(jī)分布；當(dāng)Cv值=92%（包括＞64%）時(shí)，農(nóng)村居民點(diǎn)呈集群分布，見表1。

表1 那坡縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布類型表

從表1可以看出，那坡縣共3572個(gè)居民點(diǎn)，用地比例1.2239%，密度為每公頃0.0161個(gè)，平均用地0.7618公頃，泰森多邊形變異系數(shù)Cv值為94.7860%。根據(jù)Cv值分類標(biāo)準(zhǔn)，那坡縣農(nóng)村居民點(diǎn)屬集群分布類型。從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)來看，城廂鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)個(gè)數(shù)746個(gè)、用地比例1.7013%、密度0.0221個(gè)/公頃，位列第一，這與縣城所在地的區(qū)位優(yōu)勢、交通條件較為完善相關(guān)。9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)均為集群分布，無均勻分布和隨機(jī)分布，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點(diǎn)空間分布特征是地形坡度、道路交通及區(qū)位因素綜合作用的結(jié)果。

3.2 地形坡度對農(nóng)村居民點(diǎn)分布的影響

那坡縣農(nóng)村居民點(diǎn)與地形坡度疊加分析結(jié)果見表2。可以看出農(nóng)村居民點(diǎn)用地比例和分布密度隨坡度升高而減少，坡度等級(jí)為1級(jí)時(shí)，農(nóng)村居民點(diǎn)用地比例最高為4.0373%，密度為每公頃0.1597個(gè)；坡度等級(jí)為5級(jí)時(shí)，居民點(diǎn)用地比例僅為0.5053%，密度則降低至每公頃0.0153個(gè)。那坡縣海拔高度254m～1653m，坡度3級(jí)和坡度4級(jí)面積占全縣土地面積的68%，受整體地形坡度條件影響，全縣分布在坡度3級(jí)和4級(jí)的農(nóng)村居民點(diǎn)比例高達(dá)69%，小于坡度5級(jí)的居民點(diǎn)分布占比87%以上。說明那坡縣大部分農(nóng)村居民居住的自然條件較為 惡劣。

表2 那坡縣不同坡度等級(jí)農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布情況

3.3 交通條件對農(nóng)村居民點(diǎn)分布的影響

那坡縣農(nóng)村居民點(diǎn)與公路緩沖區(qū)疊加分析結(jié)果見表3。可以看出，那坡縣距離道路500米內(nèi)的居民點(diǎn)數(shù)量有1517個(gè)，用地比例為2.2717%，密度0.0271個(gè)/公頃，平均面積0.8384公頃，距離道路500米外，居民點(diǎn)分布的數(shù)量、密度、平均面積呈遞減狀態(tài)，說明隨著道路距離的增大，農(nóng)村居民點(diǎn)的空間分布特征也出現(xiàn)較大差異，便捷的交通條件對農(nóng)村居民的出行、生產(chǎn)、生活提供便利，也對農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

表3 那坡縣農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布隨公路距離變化情況

4 結(jié)論

（1）根據(jù)泰森多邊形變異系數(shù)Cv值分類標(biāo)準(zhǔn)，那坡縣9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)均為集群分布，無均勻分布和隨機(jī)分布類型。

（2）受整體地形坡度條件影響，那坡縣分布在坡度3級(jí)和4級(jí)的農(nóng)村居民點(diǎn)比例高達(dá)69%，小于坡度5級(jí)的居民點(diǎn)分布占比87%以上，說明坡度條件是影響居民點(diǎn)空間分布的重要因素。

（3）那坡縣距離道路500米內(nèi)的居民點(diǎn)分布較為集中，距離道路500米外，居民點(diǎn)分布隨距離的增大而遞減，說明道路交通便捷程度是影響農(nóng)村居民點(diǎn)空間分布的重要因素。