基于MCR 模型的農村居民點空間布局優化研究——以河北省平山縣為例

史鐵丑，任國歡，陳瑜琦

（1.中國國土勘測規劃院自然資源部土地利用重點實驗室，北京 100035；2.河北地質大學土地科學與空間規劃學院，石家莊 050031）

自黨的十八大以來，國家逐漸加強對社會主義新農村的建設，“三農”問題、美麗鄉村、特色小鎮等一度成為社會熱點。農村居民點空間布局優化是中國城鄉規劃建設的重要組成部分，自然、社會、經濟等諸多因素都會對其空間發展與演變產生影響，但是人們長期對其重視不夠，導致農村居民點空間布局的研究滯后于城鎮，也因此在理論上缺乏足夠的支持與引導，使得農村居民點在很長一段時間內處于混亂無序的狀態。隨著中國新農村建設及土地資源管理的大規模發展，對宅基地的確權、農村居民點的規劃提出了新的要求［1］。農村居民點的區位條件影響其發展方向，通過調整農村居民點的空間布局，使區域經濟發展的方向得到改善，進而確定居民點發展新趨勢，使農村資源配置更加合理。河北省平山縣屬國家級貧困縣，縣內各農村居民點空間布局變化大，且地域內革命圣地西柏坡需保留歷史遺跡，周邊有美麗鄉村的建設規劃，以溫塘鎮為中心的區域發展特色小鎮及旅游業，南甸鎮以鋼鐵為主業，影響農村居民點空間變遷。

農村居民點是農村人地關系的核心，其形式規模、空間布局特征直接影響人類社會發展活動，農村居民點空間布局優化能有效緩解農村土地緊缺，提高農村土地資源利用效率，促進城鄉規劃的落地實施。從宏觀上講，根據相關評價，調整農村居民點的數量、空間布局與發展方向具有可行性［2］。為實施國家鄉村振興戰略，實現精準扶貧，通過有序開展城鄉建設用地確權和宅基地確權，在此基礎上對城鄉土地空間布局和結構進行優化，合理安排各項用地，加強農村基礎建設與公共服務，促進新農村建設和新型城鎮化的發展。其實質是對農村各項資源尤其是土地資源進行重新分配，以達到理想效果。通過調整農村居民點的空間布局，改善農村當地經濟發展的規模和進程，使農村得到更快更合理的發展。因此，在中國新農村建設和土地整改的時代背景下，對農村居民點空間布局規律進行探索，研究農村居民點空間布局優化方向具有重要的實踐意義。

隨著社會的發展以及人類經濟水平的提升，人們對周邊居民點的空間特征與內外結構提出了新的要求。關于農村居民點的空間優化布局研究國外起步較早，自20 世紀50 年代起，德國、韓國、美國、日本等國已開始注重農村居民點的研究，并形成了豐富的研究成果，初始重在研究農村居民點規劃重建及其生態效應，集中于小尺度研究，且逐步形成完整的體系［3］。其內容隨著自然、經濟和社會發展的變化，不斷進行調整并得到完善，近年來居民點內部的生存空間及其必要的附屬設施成為改善農村居住空間結構的重要載體，眾多學者對影響農村居民點布局的因素研究著重放在人文社會領域，涉及政策、人口、交通、村民意愿等多方面，他們的研究方法與研究手段為中國農村居民點空間布局優化提供了經驗［4］。

受西方相關研究的影響，中國學者主要從鄉村地理和移民地理的角度研究農村居民點的布局優化問題，形成體系，相關研究經歷了4 個階段：第一階段是1930—1940 年，農村聚落景觀描述階段；第二階段是1950—1970 年，感性認知階段；第三階段是1980—1990 年，理論框架構建階段；第四階段是1990 年至今，居民點空間理性重構階段［4］。

空間布局是指各種事物在地理空間中的反映特征。農村居民點布局是指在鄉鎮或更大區域范圍內對不同規模農村居民點內的安排部署，通過對自然地理和社會經濟條件的綜合研究，從實地效益出發進行選址，分布相應的農村居民點，進而形成不同的居民點空間布局［5］。本研究應用MCR 模型，計算平山縣域各鄉鎮所轄的農村居民點最小累積阻力值，以確定空間布局優化方向與模式，然后對農村居民點空間進行優化布局，最終對平山縣農村居民點空間布局優化發展提出建議，包括對鄉鎮進行區域劃分以及提出優化對策，以期為這方面研究提供參考。

1 區域概況與研究方法

1.1 研究區概況

平山縣位于石家莊市西北部，太行山中段東麓。東臨鹿泉，南接井陘，北交靈壽，西連山西。縣城距省會石家莊市30 km。地形繁雜，海拔高度120～2 281 m，地形之間存在較大差距。全縣轄區面積26.48 萬hm2，其中耕地3.06 萬hm2、宜林牧地18.06萬hm2、水域3.07 萬hm2。境內有河北省蓄水量第一的崗南水庫，毗鄰黃壁莊水庫。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，溫差較大。

截至2016 年底，河北省平山縣下轄23 個鄉鎮（圖1），717 個行政村，地區生產總值208.2 億元。農林牧漁業總產值36.3 億元，糧食總產量達20.1 萬t。城鎮居民人均可支配收入26 087 元，農村人均可支配收入7 270 元。

圖1 平山縣鄉鎮分布

截至2016 年底，河北省平山縣人口為50.49 萬，鄉村總戶數為124 460。其中鄉村人口448 160 人，城鎮人口56 740 人。有漢、滿、壯、回等17 個少數民族，漢族人口最多，約占總數的99.97%。

1.2 數據來源

本研究使用的基礎數據包括平山縣1∶10 000土地利用變更數據（2016 年），30 m 精度DEM 數據來源于國際科學數據服務平臺（http：//datamirror.csdb.cn），社會經濟數據來源于2017 年《平山縣統計年鑒》及國民經濟和社會發展統計公報。空間數據提取及相關分析借助ArcGIS 10.2 工作平臺。

1.3 研究方法

最小累積阻力模型（Minimal Cumulative Rsistance，簡稱MCR），其數學表達式為：

式中，MCR 表示最小累積阻力值；Dij表示物種從源j 到景觀單元i 的空間距離；Ri表示景觀單元i對某物種運動的阻力系數；min 表示被評價的斑塊對于不同的源取累積阻力最小值；f 表示最小累積阻力與生態過程的正相關關系。模型建立的關鍵在于源的選取和阻力面體系的構建，核心是源在阻力面體系下對周圍空間單元的競爭性擴散［6-9］。

本研究借助MCR 模擬源向周圍空間擴張的過程，最小累積阻力小的地方適宜于農村居民點的空間擴張，而最小累積阻力大的地方相對而言不適宜布局。因此，鑒于MCR 模型構建的簡易性、要素的可拓性及應用的廣泛性，將其運用到農村居民點布局適宜性分區的研究中具有較強的可操作性和一定的創新性［7］。

2 農村居民點布局現狀分析

2.1 整體布局分析

運用ArcGIS 技術對遙感影像圖進行提取，結合數據，得出2016 年末河北省平山縣農村居民點總數為717 個，并且農村居民點所占空間大小懸殊，最小的農村居民點羊道嶺村只有0.77 km2，而最大的村莊約為10.00 km2。23 個鄉鎮的居民點密度和居民點個數受高程、坡度、交通區位等因素的影響而呈現出“東南密、西北疏”的空間態勢，且平均居民點面積大小呈相似的趨勢［10］。通過數據比較，可知平山縣農村居民點整體布局松散，因此有必要進行空間優化。

2.2 地域差異分析

以23 個鄉鎮為研究對象，分別統計出各鄉鎮的總面積與轄區內行政村個數，然后計算各行政村的平均居民點面積，了解各農村居民點密度。若平均居民點面積大而居民點密度小，說明農村居民點空間布局相對分散；若平均居民點面積小而居民點密度大，則說明居民點空間布局相對緊湊［7］。地域差異因素也是后期確立阻力面體系的一個基礎。

由表1 可知，分別取前后各4 位數據進行對比，平山鎮、上三汲鄉、崗南鎮和西大吾鄉的農村居民點空間布局較為緊湊，而合河口鄉、營里鄉、下口鎮和上觀音堂鄉農村居民點空間布局偏向零散。從整理潛力的角度分析，平山縣西北部亞高山、中山地區農村居民點分布更為分散，可整合度較高；東南部山前平原地區斑塊密集，可整合度較低。因此，宜采用不同的空間布局優化方案。由此可知，平山縣各鄉鎮的農村居民點空間分布和整理潛力上均存在較明顯的地域差異性。

表1 平山縣各鄉鎮農村居民點情況

2.3 空間分布特征分析

在網絡中搜尋地理空間數據云，并從中下載平山縣的DEM 數據，運用ArcGIS 10.2 軟件提取平山縣DEM 中的高程、坡度、坡向等數據（圖2、圖3、圖4）。對數據加工后分析得出，平山縣坡度范圍是0°～77°。其中，有38.6% 的農村居民點處于20°以下的較低坡度地區，其面積占全縣的33.4%；平山縣高程范圍是121～2 281 m，落差懸殊，其中有61.2% 的農村居民點處于1 000 m 高程以下，其面積占全縣比例的58.4%。

圖2 平山縣高程

圖3 平山縣坡度

參照BIGEMAP 地圖（圖5），結合ArcGIS 10.2軟件操作，形成矢量化的交通現狀圖，并對各農村居民點到最近公路干道距離進行提取，對相關數據進行量化，為分析交通條件對農村居民點的分布影響提供數據支持［11］。分析表明，有47.8% 的農村居民點距離省市級交通干道的距離在3 000 m 范圍內，其面積比例為縣域面積的38.1%。

由此可知，平山縣農村居民點呈現出“低高程、低坡度、交通方便”地帶分布的顯著特征。與此同時，平山縣內地勢高程落差較大，農村居民點空間布局分散，交通的便利程度很大程度上影響著居民點的聚集程度，且受自然地理與經濟因素的影響，平山縣的交通網絡并未順利連接到每個農村居民點，尤其西北部亞高山地區交通不發達，農村居民點少且離散程度高［9］。

圖4 平山縣坡向

圖5 平山縣道路分布

綜上所述，河北省平山縣農村居民點空間布局總體上存在分布零散、占地不合理、區位不理想、交通不方便等問題。為了解決上述問題，提高土地利用率，改善農村居民點人居環境，需要進行農村居民點的空間布局優化。在《石家莊市總體規劃（2011—2020）》文件中也明確提到要加強新農村建設，推進美麗鄉村與特色小鎮的相關推進工作，積極引導農村住宅和居民點的建設，合理安排縣域村落居民點等用地空間布局，制定合理規劃目標，而農村居民點在空間布局與數量結構上都存在較大的地域差異性，所以農村居民點的空間布局優化必須因地制宜，考慮實地阻力因子的影響，構建阻力面體系。

3 研究區適宜性分區

3.1 數據源的確定

在MCR 模型中，“源”即事物擴張的起點，其具體指代對象因研究內容或研究目標的不同而不同［4］。本研究將MCR 模型應用到農村居民點空間布局優化的研究中，“源”從農村居民點現狀圖中選取適宜程度較高，具有一定區域代表性的農村居民點，從而將適宜性分區看作典型農村居民點在一定時期內不斷擴建的結果。因此，本研究以區域典型性、布局合理性、空間可控性為基本原則，分析影響農村居民點空間布局的因素，從自然地理條件、區位因素條件、交通水源條件等方面制定“源”選取的一般性規則［12］。

3.2 評價體系的構建

阻力體系的構建是建立MCR 模型的重要內容和基礎之一。在生態學的研究中，物種對自然環境的利用和空間的改造體現為物種之間相互的競爭與控制，而阻力面反映了物種實現空間控制與擴張的各種障礙。同理，農村居民點的空間布局也可以理解為人類群體活動在地域上持續發展、不斷變化的過程，對土地利用的特征是農村居民點周圍的空間擴張的動態演化過程。農村居民點的拆遷或擴建必須考慮新選址的用地適宜性，而空間布局的適宜性也可表征為阻力。

阻力體系可以從自然地理、地形條件、土地類型、交通區位、水源條件等方面出發，選取高程、坡度、坡向、到最近公路干道距離、到水源最近距離等阻力因子，而阻力系數的確定需要考慮研究區的實際情況與研究目標（表2）。為量化各阻力因子對農村居民點布局適宜性的綜合性影響作用，應對每個阻力因子進行定量分析。本研究遵循系統性與代表性原則、普遍性與因地制宜性原則、數據的科學性與可獲取性原則，選取高程、坡度、坡向、到公路鐵路最近距離、到水源最近距離為阻力因子（表3）進行研究［6，13］，且農村居民點擴張阻力系數與權重的確定參考文獻［9］。

3.3 結果分析

結合數據進行分析，將平山縣農村居民點劃分為適宜區、比較適宜區、不適宜區、極不適宜區4 個分區，占地面積分別為全縣域的18.8%、24.3%、35.6% 與21.3%，具體結果如表4 所示。

由表4 可以看出，平山縣23 個鄉鎮，因阻力體系的類型、影響程度各不相同，導致最小累積阻力值差異較大，最小值為23.9，最大值為138.6，平均值為51.2。為此，將最小累積阻力值對應的鄉鎮進行分區，并對不同鄉鎮提出針對性的優化方向和舉措（表5）。

4 結論

以河北省平山縣為例，以《石家莊市總體規劃（2011—2020）》為參考進行數據搜集與整理，運用ArcGIS 分析平山縣高程、坡度、坡向等因素，結合MCR 模型計算最小累積阻力，對平山縣農村居民點空間分布進行分析并提出優化方案，得出以下主要結論。

1）平山縣的居民點空間布局大體呈居民點數量多、布局不規范、可整合度高的基本特征，且各鄉鎮農村居民點在空間布局與整理潛力上都存在頗為明顯的地域差異性。在空間態勢上則呈現出趨向于沿著“低高程、低坡度、交通便利、靠近水源”的地帶分布的特征，在諸多影響因素中，相對于坡向和坡度來說，高程和交通條件對平山縣農村居民點空間布局的影響程度更大，其中決定平山縣農村居民點空間優化布局的關鍵是交通條件因素。

2）運用ArcGIS10.2 軟件，結合MCR 模型計算最小累積阻力值，確定空間布局優化方向，實現農村居民點布局優化分區的研究思路基本可行，要點在

表2 平山縣農村居民點阻力體系

表3 各鄉鎮阻力因子概況 （單位：km）

表4 最小累積阻力值

表5 平山縣農村居民點最小累積阻力值分區和優化方向

于數據的收集處理以及模型的選擇及應用。本研究在數據源的確立上充分結合實地情況，在阻力體系的構建上切實考慮因子適用性，最終將平山縣農村居民點的空間結構現狀劃分為適宜、比較適宜、不適宜、極不適宜4 個分區［14］。

3）通過對各鄉鎮區域內自然地理條件特點和經濟發展模式與方向的對比分析，結合農村居民點空間布局現狀，針對4 個不同分區提出“城鎮轉化型”“逐步并點型”“異地搬遷型”“限制發展型”4 種對應的農村居民點的空間優化模式［15，16］。根據優化模式提出相應的舉措，以此為基礎，對平山縣下轄23 個鄉鎮做出模式選擇，并從宏觀層面上給出針對性的優化路徑，列舉適宜采用此種模式的鄉鎮。

根據以上結論，對農村居民點的未來發展提出展望：①建立現代化的大數據庫。隨著信息技術的飛速發展，數據的采集與獲取變得越來越容易，數據的匯總與利用也必將成為城鄉規劃的一大熱點，這就需要相應規范而全面的數據源。ArcGIS 是一種重要的數據分析方法，它可以真實地反映農村居民點空間分布的演變，其分析結果可作為農村居民點空間布局優化的一大基礎。②堅持以人為本的原則。以平山縣為例，本研究只是在宏觀層面、著重考慮地理區位因素對農村居民點發展的影響，未能在人文經濟方面獲取到比較理想的數據，日后的研究更應注重以人為本，在微觀層面更多地考慮村莊、農戶，以他們的視角確定新的空間布局，研究演變趨勢［17］。③實事求是，因地制宜。全國性的土地與宅基地確權正在進行，農村的搬遷或建設都牽涉到這個實際問題，這也是農村居民點布局優化能夠進行的基礎。且伴隨著社會經濟水平的提升、交通網絡的發展，本研究中列舉的部分影響因素可能會強化或者弱化，需因地制宜確立新的阻力體系，分析后確定優化發展方向。