基于知識圖譜技術的村鎮公共服務設施網絡研究*

張晨陽 史北祥

0 引言：村鎮公共服務的資源錯配

隨著鄉村振興的國家戰略和農業農村現代化的事業不斷推進，我國村鎮面貌已經得到了極大的改觀，但在城鄉二元體制的長期作用下，村鎮的發展水平仍然明顯滯后于城市，再加上我國的城鎮化進程，村鎮的人口數量也在不斷減少，出現了農村空心化的現象[1-3]。在鄉村整體落后于城市的背景下，村鎮的教育、醫療、文化、社會福利等公共服務設施的發展又明顯滯后于村鎮的公路、用水、用電、通信等工程性基礎設施的發展，成為農村轉型發展的主要掣肘之一[4-7]。

由于村鎮單元的經濟體量過小，且人口在不斷流失，因此不可能建立起完整的公共服務體系[8-9]。村鎮單元內普遍存在服務類型缺失或服務質量過低的現象；在相應的公共設施建立后，又會因為沒有足夠的被服務人口而出現服務冗余的現象；此外，也存在借用相鄰村鎮的設施以及越級使用市縣兩級設施的現象，尤其是對于教育類的設施[10]，村鎮兩級中小學生源大量流失，很多學校已經荒置。這些現象不僅是因為公共服務的投入不足，更是因為資源配置不合理。

根據現行的《鎮規劃標準（GB 50188—2007）》和《鄉村公共服務設施規劃標準（CECS354—2013）》規定，村鎮公共服務設施的設置主要是依據行政等級和人口規模。對于中心鎮、一般鎮、不同人口規模的鄉和村，兩份標準分別規定了應設設施、可設設施以及設施的用地面積方面的指標，設施的選址主要遵循“適度分散、適度集中”的原則，綜合考慮設施所在地交通和環境的因素。總的來看，為了應對不同村鎮發展水平和服務需求的多樣性，村鎮公共服務設施規劃依據“剛彈結合”的標準，但其剛性條款過少，彈性條款過多，這樣雖然可以發揮各村鎮因地制宜的主動性，但也使現行標準缺乏對于實際規劃的管控意義，仍然不能有效地解決公共服務設施的資源錯配問題[11]。此外，現行標準孤立地看待各個行政單元，沒有充分考慮各行政單元之間公共服務的共享機制[12-13]，無法從整體的視角對規劃方案進行評價和指導[14]。

可見，建設村鎮公共服務設施是推進國家鄉村振興戰略的緊迫任務，而公共服務體系在村鎮兩級的行政單元中無法實現自洽運作，必須在更大的空間范圍內進行統籌安排。同時，因為當前依據指標的公共服務設施規劃方法難以適配實際需求，因此，需要創新完善對設施現狀和規劃方案的評價標準，從而為村鎮公共服務體系的重構提供科學依據。研究結合對重慶市永川區的實地調研和數據采集，通過知識圖譜技術關聯建立村鎮公共服務設施網絡，進而構建針對設施網絡的評價指標體系。

1 村鎮公共服務設施的運行特點

1.1 村鎮公共服務需求特點

村鎮居民公共服務需求如城市居民一樣復雜多元[15]，不同的是，村鎮居民對非必要類公共服務設施的缺失感受不顯著。

村鎮行政單元的體量雖小，但仍然有必要得到種類完善、體系完備的公共服務，主要包括行政服務、教育服務、醫療保健服務、文化體育服務、社會福利服務五類。以醫療保健類為例，村鎮居民日常需要得到小病治療、大病轉診、慢性病藥物購買、牙齒護理、理療、保健藥物和器材購買等多種需求，這要求診所、衛生院、藥店、保健品店、保健器材店、牙科診所、眼科診所、按摩理療店等多種公共服務設施。可見，村鎮居民的公共服務需求遠不能夠在村鎮兩級行政單元內部得到解決[16]。

由于村鎮地區各項公共事業發展水平低，且交通不便，村鎮居民獲取公共服務的出行成本高，因此居民的公共服務需求長期得不到滿足，導致居民對缺乏公共服務習以為常，并養成了通過多種方式替代公共服務的生活習慣[17-18]。以文化體育類設施為例，研究調研了重慶市永川區板橋鎮的文化體育類設施，雖然只有部分村莊設置有文化站和簡易的健身活動設施（圖1a），遠未達到2014版規劃的配置要求（表1），但實地調研發現當地居民卻沒有明顯的不滿情緒（根據100份問卷數據，對于文化體育類設施的滿意度平均值為7.7分/滿分10分），當地居民通過打撲克、打麻將、看電視、散步、趕廟會等方式解決文化體育服務需求（圖1b）。

表1 重慶市永川區板橋鎮文化體育類設施配置要求及現狀Tab.1 configuration requirements and actual situation of cultural and sports facilities in Banqiao Town, Yongchuan District, Chongqing Municipality

1.2 村鎮公共服務設施的分級

當前，我國的村鎮地區形成了“縣—鄉鎮—村”的三級公共服務設施體系，低等級行政地區只能滿足最基礎的公共服務要求，甚至缺失部分公共服務類型[4,13-14]（圖1c）。以行政服務的公安設施為例，縣級行政單元設公安局；下屬鎮設派出所，可提供戶籍、宣傳、治安等行政服務；村級行政單元則一般沒有公安服務設施，僅少數村設有警務站，能夠發揮部分治安服務作用。

《中共中央 國務院關于做好2022年全面推進鄉村振興重點工作的意見》中提出要加強基本公共服務縣域統籌，推動基本公共服務供給由注重機構行政區域覆蓋向注重常住人口服務覆蓋轉變。

根據綜合村鎮地區公共服務的現實情況和國家鄉村振興的指導意見，可見當前的三級公共服務設施體系不夠靈活，雖然重點關注了不同等級的公共服務設施間的上下傳導關系，但忽略了村級行政單元間的公共服務設施的橫向關系。由于村鎮兩級行政單元的體量限制，至少在縣域層次才能形成較完備的公共服務設施網絡[14,16]，因此，仍然要在縣域尺度統籌公共服務設施的配置，但需要削弱體系原有的縱向分級特點，加強體系的橫向協同作用。

1.3 村鎮公共服務設施的分布

村鎮公共服務設施在縣域尺度下表現出向縣城地區集聚的總體分布特征，高質量服務設施在空間上進一步集中，僅低等級的必要類公共設施在整個縣域范圍內分散分布。

因村鎮地區人口在縣城集聚分布，且鄉村地區經濟不發達，難以依靠市場資金支撐非必要公共服務設施的正常運營[12]，加之交通不便利，設施缺乏分散分布的可達條件，因此大部分的公共服務設施在縣城集中分布，其密度遠遠超過縣域的其他地區（圖2）。村鎮公共服務設施的分布特征表現出與建設用地分布特征的高度相關性，這說明建設用地向縣城的傾斜配給政策同樣也可能是村鎮公共服務設施集中分布的重要原因之一（圖3）。

圖2 重慶市永川區公共服務設施分布Fig.2 distribution of public service facilities in Yongchuan District, Chongqing Municipality

圖3 重慶市永川區建設用地范圍Fig.3 scope of construction land in Yongchuan District, Chongqing Municipality

由于公共服務設施集中布置可以實現空間的集約利用，便于村鎮居民集中辦事，降低居民獲取公共服務的平均交通出行成本[19]，且社會保障、文化娛樂、體育設施等高質量服務設施適宜與其他設施集中配置（圖1d、表2），這進一步加劇了公共服務資源在村鎮地區空間分布不平衡的特點。

表2 村鎮公共服務設施兼容配置要求 Tab.2 compatible configuration of rural public facilities

圖1 重慶市永川區公共服務設施現狀照片Fig.1 photos of public service facilities in Yongchuan District, Chongqing Municipality

為滿足各行政單元居民的需求，低等級村鎮公共服務設施在整個縣域范圍內分散分布，尤其是行政設施、醫療保健設施和小學教育設施等必要公共服務設施在多數村級行政單位內均有分布；而文化體育設施和社會福利設施則無法實現村莊全覆蓋，甚至無法實現鄉鎮全覆蓋（圖2）。

2 村鎮公共服務設施知識圖譜的建構

2.1 知識圖譜的應用原理

綜上所述，村鎮公共服務設施網絡的關鍵問題在于受到人口和市場的制約，設施資源的總量不足以像城市區域一樣形成有選擇度的、冗余的公共服務體系，只能依靠合理的布局和組織才能形成有效的服務網絡；而當前行政等級引導下的設施布局僅能形成中心化的樹狀服務體系（例如醫療資源過度向縣城集中，鄉村居民通過逐級轉診就醫），無法形成像城市區域一樣更公平、更有活力的分布式服務網絡。

為了從整體關聯的角度評價村鎮公共服務設施體系，挖掘當前各公共服務設施之間存在的空間和功能關系，從而將零散的設施資源關聯成更有效的服務網絡，研究引入了知識圖譜（knowledge graph）技術。知識圖譜是一種人工智能技術，本來是一種揭示實體之間關系的語義網絡，除了在互聯網搜索領域的應用外，還廣泛使用于金融、教育和醫療診斷等信息檢索領域[20-21]。而在城鄉規劃領域，目前關于知識圖譜的研究較少，僅見于城市體檢和人群特征方向[22-23]。

知識圖譜具有語義搜索、情報分析、智能推薦、輔助決策的功能[20]，在城鄉規劃領域仍有很大的應用潛力尚未挖掘。由于知識圖譜的核心優勢在于構建復雜的關系網絡，并對復雜網絡中的知識進行揭示；而縣域尺度下的村鎮公共服務體系涉及大量不同功能類型、不同功能等級、不同地理位置的設施實體，知識圖譜技術可以很好地構建并解算村鎮公共服務設施的復雜網絡。

村鎮公共服務設施知識圖譜的應用路徑是從多源數據出發，經過知識抽取、知識融合與推理來構建知識圖譜，在這個過程中需要補充調研數據，再通過知識表示來實現知識圖譜的應用，新的數據需要以結構化的形式對知識圖譜進行更新（圖4）。

2.2 村鎮公共服務設施知識圖譜的關鍵技術

知識圖譜是實體與關系的組合，但村鎮公共服務設施相關的數據來源廣泛，并不都是按照知識圖譜所需的格式組織起來的，因此知識圖譜構建的關鍵在于對數據的抽取、融合、推理和表示（圖4）。本文以重慶市永川區為例，對上述關鍵技術進行解讀。

圖4 村鎮公共服務設施知識圖譜的應用路徑Fig.4 the application path of knowledge graph of village and town public service facilities

2.2.1 知識抽取

從半結構化的POI功能數據中抽取出公共服務設施實體，以及實體的地理屬性、功能屬性和行政權屬，并根據非結構化的規劃、標準和制度數據，進一步建立實體間的空間、功能和管理運營關系。研究獲取重慶市永川區98926個POI功能點數據，從中抽取3211個公共服務設施POI，結合相關規范，賦予其分類和分級的屬性，從而構建設施的實體、屬性以及關系。

2.2.2 知識融合

將結構化的數據，例如行政單元信息、設施使用強度、公共服務滿意度等數據，與抽取的數據進行整合與對齊，消除重復信息，并減少實體、關系、屬性等數據與事實對象之間的歧義，從而構建整體完善的知識庫。研究獲取重慶市永川區220個村級行政單位實體，并在消除同名或同義的數據后，獲得2956個公共服務設施實體。所有數據輸入Arcmap軟件，計算行政實體間的空間鄰近關系、行政實體與設施實體性間的從屬關系，再通過關系將數據進行融合。

2.2.3 知識推理

在已有的知識庫基礎上進一步挖掘隱含的知識，增加實體間的關聯關系，例如推理出某村診所與非本鎮的鄰村藥房的間接關系（圖5），從而得到具備“智慧”的知識圖譜系統。研究共獲取重慶市永川區31469條推理關聯，其中，村空間鄰近關系1214條，村與設施空間關系2956條，設施功能管轄關系1054條，設施功能替代關系23471，設施兼容配置關系2774條。

圖5 知識推理示例圖解Fig.5 knowledge reasoning example diagram

2.2.4 知識表示

對知識庫進行整體的可視化表達，并對每個實體在知識圖譜網絡中的狀態進行量化計算，例如通過計算與一個村莊實體直接關聯和間接關聯的公共服務設施來判斷其公共服務水平。研究將推理關聯轉化為邊表格，將實體及屬性轉化為節點表格，輸入Gephi軟件中進行可視化表達與復雜網絡計算（圖6、表3）。

表3 村鎮公共服務水平評價指標體系Tab.3 the evaluation index system of public service level in villages and towns

2.3 村鎮公共服務設施知識圖譜的系統組成

村鎮公共服務設施知識圖譜由實體和關系組成，其中實體包括公共服務設施實體和村級行政單元實體。對于公共服務設施實體，通過知識抽取和知識融合技術，獲取設施等級、設施功能、功能類型、空間坐標、服務建設用地5種實體屬性；對于村級行政單位實體，根據gis空間數據和實地補充調研數據，賦予行政從屬、空間邊界、建設用地邊界、各類型設施使用強度、各類型設施滿意度5種實體屬性（圖7）。

圖7 村鎮公共服務設施知識圖譜的系統圖解Fig.7 a systematic of the knowledge graph of public service facilities

知識圖譜中的關系有直接關聯關系和推理關聯關系，其中推理關聯是通過直接關聯計算得出，本研究從系統的角度整體研究公共服務體系，更關注實體間的推理關聯。

由于研究重點關注縣域尺度上設施的鄰近替代關系，從而彌補按照行政等級管轄關系布局設施的不足。因此，行政實體間的推理關聯只計算空間鄰接關系，可以通過Arcmap軟件在行政單位空間邊界數據的基礎上進行關系推理，并建立起設施實體與行政實體間的推理關聯（圖6-7）。

設施實體間的推理關聯比較復雜，涉及到功能和空間兩個方面的綜合關系，本次研究推理其中比較重要的三種綜合關系。首先是功能管轄關系，不同等級的政府、公安、醫院等功能設施間存在這種關聯，例如村衛生室、鎮衛生院、縣中心醫院間存在轉診關系；其次是相同功能設施的替代關系，例如在幼托（0.3 km）、小學（0.5 km）、中學（1 km）的服務半徑內，同類教育設施間存在功能替代關系；最后是設施的兼容配置關系，將相距30 m（約為公共建筑2倍進深距離）以內的設施視為在同一組建筑內，即具有集約配置以方便居民辦事的功能關系（圖6-7）。

圖6 永川區公共服務設施5種推理關系的分層表達與疊加Fig.6 hierarchical expression and superposition of five reasoning relations

3 村鎮公共服務設施網絡的分析與評價

3.1 城鄉發展不平衡的村鎮公共服務設施體系

根據所構建的公共服務設施知識圖譜，對永川區縣域的公共服務設施網絡的空間分布進行分析（圖8）。

圖8 永川區公共服務設施知識圖譜Fig.8 knowledge graph of public service facilities in Yongchuan District

公共服務設施網絡的整體分布情況主要有以下特征：第一，設施高度集中于中山路街道城區和勝利路街道城區，兩個街道的城區集中了大多數的公共服務設施和絕大多數的高等級公共服務設施，且兩個城區間有連綿的醫療保健設施連接帶，構成了一個整體的醫療保健服務網絡；第二，與兩個街道城區鄰接的其他村莊則缺少公共服務設施，受到城區服務網絡的輻射，僅鄰接的中山路街道北大橋村有較多公共服務設施，其中醫療保健設施與城區的設施網絡相接；第三，除兩個城區外，有6個村級單元形成了明顯的公共服務設施組團，并向周圍村莊輻射；第四，縣域出現了4個集中的公共服務缺失組團，組團內部缺少公共服務設施，組團鄰接的村莊也缺少公共服務設施。

不同類型公共服務設施網絡的分布情況特征如下：第一，行政服務設施分布較為均勻，必要類設施在每個村莊均有分布，但城區和鎮中心村的行政設施類型和數量均顯著豐富，且存在明顯的同類兼容配置現象；第二，教育服務設施分布較分散，僅城區形成了局部的教育設施替代網絡（即居民在教育設施服務半徑內有多種選擇），教育服務整體水平不高；第三，醫療保健設施在城區和鄉鎮中心村高度集聚，尤其是民營藥房、診所、理療店等設施形成了連綿的設施替代網絡，城區居民具有多種選擇，但鄉村地區的醫療保健設施依然缺乏；第四，文化體育設施和社會福利設施非常缺乏，主要分布在城區，其中文化體育設施表現出一定的兼容配置現象。

3.2 基于知識圖譜技術的村鎮公共服務設施水平評價

基于所構建的村鎮公共服務設施知識圖譜，可以從系統的視角進一步建構村鎮公共服務水平的評價指標體系，該評價指標體系可以對縣域公共服務體系、村級行政單位公共服務水平、公共服務設施三個方面進行評價，融合了復雜網絡的計算方法和傳統的量化計算方法，其具體的評價指標見表3。

3.3 村鎮公共服務水平的整體關聯分析方法

利用知識圖譜的檢索功能，可以快速查詢村莊的公共服務屬性、關聯的公共服務設施以及設施的屬性，并進一步查詢鄰接村莊的公共服務情況。例如，對于五間鎮雙創村，其村莊內部僅有村委會和總支部委員會兩個行政設施，按照傳統研究方法難以綜合評價其公共服務水平。但通過知識圖譜的快速檢索，可以找到雙創村鄰接的四個村莊，其中五間鎮和平村內有醫療和教育設施，可以被雙創村所共享。同時，發現雙創村及鄰接村莊均沒有文化體育類和社會福利類設施，需要進行規劃和建設（圖9）。

圖9 五間鎮雙創村圖譜關聯網絡Fig.9 graph association network of Shuangchuang Village, Wujian Town

利用復雜網絡的計算方法，可以從整體層面分析每個村級單位的公共服務水平（表3）。例如，通過節點次級中心度的計算可以發現，陳食街道瓦窯村、中山路街道花果村、仙龍鎮巨龍村、臨江鎮隆順村等村莊內雖然沒有太多公共服務設施，但由于占據了較好的空間位置，受到鄰近村莊服務的加持；或具有高等級的公共服務設施，影響了其他村莊的低等級設施，因此表現出了較高的次級中心度（圖10）。

圖10 知識圖譜節點的次級中心度圖解Fig.10 secondary centrality diagram of knowledge graph nodes

4 研究結論與前瞻

研究發現：首先，村鎮公共服務設施并不孤立存在，而是與鄰近設施、上下級設施以及相關功能設施共同發揮作用，以區縣域為研究尺度，從整個關聯體系的視角能夠較為準確地對村鎮公共服務設施進行描述和評價，能夠挖掘更多隱含的公共服務水平信息；其次，通過知識圖譜技術，將獨立的信息（設施實體）關聯形成知識（設施網絡），能夠實現村鎮公共服務設施的信息檢索、水平評價以及規劃參考；再次，為優化村鎮公共服務體系，設施可以在空間上局部集中、兼容配置，但在整體上需要適度分散，避免出現連續的服務缺失區域；同時，要打破行政邊界的限制，從空間鄰接的角度統籌公共服務設施配置，鄰近城區的村莊減少可替代類型設施的建設；最后，對于服務半徑大但質量要求較高的設施，例如中學教育設施和?？圃\所，可進行裁撤歸并，重點建設空間區位好（服務的建設用地面積大）的設施。

知識圖譜技術可以識別比本研究大多個數量級的實體和關系，尤其是在知識推理方面，本研究僅挖掘了5種推理關聯，公共服務網絡中還存在大量待挖掘的關聯知識，例如設施間的功能合作關系。對于知識圖譜的利用，本研究也存在著不足，知識圖譜技術可以實現智能推薦和輔助決策，在以后對于公共服務設施的研究中，可以參考醫療領域的智能診斷和處方生成，用來提出設施增加和裁撤的具體建議。

圖表來源：

圖1：尹舒拍攝

圖2-3、5-10：作者繪制

圖4：根據徐增林, 盛泳潘, 賀麗榮, 等. 知識圖譜技術綜述[J]. 電子科技大學學報, 2016, 45(4): 589-606.改繪

表1、3：作者繪制

表2：官衛華. 基于句法分析的農村公共服務設施配置方法——以南京為例[J]. 城市規劃, 2015, 39(12): 80-90.