基于Voronoi圖的錦屏縣農(nóng)村居民點空間分布特征研究

王詩文

摘要：改革開放40年來，我國農(nóng)村地區(qū)的空間格局發(fā)生很大變化，但由于農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃，自發(fā)性建設(shè)的農(nóng)村居民點呈現(xiàn)出破碎化的特點，不利于城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展。在新型城鎮(zhèn)化背景下，科學(xué)合理的分析農(nóng)村居民點空間分布特征成為合理布局農(nóng)村居民點的第一步。文章采用Voronoi圖的CV值和GIS空間查詢統(tǒng)計的方法，研究錦屏縣農(nóng)村居民點的空間分布特征。研究結(jié)果表明，錦屏縣的農(nóng)村居民點整體呈現(xiàn)出集聚分布的特征，其中15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的CV值均在60%以上，彥洞鄉(xiāng)的農(nóng)村居民點空間分布特征呈隨機分布，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均屬于集聚分布。

關(guān)鍵詞：Voronoi圖;農(nóng)村居民點;錦屏縣

農(nóng)村居民點是鄉(xiāng)村人們生活生產(chǎn)的重要載體，其空間分布特點可反映一個地區(qū)的自然、經(jīng)濟(jì)、文化等特點，是人文地理、聚落地理學(xué)等學(xué)科的熱點研究問題。農(nóng)村居民點空間分布的研究不僅可以指導(dǎo)其空間合理布局，而且可以引導(dǎo)土地整理，有利于實現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)土地的集約利用。近年來，學(xué)者們對農(nóng)村居民點的空間分布模式與特點進(jìn)行了大量的研究，主要使用ARCGIS的空間分析技術(shù)、Voronoi圖的CV值、景觀格局指數(shù)、引力模型等研究方法，研究區(qū)主要集中在山地丘陵和平原地區(qū)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，選取Voronoi圖CV值的研究方法，矢量分析錦屏縣農(nóng)村居民點空間分布的特征，可對其農(nóng)村居民點空間的優(yōu)化布局提供了依據(jù)。

一、研究區(qū)概括

錦屏縣坐落于黔東南州東部，貴州省東南部，東鄰湖南省靖州縣，南鄰黎平縣，西界劍河縣，北抵天柱縣，是黔東南通往湖南、廣東、桂林的重要門戶，距黔東南自治州首府凱182km，距省會貴陽358km，轄區(qū)有7個鎮(zhèn)8個鄉(xiāng)（圖1）。地理坐標(biāo)為地跨東經(jīng)108°48′37″-109°24′35″，北緯26°23′29″-26°46′49″，南北寬39.6 km，東西長55.5 km。錦屏縣的主要地貌類型是丘陵和山地，其中丘陵和山地占了全縣2/3以上的面積，境內(nèi)海拔一般在400～800米，最高海拔1344.7米，最低海拔282米。

二、研究方法與數(shù)據(jù)處理

（一）研究方法

Voronoi圖的定義如下：設(shè)平面上的一個離散發(fā)生點集為S={p1，p2，…，pn}，則任一點p1的Voronoi圖為：

式（1）中，d為歐氏距離，x表示集合Ti中的元素 。其中CV值是Voronoi多邊形面積的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值，其計算公式為：

CV值=標(biāo)準(zhǔn)差/平均值×100%。（2）

CV值可以衡量現(xiàn)象在空間上的相對變化程度。當(dāng)某個點集的空間分布呈均勻分布，其Voronoi多邊形面積可能變小，CV值相對低;當(dāng)空間分布為集群分布時，在集群內(nèi)的Voronoi多邊形面積較小，而在集群間的Voronoi多邊形面積較大，CV值較高，當(dāng)規(guī)則的周期結(jié)構(gòu)和周期性重復(fù)出現(xiàn)的集群分布也會形成較高的CV值。農(nóng)村居民點用地比例（PR）、農(nóng)村居民點密度（PD）的計算公式分別為：

pR=ai/Ai（3）

PD=ni/Ai（4）

式中，aj 為農(nóng)村居民點用地面積（km2）;Ai為研究區(qū)面積（km2）;ni為研究區(qū)農(nóng)村居民點斑塊數(shù)。

（二）數(shù)據(jù)來源與處理

研究主要采用2017年錦屏縣土地利用現(xiàn)狀圖和其相關(guān)的一些規(guī)劃圖件。運用ARCGIS10.2提取出錦屏縣的2662個農(nóng)村居民點斑塊，利用面轉(zhuǎn)點工具將農(nóng)村居民點斑塊轉(zhuǎn)成點，生成研究所需的錦屏縣農(nóng)村居民點Voronoi圖（圖2）。

三、結(jié)果分析

根據(jù)公式2計算出錦屏縣15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的CV值，結(jié)果見表1。依照DUYCKAERST提出的3個建議值，其分類標(biāo)準(zhǔn)為：CV值為33-64時，點集為隨機分布時;CV值≥64時，點集為集群分布時;CV值≤33時，點集為均勻分布。根據(jù)此分類標(biāo)準(zhǔn)，可知錦屏縣除了彥洞鄉(xiāng)的農(nóng)村居民點分布屬隨機分布外，其它鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)村居民點分布均屬集群分布（圖2）。錦屏縣全縣用地比例為1.05%，密度為1.64個/km2，CV值為77.35，全縣農(nóng)村居民點分布特征屬集群分布。錦屏縣15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，除彥洞鄉(xiāng)的農(nóng)村居民點分布特征屬隨機分布，其它14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)村居民點分布特征都是集群分布，主要受錦屏縣地形環(huán)境的影響（圖3、4）。

錦屏縣地貌類型屬于丘陵山地，因此農(nóng)村居民點的分布受地形的影響很大。圖2、3可以看出，錦屏縣西高東低，農(nóng)村居民點總體集群分布在高程和坡度低的地帶，這符合丘陵山地地區(qū)農(nóng)村居民點分布的典型特征。錦屏縣的地形是西高東低，彥洞鄉(xiāng)處在錦屏縣的西北方位，也是五溪原始森林的所在地，高程普遍在600米以上，基本沒有平地，地形環(huán)境的惡劣使彥洞鄉(xiāng)的農(nóng)村居民點沒有集聚分布和均勻分布的條件。河口鄉(xiāng)和固本鄉(xiāng)處在西南方位，高程在500米的地域面積占了2/3，地形條件惡劣，但它們和彥洞鄉(xiāng)不同的一點是，河口鄉(xiāng)是清水江的流域，固本鄉(xiāng)是烏下江的流域，這給農(nóng)村居民點沿河流的集聚分布提供了條件。啟蒙鎮(zhèn)的農(nóng)村居民點最明顯的特征是沿道路集聚分布。三江鎮(zhèn)處在錦屏縣的東北地帶，典型的丘陵地帶，境內(nèi)有清水江和小江，這就導(dǎo)致三江鎮(zhèn)的居民點沿河流和道路集聚分布。三江鎮(zhèn)是錦屏縣的行政中心，較好的自然和經(jīng)濟(jì)條件決定了它的農(nóng)村居民點密度是15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中最高的。新化鄉(xiāng)因地域范圍小，且農(nóng)村居民點的面積大，因此它的居民點用地比例是最高的。偶里鄉(xiāng)的礦產(chǎn)資源豐富，農(nóng)村居民點集聚分布在資源豐富地帶。平秋鎮(zhèn)農(nóng)村居民點主要是沿坡度較緩的地帶集聚分布。平略鎮(zhèn)、茅坪鎮(zhèn)、大同鄉(xiāng)和鐘靈鄉(xiāng)是典型的丘陵地形，農(nóng)村居民點沿地勢平坦和道路集聚分布。銅鼓鎮(zhèn)和敦寨鎮(zhèn)處在錦屏縣的東南方位，地勢相對平坦，農(nóng)村居民點沿河流和經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)集聚分布。銅鼓鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平僅次于三江鎮(zhèn)，交通便利，農(nóng)村居民點沿經(jīng)濟(jì)中心和道路集聚分布。敦寨鎮(zhèn)是亮江流域，隨著錦屏縣實施的“敦寨新城”建設(shè)規(guī)劃，使其農(nóng)村居民點沿河流和經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)集聚分布。

總的來說，結(jié)合CV值、高程和坡度來看，錦屏縣農(nóng)村居民點的分布特征符合丘陵地區(qū)的分布特征，且呈現(xiàn)沿河流、道路和地勢平坦地區(qū)集聚分布的特征。

四、結(jié)論

Voronoi圖在空間分析上有著廣泛的應(yīng)用，是界定空間目標(biāo)影響范圍的常用方法。應(yīng)用Voronoi圖分析錦屏縣居民點空間分布特征，研究結(jié)果表明，錦屏縣15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，彥洞鄉(xiāng)的CV值61.52，是唯一一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點空間分布呈隨機分布，其余14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的的CV值均在64以上，農(nóng)村居民點空間呈集聚分布特征，錦屏縣的CV值是77.35，全縣農(nóng)村居民點的空間分布特征呈集聚分布，符合山地丘陵地區(qū)農(nóng)村居民點分布的典型特征。本文對錦屏縣農(nóng)村居民空間分布特征的研究只使用了通過Voronoi圖CV值來確定農(nóng)村居民點空間分布特征，其結(jié)果具有一定的有效性，任需進(jìn)一步的討論。

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