基于標準差橢圓法分析農村居民點分布特征

商馨瑩

[摘要]運用GIS 空間分析技術，以淮南市潘集區為例，通過平均中心和標準差橢圓法來研究農村居民點空間的分布特征，主要從農村居民點的生產因素和生態因素入手分析研究淮南市潘集區農村居民點的分布方向和趨勢，為今后農村居民點優化空間布局提供可供參考的意見。研究表明：潘集區的農村居民點呈現西北─東南方向的分布態勢，農村居民點受總人口在中部地區，即潘集街道，經濟政治中心，更為聚集，在西北部、東南部居民點較為分散，且面積較小，人均收入的偏移不大說明潘集區的中部經濟發展較好，工礦用地、耕地面積在西北部也比東南部更多，更聚集，反映了西北部的生產生活條件更好。

[關鍵詞]農村居民點；空間布局；GIS；潘集區

[中圖分類號]F301.1 [文獻標識碼]A

1 引言

近年來，隨著我國城鎮化建設的不斷推進，城鎮人口越來越多，據調查數據顯示：2002～2013年間，平均每年有1300多萬農村人口向城鎮中轉移，城鎮化率漲幅達到平均每年上升1.22%，相比于1979～2001年0.83%的漲幅明顯要高，更高于從建國初期到改革開放前，平均每年上升不到0.2%的漲幅水平。城鎮人地矛盾凸顯，我國的農村居民點用地集約化程度逐步走低，并呈現出與城市化水平反向發展的態勢，因此，我們應推進農村居住用地不斷節約集約化，化解農村居民點“星羅密布”、超標、閑置和“空心村”等一系列問題。

國內學者對農村居民點的研究更多的從農村居民點整理的角度探討農村居民點集約利用潛力，整理模式和關注規模特征，隨著新農村建設的加速發展和城鄉統籌的推進，農村居住聚落選址，空間布局日益受到關注。本文試圖分析山區農村居民點空間分布特征，尋找合理的農村居民點區位，為農村居民點布局優化提供依據。

2 研究區概況和基礎數據

2.1 自然經濟和社會概況

潘集區地處于淮河中游北岸，淮南市北部，東鄰懷遠，西毗鳳臺，北與蒙城接壤，南與大通、田家庵、謝家集、八公山四區臨淮相望。地理坐標為東經116°41'至117°05'，北緯32°04'至32°52'，東西長35km，南北寬17km。潘集區現轄11個鄉（鎮）街道，其中包括田集街道以及5鎮5鄉。2015年總人口為433425人。

2015年全區國民經濟穩定快速增長，全年生產總值達134.96億元，按可比價格計算，比上年增長8.6%。其中，第一產業增加值16.68億元，增長0.4%；第二產業增加值94.89億元，增長28.4%；第三產業增加值23.38億元，增長10.4%。按戶籍人口計算，人均生產總值30533元（折合4838美元），進入全面建成小康社會階段。三次產業結構由上年的19.8：56.0：24.2調整為16.7：94.89：23.4。2015年末，潘集區總人口442136人，比上年下降0.67%，其中城鎮人口265281人，較去年增長1.64%，農村人口為176855人，下降3.46%。

2.2 農村居民點利用狀況

農村居民點用地布局混亂，影響了農村生產生活效率，同時，農村居民點用地粗放，空心村、存量用地零星分布在各個鄉（鎮），2015年農村居民點總用地面積為5044hm2，人均209m2，超過《鎮規劃標準（GB50188-2007）》人均140m2的最高標準。

2.3 基礎數據

從2015年淮南市潘集區土地利用現狀圖，提取農村居民點用地以及各鄉鎮界限；《2015年潘集區統計年鑒》：獲取經濟人口數據；潘集區土地利用總體規劃（2010-2020年）說明和文本：用于研究區土地利用現狀分析。

2.4 研究思路

農村居民點格局受到多方面影響得以形成。目前隨著社會經濟發展，現代化生產和生活方式及城鄉關系的改善等對農村居民點空間格局、功能、公共服務等方面的影響顯著。同時，國家生態環境建設、耕地資源保護及城鎮化發展戰略給農村居民點整治改造及格局演變帶來巨大的外生動力。本研究從驅動農村居民點演變的生產和生活因素以及影響農村居民點宜居的生態因素，生產因素包括耕地面積、工礦企業面積，生活要素包括總人口、人均收入、農村居民點面積，生態因素包括高程和坡度，測定包括潘集區農村居民點幾何位置的平均中心，兩個生產要素（耕地面積、工礦企業面積）中心、三個生活要素（總人口、人均收入、農村居民點面積）中心及加權中心共7個中心。通過各因素標準差橢圓和加權標準差橢圓來反映農村居民點分布的方向性。

3 平均中心法分析農村居民點分布特征

通過運用Arcgis10.0，對潘集區內農村居民點進行平均中心的運算得出農村居民點的幾何中心，然后將農村居民點附生產和生活要素兩個方面屬性值，生產要素包括耕地面積、工礦企業面積，生活要素包括總人口、人均收入和農村居民點面積，分別計算出耕地面積中心、工礦企業面積中心、總人口中心、人均收入中心和農村居民點面積中心，得到潘集區幾何中心和5個指標的平均中心后，利用主成分分析法，以SPSS為運算平臺，以2個生產要素和3個生活要素為指標因子（X1─耕地面積，X2─工礦用地面積，X3─總人口，X4─人均收入，X5─農村居民點面積），計算得出這5個指標因子的權重值w1、w2、w3、w4、w5為0.2759、0.1758、0.2105、0.1263、0.2115，根據計算公式得出加權后的潘集區生產生活因素平均中心。

3.1 各因素平均中心的分布與潘集區幾何中心的關系

由圖1可以得出：①各因素平均中心偏離潘集區的幾何中心，均分布于潘集區幾何總的西北方向，最遠的偏離5.48km，最近的偏離168m；②居民點面積加權中心在幾何中心的西北方向，偏離幾何中心1.5km；③工礦用地加權中心在幾何中心的西北方向，偏離幾何中心5.48km，偏離潘集中心最遠；④耕地面積中心偏離其幾何中心西北方向1.73km，說明潘集區西北部耕地面積較多；⑤人均收入中心距離幾何中心最近，在其西部的163m；⑥總人口中心和生活生產加權中心幾乎重疊，均在幾何中心的西北方向，大約偏離幾何中心3.29km，說明西北部方向人口較多，其生產生活條件相對較好。綜合觀察，潘集區各因素加權中心均較集中，在距幾何中心不遠處，這說明潘集區各鄉鎮生產生活水平較為均衡，在農村居民點整治分區過程中，拓展式中心村的位置和數量應較為均衡的分布在各鄉鎮中。

3.2 生產生活因素加權中心與潘集區幾何中心的關系

生產生活因素加權中心偏離潘集區幾何中心西北的3.29km，反映了潘集區西北部生產生活條件較好，總人口偏多，農村居民點面積較大，耕地面積工礦面積較多，生活條件較為富足。

4 潘集區農村居民點發展方向分析

4.1 計算方法和理論

Lefever 早在 1926 年就提出了利用標準差橢圓法分析離散數據集的分布特征，通過橢圓的長軸方向表征離散數據集的主要分布方向，橢圓的面積表征離散點集分布的分散（緊湊）程度。雖然該方法提出的時間比較早，但在相當長的時間內沒有在實踐中得到有效應用。潘集區標準差橢圓是根據農村居民點的地理分布情況，進行空間統計的結果，其結果可用來分析農村居民點的空間分布的方向特征。其平均中心是潘集區農村居民點的平均中心，橢圓的長軸方向代表農村居民點空間分布較多的方向，短軸的方向代表農村居民點空間分布較少的方向，長短軸之間的差值越大（扁率越大），說明數據要素的方向性越強，長軸與短軸的長度越接近，說明其方向性越弱。如果長軸長度等于短軸長度，則數據要素的分布就沒有方向性特征。標準差橢圓包含橢圓面的新輸出要素類，橢圓面的屬性值包括平均中心的X和Y坐標、兩個標準距離（長軸和短軸）以及橢圓的方向（從頂點開始按順時針方向對長軸測量的旋轉度）。

計算兩個生產要素（耕地面積、工礦用地面積）和三個生活要素（總人口、農村居民點面積、人均收入）的加權標準差橢圓方法同理計算加權平均中心的方法，先附生產和生活要素兩個方面屬性值，分別以耕地面積、工礦用地面積、總人口、農村居民點面積、人均收入為權重字段，計算得出各因素加權標準差橢圓，通過與標準差橢圓對比，得出潘集區的發展趨勢。

4.2 潘集區標準差橢圓法分析農村居民點分布

通過該方法得到潘集區與各鄉鎮的標準差橢圓和各因素加權標準差橢圓之間的對比圖。如圖2所示，潘集區農村居民點標準差橢圓反映了全縣的農村居民點空間分布的特征，其農村居民點的平均中心位于潘集街道的東南角，其標準差橢圓的轉角為125.53°，其標準差橢圓的長軸方向向西北─東南方向延伸，橢圓的長軸長度與短軸長度的差值為6.73km，說明潘集區農村居民點呈西北─東南方向分布更密集，其長軸與短軸相差較大，說明潘集區農村居民點西北、東南、西南、東北各方向的分布差異較大。

4.3 各鄉鎮標準差橢圓法分析農村居民點分布

由圖3可知，賀疃鎮、田集街道、古溝回族的標準差橢圓長軸與短軸長度差很接近，這些鄉鎮的農村居民點空間分布基本呈現均衡分布。蘆集鎮、潘集鎮、泥河鎮、夾溝、平圩五個鎮的橢圓長軸與短軸長度差較大，居民點分別呈現西北─東南、東北─西南、西北─東南、西北─東南、東北─西南方向更密集的分布。架河、祁集的標準差橢圓是扁形橢圓，農村居民點分布呈條帶式分布。

4.4 各因素加權標準差橢圓與潘集區標準差橢圓對比關系

（1）由圖4可知，總人口中心在潘集區農村居民點地理中心的西北部，說明西北部人口更密集，總人口橢圓長軸與潘集區橢圓長軸方位角相差3°，相差不多，說明人口的分布呈現與居民點地理分布相同的方向。就兩者的橢圓面積而言，潘集區標準差橢圓面積遠大于總人口加權標準差橢圓面積，說明總人口向潘集區中心區域潘集街道聚集，且人口密度相差較大。由圖5可知，賀疃、架河、高皇鎮、夾溝、平圩鎮總人口分布與農村居民點地理分布呈現相同態勢，蘆集鎮、潘集鎮人口分布呈現向潘集區中心聚集。

（2）由圖6可知，農村居民點面積的標準差橢圓與總人口標準差橢圓的方向相似，反映了居民點面積與總人口分布方向有相似性，且農村居民點橢圓面積較地理分布橢圓面積相差較大，說明農村居民點的面積在橢圓內的田集街道、古溝回族、潘集南部和泥河鎮西南部較為聚集。

（3）由圖7可知，耕地面積標準差橢圓較潘集區標準差橢圓向西北偏移，方位角相差不大，說明潘集區西北部的鄉鎮賀疃、蘆集鎮、潘集鎮較高皇、平圩的農村居民點更大、更聚集。

（4）由圖8可知，平均收入加權標準差橢圓與潘集區標準差橢圓呈現的分布態勢基本相同，但略向潘集街道中心偏移。

（5）由圖9可知，工礦用地面積標準差橢圓與潘集區標準差橢圓對比，方位角相差不大，橢圓整體向西北方向偏移，可見西北方向較東南方向生產條件更好，工礦用地集中在潘集鎮、泥河鎮、田集街道。

5 結論

本文從生產因素和生態因素兩個方面選取耕地面積、工礦用地面積、農村居民點面積、總人口、人均收入5個影響因子對農村居民點分布影響進行研究，采用平均中心和標準差橢圓相結合的方法研究農村居民點在其影響下的發展方向。通過對比偏離距離和方位角之差可知，人均收入對農村居民點影響最小，工礦用地面積對農村居民點分布影響最大。

潘集區的農村居民點呈現西北─東南方向的分布態勢，農村居民點受總人口在中部地區，即潘集街道，經濟政治中心，更為聚集，在西北部、東南部居民點較為分散，且面積較小，人均收入的偏移不大說明潘集區的中部經濟發展較好，工礦用地、耕地面積在西北部也比東南部更多，更聚集，反映了西北部的生產生活條件更好。在對農村居民點的中心村進行布局時要充分考慮農村居民點分布的空間方向問題，對于架河、祁集的中心村的選取范圍要注意影響覆蓋的問題。

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