基于MCR 模型的农村居民点空间布局优化研究——以河北省平山县为例

史铁丑，任国欢，陈瑜琦

（1.中国国土勘测规划院自然资源部土地利用重点实验室，北京 100035；2.河北地质大学土地科学与空间规划学院，石家庄 050031）

自党的十八大以来，国家逐渐加强对社会主义新农村的建设，“三农”问题、美丽乡村、特色小镇等一度成为社会热点。农村居民点空间布局优化是中国城乡规划建设的重要组成部分，自然、社会、经济等诸多因素都会对其空间发展与演变产生影响，但是人们长期对其重视不够，导致农村居民点空间布局的研究滞后于城镇，也因此在理论上缺乏足够的支持与引导，使得农村居民点在很长一段时间内处于混乱无序的状态。随着中国新农村建设及土地资源管理的大规模发展，对宅基地的确权、农村居民点的规划提出了新的要求［1］。农村居民点的区位条件影响其发展方向，通过调整农村居民点的空间布局，使区域经济发展的方向得到改善，进而确定居民点发展新趋势，使农村资源配置更加合理。河北省平山县属国家级贫困县，县内各农村居民点空间布局变化大，且地域内革命圣地西柏坡需保留历史遗迹，周边有美丽乡村的建设规划，以温塘镇为中心的区域发展特色小镇及旅游业，南甸镇以钢铁为主业，影响农村居民点空间变迁。

农村居民点是农村人地关系的核心，其形式规模、空间布局特征直接影响人类社会发展活动，农村居民点空间布局优化能有效缓解农村土地紧缺，提高农村土地资源利用效率，促进城乡规划的落地实施。从宏观上讲，根据相关评价，调整农村居民点的数量、空间布局与发展方向具有可行性［2］。为实施国家乡村振兴战略，实现精准扶贫，通过有序开展城乡建设用地确权和宅基地确权，在此基础上对城乡土地空间布局和结构进行优化，合理安排各项用地，加强农村基础建设与公共服务，促进新农村建设和新型城镇化的发展。其实质是对农村各项资源尤其是土地资源进行重新分配，以达到理想效果。通过调整农村居民点的空间布局，改善农村当地经济发展的规模和进程，使农村得到更快更合理的发展。因此，在中国新农村建设和土地整改的时代背景下，对农村居民点空间布局规律进行探索，研究农村居民点空间布局优化方向具有重要的实践意义。

随着社会的发展以及人类经济水平的提升，人们对周边居民点的空间特征与内外结构提出了新的要求。关于农村居民点的空间优化布局研究国外起步较早，自20 世纪50 年代起，德国、韩国、美国、日本等国已开始注重农村居民点的研究，并形成了丰富的研究成果，初始重在研究农村居民点规划重建及其生态效应，集中于小尺度研究，且逐步形成完整的体系［3］。其内容随着自然、经济和社会发展的变化，不断进行调整并得到完善，近年来居民点内部的生存空间及其必要的附属设施成为改善农村居住空间结构的重要载体，众多学者对影响农村居民点布局的因素研究着重放在人文社会领域，涉及政策、人口、交通、村民意愿等多方面，他们的研究方法与研究手段为中国农村居民点空间布局优化提供了经验［4］。

受西方相关研究的影响，中国学者主要从乡村地理和移民地理的角度研究农村居民点的布局优化问题，形成体系，相关研究经历了4 个阶段：第一阶段是1930—1940 年，农村聚落景观描述阶段；第二阶段是1950—1970 年，感性认知阶段；第三阶段是1980—1990 年，理论框架构建阶段；第四阶段是1990 年至今，居民点空间理性重构阶段［4］。

空间布局是指各种事物在地理空间中的反映特征。农村居民点布局是指在乡镇或更大区域范围内对不同规模农村居民点内的安排部署，通过对自然地理和社会经济条件的综合研究，从实地效益出发进行选址，分布相应的农村居民点，进而形成不同的居民点空间布局［5］。本研究应用MCR 模型，计算平山县域各乡镇所辖的农村居民点最小累积阻力值，以确定空间布局优化方向与模式，然后对农村居民点空间进行优化布局，最终对平山县农村居民点空间布局优化发展提出建议，包括对乡镇进行区域划分以及提出优化对策，以期为这方面研究提供参考。

1 区域概况与研究方法

1.1 研究区概况

平山县位于石家庄市西北部，太行山中段东麓。东临鹿泉，南接井陉，北交灵寿，西连山西。县城距省会石家庄市30 km。地形繁杂，海拔高度120～2 281 m，地形之间存在较大差距。全县辖区面积26.48 万hm2，其中耕地3.06 万hm2、宜林牧地18.06万hm2、水域3.07 万hm2。境内有河北省蓄水量第一的岗南水库，毗邻黄壁庄水库。属暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，温差较大。

截至2016 年底，河北省平山县下辖23 个乡镇（图1），717 个行政村，地区生产总值208.2 亿元。农林牧渔业总产值36.3 亿元，粮食总产量达20.1 万t。城镇居民人均可支配收入26 087 元，农村人均可支配收入7 270 元。

图1 平山县乡镇分布

截至2016 年底，河北省平山县人口为50.49 万，乡村总户数为124 460。其中乡村人口448 160 人，城镇人口56 740 人。有汉、满、壮、回等17 个少数民族，汉族人口最多，约占总数的99.97%。

1.2 数据来源

本研究使用的基础数据包括平山县1∶10 000土地利用变更数据（2016 年），30 m 精度DEM 数据来源于国际科学数据服务平台（http：//datamirror.csdb.cn），社会经济数据来源于2017 年《平山县统计年鉴》及国民经济和社会发展统计公报。空间数据提取及相关分析借助ArcGIS 10.2 工作平台。

1.3 研究方法

最小累积阻力模型（Minimal Cumulative Rsistance，简称MCR），其数学表达式为：

式中，MCR 表示最小累积阻力值；Dij表示物种从源j 到景观单元i 的空间距离；Ri表示景观单元i对某物种运动的阻力系数；min 表示被评价的斑块对于不同的源取累积阻力最小值；f 表示最小累积阻力与生态过程的正相关关系。模型建立的关键在于源的选取和阻力面体系的构建，核心是源在阻力面体系下对周围空间单元的竞争性扩散［6-9］。

本研究借助MCR 模拟源向周围空间扩张的过程，最小累积阻力小的地方适宜于农村居民点的空间扩张，而最小累积阻力大的地方相对而言不适宜布局。因此，鉴于MCR 模型构建的简易性、要素的可拓性及应用的广泛性，将其运用到农村居民点布局适宜性分区的研究中具有较强的可操作性和一定的创新性［7］。

2 农村居民点布局现状分析

2.1 整体布局分析

运用ArcGIS 技术对遥感影像图进行提取，结合数据，得出2016 年末河北省平山县农村居民点总数为717 个，并且农村居民点所占空间大小悬殊，最小的农村居民点羊道岭村只有0.77 km2，而最大的村庄约为10.00 km2。23 个乡镇的居民点密度和居民点个数受高程、坡度、交通区位等因素的影响而呈现出“东南密、西北疏”的空间态势，且平均居民点面积大小呈相似的趋势［10］。通过数据比较，可知平山县农村居民点整体布局松散，因此有必要进行空间优化。

2.2 地域差异分析

以23 个乡镇为研究对象，分别统计出各乡镇的总面积与辖区内行政村个数，然后计算各行政村的平均居民点面积，了解各农村居民点密度。若平均居民点面积大而居民点密度小，说明农村居民点空间布局相对分散；若平均居民点面积小而居民点密度大，则说明居民点空间布局相对紧凑［7］。地域差异因素也是后期确立阻力面体系的一个基础。

由表1 可知，分别取前后各4 位数据进行对比，平山镇、上三汲乡、岗南镇和西大吾乡的农村居民点空间布局较为紧凑，而合河口乡、营里乡、下口镇和上观音堂乡农村居民点空间布局偏向零散。从整理潜力的角度分析，平山县西北部亚高山、中山地区农村居民点分布更为分散，可整合度较高；东南部山前平原地区斑块密集，可整合度较低。因此，宜采用不同的空间布局优化方案。由此可知，平山县各乡镇的农村居民点空间分布和整理潜力上均存在较明显的地域差异性。

表1 平山县各乡镇农村居民点情况

2.3 空间分布特征分析

在网络中搜寻地理空间数据云，并从中下载平山县的DEM 数据，运用ArcGIS 10.2 软件提取平山县DEM 中的高程、坡度、坡向等数据（图2、图3、图4）。对数据加工后分析得出，平山县坡度范围是0°～77°。其中，有38.6% 的农村居民点处于20°以下的较低坡度地区，其面积占全县的33.4%；平山县高程范围是121～2 281 m，落差悬殊，其中有61.2% 的农村居民点处于1 000 m 高程以下，其面积占全县比例的58.4%。

图2 平山县高程

图3 平山县坡度

参照BIGEMAP 地图（图5），结合ArcGIS 10.2软件操作，形成矢量化的交通现状图，并对各农村居民点到最近公路干道距离进行提取，对相关数据进行量化，为分析交通条件对农村居民点的分布影响提供数据支持［11］。分析表明，有47.8% 的农村居民点距离省市级交通干道的距离在3 000 m 范围内，其面积比例为县域面积的38.1%。

由此可知，平山县农村居民点呈现出“低高程、低坡度、交通方便”地带分布的显著特征。与此同时，平山县内地势高程落差较大，农村居民点空间布局分散，交通的便利程度很大程度上影响着居民点的聚集程度，且受自然地理与经济因素的影响，平山县的交通网络并未顺利连接到每个农村居民点，尤其西北部亚高山地区交通不发达，农村居民点少且离散程度高［9］。

图4 平山县坡向

图5 平山县道路分布

综上所述，河北省平山县农村居民点空间布局总体上存在分布零散、占地不合理、区位不理想、交通不方便等问题。为了解决上述问题，提高土地利用率，改善农村居民点人居环境，需要进行农村居民点的空间布局优化。在《石家庄市总体规划（2011—2020）》文件中也明确提到要加强新农村建设，推进美丽乡村与特色小镇的相关推进工作，积极引导农村住宅和居民点的建设，合理安排县域村落居民点等用地空间布局，制定合理规划目标，而农村居民点在空间布局与数量结构上都存在较大的地域差异性，所以农村居民点的空间布局优化必须因地制宜，考虑实地阻力因子的影响，构建阻力面体系。

3 研究区适宜性分区

3.1 数据源的确定

在MCR 模型中，“源”即事物扩张的起点，其具体指代对象因研究内容或研究目标的不同而不同［4］。本研究将MCR 模型应用到农村居民点空间布局优化的研究中，“源”从农村居民点现状图中选取适宜程度较高，具有一定区域代表性的农村居民点，从而将适宜性分区看作典型农村居民点在一定时期内不断扩建的结果。因此，本研究以区域典型性、布局合理性、空间可控性为基本原则，分析影响农村居民点空间布局的因素，从自然地理条件、区位因素条件、交通水源条件等方面制定“源”选取的一般性规则［12］。

3.2 评价体系的构建

阻力体系的构建是建立MCR 模型的重要内容和基础之一。在生态学的研究中，物种对自然环境的利用和空间的改造体现为物种之间相互的竞争与控制，而阻力面反映了物种实现空间控制与扩张的各种障碍。同理，农村居民点的空间布局也可以理解为人类群体活动在地域上持续发展、不断变化的过程，对土地利用的特征是农村居民点周围的空间扩张的动态演化过程。农村居民点的拆迁或扩建必须考虑新选址的用地适宜性，而空间布局的适宜性也可表征为阻力。

阻力体系可以从自然地理、地形条件、土地类型、交通区位、水源条件等方面出发，选取高程、坡度、坡向、到最近公路干道距离、到水源最近距离等阻力因子，而阻力系数的确定需要考虑研究区的实际情况与研究目标（表2）。为量化各阻力因子对农村居民点布局适宜性的综合性影响作用，应对每个阻力因子进行定量分析。本研究遵循系统性与代表性原则、普遍性与因地制宜性原则、数据的科学性与可获取性原则，选取高程、坡度、坡向、到公路铁路最近距离、到水源最近距离为阻力因子（表3）进行研究［6，13］，且农村居民点扩张阻力系数与权重的确定参考文献［9］。

3.3 结果分析

结合数据进行分析，将平山县农村居民点划分为适宜区、比较适宜区、不适宜区、极不适宜区4 个分区，占地面积分别为全县域的18.8%、24.3%、35.6% 与21.3%，具体结果如表4 所示。

由表4 可以看出，平山县23 个乡镇，因阻力体系的类型、影响程度各不相同，导致最小累积阻力值差异较大，最小值为23.9，最大值为138.6，平均值为51.2。为此，将最小累积阻力值对应的乡镇进行分区，并对不同乡镇提出针对性的优化方向和举措（表5）。

4 结论

以河北省平山县为例，以《石家庄市总体规划（2011—2020）》为参考进行数据搜集与整理，运用ArcGIS 分析平山县高程、坡度、坡向等因素，结合MCR 模型计算最小累积阻力，对平山县农村居民点空间分布进行分析并提出优化方案，得出以下主要结论。

1）平山县的居民点空间布局大体呈居民点数量多、布局不规范、可整合度高的基本特征，且各乡镇农村居民点在空间布局与整理潜力上都存在颇为明显的地域差异性。在空间态势上则呈现出趋向于沿着“低高程、低坡度、交通便利、靠近水源”的地带分布的特征，在诸多影响因素中，相对于坡向和坡度来说，高程和交通条件对平山县农村居民点空间布局的影响程度更大，其中决定平山县农村居民点空间优化布局的关键是交通条件因素。

2）运用ArcGIS10.2 软件，结合MCR 模型计算最小累积阻力值，确定空间布局优化方向，实现农村居民点布局优化分区的研究思路基本可行，要点在

表2 平山县农村居民点阻力体系

表3 各乡镇阻力因子概况 （单位：km）

表4 最小累积阻力值

表5 平山县农村居民点最小累积阻力值分区和优化方向

于数据的收集处理以及模型的选择及应用。本研究在数据源的确立上充分结合实地情况，在阻力体系的构建上切实考虑因子适用性，最终将平山县农村居民点的空间结构现状划分为适宜、比较适宜、不适宜、极不适宜4 个分区［14］。

3）通过对各乡镇区域内自然地理条件特点和经济发展模式与方向的对比分析，结合农村居民点空间布局现状，针对4 个不同分区提出“城镇转化型”“逐步并点型”“异地搬迁型”“限制发展型”4 种对应的农村居民点的空间优化模式［15，16］。根据优化模式提出相应的举措，以此为基础，对平山县下辖23 个乡镇做出模式选择，并从宏观层面上给出针对性的优化路径，列举适宜采用此种模式的乡镇。

根据以上结论，对农村居民点的未来发展提出展望：①建立现代化的大数据库。随着信息技术的飞速发展，数据的采集与获取变得越来越容易，数据的汇总与利用也必将成为城乡规划的一大热点，这就需要相应规范而全面的数据源。ArcGIS 是一种重要的数据分析方法，它可以真实地反映农村居民点空间分布的演变，其分析结果可作为农村居民点空间布局优化的一大基础。②坚持以人为本的原则。以平山县为例，本研究只是在宏观层面、着重考虑地理区位因素对农村居民点发展的影响，未能在人文经济方面获取到比较理想的数据，日后的研究更应注重以人为本，在微观层面更多地考虑村庄、农户，以他们的视角确定新的空间布局，研究演变趋势［17］。③实事求是，因地制宜。全国性的土地与宅基地确权正在进行，农村的搬迁或建设都牵涉到这个实际问题，这也是农村居民点布局优化能够进行的基础。且伴随着社会经济水平的提升、交通网络的发展，本研究中列举的部分影响因素可能会强化或者弱化，需因地制宜确立新的阻力体系，分析后确定优化发展方向。