基于知识图谱技术的村镇公共服务设施网络研究*

张晨阳 史北祥

0 引言：村镇公共服务的资源错配

随着乡村振兴的国家战略和农业农村现代化的事业不断推进，我国村镇面貌已经得到了极大的改观，但在城乡二元体制的长期作用下，村镇的发展水平仍然明显滞后于城市，再加上我国的城镇化进程，村镇的人口数量也在不断减少，出现了农村空心化的现象[1-3]。在乡村整体落后于城市的背景下，村镇的教育、医疗、文化、社会福利等公共服务设施的发展又明显滞后于村镇的公路、用水、用电、通信等工程性基础设施的发展，成为农村转型发展的主要掣肘之一[4-7]。

由于村镇单元的经济体量过小，且人口在不断流失，因此不可能建立起完整的公共服务体系[8-9]。村镇单元内普遍存在服务类型缺失或服务质量过低的现象；在相应的公共设施建立后，又会因为没有足够的被服务人口而出现服务冗余的现象；此外，也存在借用相邻村镇的设施以及越级使用市县两级设施的现象，尤其是对于教育类的设施[10]，村镇两级中小学生源大量流失，很多学校已经荒置。这些现象不仅是因为公共服务的投入不足，更是因为资源配置不合理。

根据现行的《镇规划标准（GB 50188—2007）》和《乡村公共服务设施规划标准（CECS354—2013）》规定，村镇公共服务设施的设置主要是依据行政等级和人口规模。对于中心镇、一般镇、不同人口规模的乡和村，两份标准分别规定了应设设施、可设设施以及设施的用地面积方面的指标，设施的选址主要遵循“适度分散、适度集中”的原则，综合考虑设施所在地交通和环境的因素。总的来看，为了应对不同村镇发展水平和服务需求的多样性，村镇公共服务设施规划依据“刚弹结合”的标准，但其刚性条款过少，弹性条款过多，这样虽然可以发挥各村镇因地制宜的主动性，但也使现行标准缺乏对于实际规划的管控意义，仍然不能有效地解决公共服务设施的资源错配问题[11]。此外，现行标准孤立地看待各个行政单元，没有充分考虑各行政单元之间公共服务的共享机制[12-13]，无法从整体的视角对规划方案进行评价和指导[14]。

可见，建设村镇公共服务设施是推进国家乡村振兴战略的紧迫任务，而公共服务体系在村镇两级的行政单元中无法实现自洽运作，必须在更大的空间范围内进行统筹安排。同时，因为当前依据指标的公共服务设施规划方法难以适配实际需求，因此，需要创新完善对设施现状和规划方案的评价标准，从而为村镇公共服务体系的重构提供科学依据。研究结合对重庆市永川区的实地调研和数据采集，通过知识图谱技术关联建立村镇公共服务设施网络，进而构建针对设施网络的评价指标体系。

1 村镇公共服务设施的运行特点

1.1 村镇公共服务需求特点

村镇居民公共服务需求如城市居民一样复杂多元[15]，不同的是，村镇居民对非必要类公共服务设施的缺失感受不显著。

村镇行政单元的体量虽小，但仍然有必要得到种类完善、体系完备的公共服务，主要包括行政服务、教育服务、医疗保健服务、文化体育服务、社会福利服务五类。以医疗保健类为例，村镇居民日常需要得到小病治疗、大病转诊、慢性病药物购买、牙齿护理、理疗、保健药物和器材购买等多种需求，这要求诊所、卫生院、药店、保健品店、保健器材店、牙科诊所、眼科诊所、按摩理疗店等多种公共服务设施。可见，村镇居民的公共服务需求远不能够在村镇两级行政单元内部得到解决[16]。

由于村镇地区各项公共事业发展水平低，且交通不便，村镇居民获取公共服务的出行成本高，因此居民的公共服务需求长期得不到满足，导致居民对缺乏公共服务习以为常，并养成了通过多种方式替代公共服务的生活习惯[17-18]。以文化体育类设施为例，研究调研了重庆市永川区板桥镇的文化体育类设施，虽然只有部分村庄设置有文化站和简易的健身活动设施（图1a），远未达到2014版规划的配置要求（表1），但实地调研发现当地居民却没有明显的不满情绪（根据100份问卷数据，对于文化体育类设施的满意度平均值为7.7分/满分10分），当地居民通过打扑克、打麻将、看电视、散步、赶庙会等方式解决文化体育服务需求（图1b）。

表1 重庆市永川区板桥镇文化体育类设施配置要求及现状Tab.1 configuration requirements and actual situation of cultural and sports facilities in Banqiao Town, Yongchuan District, Chongqing Municipality

1.2 村镇公共服务设施的分级

当前，我国的村镇地区形成了“县—乡镇—村”的三级公共服务设施体系，低等级行政地区只能满足最基础的公共服务要求，甚至缺失部分公共服务类型[4,13-14]（图1c）。以行政服务的公安设施为例，县级行政单元设公安局；下属镇设派出所，可提供户籍、宣传、治安等行政服务；村级行政单元则一般没有公安服务设施，仅少数村设有警务站，能够发挥部分治安服务作用。

《中共中央 国务院关于做好2022年全面推进乡村振兴重点工作的意见》中提出要加强基本公共服务县域统筹，推动基本公共服务供给由注重机构行政区域覆盖向注重常住人口服务覆盖转变。

根据综合村镇地区公共服务的现实情况和国家乡村振兴的指导意见，可见当前的三级公共服务设施体系不够灵活，虽然重点关注了不同等级的公共服务设施间的上下传导关系，但忽略了村级行政单元间的公共服务设施的横向关系。由于村镇两级行政单元的体量限制，至少在县域层次才能形成较完备的公共服务设施网络[14,16]，因此，仍然要在县域尺度统筹公共服务设施的配置，但需要削弱体系原有的纵向分级特点，加强体系的横向协同作用。

1.3 村镇公共服务设施的分布

村镇公共服务设施在县域尺度下表现出向县城地区集聚的总体分布特征，高质量服务设施在空间上进一步集中，仅低等级的必要类公共设施在整个县域范围内分散分布。

因村镇地区人口在县城集聚分布，且乡村地区经济不发达，难以依靠市场资金支撑非必要公共服务设施的正常运营[12]，加之交通不便利，设施缺乏分散分布的可达条件，因此大部分的公共服务设施在县城集中分布，其密度远远超过县域的其他地区（图2）。村镇公共服务设施的分布特征表现出与建设用地分布特征的高度相关性，这说明建设用地向县城的倾斜配给政策同样也可能是村镇公共服务设施集中分布的重要原因之一（图3）。

图2 重庆市永川区公共服务设施分布Fig.2 distribution of public service facilities in Yongchuan District, Chongqing Municipality

图3 重庆市永川区建设用地范围Fig.3 scope of construction land in Yongchuan District, Chongqing Municipality

由于公共服务设施集中布置可以实现空间的集约利用，便于村镇居民集中办事，降低居民获取公共服务的平均交通出行成本[19]，且社会保障、文化娱乐、体育设施等高质量服务设施适宜与其他设施集中配置（图1d、表2），这进一步加剧了公共服务资源在村镇地区空间分布不平衡的特点。

表2 村镇公共服务设施兼容配置要求 Tab.2 compatible configuration of rural public facilities

图1 重庆市永川区公共服务设施现状照片Fig.1 photos of public service facilities in Yongchuan District, Chongqing Municipality

为满足各行政单元居民的需求，低等级村镇公共服务设施在整个县域范围内分散分布，尤其是行政设施、医疗保健设施和小学教育设施等必要公共服务设施在多数村级行政单位内均有分布；而文化体育设施和社会福利设施则无法实现村庄全覆盖，甚至无法实现乡镇全覆盖（图2）。

2 村镇公共服务设施知识图谱的建构

2.1 知识图谱的应用原理

综上所述，村镇公共服务设施网络的关键问题在于受到人口和市场的制约，设施资源的总量不足以像城市区域一样形成有选择度的、冗余的公共服务体系，只能依靠合理的布局和组织才能形成有效的服务网络；而当前行政等级引导下的设施布局仅能形成中心化的树状服务体系（例如医疗资源过度向县城集中，乡村居民通过逐级转诊就医），无法形成像城市区域一样更公平、更有活力的分布式服务网络。

为了从整体关联的角度评价村镇公共服务设施体系，挖掘当前各公共服务设施之间存在的空间和功能关系，从而将零散的设施资源关联成更有效的服务网络，研究引入了知识图谱（knowledge graph）技术。知识图谱是一种人工智能技术，本来是一种揭示实体之间关系的语义网络，除了在互联网搜索领域的应用外，还广泛使用于金融、教育和医疗诊断等信息检索领域[20-21]。而在城乡规划领域，目前关于知识图谱的研究较少，仅见于城市体检和人群特征方向[22-23]。

知识图谱具有语义搜索、情报分析、智能推荐、辅助决策的功能[20]，在城乡规划领域仍有很大的应用潜力尚未挖掘。由于知识图谱的核心优势在于构建复杂的关系网络，并对复杂网络中的知识进行揭示；而县域尺度下的村镇公共服务体系涉及大量不同功能类型、不同功能等级、不同地理位置的设施实体，知识图谱技术可以很好地构建并解算村镇公共服务设施的复杂网络。

村镇公共服务设施知识图谱的应用路径是从多源数据出发，经过知识抽取、知识融合与推理来构建知识图谱，在这个过程中需要补充调研数据，再通过知识表示来实现知识图谱的应用，新的数据需要以结构化的形式对知识图谱进行更新（图4）。

2.2 村镇公共服务设施知识图谱的关键技术

知识图谱是实体与关系的组合，但村镇公共服务设施相关的数据来源广泛，并不都是按照知识图谱所需的格式组织起来的，因此知识图谱构建的关键在于对数据的抽取、融合、推理和表示（图4）。本文以重庆市永川区为例，对上述关键技术进行解读。

图4 村镇公共服务设施知识图谱的应用路径Fig.4 the application path of knowledge graph of village and town public service facilities

2.2.1 知识抽取

从半结构化的POI功能数据中抽取出公共服务设施实体，以及实体的地理属性、功能属性和行政权属，并根据非结构化的规划、标准和制度数据，进一步建立实体间的空间、功能和管理运营关系。研究获取重庆市永川区98926个POI功能点数据，从中抽取3211个公共服务设施POI，结合相关规范，赋予其分类和分级的属性，从而构建设施的实体、属性以及关系。

2.2.2 知识融合

将结构化的数据，例如行政单元信息、设施使用强度、公共服务满意度等数据，与抽取的数据进行整合与对齐，消除重复信息，并减少实体、关系、属性等数据与事实对象之间的歧义，从而构建整体完善的知识库。研究获取重庆市永川区220个村级行政单位实体，并在消除同名或同义的数据后，获得2956个公共服务设施实体。所有数据输入Arcmap软件，计算行政实体间的空间邻近关系、行政实体与设施实体性间的从属关系，再通过关系将数据进行融合。

2.2.3 知识推理

在已有的知识库基础上进一步挖掘隐含的知识，增加实体间的关联关系，例如推理出某村诊所与非本镇的邻村药房的间接关系（图5），从而得到具备“智慧”的知识图谱系统。研究共获取重庆市永川区31469条推理关联，其中，村空间邻近关系1214条，村与设施空间关系2956条，设施功能管辖关系1054条，设施功能替代关系23471，设施兼容配置关系2774条。

图5 知识推理示例图解Fig.5 knowledge reasoning example diagram

2.2.4 知识表示

对知识库进行整体的可视化表达，并对每个实体在知识图谱网络中的状态进行量化计算，例如通过计算与一个村庄实体直接关联和间接关联的公共服务设施来判断其公共服务水平。研究将推理关联转化为边表格，将实体及属性转化为节点表格，输入Gephi软件中进行可视化表达与复杂网络计算（图6、表3）。

表3 村镇公共服务水平评价指标体系Tab.3 the evaluation index system of public service level in villages and towns

2.3 村镇公共服务设施知识图谱的系统组成

村镇公共服务设施知识图谱由实体和关系组成，其中实体包括公共服务设施实体和村级行政单元实体。对于公共服务设施实体，通过知识抽取和知识融合技术，获取设施等级、设施功能、功能类型、空间坐标、服务建设用地5种实体属性；对于村级行政单位实体，根据gis空间数据和实地补充调研数据，赋予行政从属、空间边界、建设用地边界、各类型设施使用强度、各类型设施满意度5种实体属性（图7）。

图7 村镇公共服务设施知识图谱的系统图解Fig.7 a systematic of the knowledge graph of public service facilities

知识图谱中的关系有直接关联关系和推理关联关系，其中推理关联是通过直接关联计算得出，本研究从系统的角度整体研究公共服务体系，更关注实体间的推理关联。

由于研究重点关注县域尺度上设施的邻近替代关系，从而弥补按照行政等级管辖关系布局设施的不足。因此，行政实体间的推理关联只计算空间邻接关系，可以通过Arcmap软件在行政单位空间边界数据的基础上进行关系推理，并建立起设施实体与行政实体间的推理关联（图6-7）。

设施实体间的推理关联比较复杂，涉及到功能和空间两个方面的综合关系，本次研究推理其中比较重要的三种综合关系。首先是功能管辖关系，不同等级的政府、公安、医院等功能设施间存在这种关联，例如村卫生室、镇卫生院、县中心医院间存在转诊关系；其次是相同功能设施的替代关系，例如在幼托（0.3 km）、小学（0.5 km）、中学（1 km）的服务半径内，同类教育设施间存在功能替代关系；最后是设施的兼容配置关系，将相距30 m（约为公共建筑2倍进深距离）以内的设施视为在同一组建筑内，即具有集约配置以方便居民办事的功能关系（图6-7）。

图6 永川区公共服务设施5种推理关系的分层表达与叠加Fig.6 hierarchical expression and superposition of five reasoning relations

3 村镇公共服务设施网络的分析与评价

3.1 城乡发展不平衡的村镇公共服务设施体系

根据所构建的公共服务设施知识图谱，对永川区县域的公共服务设施网络的空间分布进行分析（图8）。

图8 永川区公共服务设施知识图谱Fig.8 knowledge graph of public service facilities in Yongchuan District

公共服务设施网络的整体分布情况主要有以下特征：第一，设施高度集中于中山路街道城区和胜利路街道城区，两个街道的城区集中了大多数的公共服务设施和绝大多数的高等级公共服务设施，且两个城区间有连绵的医疗保健设施连接带，构成了一个整体的医疗保健服务网络；第二，与两个街道城区邻接的其他村庄则缺少公共服务设施，受到城区服务网络的辐射，仅邻接的中山路街道北大桥村有较多公共服务设施，其中医疗保健设施与城区的设施网络相接；第三，除两个城区外，有6个村级单元形成了明显的公共服务设施组团，并向周围村庄辐射；第四，县域出现了4个集中的公共服务缺失组团，组团内部缺少公共服务设施，组团邻接的村庄也缺少公共服务设施。

不同类型公共服务设施网络的分布情况特征如下：第一，行政服务设施分布较为均匀，必要类设施在每个村庄均有分布，但城区和镇中心村的行政设施类型和数量均显著丰富，且存在明显的同类兼容配置现象；第二，教育服务设施分布较分散，仅城区形成了局部的教育设施替代网络（即居民在教育设施服务半径内有多种选择），教育服务整体水平不高；第三，医疗保健设施在城区和乡镇中心村高度集聚，尤其是民营药房、诊所、理疗店等设施形成了连绵的设施替代网络，城区居民具有多种选择，但乡村地区的医疗保健设施依然缺乏；第四，文化体育设施和社会福利设施非常缺乏，主要分布在城区，其中文化体育设施表现出一定的兼容配置现象。

3.2 基于知识图谱技术的村镇公共服务设施水平评价

基于所构建的村镇公共服务设施知识图谱，可以从系统的视角进一步建构村镇公共服务水平的评价指标体系，该评价指标体系可以对县域公共服务体系、村级行政单位公共服务水平、公共服务设施三个方面进行评价，融合了复杂网络的计算方法和传统的量化计算方法，其具体的评价指标见表3。

3.3 村镇公共服务水平的整体关联分析方法

利用知识图谱的检索功能，可以快速查询村庄的公共服务属性、关联的公共服务设施以及设施的属性，并进一步查询邻接村庄的公共服务情况。例如，对于五间镇双创村，其村庄内部仅有村委会和总支部委员会两个行政设施，按照传统研究方法难以综合评价其公共服务水平。但通过知识图谱的快速检索，可以找到双创村邻接的四个村庄，其中五间镇和平村内有医疗和教育设施，可以被双创村所共享。同时，发现双创村及邻接村庄均没有文化体育类和社会福利类设施，需要进行规划和建设（图9）。

图9 五间镇双创村图谱关联网络Fig.9 graph association network of Shuangchuang Village, Wujian Town

利用复杂网络的计算方法，可以从整体层面分析每个村级单位的公共服务水平（表3）。例如，通过节点次级中心度的计算可以发现，陈食街道瓦窑村、中山路街道花果村、仙龙镇巨龙村、临江镇隆顺村等村庄内虽然没有太多公共服务设施，但由于占据了较好的空间位置，受到邻近村庄服务的加持；或具有高等级的公共服务设施，影响了其他村庄的低等级设施，因此表现出了较高的次级中心度（图10）。

图10 知识图谱节点的次级中心度图解Fig.10 secondary centrality diagram of knowledge graph nodes

4 研究结论与前瞻

研究发现：首先，村镇公共服务设施并不孤立存在，而是与邻近设施、上下级设施以及相关功能设施共同发挥作用，以区县域为研究尺度，从整个关联体系的视角能够较为准确地对村镇公共服务设施进行描述和评价，能够挖掘更多隐含的公共服务水平信息；其次，通过知识图谱技术，将独立的信息（设施实体）关联形成知识（设施网络），能够实现村镇公共服务设施的信息检索、水平评价以及规划参考；再次，为优化村镇公共服务体系，设施可以在空间上局部集中、兼容配置，但在整体上需要适度分散，避免出现连续的服务缺失区域；同时，要打破行政边界的限制，从空间邻接的角度统筹公共服务设施配置，邻近城区的村庄减少可替代类型设施的建设；最后，对于服务半径大但质量要求较高的设施，例如中学教育设施和专科诊所，可进行裁撤归并，重点建设空间区位好（服务的建设用地面积大）的设施。

知识图谱技术可以识别比本研究大多个数量级的实体和关系，尤其是在知识推理方面，本研究仅挖掘了5种推理关联，公共服务网络中还存在大量待挖掘的关联知识，例如设施间的功能合作关系。对于知识图谱的利用，本研究也存在着不足，知识图谱技术可以实现智能推荐和辅助决策，在以后对于公共服务设施的研究中，可以参考医疗领域的智能诊断和处方生成，用来提出设施增加和裁撤的具体建议。

图表来源：

图1：尹舒拍摄

图2-3、5-10：作者绘制

图4：根据徐增林, 盛泳潘, 贺丽荣, 等. 知识图谱技术综述[J]. 电子科技大学学报, 2016, 45(4): 589-606.改绘

表1、3：作者绘制

表2：官卫华. 基于句法分析的农村公共服务设施配置方法——以南京为例[J]. 城市规划, 2015, 39(12): 80-90.