基于多源数据融合的县域城乡生活空间宜居性研究

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　　摘 要：新型城镇化背景下，生活空间的宜居性已成为当前城乡人居环境研究的热点，科学合理地评估区域生活空间的宜居性对于提升区域新型城镇化质量和实现乡村振兴目标具有重要实践意义。研究融合土地利用、数字高程模型、POI兴趣点等多源数据类型，基于生活空间的多功能性构建宜居性評价指标体系，进而揭示修武县城乡生活空间的宜居性分布特征。结果表明：修武县生活保障能力较强区域集中在城关镇—李万乡及其沿线。安全保障功能高值区域则集中于城关镇，文娱服务水平高值区域以城关镇和北部西村乡和岸上乡为主。居住承载功能在县域各乡镇尤其在南部平原的高值区域分布较为密集。环境承载功能高值区主要分布在修武县南部，低值区则分布于北部山区;县域宜居性水平总体处于偏低阶段，65.49%的生活空间宜居性仍处于较差以下水平，宜居性较强区域集中分布在城关镇—郇封镇和李万乡;县域乡镇生活空间的宜居性分布差异显著。处于优异等级的宜居性集中在城关镇和郇封镇，处于恶劣等级的宜居性格局则以北部西村乡和岸上乡为主。生活空间功能的强弱程度受地形环境、规划政策及人口分布等外部因素影响较大;对于城关镇、郇封镇和李万乡等宜居性较强的乡镇，可对其边缘区生活空间优化调控，推行新型农村社区建设，进一步提升其宜居性。对于宜居性程度较为一般的乡镇，可将各乡镇中心村作为提升的关键区域，同时从居住承载、基础服务设施等方面提高生活功能;而对于宜居性水平较弱的乡镇，可引导部分宜居性弱的居民点逐步向城镇或中心村集聚。
　　关键词：土地利用;生活空间;宜居性;空间格局;修武县
　　中图分类号：S-0
　　 文献标识码：A
　　引言
　　我国近年来的快速城镇化扩张引起城乡空间的剧烈变化，城乡之间人口流动和生产生活方式的转变进一步加剧了城乡土地功能的转型与空间重构过程。城乡可持续发展的基础便是居民的生活空间，建设宜居的生活空间是实现乡村振兴和城乡融合发展的前提[1]。十八大报告明确提出“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的国土三生空间的发展目标;十九大报告进一步提出了“振兴乡村”战略，要求实现产业兴旺、生态宜居、乡风文明、生活富裕的总目标。顶层设计层面指导下，城乡生活空间的宜居性已然成为当前国土空间规划建设的重要研究领域[2]。因此，科学合理地评估区域生活空间的宜居性对于提升区域新型城镇化质量和实现乡村振兴目标具有重要实践意义。
　　近年来，学术界对城乡生活空间的宜居性研究主要从以下2方面展开。宜居性评价指标体系的构建[3-6]，涉及单指标评价和复合指标综合评估等，如宁越敏等[7]建立的人居环境评价体系涉及生活条件、环境质量和公共设施等3类准则层和20项指标层;梁文钊等[8]选取居住条件、环境、经济、社会文化和设施等综合指标共计29个二级指标，对山东半岛城市群的宜居性进行了综合评价;考虑到生活空间的宜居性应结合居民的主观感受来评判，因此，也有部分学者结合城乡居民对生活空间宜居性的主观感知[4]展开论证。宜居环境指标评价模型的建立与宜居空间优化，如张延伟等[9]应用BDI决策多智能体模型研究了大连市沙河口区居住空间的宜居性，并提出不同片区的宜居环境优化策略。上述研究领域在很大程度上为城乡生活空间的宜居性研究奠定了坚实基础，但在研究方向上过于关注城市层面，而较少涉足乡镇层面生活空间宜居性的研究。鉴于此，研究立足于县域乡镇尺度单元，从土地利用的生活功能视角出发，构建县域城乡生活空间宜居性评价体系，融合土地利用、数字高程模型、POI兴趣点等多源数据类型对修武县城乡空间的宜居性综合评价，以期为县域尺度下城乡生活空间的优化布局提供技术支撑。
　　1 研究数据与方法
　　1.1 研究区概况
　　修武县位于河南省西北部，隶属于河南省焦作市，全县总面积约678km2，版图为不规则哑铃状[10]。全县辖城关镇、郇封镇、七贤镇、周庄乡、王屯乡、五里源乡、西村乡、岸上乡、葛庄乡、李万乡、小营工贸区等乡镇（小营工贸区虽属乡镇建制，但区域面积仅有4.5km2，受数据分辨率影响，研究中未单独将其纳入乡镇尺度下的生活空间宜居性展开深入研究），共计223个行政村，县域总人口31万人。修武县北部为山区和丘陵，南部为冲积平原。从全县土地利用类型来看（图1），生产用地中的耕地比重相对较高，牧草地比重较小，以林地为主的生态空间多集中于县区北部，城乡生活空间则主要位于南部的冲积平原。受县域地形因素影响，生产空间后备资源有限，且后期开发难度较大。与此同时，近年来新型城镇化进程的持续推进，使得县域乡镇建设和生态环境保护之间的冲突日渐显见。因此，如何在新型城镇化和乡村振兴建设背景下成功转型，保持县域良好的城乡人居环境显得尤为必要。
　　1.2 数据来源
　　研究所涉及的基础数据主要以土地利用、数字高程、夜间灯光、道路交通及POI数据为主。其中，修武县2018年土地利用数据（30m）、NDVI数据（30m）、DEM数据（30m）和地质灾害分布数据（1km）均来源于中国科学院资源环境科学数据中心或地理空间数据云网站;2018年修武县交通网络数据来源于修武县交通局;夜间灯光数据为2015年的年均NPP/VIIRS影像（500m），来源于美国国家地球物理数据中心;研究涉及POI数据从城市数据研习社提供的修武县POI基础数据库中提取，主要包括车站（含汽车站和火车站，共计4个）、加油站（57个）、超市（134个）、餐饮饭店（90个）、医院（综合及专科医院14个、诊所69个）、学校（高职高专等专业类学校51所、中学29所、小学28所、幼儿园36所）、警点（10个）、消防站（1个）、文娱点（含公园、游乐园、旅游景点等共31个）。相关数据结合百度地图通过坐标点反查、地址信息纠正补全，从而构建修武县POI基础数据库。为便于整合上述多源数据，将所有数据统一为修武县县域边界（2018年）和地理坐标系统（WGS1984），采用GIS中数据管理工具模块下的“创建渔网”工具创建60m×60m空间格网，将所有数据统一到该格网下实现各项功能表征指标的空间化表达。 　　1.3 指标体系构建
　　借鉴张志斌[4]、谌丽[11]等已有研究成果，基于生活空间功能的多样性，构建修武县城乡生活空间宜居性评价体系。主要包含准则层3项（基础承载能力、保障支撑能力、精神文化水平），以突出居民对生活空间不同层次的需求，各一级指标基础上进一步细分为居住承载、交通承载、环境承载、医疗保障、生活保障、安全保障、教育服务、文娱服务共8项指标。相关要素层的空间化处理及指标评价方法如表1。
　　1.3.1 居住承载功能
　　县域生活空间的居住承载功能与建设用地面积、容积率密切相关，研究基于2015年DMSP/OLS夜间稳定灯光数据间接替代建设用地容积率，结合栅格单元内建设用地面积比与夜间灯光数据的乘积表示区域内的居住承载能力。
　　1.3.2 交通承载功能
　　主要涉及关键节点（加油站、车站）和交通网络2类。研究采用行进成本法对县域道路网络及各关键节点等矢量数据栅格化，根据《公路工程技术标准（CJTGB—2003）》及修武县实际，设定快速路、主干道、次干道平均时速分别为60km/h、40km/h、30km/h，行进成本值分别为0.6、0.9、1.2，设定无道路区域平均时速为4km/h，行进成本值为9，通过等权叠加生成研究区不同交通方式下的可达性空间分布，以此来体现交通承载能力[12]。
　　1.3.3 环境承载功能
　　由空气净化潜力、地貌侵蚀强度和地形起伏度3项环境因子等权叠加得出。其中，研究采用NDVI表征生活空间的空气净化潜力（NDVI提取于2017年8月的Landsat8OLI影像）;地质环境方面，结合中国地质灾害侵蚀危险性评价成果，截取修武县地质灾害侵蚀空间分布图，并分别赋予负向影响分值-1、-0.6、-0.3、0;地形起伏度方面，从DEM中提取修武县地形起伏度指数，作为地形对生活空间宜居性评价的环境指标。
　　1.3.4 医疗保障功能
　　不同等级医院其保障能力存在差异，所以将其细分为综合及专科医院和诊所2种类型。通过欧式距离测算其服务功能，根据其贡献比6∶4叠加相关图层的服务范围，最终生成医疗保障功能分布图。
　　1.3.5 生活保障功能
　　生活保障功能侧重反映满足居民日常生活的需求，因此选择超市和餐饮饭店2类关键节点，基于欧式距离测算服务范围，等权叠加生成县域生活保障服务范围空间分布。
　　1.3.6 安全保障功能
　　选择警点（派出所）和消防站点2类数据表征，通过标准化上述2种类型的欧式距离分析得出县域生活空间的安全保障服务能力。
　　1.3.7 教育服务功能
　　结合修武县实际，在教育服务功能指标选择上，分别对幼儿园、小学、中学、专业类学校等教育机构进行服务功能的空间化处理。由于居民对各类学校类型的教育需求范围不同，因此，在对上述学校进行欧氏距离测算基础上，赋予權重（3∶3∶3∶2）进行叠置分析，从而得出县域教育服务能力空间分布图。
　　1.3.8 文娱服务功能
　　研究选择公园、游乐园和旅游景区等具有文娱休闲功能的土地利用类型，利用欧式距离分析进行空间化，得到县域文娱服务功能分布图。
　　由于不同层次的指标要素对居民生活空间的宜居性贡献存在较大差异，因此，研究采用层次分析法对各相关要素进行权重确定。各要素权重计算结果如表1所示。最后，通过综合指数法，叠加各项功能的指标要素，得出生活空间宜居性的空间分布特征（图2）。
　　1.4 评价方法
　　1.4.1 宜居性评价模型
　　在宜居性空间分析的基础上，对8项分指标按照优异、良好、一般、较差、恶劣5项进行判断，并根据居民选择分别赋予100、80、60、40、20的分值，得出分要素、分指标的评价得分，然后对各分项指标加权汇总，得到不同层次各区域的评价分值[13]：
　　根据公式（2）得出县域各乡镇之间的初始矩阵，矩阵中每一片区作为不同等级的宜居性结果，合并宜居性较为接近的乡镇归为一类，重复此操作直至研究区归为一类，基于SPSS 22.0绘制出修武县乡镇尺度下生活空间的宜居性聚类谱系图，并最终确定县域乡镇的宜居性分级类型。
　　2 结果与分析
　　2.1 生活空间宜居性因子空间格局
　　根据1.3指标层中各生活空间宜居性因子的测算方法，得出图2所示居住承载、交通承载、环境承载等共计8项适宜性因子的空间分布格局。其中，医疗、生活、安全、教育和文娱服务等保障支撑和精神文化类功能要素在空间分布上表现为以中心节点为核心，逐渐向外围扩展的趋势。医疗、生活和教育服务类高值区域多集中在城关镇—李万乡及其沿线区域，表明该区域的生活保障能力较强。安全保障功能高值区域则集中于城关镇，文娱服务水平高值区域则以城关镇（公园、游乐园居多）和北部的西村乡和岸上乡（云台山景区所在区域）为主。居住承载功能在县域各乡镇尤其在南部平原的高值区域分布较为密集，表明其承载人口相对较多。交通承载能力与居住承载较为相似，结合区域人口密度和乡镇分布，在城关镇—七贤镇沿线最为密集。环境承载功能高值区主要分布在修武县南部，该区域地形相对平坦、地形起伏度变化很小，其环境承载功能较强;低值区则分布于修武县北侧，该区域为滑坡、泥石流灾害多发区域，因此环境承载功能为县域范围内最低。
　　2.2 生活空间各层级宜居性空间格局
　　将各指标层因子宜居性分析进行加权栅格叠加分析，进而得出基础承载、保障支撑、精神文化3项准则层和生活空间宜居性目标层的空间格局分布图（图3）。利用等间距分类法，将上述图层分为5个等级，由强到弱依次为优异（0.8～1.0）、良好（0.6～0.8）、一般（0.4～0.6）、较差（0.2～0.4）、恶劣（0.2以下），结果如图3和表2所示。3项准则层的宜居性格局方面，处于优异等级的面积比例中，基础承载能力（7.52%）>保障支撑能力（5.08%）>精神文化水平（3.87%），其优异等级的宜居性生活空间面积仅占县域面积的2.69%。此外，良好等级的宜居性空间占县域面积的12.08%，修武县良好以上宜居生活空间面积比例合计为14.77%，且在空间分布上主要集中在城关镇—郇封镇区域和李万乡。65.49%的生活空间宜居性仍处于较差及以下等级水平。由此表明，修武县的生活空间宜居性水平总体处于偏低阶段，生活空间宜居性较强区域分布较为集中。受自然环境及地形地貌影响，县域南北片区土地利用功能存在较大差异，甚至北部山区很大程度上并不具备满足生活基本需求（仅能满足文娱功能）的土地利用功能，进而导致生活空间的宜居性分布差异显著。 　　2.3 乡镇尺度生活空间宜居性格局
　　结合乡镇尺度下生活空间适宜性面积统计图（图4），可有效揭示修武县各乡镇生活空间宜居性强度分布特征。由图4可知，县域内10个乡镇生活空间的宜居性存在较大差异。处于优异等级的宜居性空间主要集中在城关镇（11.43km2）和郇封镇（4.54km2），王屯乡和五里源乡分布有少量宜居性空间;良好等级的宜居性空间分布较为广泛，除北部片区的岸上乡、西村乡和七贤镇外均有涉及，且以郇封镇（19.19km2）、王屯乡（15.22km2）和李万乡（13.01km2）为主;一般和较差等级宜居性在大多数乡镇均有分布，其中以王屯乡和七贤镇为主;处于恶劣等级的宜居性格局在空间分布上则以北部山区的西村乡（129.62km2）和岸上乡（58.34）为主。由此可发现，区域内生活空间功能的强弱程度主要受地形环境、规划政策以及人口分布等外部因素影响较大。城关镇、郇封镇、王屯乡和李万乡等区域处于南部平原地带，临近焦作市且交通条件便利，同时具有服务功能（如学校、医院、公园等）的土地利用分布较多，以上外部适宜性因子均能较好地满足居民的生活需求，从而使得上述区域的生活空间宜居性较高;而处于县域北部山区的西村乡、岸上乡等乡镇，由于其自身生活空间分布较为分散，外部相关生活空间的适宜性因子强度较弱，并不具备提升生活功能的外部环境，从而使得该片区的生活空间适宜性较差。
　　2.4 城乡生活空间宜居性分级
　　为进一步揭示修武县城乡生活空间宜居性的分布特征，结合各乡镇准则层的宜居性评估结果（图4），对统计数据标准化处理，得出宜居性初始数据矩阵，基于SPSS 22.0对初始数据矩阵进行聚类分析，得出宜居性聚类分析谱系图和县域乡镇生活空间宜居性分级图（图5）。结合图5可知，修武县城乡生活空间宜居性结果可分为4个等级。其中，第1层级为县政府驻地所在的城关镇，宜居性程度最高，镇区内公园和休闲中心较多（如宁城公园、县体育中心、幸福公园等），同时生活服务设施完善程度较高，治安状况良好，交通出行便利，使得其各项生活功能指标均处在县域高值区域;第2层级包括郇封镇和李万乡，两者宜居性程度较高。其中，郇封镇紧邻小营工贸区，基础配套设施相对完善，交通路网密集（长济高速、郑云高速、新焦公路、云台大道分别连接京港澳、连霍、二广等高速路网），人口分布仅次于城关镇。李万乡则紧邻焦作市中心城区，区域内大沙河湿地公园（部分片区）和共产主义渠贯穿东西，生态环境良好，此外受焦作市城市规划政策影响，市区的中原路和位马路均延伸至该片区，进而促使出行便捷度明显提高，近年来陆续出现了许多生活设施齐全、环境舒适的居住片区，在一定程度上提升了其宜居性水平;第3层级的乡镇数量最多，该片区宜居性程度一般，乡村居民点分布较为分散，居民日常购物不便，娱乐休闲等生活功能设施较少，不能较好地满足当地居民需求;第4层级乡镇均位于县域北部山区，区域内部有云台山、青龙峡、峰林峡等风景区，休闲服务功能较高，但由于远离乡镇生活区，交通出行能力较弱，且受特殊的地形地貌环境影响，居住环境承载能力较弱，整体宜居性水平较低。
　　3 结论与讨论
　　3.1 结论
　　研究从土地利用中生活空间的多功能性入手，构建了1个目标层、3个准则层和9个指标层的宜居性指标体系，深入对修武县城乡生活空间的宜居性进行了综合研究，结论如下。
　　修武县生活保障能力较强的区域集中在城关镇—李万乡及其沿线区域。安全保障功能高值区域则集中于城关镇，文娱服务水平高值区域则以城关镇和北部的西村乡和岸上乡为主。居住承载功能在县域各乡镇尤其在南部平原的高值区域分布较为密集。交通承载能力与居住承载较为相似，结合区域人口密度和乡镇分布，在城关镇—七贤镇沿线最为密集。环境承载功能高值区主要分布在修武县南部，低值区则分布于修武县北侧，该区域为滑坡、泥石流灾害多发区域。
　　修武县生活空间良好以上宜居面积比例仅为14.77%，且集中在城关镇—郇封镇区域和李万乡。65.49%的生活空间宜居性仍处于较差及以下等级水平，修武县生活空间宜居性水平总体处于偏低阶段，生活空间宜居性较强区域分布较为集中。受自然环境及地形地貌影响，县域南北片区土地利用功能存在较大差异，甚至北部山区很大程度上并不具备满足生活基本需求（仅能满足文娱服务功能）的土地利用功能，进而导致修武县生活空间的宜居性分布差异显著。[JP]
　　县域乡镇生活空间的宜居性分布差异显著。处于优异等级的宜居性集中在城关镇和郇封镇，处于恶劣等级的宜居性格局则以北部山区的西村乡和岸上乡为主。区域内生活空间功能的强弱程度受地形环境、规划政策及人口分布等外部因素影响较大。城关镇、郇封镇、王屯乡和李万乡等区域处于南部平原地带，临近焦作市且交通条件便利，同时具有服务功能的土地利用分布较多，从而宜居性较高;而北部山区的西村乡、岸上乡等乡镇，由于其生活空间分布较分散，外部适宜性因子较弱，并不具备提升生活功能的外部环境，从而使得該片区生活空间适宜性较差。
　　对于城关镇、郇封镇和李万乡等宜居性较强的乡镇，可在下阶段对其边缘区生活空间优化调控，推行美丽乡村建设，改善乡村内部生活配套设施，进一步提升其宜居性;对于宜居性程度较为一般的乡镇，可将各乡镇中心村作为提升的关键区域，同时从居住承载、基础服务设施等方面提高生活功能;而对于宜居性水平较弱的乡镇，可引导部分宜居性弱的居民点逐步向城镇或中心村集聚。
　　3.2 讨论
　　结合修武县城乡生活空间的宜居性评估及分级结果，对于城关镇、郇封镇和李万乡等宜居性较强的乡镇，可在下阶段对其边缘区域的生活空间进行优化调控，推行新型农村社区建设，从居民住房、基础设施和城乡风貌等多方面入手，进一步提升其生活空间的宜居性;对于宜居性程度较为一般（图5所示第2层级）的乡镇，可重点将各乡镇的中心村区域作为宜居性提升的关键区域，同时从居住承载、基础服务设施等多方面提高生活空间的功能强度，鼓励具有典型地域文化特征的美丽乡村，结合乡村规划编制提高其文娱服务能力，并逐步提升区域生活空间的宜居性;而对于宜居性水平较弱（处于第4层级）的乡镇，可引导部分宜居性弱的居民点逐步向城镇或中心村集聚。 　　受研究数据的可获取性及空间数据的精度等限制，研究仍存不足之处。如，在生活空间宜居性的指标体系构建中，尚未考虑居民主观感受和乡镇内部居民就业能力等相关指标。此外对于指标层中超市、餐馆、旅游景区等相关生活功能进行分析时仅从其核心点图层进行欧氏距离空间化分析，并未从深层次考虑上述指标的规模、等级及周边受众人群的影响范围。这也是下一步微观尺度下研究乡镇内部生活空间宜居性的關注领域之一。
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　　（责任编辑 李媛媛）
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