第35卷第12期2015年12月
地理科学
Vol.35No.12Dec.,2015
SCIENTIAGEOGRAPHICASINICA
县域农村居民点空间格局与可达性
——以江苏省射阳县为例
朱
彬1，尹
旭2，张小林3
(1.南通大学地理科学学院，江苏南通226000；2.中国人民银行泰州市中心支行，江苏泰州225300；
3.南京师范大学地理科学学院，江苏南京210023)
摘要：摘要基于全国第二次土地利用调查数据，借助GIS软件平台，运用核密度估算、最近邻距离指数、探索性空间数据分析、栅格成本加权距离算法等模型分析江苏省射阳县农村居民点空间格局与可达性。研究表明：在可达性成本上，镇中心半小时经济圈为5km，成本从中心沿公路网向外围呈增长态势；村中心半小时经济圈半径为1km，呈现“满天星”分布格局；耕作成本一般为5min，西部村庄可达性高于东部。在点格局上，农村居民点分布集聚，呈现“西密东疏”的空间格局特征。在规模空间格局上，农村居民点规模普遍较小，具有“太极”状结构。在可达性空间格局上，镇中心平均可达性呈现“双管”结构，高值区在射阳县西部和中部形成条带状分布；村中心平均可达性空间上类似“树枝”结构，呈现中西部高值集聚和东部低值连片分布的格局；耕作平均可达性具有南部高值、东部低值连片和中部高值集聚特征。空间可达性可划分为可达性高值区、可达性中值区和可达性低值区三级，射阳县可达性以中值为主，具有圈层状和“公路沿线”布局特征。关键词：农村居民点；空间格局；空间可达性；射阳县中图分类号：中图分类号K901.8
文献标识码：文献标识码A
文章编号：文章编号1000-0690（2015）12-1560-08
农村居民点是农业劳动者居住和生产生活的场所，是乡村地域空间的人口聚居点，其形成与发展、演变受到社会、经济、文化等因素的深刻影响[1~3]。长期以来，农村居民点的研究一直是乡村地理学研究的核心，也是人地关系地域体系研究的重要领域之一[4]。农村居民点的空间分布具有其内在的规律性，对于农村居民点空间分布规律性的研究与识别是聚落地理学研究的主要内容之一[5]。近年来，农村居民点研究主要包括农村居民点空间结构及其变化、农村居民点演变驱动力机制、城乡一体化过程中有关农村居民点问题、农村居民点土地整理及其他有关农村居民点的研究等5个方面[6]，相关学者对农村居民点空间格局的研究主要采用GIS空间技术和景观指数等方法分析不同区域的空间格局[7~14]，现有研究成果中利用景观生态学中的景观指数方法表达农村居民点空间格局较为成熟，为了丰富现有农村居民点空间格局研究
内容，将农村居民点的空间分布与可达性空间格局相结合可以为农村居民点规划提供研究支撑。
空间可达性主要刻画人类活动的基本规律，诠释基本的人地关系，考虑如何通过最小的活动量获得最大的接触机会[15]。可达性的概念最早是由Hansen于1959年提出[16]，将其定义为交通网络中各节点相互作用机会的大小。目前国内外对于可达性的定义迥异[17~19]，可达性的研究内容主要涉及交通网络与区域可达性的关系，公共服务设施节点的选址等，研究区域包括大区域和市区[20~23]，对于乡村地区空间可达性的研究主要采用矢量数据结构通过计算直线距离、缓冲区或引入引力模型，将交通线路图进行拓扑变换来计算乡村地区路网通达性[24,25]，较少学者采用基于栅格数据的成本加权距离计算方法分析乡村地区农村居民的出行可达性[26]。基于全国第二次土地利用调查数据探讨县域农村居民的空间出行便利程度即农村居
收稿日期2014-10-28；收稿日期：修订日期：修订日期2015-01-15
基金项目：基金项目国家自然科学基金项目（41071114）、江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（CXZZ13_0400）和卫星测绘技术与应用国家测绘地理信息重点实验室经费资助项目（KLSMTA-201508）资助。
作者简介：作者简介朱彬（1989-），女，安徽潜山县人，博士，主要从事城乡规划与GIS应用研究。E-mail：zhubin1705139@126.com
12期朱彬等：县域农村居民点空间格局与可达性1561
民点的空间可达性状况，以期扩展江苏省农村居民点的研究内容，进而指导农村居民点的规划，促进城乡统筹发展，服务社会主义新农村建设。
空间分布的某些特征得以表现出来。常用的指标之一是R统计量，其表达式为：
2λn
=di（2）∑nnAi=1
2各点平均最近邻距离用γa表示；随机分布条件
γa
R==
γe
i=1
∑d
n
i
n
1研究区域及数据来源
射阳县位于江苏省盐城市中东部（33°24′N~34°07′N，119°59′E~120°33′E），东临黄海，南抵西潮河与大丰市、盐城市区接壤，西同建湖、阜宁县毗邻，北至苏北灌溉总渠与滨海县隔河相望，是北亚热带和暖温带的过渡地带，属季风气候区，四季分明，热量充裕，光照充足。2010年全县土地面积2752.5km2，总人口97.49万人，其中乡村人口76.17万人，农林牧渔业总产值125.86亿元，农业产值49.72亿元，农作物总播种面积2.18×10km，粮食
3
2
下的平均最近邻距离的期望值用γe表示；第i点与其最近邻点之间的距离表示为di；区域的面积为A；点的总数为n；点的分布密度为λ。R=1表示随机分布，R<1表示集聚分布，R>1表示离散分布（其中R=0为完全集聚分布）。2.1.3空间“热点”探测
Getis-OrdGi*是用来检验局部地区是否存在统计显著的高值和低值，可以用地区可视化的方法揭示“热点区”和“冷点区”。为了便于解释和比较，对Gi*(d)进行标准化处理，得到Z(Gi*)，如果Z(Gi*)为正且显著，表明位置i周围的值相对较高，属高值空间集聚（热点区）；反之，如果Z(Gi*)为负且显著，则表明位置i周围的值相对较低，属低值空间集聚（冷点区）。2.1.4
空间可达性
基于考虑农村居民日常出行的便利程度，考察农村居民趋向镇中心、村中心以及耕地的可达
性状况，可达性采用农村居民点到达目的地（镇中心、村中心、耕地）的最小时间花费进行定量分析，值越小说明可达性越好。由于具体的耕地分配未知，采用就近原则考虑耕作可达性。可达性的最小时间花费函数表达式为：
Ti=Exp(i,j)
算i地与j地间通行的最小时间花费函数。
由于不同的土地利用类型农村居民出行的时间成本存在差异，考虑到农村居民到达村中心和耕地的主要方式是靠步行，到达镇中心的主要方式是靠摩托车，导致不同交通方式的出行成本存在差异，将各种土地利用类型的通行速度换算为栅格单元的通行时间花费（表1）。表中河岸的空间数据由河流的5m缓冲区生成，然后用5m×5m的栅格网将各土地利用类型矢量图栅格化。水域考虑其具有一定的通行能力，但步行到达对岸可能需要绕行一定距离，比其他土地利用类型付出的成本要多，取其步行速度为1km/h。上述的最
（3）
式中Ti为源地i到达目的地j的可达性；Exp(i,j)为计
总产量103.15×104t。射阳县作为长江三角洲城市群和江苏东部沿海的重要县域，对其农村居民点空间格局与可达性的研究具有重要意义。
本文以射阳县13个乡镇、1个省级经济开发区、3个省属农场、1个工业区、1个盐场为研究区域，空间行政边界矢量数据来自江苏省下发的行政村界线，包含304个行政单元；农村居民点数据、建设用地数据、水域数据和道路数据（包括公路、农村道路）来源于全国第二次土地利用调查数据，在土地利用调查的数据中土地利用类型明确至每个地块。
2研究方法与技术路线
2.1研究方法2.1.1核密度估计
核密度估计法（KDE）属于非参数密度估计的一种统计方法，是热点和冷区识别与分析的一种有益的探测方法。核密度估计对区域中的每个要素点建立一个平滑的圆形表面，然后基于数学函数计算要素点到参考位置的距离，对参考位置的所有表面值求和，建立这些点的峰值或核来创建平滑的连续表面。模型为：
di?
?÷f(x,y)=12∑K?
nhi=1èh?
n
（1）
式中f(x,y)为位于(x，y)位置的密度估计，单位为个/km2；n为观测数值；h为带宽或平滑参数；K为核函数，di为(x，y)位置距第i个观测位置的距离。2.1.2
最近邻距离指数
最近邻距离指数（R）是比较分析各点之间的最小距离与理想中的最近邻点之间的距离，使点
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表1交通出行速度与空间对象时间成本
Table1Transportspeedandspacefactorcost
土地利用类型公路农村道路建设用地河岸水域其他类型土地步行速度（km/h）544313地理科学35卷
3结果分析
3.1可达性时间成本空间格局
运用栅格距离加权函数计算镇中心、村中心和耕作可达性成本，发现3类可达性成本存在不同的空间分异格局，总体上呈现核心边缘结构（图2）。
1）镇中心可达性成本在空间上呈现从镇中心沿公路网向外围增长的态势。采用摩托车作为农村居民到达镇中心的交通方式，将可达性成本划分为5个等级。镇中心半小时经济圈大约为5km，镇中心可达性成本空间格局受省道S226、S233和县乡道X101、X103、X202、X204、X208、X303、X304、X305、X306、X307影响较大，其中合德镇的半小时可达性辐射范围最广，因其是县委、县政府所在地，公路网发达，农村居民出行便捷。
2）村中心半小时经济圈在空间上呈现“满天星”状分布格局。选择步行作为农村居民到达村中心的出行方式，将可达性成本划分为5个等级，村中心可达性成本空间分异特征不明显。村中心半小时经济圈大约为1km，范围大约为镇中心半小时经济圈的1/5，而村中心1小时经济圈范围大约是2km。
3）耕作可达性成本在空间上呈现东北部临海镇曙东村与西南部特庸镇盘洋村两点连线的西部地区耕作可达性成本高于东部地区的格局特征。射阳县是农业大县，也是国家级高标准基本农田示范县，大部分乡镇的耕作可达性较好，耕作可达性成本一般在5min以内，可达性成本高于半小时的区域主要分布在合德镇镇中心、三大农场、
（min）0.0050.00750.01\\\\\\时间成本摩托车速度时间成本（min）0.060.0750.0750.10.30.1（km/h）604030\\\\\\注：建设用地包括居民点和独立工矿用地，“\\”表示不可达。
小时间花费函数采用距离与速度的比值求得时间，具体通过ArcGIS10.0中栅格成本加权距离函数（CostWeightedDistance）来实现可达性成本的空间表达，农村居民点可达性指标值是利用农村居民点图斑从可达性面中进行提取，平均可达性是利用ArcGIS10.0中的分区统计模块计算每个行政村单元内农村居民点可达性指标值。2.2技术路线
基于射阳县的全国第二次土地利用调查数据，运用核密度估计（KDE）、最近邻距离指数（R）、探索性空间数据分析（ESDA）探讨农村居民点点格局和规模空间格局特征，采用栅格成本加权距离函数计算得出镇中心、村中心、耕作可达性成本及以行政村为单元的平均可达性指标值，将3组平均可达性指标值进行SPSS标准化处理加权平均，对处理后的值采用几何间隔（GeometricalInterval）聚类分析将可达性划分为高、中、低值区三级（图1）。
图1技术路线
Fig.1Technicalroute
12期朱彬等：县域农村居民点空间格局与可达性1563
图2射阳县可达性时间成本栅格
Fig.2AccessibilitytimecostrasterinSheyangCounty
射阳盐场、射阳河流域、黄沙港林场以及沿海地区，农村居民点可达性与农村居民点密度和土地利用类型高度相关，农村居民点稀疏且耕地数量较少，耕作可达性较差。3.2农村居民点空间格局3.2.1点分布格局
运用最近邻距离指数和核密度估算法揭示射阳县农村居民点空间格局特征，可以发现：
1）农村居民点呈现集聚分布特征。通过测度显示射阳县农村居民点最邻近距离指数为0.6，说明农村居民点分布集聚。其中校验值Z得分为-171.00，似然值小于1%，说明使得此聚类格局是随机产生的结果只有1%或更小的可能性。
2）密度分布存在较大的地域差异性，呈现“西密东疏”的空间格局（图3）。①射阳县农村居民点的总体密度约为22.9个/km2，属于农村居民点密集区[27]。②射阳县中南部的农村居民点分布较为密集，依次向北、向东呈阶梯状稀疏化分布，农村居民点的分布与河流、土壤具有较高的相关性。③在运棉河、利民河、射阳河流域的农村居民点的密度高于26个/km2，其中合德镇、海通镇、海河镇、兴桥镇、洋马镇形成几个连片的高值中心，密度高达37个/km2，主要因为该地区地貌类型为平原，且河网密集，农村居民点沿河岸两侧分布集聚。④三大省属农场、射阳盐场及黄沙港镇的农村居民点分布稀疏，分布密度低于6个/km2，主要因为农场采用机械化大规模农业生产方式，农村居民耕作半径较大，农村居民点分布较为稀疏。
3.2.2规模空间格局
运用频率分布图和空间“热点”探测农村居民点用地规模，揭示射阳县农村居民点规模特征，发现：
1）农村居民点规模普遍较小。从农村居民点用地规模的统计结果得出用地规模的频率呈偏态分布，形态不具有对称性。偏度（skewness）为61.01，其值远大于0，但平均值大于中位数，说明大量的低值数据分布集聚，高值数据分布离散；峰度（kurtosis）为6296.7，其值远高于3，说明农村居民点规模低值数据存在集聚分布的“尖峰”特征，高
图3
射阳县农村居民点分布密度
County
Fig.3ThedensityofdistributionofruralsettlementsinSheyang
1564地理科学35卷
值数据具有较长离散分布的“缓坡”特征。射阳县农村居民点规模普遍较小，小村庄的规模差异较小，规模大的村庄比重小但规模差异较大。
2）农村居民点规模呈现出类似“太极”状结构的集聚特征。农村居民点规模的Moran’sI值为0.03，Z值得分为76.17，似然值小于1%，此聚类格局是随机产生的结果只有1%或更小的可能性，检验结果非常显著，说明农村居民点规模存在很强的空间正相关，呈现空间集聚格局。通过“热点”探测可视化看出（图4），①射阳县北部、南部地区农村居民点规模较大，中部地区农村居民点规模较小，农村居民点规模呈现“太极”状结构。②在盘湾镇、黄沙港镇南部形成大规模农村居民点集中分布的“热点区”，在合德镇北部、海河镇南部、兴桥镇、洋马镇形成连片小规模农村居民点分布的“冷点区”。③农村居民点规模次高值区主要分布在临海镇、千秋镇、合德镇、长荡镇；次低值区主要分布在四明镇、海河镇、合德镇、新坍镇、特庸镇。④与农村居民点密度图比较看出，农村居民点存在高密度小规模集聚与低密度大规模集聚分布并存的空间格局。
几何间隔划分为5个等级，发现平均可达性的空间分布格局存在较大差异（图5）。
1）镇中心平均可达性在空间上类似“双管”结构，可达性高值区分布形态类似双管的音孔，在射阳县西部（四明、海河、新坍、长荡、盘湾、特庸）和中部（临海、千秋、合德、海通、经济开发区、黄沙港、兴桥、洋马）地区形成条带状分布。镇中心平均可达性小于50min的行政村共占38.5%，这些村庄主要集聚分布在镇中心及其邻近的村庄，其中合德镇、海通镇、海河镇该类村庄比重最高；平均可达性在50~77min之间的行政村约占30.6%，该类村庄离镇中心较远，在空间上形成三大片区，分布在海河镇的北部，临海镇、临海农场南部与千秋镇北部交界，盘湾镇、特庸镇东部、洋马镇西部和兴桥镇南部交界地区；约26.3%的村庄平均可达性高于77min，主要分布在四明镇南部、兴桥镇北部、临海镇东部和黄沙港镇。
2）村中心平均可达性在空间上呈现中西部高值集聚和东部低值连片分布的格局，形状类似“树枝”状结构。约52.6%的村庄村中心平均可达性小于117min，该类村庄主要分布在射阳县的中西部地区，类似树枝结构；约27%的村庄村中心平均可达性在117~191min之间，该类村庄在临海镇、洋马镇、兴桥镇形成连片分布，其余村庄分布比较零散；约15.8%的村庄村中心平均可达性高于191min，主要分布在射阳盐场、三大农场和黄沙港镇。
3）耕作平均可达性在空间上呈现南部高值连片、中部高值集聚和东部低值连片的空间分异格局。约31.3%的村庄耕作平均可达性小于6min，该类村庄在南部的长荡镇、兴桥镇、洋马镇和特庸镇形成连片分布，在中部的海河镇、合德镇和兴桥镇分布比较分散；约28.0%的村庄耕作平均可达性在6~7.5min之间，该类村庄主要分布在临海镇、海河镇、四明镇、海通镇和合德镇；约36.2%的村庄耕作平均可达性高于7.5min，主要分布在三个农场、射阳盐场及黄沙港镇。耕作可达性较高
图4射阳县农村居民点规模分异“热点图”
Fig.4
Hotspotsmappingforscaleofruralsettlements
inSheyangCounty
的地区一般距离镇中心较远，射阳县耕作条件较好，农村居民耕作较为便利。
通过对上述镇中心平均可达性、村中心平均可达性和耕作平均可达性指标值进行SPSS数据标准化处理，然后将加权平均得到的指标值运用几何间隔方法将农村居民点可达性值划分为高、中、低3级（图6），将其总体特征总结如下：①农村
3.2.3可达性空间格局
通过栅格成本加权距离计算，得到镇中心、村中心和耕作平均可达性，并以行政村为单元按照