基于地理国情监测数据的绵竹市农村居民点景观空间格局分析

摘要 以地理国情监测数据为基础，采用核密度估计方法和景观格局指数法，运用ArcGIS和Fragstats空间分析技术对绵竹市农村居民点景观格局指数进行空间格局特征分析，并侧重分析其与自然因素的关联性。结果表明：绵竹市农村居民点分布不均匀，居民点总体上呈“西北部稀疏，东南部密集”的分布状态，其数量和密度差异较大，斑块形状不规则。高程、坡向、坡度和河流等自然因素对绵竹市的农村居民点空间格局分布的影响较大：居民点主要分布在东、东南和南等坡向，随着离河流距离、高程、坡度的增加，农村居民点的个数、用地面积、集聚程度总体上呈减少的趋势，对居民点形状的影响较小。99.8%的居民点分布在498～898 m的高程带内;65.2%的居民点分布在东、东南和南坡向;92.3%的居民点分布在0～5°坡度内;51.5%的居民点分布在0～1 000 m的河流缓冲带内。

关键词 地理国情监测数据;农村居民点;景观格局;绵竹市

中图分类号 X 21;K 901.8  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）03-0213-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.03.056

Landscape Spatial Pattern Analysis of Rural Settlement in Mianzhu City Based on Geographical and National Conditions Monitoring Data

LIAO Chuan-lu1，DONG Ting-xu1，ZHANG Yu-jin2 et al

（1.School of Resources and Environmental Engineering，Mianyang Normal University，Mianyang，Sichuan  621000; 2.The Third Institute of Photogrammetry and Remote Sensing，Ministry of Natural Resources，Chengdu， Sichuan 610100）

Abstract Based on geographical and national conditions monitoring data， using kernel density estimation method and landscape pattern index method， the spatial pattern characteristics of the rural settlement landscape pattern indices in Mianzhu City were analyzed by using ArcGIS and Fragstats spatial analysis techniques， and the relationship between the landscape pattern indices and natural factors was emphatically analyzed. The results showed that the distribution of rural settlement in Mianzhu City was not uniform， and the residential areas were generally in a state of “sparse in the northwest and dense in the southeast”， with large differences in the number and density， and irregular patch shape. Natural factors such as elevation， slope direction and gradient， river had grater influences on the spatial pattern of rural settlement in Mianzhu City. Residential areas were mainly distributed in the east，southeast and south slope directions. With the increase of distance from the river， elevation and slope gradient， the number of rural settlement， the area of land used and the degree of aggregation were decreasing. The influences on the shape of settlements was small. 99.8% of the settlements were located in the elevation zone from 498 m to 898 m;65.2% of the settlements were located in the east，southeast and south slope;92.3% of the settlements were located in the gradient from 0 ° to 5 °，and 51.5% of the settlements were located in the river buffer zone from 0 m to 1 000 m.

Key words Monitoring of geographical and national conditions;Rural settlements;Landscape pattern;Mianzhu City

基金项目 四川省科技厅科技计划项目（2019YJ0496）;绵阳师范学院校级自然科学基金项目（MYSY2018T003）。

作者简介 廖传露（1996—），女，四川新都人，硕士研究生，研究方向：生态环境监测与治理。通信作者，教授，硕士生导师，从事3S技术集成应用、土地利用与区域生态安全以及地质灾害防治与生态修复方面的研究。

收稿日期 2021-05-26

农村居民点是农民生活的基本单元[1]，是乡村振兴中乡村聚落优化布局研究的主要内容之一。农村居民点景观格局能够反映居民点在地理空间上的整体特点和性质[2]。当前学者的研究主要采取GIS等技术[3]，运用空间自相关[4]、景观生态指数[5]和核密度估计[6]等方法;研究区域主要集中在首都郊区、江南地区、中部地区以及丘陵地区[7];研究内容主要集中在时空演变特征及其驱动力因素[8]、居民点的优化布局[9]、生态环境效应[10]和居民点土地整理[11]等方面。其中，农村居民点景观格局分析主要采用景观格局指数法。谭雪兰等[12]采用景观格局指数法，结合GIS空间分析等对长沙市农村居民点景观格局进行研究，分析其变化和地域分异规律，为其空间优化与调控提供了科学指导。谭学玲等[13]运用景观格局指数、变异系数等侧重分析了地形地貌对农村居民点空间分布的影响。

农村居民点景观格局及其影响因素研究所用数据主要有土地利用调查数据[14]、Landsat TM 遥感影像图[15]、地形图[16]、数字高程模型[17]和研究区统计年鉴[18]等，但对地理国情监测数据利用较少。地理国情监测是以卫星导航定位、遥感、地理信息系统（3S）技术为依托，集成云计算、通信、数据挖掘等技术[19]，结合各时期的测绘成果档案，监测地表覆被、地形地貌，并分析其变化特征[20]，反映经济、自然和生态的空间分布及其变化[21]。地理国情监测共享数据十分丰富，其应用服务功能备受关注[22]。笔者以绵竹市2019年地理国情监测数据为基础，利用ArcGIS和Fragstats 4.2等分析工具，结合核密度估计方法，从景观格局的视角对农村居民点景观进行分析，探讨农村居民点在地理空间上的总体分布和格局特征以及自然地理要素对其的影响程度，旨在为居民点的空间优化、新农村建设和可持续发展提供科学依据。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

绵竹市地处四川盆地西北部，北依龙门山脉，南靠德阳市旌阳区，东北、西南分别邻接绵阳市安州区、什邡市，地处103°54′-104°20′E，31°09′-31°42′N，总面积1 246.39 km2。绵竹市是四川省辖县级市、整体推进新农村建设县重点县，设有20个镇、1个乡，市政府驻剑南镇（图1）;绵竹市总人口50.7万。山地面积约占全市总面积的59%，平原面积占全市总面积的41%，全市最高峰海拔4 402.2 m，最低处海拔502.6 m。绵竹市地势东南低、西北高;年平均气温15.7 ℃，多年平均降雨量1 053.2 mm。绵竹市市境属于沱江上游，有射水、绵远、马尾、白水、龙蟒河和石亭江等河流。

1.2 数据来源及预处理 土地利用/覆被数据来自绵竹市地理国情监测数据集，数字高程模型（DEM）数据来自地理空间数据云（http：//www.gscloud.cn/#page1/2），行政区划数据主要来自中国科学院资源环境科学数据中心（http：//www.resdc.cn/）。

以ArcMap 10.6为平台，对以上数据进行预处理，建立统一坐标参数的专题数据集。处理内容如下：①以绵竹市行政区矢量文件为参考，将绵竹市地理国情监测数据进行空间校正，提取农村居民点，投影后计算各居民点的几何面积，获取居民点图斑数据集。②利用绵竹市乡镇界线，对农村居民点图斑图层进行工程裁剪，获取绵竹市各乡镇的农村居民点分布图（图2）。③利用ArcMap 10.6对90 m分辨率的DEM图片进行拼接，再用绵竹市行政区边界对其进行裁剪，得到90 m分辨率的绵竹市DEM数据。④利用GIS空间分析功能从DEM图片中提取坡度、坡向、高程信息，重分类后与农村居民点数据信息叠加分析。⑤对水系进行缓冲区分析。

2 分析方法

2.1 核密度估计方法

核密度估计方法是空间点模式分析中一种非参数的表面密度计算方法，它借助一个动态的单元格（即窗口） 来估算点格局的密度。通过核密度估计方法使农村居民点在空间上的集聚程度可视化。

核密度估计值越低，表示农村居民点分布越稀疏，反之则农村居民点分布越密集。核密度估计值计算公式如下：

fn（x）=1nhini=1kx-xih（1）

式中，fn（x）为农村居民点的核密度估计值;x-xi表示估计农村居民点x到xi之间的距离;n表示带宽范围内的居民点数;k表示核函数;h表示带宽。

2.2 景观格局指数法

景观格局指数通过对景观定量分析将景观生态学方法引入农村居民点研究中，可反映景观结构的空间配置特征[22]。主要工具包括Fragstats、各类景观模型、地理学、物理学和地统计学等方法。选择斑块总面积（CA）、平均斑块面积（MPA）、斑块个数（NP）等规模指标来反映居民点的总量;选取斑块密度（PD）、斑块面积标准差（PSSD）[23]等指标来反映居民点的密度;选取平均斑块形状指数（MSI）来反映居民点的形状，通过计算、分析，确定农村居民点的空间特征。农村居民点景观格局指数相关指标见表1。

2.3 GIS空间分析方法

空间分析是GIS最核心的理论之一。GIS空间分析方法能够有效解释、分析农村居民点在空间上的分布状态及其与环境因子间的相互关系。利用绵竹市农村居民点分布图、DEM数据和行政区边界，通过GIS的转换、可视化表达、缓冲区分析和叠置分析等功能将绵竹市的坡向、坡度和高程等地形因子提取出来，并与农村居民点景观格局特征进行叠加，研究地形因素对农村居民点分布的影响。