文/內(nèi)蒙古工業(yè)大學建筑學院 內(nèi)蒙古自治區(qū)綠色建筑重點實驗室 富志強 黃延龍

0 引言

草原農(nóng)牧區(qū)是內(nèi)蒙古自治區(qū)特有的生產(chǎn)、生態(tài)與生活空間，草原城鎮(zhèn)的演化也從“擇水而居、逐草而牧”的傳統(tǒng)草原聚落轉(zhuǎn)為定居形式，呈現(xiàn)規(guī)模小、布局松散的特征[1]。本文以錫林郭勒盟太仆寺旗為例，基于泰森多邊形Voronoi圖法分析居民點分布特征，以運用“資源環(huán)境承載能力與國土空間開發(fā)適宜性評價”（以下簡稱“雙評價”）中的建設(shè)適宜性評價為思路，對現(xiàn)有農(nóng)牧區(qū)居民點的分布位置進行評價。將線性研究思路重組為環(huán)形結(jié)構(gòu)，自然基礎(chǔ)決定居民點建設(shè)適宜性的分級，分級評價結(jié)果及適宜性決定居民點的分布，進而反證自然基礎(chǔ)的優(yōu)劣（見圖1）。在我國國土空間規(guī)劃的背景下，除宏觀區(qū)域視角的空間整治外（如“三區(qū)三線”劃定），須進一步將視角轉(zhuǎn)向基層人居環(huán)境。太仆寺旗下轄5個鎮(zhèn)，1個行政鄉(xiāng)，1個蘇木，分別為寶昌鎮(zhèn)、紅旗鎮(zhèn)、千斤溝鎮(zhèn)、永豐鎮(zhèn)、駱駝山鎮(zhèn)、幸福鄉(xiāng)、貢寶拉格蘇木。寶昌鎮(zhèn)為旗政府所在地，貢寶拉格蘇木為畜牧業(yè)鄉(xiāng)，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主導。本文旨在論證居民點分布與自然資源的內(nèi)在聯(lián)系，以及國土空間規(guī)劃雙評價在居住區(qū)研究中的適用性。

圖1 線性研究思路

1 研究區(qū)概況

太仆寺旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部、錫林郭勒盟西南部，屬于半干旱大陸性氣候，生態(tài)環(huán)境脆弱，是環(huán)境演變的敏感地帶。該地是以蒙古族為主體，漢族及其他少數(shù)民族聚居的區(qū)域，下轄6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(蘇木)，其中寶昌鎮(zhèn)是全旗政治、經(jīng)濟、文化和交通中心；貢寶拉格蘇木位于西南部，是唯一的畜牧業(yè)鄉(xiāng)，常年以放牧為主，耕地較少，是重要牧區(qū)；其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)則分布在寶昌鎮(zhèn)周圍，是典型的農(nóng)牧交錯生態(tài)過渡區(qū)[2]。太仆寺旗與其他旗縣不同之處在于其只有1個貢寶拉格蘇木，且位于內(nèi)蒙古南端的太仆寺旗，鄰近河北，是京津冀地區(qū)進入內(nèi)蒙古的門戶。

2 研究方法與數(shù)據(jù)

2.1 數(shù)據(jù)來源

通過網(wǎng)絡(luò)獲取的太仆寺旗農(nóng)牧區(qū)居民點POI，生成帶有村名及坐標的表格文件，在ArcGIS軟件中添加矢量點，將嘎查村位置落入地圖中。由于爬取的POI既包括村名又包括地名，在數(shù)據(jù)篩選時，將屬性表內(nèi)的重復數(shù)據(jù)及非居民點數(shù)據(jù)進行合并與篩選，得到太仆寺旗農(nóng)牧區(qū)居民點分布。研究區(qū)地形通過網(wǎng)絡(luò)獲取高程數(shù)字模型，以此為基礎(chǔ)生成坡度、坡向、起伏度等數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

泰森多邊形又稱Voronoi圖，是對空間平面的一種剖分，由空間鄰近的兩點構(gòu)成連續(xù)多邊形，進而對空間進行劃分。其原理為通過計算多邊形變異系數(shù)（CV值）分析農(nóng)村居民點的空間分布特征[3]，多邊形內(nèi)的任何位置距該多邊形的樣點（如居民點）最近，距相鄰多邊形內(nèi)的樣點較遠，且每個多邊形內(nèi)僅包含1個樣點。泰森多邊形在空間剖分上的等分性特征可用于解決最近點、最小封閉圓及空間問題，如鄰接、接近度與可達性分析等[4]。泰森多邊形的研究范疇是通過計算由多個點生成的多邊形面積變異，進而反映點的分布特征，與點集的密度無關(guān)。因此，泰森多邊形的均勻分布、隨機分布、集群分布3種類型可用于衡量點的分布形式，而非衡量點的密度。

泰森多邊形面積隨點集的分布而變化，可用變異系數(shù)CV值衡量凸多邊形面積的相對變化程度，進而分析樣點的空間分布類型。CV等于泰森多邊形面積的標準差與平均值之比，Duvckaerts提出3個建議值：當CV＜33%時，點集呈均勻分布；當33%＜CV＜64%時，點集呈隨機分布；當CV＞64%時，點集呈集群分布[5]。

但是，位于邊緣上的點的泰森多邊形面積受人為劃定邊界的影響，邊界距鄰近邊緣的點越遠，邊緣的泰森多邊形面積越大；反之，邊緣的泰森多邊形面積越小。在計算居民點泰森多邊形面積CV值時，由于居民點密度較大且具有行政邊界，且其側(cè)重點為區(qū)域內(nèi)居民點之間的空間關(guān)系，居民點與行政邊界及邊界外的空間關(guān)系在實際應(yīng)用中可忽略其影響[6]。

根據(jù)不同尺度的研究結(jié)果進行橫向?qū)Ρ妊芯?，分析草原城?zhèn)居民點分布的泰森多邊形CV值，可在規(guī)避泰森多邊形研究缺陷的同時減少人為劃定邊界所造成的局限性。研究尺度分為2個層級：旗（縣）域尺度（見圖2）與鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）尺度（見圖3），通過在人為邊界劃定下同一區(qū)域的不同結(jié)果對比，進而更科學地描述泰森多邊形視角下的農(nóng)牧區(qū)居民點分布類型。

圖2 旗縣域尺度下泰森多邊形

圖3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)蘇木尺度下泰森多邊形

3 結(jié)果分析

3.1 不同尺度下農(nóng)牧區(qū)居民點空間變異系數(shù)結(jié)果

1）從鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）尺度看，太仆寺旗全域泰森多邊形的變異系數(shù)為76.05%，屬于集群分布；該結(jié)果受太仆寺旗旗域范圍內(nèi)農(nóng)牧區(qū)居民點分布主導，且在旗域范圍內(nèi)包含各鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）的邊界，邊界兩側(cè)的泰森多邊形受邊界影響，屬于多邊形生成過程中的人為干預（見表1）。

表1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）尺度CV值

2）從旗（縣）尺度看，根據(jù)對太仆寺旗農(nóng)牧區(qū)居民點Voronoi圖的CV值分析結(jié)果，太仆寺旗全域泰森多邊形的變異系數(shù)為61.90%。參照Duvckaerts分級標準，太仆寺旗全域的農(nóng)牧區(qū)居民點分布類型屬于隨機分布，符合草原城鎮(zhèn)特征及試驗預期[7]。該結(jié)果受太仆寺旗旗域范圍內(nèi)農(nóng)牧區(qū)居民點分布主導的同時也受不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）之間居民點的影響（見表2）。

表2 旗（縣）尺度CV值

3.2 太仆寺旗建設(shè)適宜性與居民點現(xiàn)狀

參考《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價技術(shù)指南（試行）》（自然資辦函〔2020〕127號）中城鎮(zhèn)建設(shè)適宜性評價，以太仆寺旗30m精度DEM為基礎(chǔ)進行坡度分析，生成結(jié)果分為≤3°，3°～8°，8°～15°，15°～25°，>25°不同等級。高程≥5000m區(qū)域直接取最低等級，高程為3500～5000m，坡度分級降1等級。利用DEM鄰域分析功能計算地形起伏度，鄰域范圍20hm2左右，對于地形起伏度>200m的區(qū)域，評價結(jié)果降2等級；地形起伏度為100～200m，評價結(jié)果降1等級。根據(jù)對太仆寺旗建設(shè)適宜性分析結(jié)果，將評價結(jié)果柵格數(shù)據(jù)矢量化，并與前文的太仆寺旗農(nóng)牧區(qū)居民點數(shù)據(jù)進行空間連接，目的是為得到各個分級區(qū)域中居民點的分布數(shù)量。從分析結(jié)果看，樣本中596處農(nóng)牧區(qū)居民點中，其中處于適宜區(qū)的農(nóng)牧區(qū)居民點有463處，較適宜區(qū)有122處，一般適宜區(qū)有9處，較不適宜區(qū)與不適宜區(qū)各1處（見圖4）。

圖4 太仆寺旗居民點適宜性分析

4 結(jié)語

對太仆寺旗農(nóng)牧區(qū)居民點建立泰森多邊形，通過Voronoi圖法計算太仆寺旗各鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）空間變異系數(shù)CV值。參考Duvckaerts建議標準確定各鄉(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）及全旗的農(nóng)牧區(qū)居民點分布類型，再橫向?qū)Ρ雀鬣l(xiāng)鎮(zhèn)（蘇木）的差異。結(jié)果表明，太仆寺旗具有典型草原城鎮(zhèn)的空間分布特征，規(guī)模小、密度低。中心城鎮(zhèn)的居民點較集中，整體與局部多為隨機與集群分布。居民點分布情況主要取決于自然基礎(chǔ)。在國土空間規(guī)劃背景下，規(guī)劃視角將進一步拓寬，“三區(qū)三線”的劃定在生態(tài)保護、農(nóng)田保障、建設(shè)管控中尤為重要。