基于分形理論的農(nóng)村居民點(diǎn)空間特征研究

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1、第30卷第9期自然資源學(xué)報(bào)Vol.30No.92015年9月JOURNALOFNATURALRESOURCESSep.,2015基于分形理論的農(nóng)村居民點(diǎn)空間特征研究——以北京市平谷區(qū)為例11*121莊至鳳，姜廣輝，何新，曲衍波，張翠玉（1.北京師范大學(xué)a.地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，b.資源學(xué)院，北京100875；2.山東財(cái)經(jīng)大學(xué)公共管理學(xué)院，濟(jì)南250014）摘要：空間結(jié)構(gòu)與空間形態(tài)相互聯(lián)系、相互作用，共同構(gòu)成農(nóng)村居民點(diǎn)空間特征，對(duì)二者的綜合分析可更好地考察農(nóng)村居民點(diǎn)用地布局特點(diǎn)?；诜中卫碚?，在總體與部分兩個(gè)層次上對(duì)2004—20

2、12年北京市平谷區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征及其動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行綜合分析，并提出空間結(jié)構(gòu)合理優(yōu)化及空間形態(tài)穩(wěn)定性提高相關(guān)對(duì)策。研究表明，平谷區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)和形態(tài)分形特征顯著。全區(qū)尺度上，聚集維數(shù)、關(guān)聯(lián)維數(shù)隨時(shí)間變化而減小，形態(tài)維數(shù)值持續(xù)增大，農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)呈聚集發(fā)展態(tài)勢(shì)，空間結(jié)構(gòu)自組織不斷優(yōu)化，但形狀特征日趨復(fù)雜，穩(wěn)定性降低；分鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在空間結(jié)構(gòu)松散、關(guān)聯(lián)性較弱等問(wèn)題。未來(lái)需加強(qiáng)交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增強(qiáng)居民點(diǎn)體系內(nèi)各要素關(guān)聯(lián)度，促進(jìn)空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化；并科學(xué)編制鄉(xiāng)村土地利用規(guī)劃，降低土地利用空間發(fā)展的隨意性。研究可為優(yōu)化農(nóng)村

3、居民點(diǎn)布局，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)村居民點(diǎn)用地調(diào)整提供參考。關(guān)鍵詞：農(nóng)村居民點(diǎn)；空間結(jié)構(gòu)；空間形態(tài)；分形；分維中圖分類號(hào)：F301.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1000-3037(2015)09-1534-13DOI：10.11849/zrzyxb.2015.09.010農(nóng)村居民點(diǎn)是農(nóng)村人地關(guān)系的表現(xiàn)核心，是農(nóng)村人口生產(chǎn)、生活等綜合功能的承載體。農(nóng)村居民點(diǎn)空間特征隨著農(nóng)村居民點(diǎn)的生成、發(fā)展而展現(xiàn)。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)農(nóng)村居[1-4]民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)松散、形態(tài)發(fā)展無(wú)序，其基本格局及其動(dòng)態(tài)遷移不僅對(duì)人的生活和行為[5]產(chǎn)生積極或消極的影響，也影響著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)模、

4、方向以及可能性。農(nóng)村居民點(diǎn)體系中各組成部分或各要素之間的空間關(guān)聯(lián)方式即為農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)，對(duì)農(nóng)村發(fā)展起著宏觀調(diào)控作用；而農(nóng)村居民點(diǎn)用地規(guī)模和形狀等即是農(nóng)村居民點(diǎn)發(fā)展所形成的空間[6]形態(tài)特征，對(duì)農(nóng)村發(fā)展起著微觀控制的作用。農(nóng)村居民點(diǎn)空間特征宏觀體現(xiàn)在空間結(jié)構(gòu)上，微觀體現(xiàn)在居民點(diǎn)個(gè)體的形態(tài)特征上，二者相互聯(lián)系、相互作用，共同構(gòu)成農(nóng)村居民點(diǎn)空間特征的基本存在形式，對(duì)二者的綜合分析可更好地考察農(nóng)村居民點(diǎn)用地特點(diǎn)。農(nóng)村居民點(diǎn)的空間特征具有不規(guī)則、不穩(wěn)定及高度復(fù)雜性，用傳統(tǒng)幾何理論很難對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行研究。而由美國(guó)數(shù)學(xué)家Mandelbrot于1975年

5、提出的分形理論則是研究地表現(xiàn)象空間特征和時(shí)間演化的有力工具，在解釋自然界中那些不規(guī)則、不穩(wěn)定和具有高度復(fù)[7]雜結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象方面可以收到顯著的效果，適合研究農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征。當(dāng)收稿日期：2014-04-01；修訂日期：2014-09-28。基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41271535，41301616）；北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助項(xiàng)目（2013D009012000003）；北京市科技計(jì)劃課題（Z141100000614001）。第一作者簡(jiǎn)介：莊至鳳（1988-），女，山東煙臺(tái)人，研究方向?yàn)橥恋卦u(píng)價(jià)與規(guī)劃。E-mail:zzfl

6、j1221@126.com*通信作者簡(jiǎn)介：姜廣輝（1980-），男，山東東阿人，副教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橥恋卦u(píng)價(jià)、規(guī)劃與可持續(xù)利用。E-mail:macrophage@126.com9期莊至鳳等：基于分形理論的農(nóng)村居民點(diǎn)空間特征研究1535前，分形理論大多應(yīng)用于城市問(wèn)題研究，包括邊界形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)、交通和演化機(jī)制[8-10]等，而迄今利用分形理論進(jìn)行農(nóng)村居民點(diǎn)空間特征的研究卻不多見(jiàn)。僅有宋志軍等以[11]形狀屬性的空間演變?yōu)榛A(chǔ)分析了北京農(nóng)村居民點(diǎn)的空間分形特征，車明亮等探討了[12]農(nóng)村居民點(diǎn)分布變化影響因子與農(nóng)村居民點(diǎn)分維

7、的關(guān)系。目前尚未有從農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)與形態(tài)相結(jié)合的角度進(jìn)行的分形綜合研究。因此，本研究采用分形理論，分別從全區(qū)和分鄉(xiāng)鎮(zhèn)兩個(gè)層次上對(duì)平谷區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)和空間形態(tài)特征的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行綜合分析，探討引起農(nóng)村居民點(diǎn)空間特征變化的原因，提出合理優(yōu)化農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)、降低其空間發(fā)展隨意性的相關(guān)對(duì)策。這可在理論上豐富農(nóng)村居民點(diǎn)自組織演化規(guī)律，實(shí)踐上科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)村居民點(diǎn)布局合理優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)其在宏觀、微觀層面的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系協(xié)調(diào)，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)村居民點(diǎn)整理活動(dòng)。1研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源1.1研究區(qū)概況本研究以北京市平谷區(qū)為研究區(qū)，平谷區(qū)地處北京東部，位于北緯

8、40°02′～40°22′，東經(jīng)116°55′21″～117°24′07″之間，距離北京中心城區(qū)70km，是北京市遠(yuǎn)郊區(qū)之一。轄22區(qū)總面積950km，共有275個(gè)行政村。全區(qū)居