摘 要：[目的]自然、人文等因素综合影响矿区农村居民点的空间布局、变化特征。本文旨在探明兖州矿区农村居民点时空分布变化的原因。[方法]以2009年、2012年及2015年三期的遥感影像为基础资料，提取农村居民点、道路、塌陷积水区和河流等信息，结合GIS的空间分析方法和景观生态学理论进行定量研究。[结果]2009—2015年间，矿区农村居民点数量逐渐减少，总体空间布局较分散，仅部分区域呈现微弱的聚集态势；在道路、河流、塌陷积水区的综合影响下，居民点通过旧址重建、整合并建等方式向矿区外的城镇迁移。[结论]道路、塌陷积水区、河流及政策等是引起居民点变化的原因，其中采矿扰动是矿区内农村居民点空间特征变化的主要原因。该研究对土地合理利用及农村居民点搬迁选址等政府决策具有重要意义。
关键词：农村居民点；景观格局；时空变化；兖州矿区
不同形态和规模的景观嵌块体在空间上进行排列组合形成了景观格局。景观之间的本质差别是由各种自然与人为因素在不同时空尺度上相互作用造成的。农村居民点的数量、大小、密集程度、占据土地面积等具有一定的空间差异性。采矿扰动是矿区内农村居民点空间特征变化的主要原因[1]。兖州矿区煤炭资源的开发使得地表塌陷，水位高于地表，导致积水淹没大量的耕地，严重影响了矿区内农村居民的生产、生活，也成为矿区农村居民点景观格局变化的主要原因。
本文选取兖州矿区作为研究对象，采用最近邻点统计量(R统计量)分析2009—2015年矿区村庄居民点规模、分布特征的变化，分析2009—2015年矿区居民点搬迁前后景观格局变化规律，在此基础上，借助GIS的空间分析方法和景观格局指数分析道路、塌陷积水区和河流对矿区农村居民点布局、变化的影响。
激光雷达是一种重要的大气环境探测手段，其具有时空分辨率高、探测灵敏度高和抗干扰能力强等优点，在气象探测中得到了广泛的应用。本文主要对激光雷达技术在气溶胶、大气臭氧、大气风速、大气温湿度的探测应用进行了详细分析。同时针对激光雷达在大气环境探测方面存在的问题及其发展趋势进行了粗浅的探讨，为今后的研究提供了有益的借鉴。
1研究区概况及研究方法
1.1研究区概况
兖州矿区位于鲁西南平原地区，济宁市境内，地势平坦，是我国东部平原的高潜水位的矿区。矿区内煤层具有厚度大、埋藏较浅、储存稳定、易开采、水文和地质构造较简单等特点，这些优势条件使该地区适宜建设大型和特大型矿井[2]。矿区地处温带半湿润季风区，属大陆性海洋性过渡气候，四季分明、雨热同期，年平均降水量712.99 mm，年平均气温14.1 ℃。兖州煤矿区的降水主要集中在每年的7、8 月，有时会延长到9月，最大降水量可达1 263.88 mm，约占全年降水量的65%[3]。
兖州矿区是我国众多的优质煤田之一，主要有南屯、唐村、北宿、兴隆庄、鲍店、杨村、东滩、济宁二号和济宁三号等矿井[4]。本研究选取南屯、唐村、北宿、兴隆庄、鲍店、杨村、东滩矿井作为研究区(图1)。
图1兖州矿区地理位置示意图
Fig.1Geographical map of Yanzhou mining area
1.2资料来源与数据处理
1.3.2 景观格局指数
1.3研究方法
1.3.1 最近邻点统计量
通过分析表3得知，2009年到2015年的7年间居民点数量共减少了16个，且最近距离的观测值要大于期望值，并呈现逐年增大的趋势，表明矿区内的居民点在各种因素的影响下总的密度发生变化；在各年份中，R统计量均大于1，-1.96<Z<1.96，表明矿区内农村居民点的空间分布是较分散的，但不具备较强的显著性，对比三年的R统计量，发现矿区农村居民点在7年里呈现出较微弱的收敛态势。
本文所用的遥感数据来源于无偏移的Google Earth历史影像，兖州矿区2009年、2012年与2015年的遥感影像数据的分辨率为0.48 m、矿区30 m分辨率的高程数据以及相关文字资料[5]。通过人工目视判读矢量化得到农村居民点、道路、河流水系以及塌陷积水区范围数据，将居民点的多边形数据转换为点数据，进一步分析居民点的分布特征。此外，对道路、塌陷积水区及河流作缓冲区操作。
由表4分析可得，在各年份中，距离道路200 m范围内农村居民点斑块数分布最多，斑块面积的比重均超过了50%，密度也最大；随着距道路越远，各缓冲区范围内的农村居民点的数量逐渐减少，尤其在500～1 000 m的距离范围内数量减少的幅度较大；距离道路500 m之外，居民点数量的比重均不大于15%，说明农村居民点形成的重要条件之一为道路的通达性，道路对其空间布局及演化产生巨大的影响[15]。
各距离范围内，斑块数量呈现逐年减少的趋势，但在0～200 m范围内，占斑块总数的比重、斑块面积及平均斑块面积逐年升高，且平均斑块分维数也呈现逐年增大的态势，表明该矿区范围内居民点的形状变得不规则、破碎。尽管居民点的数量在逐年较少，但是通过搬迁、旧村改造、整合并建居民点逐渐向道路集聚。在1 000 m范围外，分布有为数不多面积较大的居民点，在2009—2015年间，居民点的数量和平均斑块面积在减少，平均分维数在升高，且变化幅度较大，表明农村居民点正处在动态变化的过程。
2研究结果分析
2.1集聚与分散程度的最近邻点统计量分析
利用ArcGIS10.2中的Feature to point工具，将农村居民点的面状数据转换为点状数据；其次通过near工具，计算得出3年矿区农村居民点之间的最近距离；最后根据表1中的公式计算相应的值，计算结果见表3。
利用最近邻点统计量(R统计量)，首先计算得出各居民点与其周围居民点之间的最小距离，然后与理想条件下的最近邻点之间的距离进行比较，分析得出矿区内农村居民点分布的特征及变化趋势[6]。计算公式见表1。
表1最近邻点统计量计算公式
Table1The calculation formula of nearest neighbor statistical
标号Label公式Formula意义Characterization of meaning(1)robs=∑ni=1din最近邻点平均距离的观测值。di为两居民点之间的最短距离;n为总的居民点数量。(2)rexp=0.5An最近邻点平均距离的期望值。A为研究区面积。(3)R=robsrexpR统计量为观测距离与期望距离的比值。如果R>1,则说明居民点的分布比随机分布更加分散;如果R<1,则居民点的分布比随机分布收敛。R统计量的取值范围为[0,2.1419],0代表完全聚集分布,1代表随机分布,,2.1419代表均匀分布[7,8]。(4)SEr=0.261 36An经过上式的计算,可以得到居民点大致的分布特征[9]。要确定其聚集或分散的程度要将观测值与期望值的差值与标准误差(SEr)进行比较[10]。(5)Z=(robs-rexp)SEr如果Z的范围在(-∞,-1.96)∪(1.96,+∞),则可认为在α=0.05的显著性水平下,居民点不是一种随机分布的状态;反之,如果Z的范围在(-1.96,1.96),说明居民点在空间上呈现出随机分布的状态[11]。
表2景观格局指数特征及解释
Table2Characteristics and interpretation of Landscape Pattern indexes
指标Index公式Formula表征意义Characterization of meaning参数说明Parameter specification斑块数(NP)NP=N反映农村居民点的用地规模。N为斑块总数斑块面积(CA)CA=∑ni=1ai反映区域内斑块总的面积。n为斑块数目;ai为第i个居民点面积。平均斑块面积(MPA)MPA=CANP反映区域内农村居民点的平均占地面积。NP为区域中居民点的总数。斑块密度(PD)PD=NPA反映居民点的密集程度,数值越大,表明区域内的居民点越密集,反之,则越分散。A为研究区域面积。平均斑块分维数(MPFD)MPFD=∑ni=1[2∗ln(0.25∗Pi)ln(ai)]N反映农村居民点的不规则程度,介于1.0～2.0之间,值越大,形状越不规则,越破碎[14]。Pi为第i个居民点的周长。
表32009—2015年农村居民点分布的最邻近点统计量分析结果
Table3Summary of the Nearest Neighbor analysis for the rural settlements from 2009 to 2015
年份Year居民点数量Number of settlements最邻近点平均距离(观测)/mAverage distance(Observed)最邻近点平均距离(期望)/mAverage distance(Expected)R统计量R statistic标准误差Standard error标准化Z值Standard Z-score2009179685.42675.301.0126.380.382012170707.67692.941.0227.780.532015163713.79707.671.0128.970.21
2.2不同因素对农村居民点分布景观格局的影响
在ArcGIS10.2中，将道路、河流和塌陷积水区的缓冲区分析结果分别与各年份的农村居民点点数据图层进行合并，得到图2～4。在此基础上，利用ArcGIS的查询统计功能统计出离道路、河流和塌陷积水区不同距离范围内农村居民点斑块的数量、周长及面积等特征，再根据公式计算相应的景观格局指数，计算结果见表4～6。
图22009年和2015年不同道路缓冲区农村居民点分布图
Fig.2The distributions of rural settlements within different buffers of road in 2009 and 2015
图32009年和2015年不同塌陷积水区缓冲区农村居民点分布图
Fig.3The distributions of rural settlements within different buffers of subsidence area in 2009 and 2015
2.2.1 道路的影响
在CTV卸油模式下，常规油船无需任何改造便可投入使用；相比常规油船，DPST的造价和维护成本较高。在长距离运输时，采用DPST模式成本较高；而采用CTV模式既可节约中转存储费(或锚地过驳费)，又能节约时间成本。在短距离运输时，采用CTV模式的成本与采用DPST模式的成本基本相当。在CALM模式下，中转驳装置的深水安装成本较高，且存在技术垄断，CTV的出现填补了长距离原油低成本运输的空白。CTV具有以下优势：
图42009年和2015年不同河流缓冲区农村居民点分布图
Fig.4The distributions of rural settlements within different buffers of river in 2009 and 2015
表4道路对农村居民点分布影响的景观格局指数统计表
Table4Summary of landscape pattern index of road as the influence to the rural settlements
距离/mDistance年份Year斑块数NP/个Patch number占斑块总数的比重/%Proportion斑块面积/CA·hm-2Patch area占斑块面积的比重/%Proportion平均斑块面积/MPA ·hm-2Mean patch area斑块密度PD/个·hm-2Patch density平均斑块分维数MPFDPatch fractal dimension20098849.161 632.4251.5418.550.271.280～20020128449.411 560.3951.9818.580.261.29 20158250.311 700.7356.6220.740.251.29 20096636.871 127.2635.5917.080.201.34 200～50020126337.061 063.0635.4116.870.191.36 20156238.04992.733.0516.010.191.34 2009179.5196.146.1911.540.051.32 500～10002012158.82181.386.0412.090.051.30 2015127.36156.545.2113.050.041.31 200984.47211.636.6826.450.021.27 >1000201284.71197.296.5724.660.021.29 201574.29153.965.1321.990.021.32
景观是由不同形状、大小、组合的自然及人文斑块组成的嵌块体，常运用景观生态学方法描述农村居民点的规模、形状及分布特征[12]。矿区农村居民点是乡村聚落景观的主要构成部分，矿区内的自然因素和人文因素影响着居民点的空间分布特征。而景观格局指数可以反映居民点的结构构成、空间组合特征[13]。因此本文选取了一系列景观格局指数分析道路、河流、塌陷积水区等自然因素对矿区农村居民点分布、变化的影响。各景观格局指数名称及其具体内涵和表征意义见表2。
表5塌陷积水区对农村居民点分布影响的景观格局指数统计表
Table5Summary of landscape pattern index of subsidence area as the influence to the rural settlements
距离/mDistance年份Year斑块数NP/个Patch number占斑块总数的比重/%Proportion斑块面积/CA·hm-2Patch area占斑块面积的比重/%Proportion平均斑块面积/MPA·hm-2Mean patch area斑块密度PD/个·hm-2Patch density平均斑块分维数MPFDPatch fractal dimension20091810.06322.6310.1917.920.061.320～5002012169.41267.88.9216.740.051.302015106.13144.194.814.420.031.2420094324.12786.4724.8318.290.131.27500～100020124124.02728.9224.2817.780.131.2820153823.31699.8723.318.420.121.282009126.7193.486.1116.120.041.231000～150000002012105.88142.274.7414.230.031.052015127.36170.235.6714.190.041.212009116.15291.749.2126.520.031.201500～20002012127.06378.6612.6131.550.041.212015137.98517.7417.2439.830.041.2120099553.071 573.1349.6716.560.291.35>200020129153.531 484.4649.4516.350.281.3620159055.211 471.94916.310.281.36
表6河流对农村居民点分布影响的景观格局指数统计表
Table6Summary of landscape pattern index of river as the influence to the rural settlements
距离/mDistance年份Year斑块数NP/个Patch number占斑块总数的比重/%Proportion斑块面积/CA·hm-2Patch area占斑块面积的比重/%Proportion平均斑块面积/MPA·hm-2Mean patch area斑块密度PD/个·hm-2Patch density平均斑块分维数MPFDPatch fractal dimension0～50020093016.76544.1517.1818.140.091.3220122715.88466.315.5317.270.081.2720152515.34461.6915.3718.470.081.27500～100020092513.97412.713.0316.510.081.3020122615.29428.5514.2716.480.081.3120152314.11419.513.9718.240.071.301000～150020093318.44597.3818.8618.10.11.3420123017.65599.2719.9619.980.091.3820153119.02640.7321.3320.670.091.381500～200020092916.2470.1714.8416.210.091.3320122615.29430.6514.3416.560.081.3120152515.34421.1914.0216.850.081.31>200020096234.641 143.0536.0918.440.191.3120126135.881 077.3535.8917.660.191.3220155936.201 060.8135.3117.980.181.29
2.2.2 塌陷积水区的影响
由表5可见，距离塌陷区500 m内只有6%～10%的居民点，随着离塌陷积水区距离逐渐增加，居民点数量呈现先增加，后减小再增大的态势，超过50%的居民点分布在2 000 m以外的范围。
采用电抗子模块分段投切的模块化多电平换流器降电容方法//李钰,李帅,赵成勇,许建中,曹均正//(19):90
矿区内塌陷积水区主要集中于矿区中部，这些积水区的前身大多为耕地，而居民点大多邻近耕地，所以有约30%的居民点分布在离塌陷区1 000 m的范围之内；对比3年的数据发现，除去500～1 000 m范围内的平均斑块面积及平均分维数有所升高外，其它各项景观指数均呈现减小的趋势，而1 000 m范围以外的居民点的比重正在逐年上升，表明塌陷已经严重影响到居民的生产生活，为了避免损失和伤害，居民点由内部向外围迁移，搬离塌陷积水区，并逐渐趋于稳定。
唐氏综合征是一种染色体缺陷病，是第21号染色体上多了一条，故又称为21三体综合征，主要表现为严重智力障碍、面容古怪、耳位低、眼距宽、颈部皮肤厚、肢体畸形。对于出生缺陷，目前没有有效的治疗手段，所以，一旦产前筛查发现并进一步确诊，最好的办法就是尽快终止妊娠。
在距离塌陷积水区2 000 m范围以外，有较多规模较大的居民点集中分布在矿区的东南部和西部，这里远离塌陷积水区的影响，并邻近邹城、济宁市区及大的中心镇，完善的基础设施和良好的生活条件对居民点有较大的吸引作用；2009—2015年间居民点的数量比重在逐年上升，居民点总的面积及平均占地面积呈现减小的趋势，且平均分维数有升高的趋势，居民点的形状变得不规则、破碎，说明居民点在良好的地理条件、区位条件及政策的影响下，村庄进行搬迁或是对原有的居民点进行整治，正处于较大的变化中。
宫腔镜手术比传统手术的优势要明显一些。子宫内膜息肉在妇科中比较多见,也是引起子宫异常出血的重要原因,联众刮宫手术具有盲目性,传统的刮宫方式会导致10%至20%的疾病被遗留,还有误诊和漏诊,而使用宫腔镜内膜息肉切除手术可以直观的对息肉位置进行确定,从蒂部进行息肉的切除,该种手术的出血量比较少,复发率比较低。在子宫粘膜下肌瘤导致的异常子宫出血和不孕症患者传统是采取切除子宫治疗,而宫腔镜电切术则是对病灶位置进行观察和确定,进行切除病灶,不需要开腹治疗,能够保留患者的生育能力。宫腔粘连使用宫腔镜手术可以直观的进行分离和切除粘连,让患者子宫形态得到恢复。
2.2.3 河流的影响
河流是影响农村居民点布局及演变的又一重要的自然因素，由表6可见，各年份中，离河流2 000 m范围内，各距离范围内，居民点的数量比重较均匀，在1000～1 500 m的距离内，斑块数量较多，平均斑块面积也较大，且呈现逐年增大的态势，主要是因为靠近河流的主要是面积较大的林地和耕地，河流可以提供灌溉水源，而居民点临近耕地，所以则分布的相对分散，密度较小。在距离河流2 000 m范围外，分布有超过30%的居民点，且主要集中分布于矿区的东南部和西部，这与塌陷积水区范围影响下的农村居民点的空间分布基本一致。
可见，旅游风情小镇是在原有旅游资源基础上建设的新型休闲旅游目的地，是全域旅游的重要载体，其共享、开放的发展理念体现了对旅游资源的综合性特色开发。
对比三年的景观格局指数，处于0～500 m的距离范围内的居民点数量的比重减少较多，总的斑块面积减少但居民点平均用地规模有所增加，斑块密度和平均分维数均表现出减小的趋势，且在2009年到2012年间平均分维数变化最大；在500～1 000 m范围内，居民点数量比重和平均分维数先增大后减小，平均斑块面积先减小后增大，密度呈现减小的态势。在1000～1 500 m范围内，居民点的个数比重增大，平均占地面积和平均分维数均增大较多。
综上分析，研究区地下水位较高、煤层埋设浅而厚，因此煤炭资源的开发后耕地大面积塌陷且常年积水。矿区农村居民点多通过搬迁、归并或旧址重建等方式进行整治，由破碎、不规则的形状向规则的趋势发展，由塌陷积水区向非塌陷积水区的方向迁移。
三年如同三个世纪一样长。我无数次梦到米米，梦到一浩，梦到哥哥张天明夫妇的甜沫和油条。在上大学以前，我所有的早餐都是甜沫油条。我从五岁就跟着卖甜沫油条摆水果摊的张天明夫妇长大，我们住在芙蓉街有八家住户的大杂院里。父母在记忆中已经面目模糊。从跨进牢狱的第一天，我就开始思念哥嫂的甜沫油条，像思念米米一样一刻不曾停止过。
3讨论与结论
(1)首先，本文通过R统计量研究分析得出从2009年至2015年7年间矿区内农村居民点的空间分布特征及变化趋势：从2009年到2015年，居民点数量逐渐减少，均呈现出较分散的空间布局状态，但在某些地区还是呈现出了微弱的聚集态势。
(2)其次，结合GIS的空间分析方法和景观生态学的知识，选取一系列景观格局指数分析了道路、河流及塌陷积水区对居民点布局变化的影响。结果表明，由于受到道路、河流、塌陷积水区及政策的影响，矿区内农村居民点呈现出由内向外迁移的趋势，四周居民点的聚集程度高于中部；时间上，2015年居民点的聚集程度略高于2009年。通过分析可以得出：远离塌陷区、邻近主干道和河流的地块最适宜作为居民点的搬迁选址。迁移的方向主要为邻近大的中心城镇、邹城及济宁市区。城镇及市区的各项基础设施更加完善，更适合于人口集聚，这与《济宁市压煤村庄搬迁用地规划(2001—2020年)》中的新村选址建议相符合。
(3)河流和塌陷积水区对于兖州矿区内农村居民点空间变化的影响较大。但是两者对居民点布局变化的影响并不相同。通过分析可见，塌陷积水区位于研究区中部，受其影响居民点逐步向外围迁移；河流主要起到灌溉水源的作用，居民点的空间变化表现出趋利的特点。
(4)采矿扰动是矿区内农村居民点的空间特征变化的主要原因[16]。兖州矿区内农村居民点主要通过旧地重建、整合并建、矿区内的搬迁、搬迁到矿区之外等方式进行整治。在整治过程中，既要协调各部门的参与，也需要获得当地村民的支持。在搬迁选址上，要综合考虑多种因素，加强宣传，完善基础设施的建设，努力为村民营造舒适、安全的居住环境。
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LandscapepatternchangeanalysisofruralresidentialzoneinYanzhoucoalminingarea
ChengRong1,DuanYonghong1*,WangPing2
(1.SchoolofResourceandEnvironment,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China;2.SchoolofGeographyandTourism,QufuNormalUniversity,Rizhao276800,China)
Abstract:[Objective] The spatial distribution and variation characteristics of rural settlements in mining areas is the result of the interaction between natural and human factors.The study was aimed to explore the cause of the spatial and temporal distribution of rural residential zones in Yanzhou mining area.[Methods]In this paper,the remote sensing images of Yanzhou mining area collected in 2009,2012,and 2015 were used to extract the vector data of rural settlements,road networks,subsidence area,and rivers.The spatial pattern,the process,and the trend of the residential zones were quantitatively analyzed through GIS spatial analysis method and landscape ecology method.A series of landscape pattern indicators were employed to analyze the impact on the layout and evolution of rural settlements.[Results]The number of rural settlements in the mining area was in a decreasing trend,and the spatial distribution of the rural residential areas was in a state of decentralization from 2009 to 2015,but it showed a slight aggregation trend in some areas.Affected by road networks,rivers,and subsidence area,the settlements of the mining area were mainly migrated to the south-east and west through resettlement and consolidation.[Conclusion]Roads networks,subsidence areas,rivers,and policies are the major causes of residential relocation,and mining disturbance is a main contributorto the spatial characteristics of rural residential changes in the mining area.Present study is of importance for the government to make full use of land and support rural settlement.
Keywords:Rural settlements,Landscape patterns,Spatial characteristics,Yan Zhou mining area
中图分类号：C912.82
文献标识码：A
文章编号：1671-8151(2019)03-0050-08
doi:10.13842/j.cnki.issn1671-8151.201811021
收稿日期：2018-11-09
修回日期：2018-12-18
作者简介：程荣(1994-)，女(汉)，山东潍坊人，硕士研究生,研究方向：地图学与地理信息系统
*通信作者：段永红，教授，博士，博士生导师，Tel：13835411059；E-mail:yhduanpku@sina.com
基金项目：国家自然科学基金项目(41271507)；山东省自然科学基金项目(ZR2017BD032)
(编辑：梁文俊)
标签：居民点论文; 矿区论文; 农村论文; 积水论文; 兖州论文; 社会科学总论论文; 社会学论文; 社会结构和社会关系论文; 《山西农业大学学报(自然科学版)》2019年第3期论文; 国家自然科学基金项目(41271507)山东省自然科学基金项目(ZR2017BD032)论文; 山西农业大学 资源环境学院论文; 曲阜师范大学 地理与旅游学院论文;