如何科学合理布局乡村公共服务设施,提高乡村公共服务设施的服务水平是实现乡村振兴战略的重要任务之一。本研究针对中国地处山地环境的乡村地区具有财政支出水平有限、交通通达性低和居住分散的特点,采用设施区位设计方法,解决乡村公共服务设施的优化布局问题。该方法不仅注重设施位置的选择更强调交通道路网络的优化布局和设计。同时将传统的设施区位设计模型做了改进,把原来的单目标划分为多目标,并引入多目标优化理论来解决设施区位设计问题。此外,经典设施区位设计模型没有考虑道路的升级情况,本文构建了包含3种道路情景(只利用已有道路网络、假设已有道路网络可升级以及假设道路网络可升级且可修建)的多目标设施区位设计模型。与城市公共服务设施区位布局不同,针对乡村公共服务设施的区位优化布局,在模型构建过程中必须考虑道路的可通行性、道路崎岖度以及乡村地区有限的财政支出水平。基于此,分别对基于重心模型、覆盖模型以及邻避模型的设施区位设计问题进行多目标模型构建,并使用鲁棒优化方法来解决考虑不确定性的设施区位设计问题。(1)针对基于重心模型的乡村公共设施区位设计问题,以乡村中小学区位优化作为研究案例进行分析。在模型构建过程中主要考虑了两方面的因素,一方面是学生上学的旅行成本(时间花费)最少,另一方面是学校设施建设和道路修建升级的成本花费最小。其中重心模型目标函数主要用来保证所有居民点学生到达距其最近学校的时间总花费最少。基于此,以学生旅行成本最小化和道路修建升级的成本最小化为目的构建包括3种道路情景的多目标设施区位设计模型。(2)针对基于覆盖模型的设施区位设计问题,选择乡村医疗急救设施区位优化作为案例进行分析。在模型构建过程中考虑三方面的因素,第一方面是保证没有被覆盖到的居民点所受到的惩罚值最小;第二方面是被覆盖所有居民点患者到达距其最近的医疗急救中心的时间总花费最短;第三方面是医疗急救中心设施建设和道路修建升级的成本花费最小。其中使用覆盖模型来判断各居民点(需求点)是否位于医疗急救中心设施的覆盖范围之内,若位于该范围之内,不接受惩罚,否则就接受惩罚。覆盖模型目标函数以最小化没有被覆盖的居民点惩罚成本最小为目标。基于此,以没有被覆盖到的居民点所受到的惩罚值最小化、患者到达医疗急救中心的时间花费最小化和医疗急救中心设施建设和道路修建升级的成本最小化为目的构建基于覆盖模型且包含3种道路情景的多目标设施区位设计模型。(3)针对基于邻避模型的设施区位设计问题,选择乡村垃圾转运站区位优化作为案例进行分析。垃圾转运站的优化布局应该考虑三个方面的因素,一方面是垃圾转运站和居民点之间要保持一定距离;第二方面是保证所有居民点的垃圾运输总成本最小;第三方面是垃圾转运站建设成本和道路修建升级的成本花费最小。利用邻避模型中的反中心模型来刻画乡村垃圾转运站的邻避问题即保证距离垃圾中转站最近居民点(需求点)的欧氏距离最大。故选择反中心模型的目标函数作为多目标邻避型设施区位设计模型的其中一个目标函数。基于此,构建包含3种道路情景的多目标邻避型设施区位设计模型。(4)针对公共设施布局问题中存在的很多随机的、不确定因素,引入不确定性理论来研究。以乡村医疗急救设施布局为例,主要考虑天气状况的变化以及其他自然条件对医疗急救时间的影响,以最小化没有被覆盖到居民点所受到的惩罚值、居民点患者的旅行成本、医疗急救中心建设成本以及道路修建升级成本为目标构建多目标模型。将多目标模型转化为单目标,然后在p-鲁棒优化的基础上构建旅行成本不确定条件下的鲁棒优化模型,该模型同样包含了3种道路情景。在地理计算方法方面,本文结合了经典遗传算法和模拟退火算法的优缺点,在模拟退火算法的基础上吸收了遗传算法的群体搜索、变异和交叉思想,并结合快速非支配排序,提出了改进的多目标模拟退火算法。改进后的算法克服了传统多目标模拟退火算法单个个体进化,搜索效率低、精确度有限的问题。通过实例应用可发现,该算法能够有效求解多目标的设施区位设计模型。计算结果表明,从情景1到情景3,学生的就学效率、医疗急救效率以及垃圾运输效率得到了逐步提升,没有被覆盖到的居民点人口数和垃圾运输成本也逐步减少。另外,通过3个情景计算结果的对比分析发现,交通网络条件对乡村公共服务设施的优化布局具有重要影响,合理改善交通条件能够有效提高乡村公共设施的服务水平。最后,运用地理信息科学方法,以Visual Studio.Net 2010为开发平台,使用C#语言和ArcGIS Engine 10.0组件库,同时结合MATLAB编程,开发出乡村公共服务设施优化布局系统,作为应用成果,使用该系统分别计算了山地省贵州某镇的乡村中小学布局问题、贵州省松桃县的医疗急救设施优化布局问题以及贵州某镇的垃圾转运站布局问题,为乡村地区公共服务设施的科学合理规划布局提供辅助决策支持。