我國漢族學生維爾維克指數(shù)空間自相關(guān)特征分析

古維秋

(重慶師范大學體育學院,重慶400047)

盡管我國學生體質(zhì)調(diào)研起步晚,由于國家重視我國學生體質(zhì)測試體系、干預(yù)手段等研究領(lǐng)域取得了重大突破。與國外同類研究相比,顯示出對學生體質(zhì)調(diào)查與指標篩選的全面性和先進性,但對學生體質(zhì)調(diào)研數(shù)據(jù)的利用和研究薄弱。尤其是對每次測試所獲取信息、數(shù)據(jù)管理、調(diào)研結(jié)果的表達和統(tǒng)計分析方法未能充分反映學生體質(zhì)狀況的空間信息,學生體質(zhì)調(diào)研信息的利用效率低。鑒于此,本文利用GIS技術(shù)平臺,建立維爾維克指數(shù)的空間自相關(guān)模型,采用空間自相關(guān)分析方法,從全域角度對我國漢族學生維爾維克指數(shù)分布的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行探討。同時結(jié)合自然環(huán)境、社會發(fā)展和經(jīng)濟水平的相關(guān)指標,揭示維爾維克指數(shù)分布現(xiàn)象的動因和形成機理。為我國學生體質(zhì)評價、預(yù)測、影響因素等研究探索新路徑,為各地教育部門及時了解當?shù)貙W生體質(zhì)健康狀況、制定體育鍛煉和健康教育計劃提供科學依據(jù),同時也為地理信息系統(tǒng)技術(shù)在體育學領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

1 研究對象與數(shù)據(jù)來源

維爾維克指數(shù)是指人體每厘米的身高所含有的重量和圍度之和,是綜合反映人體身高、體重、胸圍生長發(fā)育基本特征的一項重要指標,它隨年齡變化而變化,18歲時達到穩(wěn)定狀態(tài)。本文以2005年中國學生體質(zhì)與健康調(diào)研報告中18歲城男、鄉(xiāng)男、城女、鄉(xiāng)女學生的維爾維克指數(shù)測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1],研究對象除西藏 (西藏沒有漢族學生調(diào)研任務(wù))之外的全國30個省、市 (自治區(qū))18歲漢族學生。全國18歲漢族學生維爾維克指數(shù)的原始數(shù)據(jù),來源于2005年全國學生體質(zhì)調(diào)研的公布數(shù)據(jù)。根據(jù)研究需要分為城市男生、鄉(xiāng)村男生、城市女生和鄉(xiāng)村女生共4類人群20 307名學生。

2 研究方法

2.1 GIS技術(shù)

地理信息系統(tǒng) (GIS)技術(shù)是計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖形圖像技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)。隨著該技術(shù)的發(fā)展,被廣泛運用到諸如人口、環(huán)境、資源等眾多領(lǐng)域中。GIS技術(shù)能幫助在學生體質(zhì)監(jiān)測評價中實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)描述、空間插值和空間建模,可以直接實現(xiàn)空間自相關(guān)分析并能制圖輸出。本文借助ARCGIS9.3通用地理信息系統(tǒng)軟件,分別在ARCGIS建立全國30個省市自治區(qū)18歲學生維爾維克指數(shù)和描述各省市自然環(huán)境的相對濕度、社會環(huán)境的經(jīng)濟綜合指標GDP、預(yù)期壽命指數(shù)的莫蘭指數(shù)并制圖。

2.2 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)是一種空間統(tǒng)計方法,指同一個變量在不同空間位置上的相關(guān)性,按照空間賦值狀況量測各個變量值之間的相關(guān)關(guān)系。如果相似的值在空間上互相靠近,則被描述為極相關(guān);如果從數(shù)值安排未能得出模式,則為獨立或隨機的[2]。本文對代表學生身體形態(tài)特征的維爾維克指數(shù)空間布局的分析,采用了全局Moran's I系數(shù)來反映鄰近區(qū)域單元上同一現(xiàn)象或?qū)傩灾档南嚓P(guān)程度。

全域型Moran's I的公式:

式中n為研究區(qū)域內(nèi)不規(guī)則空間單元的個數(shù),xi和xj分別表示某現(xiàn)象或某屬性特征x在空間地域單元i和j上的觀測值,ˉx是研究對象x的平均值,Wij是空間權(quán)重矩陣。Moran's I統(tǒng)計量的取值范圍為 [-1,1],I小于0代表空間負相關(guān),大于0時代表空間正相關(guān),I=0代表空間無關(guān)。當I=1時有很強的空間正相關(guān)性,當I=-1時有很強的空間負相關(guān)性,I趨近于0時,相鄰空間單元間相關(guān)性低,即表示某空間現(xiàn)象的高值或低值呈無規(guī)律的隨機分布狀態(tài)。為更好的說明空間自相關(guān)性,對于Moran's I指數(shù),可以用標準化統(tǒng)計量z來檢驗n個區(qū)域是否存在空間自相關(guān)關(guān)系。

Z的計算公式為[3]:

當z值為正且高于1.65時,表明存在正的空間自相關(guān),也就是說相似的觀測值 (高值或低值)趨于空間集聚;當z值為負值小于-1.65時,表明存在負的空間自相關(guān),相似的觀測值趨于分散分布;當z值介于-1.65與1.65之間時,觀測值呈現(xiàn)獨立或隨機分布。

3 結(jié)果與討論

3.1 我國學生維爾維克指數(shù)空間自相關(guān)分布特征

3.1.1 維爾維克指數(shù)分布特點

以2005年中國學生體質(zhì)與健康調(diào)研報告中18歲學生的維爾維克指數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),經(jīng)統(tǒng)計處理獲得各省市及全國18歲學生的維爾維克指數(shù)均值,制圖1。

圖1顯示,我國各省區(qū)18歲學生維爾維克指數(shù)存在較大差異。維爾維克指數(shù)較高的省區(qū)有天津、北京、山東、河北、黑龍江、遼寧和吉林省,這些省區(qū)主要位于我國北方的華北地區(qū) (北京、天津、河北)、東北地區(qū) (遼寧、吉林、黑龍江)和華東地區(qū) (山東);北方地區(qū)除內(nèi)蒙古、青海、寧夏3省區(qū)學生維爾維克指數(shù)低于全國水平外,北方其他省區(qū)學生維爾維克指數(shù)都處在全國平均值(83.25)以上;全國學生維爾維克指數(shù)較低的省區(qū)有青海、海南、廣東、廣西、重慶和貴州省,主要集中于我國南方的華南地區(qū) (廣東、廣西、海南)和西南地區(qū) (重慶、貴州)以及北方的西北地區(qū)(青海)。綜上所述,我國學生維爾維克指數(shù)分布的主要特點是北方學生維爾維克指數(shù)水平明顯高于南方學生,北方學生的體型高大、南方學生體型矮小的特點。

圖1 全國各省區(qū)學生維爾維克指數(shù)比較圖

3.1.2 維爾維克指數(shù)及其相關(guān)影響因素的莫蘭指數(shù)整體空間集聚特征

本文選取全國30個省區(qū)維爾維克指數(shù)及其與之關(guān)系密切的各省市自然環(huán)境因素的相對濕度、社會環(huán)境因素的預(yù)期壽命和GDP等指標數(shù)據(jù) (見表1)[4,5],采用最大距離標準,建立莫蘭指數(shù),計算結(jié)果如表2所示。

表1 維爾維克及相關(guān)指數(shù)數(shù)據(jù)表

表2 全國18歲青年學生維爾維克及相關(guān)指數(shù)

從表2可以看出,維爾維克指數(shù)、相對濕度、2000預(yù)期壽命和GDP的 I系數(shù)分別為 0.31、0.24、0.16、0.03,均在 [-1,1] 之間,表明它們都存在空間相關(guān)性,空間相關(guān)程度最大的為維爾維克指數(shù),其次是相對濕度和2000預(yù)期壽命,GDP的I值趨近于0,表明其空間相關(guān)性低。為更好的說明空間自相關(guān)性,對于Moran's I系數(shù),采用標準化統(tǒng)計量z進行檢驗,結(jié)果顯示維爾維克指數(shù)、相對濕度的Z(I)值分別為8.02、6.45、4.46,其值都大于1.65,說明全國30個省區(qū)維爾維克指數(shù)、相對濕度都具有空間正相關(guān),在空間上具有明顯的集聚特征,即在某個區(qū)域會出現(xiàn) “高-高”或 “低-低”的集聚效應(yīng)。而標準化結(jié)果GDP的Z(I)值小于1.65,則表示代表經(jīng)濟水平的GDP指標的空間分布是具有隨機性或離散,不存在集聚特征。

3.2 維爾維克指數(shù)及其相關(guān)影響因素的莫蘭指數(shù)空間集聚效果分析

將表2中顯示具有顯著空間集聚特征的維爾維克指數(shù)、相對濕度經(jīng)標準化Z(I)值處理,借助于ARCGIS9.3通用地理信息系統(tǒng)軟件 (GIS)可制作空間自相關(guān)示意圖2。

3.2.1 維爾維克指數(shù)的空間自相關(guān)分析

從圖2可知,全國維爾維克指數(shù)的標準化Z(I)值在1.65～5.41間,出現(xiàn)了兩大高集聚狀態(tài)區(qū)域,一是在北京、天津、河北、山東、遼寧、吉林、黑龍江出現(xiàn)了 “高-高”集聚形態(tài),表明此空間的臨近區(qū)域內(nèi)維爾維克指數(shù)都高,二是在西南和華南部分地區(qū),即四川、云南、貴州、廣西、廣東、湖南、海南出現(xiàn) “低-低”集聚形態(tài),表明此空間臨近區(qū)域內(nèi)的維爾維克指數(shù)都低。

圖2 2005年全國維爾維克指數(shù)Z-normal(Ⅰ)示意圖

3.2.2 相對濕度的空間自相關(guān)分析

相對濕度的Z(I)的標準化值在1.65～5.58間,我國呈現(xiàn)出兩種高集聚空間結(jié)構(gòu)形態(tài),一是西南地區(qū) (四川、重慶、貴州)、華南地區(qū) (廣西、廣東、海南、湖南)呈現(xiàn)明顯的 “高-高”集聚,表明這一帶屬于相對濕度較高的集中區(qū)域;二是在華北 (北京、天津、河北、山東、山西)和內(nèi)蒙古則出現(xiàn) “低-低”的空間集聚現(xiàn)象,表明華北地區(qū)和內(nèi)蒙地區(qū)相對濕度都較低。將相對濕度Z-normal(I)示意圖5與學生維爾維克指數(shù)Z-normal(I)示意圖4比較發(fā)現(xiàn),相對濕度 “高-高”集聚的西南地區(qū)、華南地區(qū)與維爾維克指數(shù) “低-低”的空間集聚吻合,相對濕度 “低-低”集聚的華北地區(qū)、內(nèi)蒙古地區(qū)與維爾維克指數(shù) “高-高”的空間集聚吻合,說明相對濕度與維爾維克指數(shù)具有負相關(guān),對維爾維克指數(shù)具有牽制作用。

4 結(jié)論與建議

4.1 我國學生維爾維克指數(shù)分布存在顯著的空間正相關(guān),各省區(qū)學生維爾維克指數(shù)分布在空間上具有十分明顯的趨同性。即北方地區(qū)學生維爾維克指數(shù)整體水平高于南方地區(qū),呈現(xiàn)出北方學生的體型高大、南方學生體型矮小的區(qū)域特征。

4.2 維爾維克指數(shù)的 “高-高”集聚與自然環(huán)境的相對濕度 “低-低”的空間集聚吻合,維爾維克指數(shù)的 “高-高”集聚與社會發(fā)展的預(yù)期壽命 “低-低”的空間集聚大致吻合;學生維爾維克指數(shù)與自然環(huán)境、社會發(fā)展關(guān)系十分緊密。

4.3 各省區(qū)自然環(huán)境對學生身體形態(tài)發(fā)育影響較大,建議對全國學生體質(zhì)評定時應(yīng)考慮自然環(huán)境因素影響而形成的全國學生身體形態(tài)生長發(fā)育的客觀差異性。

4.4 建議增加對西藏漢族學生、臺灣及香港、澳門特別行政區(qū)學生體質(zhì)的測試與數(shù)據(jù)采集工作,以獲得全國學生體質(zhì)測試數(shù)據(jù),便于全國范圍內(nèi)的空間分布比較。

[1]中國學生體質(zhì)健康與健康調(diào)查組.2005年中國學生體質(zhì)與健康調(diào)研報告 [M].北京:高等教育出版社,2005

[2]Walter T.The spatial autocorrelation coefficient Moran's I under heteroscedasticity[J].Statistics in Medicine,1996(15):887-892

[3]CLIFFA D,ORD JK.Spatialprocesses,models and ap-plications[M].London:Pion,1981

[4]天氣在線.中國各省區(qū)氣象 [DB/OL].天文地理 [2006-12-20].http//www.t7online Com/chine htm

[5]2005年我國各省區(qū)人均GDP數(shù),各省區(qū)消費指數(shù).國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)庫 [DB/OL].http://www.stats.gov.cn

[6]kang-tsung chang著.地理信息系統(tǒng)導論 (第3版)[M].北京:清華大學出版社,2009

[7]邵象清.人體測量手冊 [M].上海:上海辭書出版社,1985:297～300