基于GIS的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化探討

張杰云，申 真

（江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000）

人口分布是人口地理學研究的核心問題。人口分布同生產(chǎn)分布以及同各國各地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)，研究人口分布的地域差異及其發(fā)展過程，揭示其中的規(guī)律性對制訂區(qū)域人口政策、人口的合理再分布以及實現(xiàn)人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展起著指導作用。

傳統(tǒng)的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)通常是以行政區(qū)域為單元，通過普查、逐級匯總而來，以綜合反映某行政區(qū)域內(nèi)的人口總和。傳統(tǒng)的人口數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法在實際應(yīng)用中存在較多問題：一是數(shù)據(jù)的空間分辨率低（縣級）；二是數(shù)據(jù)的時間分辨率低，全國性的人口普查10年一次；三是以行政區(qū)域為單元獲得的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)在區(qū)域內(nèi)是均勻分布的，不能體現(xiàn)出人口數(shù)據(jù)的空間分布特性；四是在研究過程中，研究區(qū)域往往與行政區(qū)劃并不一致，增加數(shù)據(jù)分析的難度；五是不利于多源數(shù)據(jù)融合?；诘乩砀窬W(wǎng)的空間數(shù)據(jù)，如遙感數(shù)據(jù)與基于行政單元的人口數(shù)據(jù)存在尺度上的差異，難以進行融合分析。

要解決上述問題，就要探索人口分布規(guī)律并利用GIS技術(shù)將人口數(shù)據(jù)按照其分布規(guī)律展布到一定尺寸的地理格網(wǎng)中，構(gòu)建人口分布空間數(shù)據(jù)庫。人口數(shù)據(jù)空間化是指通過構(gòu)建特定的統(tǒng)計分析數(shù)學模型將以行政區(qū)為單元的人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)分布到一定尺寸的地理格網(wǎng)中，實現(xiàn)由行政單元向地理單元網(wǎng)格的轉(zhuǎn)換。通過人口分布的空間化可以進一步提高人口信息管理水平為經(jīng)濟與社會的可持續(xù)發(fā)展提供服務(wù)。人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化研究已成為人口空間分布應(yīng)用研究領(lǐng)域的一個熱點問題。劉紀遠、岳天祥等人通過運用凈第一性生產(chǎn)力空間分布、數(shù)字高程、城市規(guī)模等數(shù)據(jù)集，模擬了中國人口密度的空間分布規(guī)律；劉望保、閆小培等人利用 EDSA－GIS空間自相關(guān)分析技術(shù)，分析改革開放以來廣州市人口空間分布及其演化。本文以土地利用數(shù)據(jù)為主要影響因子，探討具有實際可操作性的人口數(shù)據(jù)空間化的方法，并在鄱陽湖區(qū)進行試驗。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽湖位于江西省北部，長江中下游南岸，地理坐標北緯28°22′～29°45′，東經(jīng) 115°47′～116°45′，是我國最大的淡水湖泊。按湖泊出現(xiàn)的最高水位對應(yīng)的湖水水面面積為該湖泊的面積，鄱陽湖的面積為4 070 km2。

鄱陽湖區(qū)的范圍為：南昌、新建、永修、德安、星子、湖口、都昌、鄱陽、余干、進賢和九江市的市區(qū)。鄱陽湖區(qū)地貌類型齊全，有農(nóng)田、水域、森林、湖灘草洲、低丘崗地、沙洲裸地等，總面積大約為19 815 km2。

1.2 數(shù)據(jù)源

（1）土地利用數(shù)據(jù)。1∶100 000江西省土地用數(shù)據(jù)（來源于中國科學院地理科學與資源研究所TM解譯數(shù)據(jù)），土地利用類型及代碼，見表1。

（2）人口數(shù)據(jù)。2000年的江西省各縣市區(qū)人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

（3）行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。1∶100 000江西省行政區(qū)劃圖。

（4）全國1∶250 000地形數(shù)據(jù)庫（包括政區(qū)、公路、鐵路、水系、居民地等要素圖層）。

表1 土地利用類型及代碼表

2 人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)展布過程

本文將以土地利用類型作為人口空間化的地理因子，建立人口分布空間化的地理因子庫，并通過分析確定人口數(shù)據(jù)與各土地利用類型的相關(guān)系數(shù)。選取相關(guān)系數(shù)較高的土地類型因子建立人口與土地利用類型的回歸分析模型。選取回歸相關(guān)系數(shù)最優(yōu)的組合作為人口數(shù)據(jù)空間化的最佳模型并結(jié)合 ArcGIS軟件實現(xiàn)人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化。

在GIS支持下對數(shù)據(jù)源通過空間分析運算、統(tǒng)計分析運算、數(shù)據(jù)過濾與處理、模型工具處理等過程建立地理因子庫和人口格網(wǎng)因子庫。具體處理過程的內(nèi)容見圖1。

2.1 地理因子庫建立

影響人口分布的地理因子多種多樣，目前在影響人口分布的主要地理因子方面已經(jīng)有很多研究，其中最重要的地理因子包括地形、水文、氣候、土壤、土地利用、交通、居民點等。由于土地是人類生存的最重要因素之一，故土地利用類型與人口分布有著最為密切的關(guān)系。同時，交通、氣候、地形等也與人口分布有著較為密切的關(guān)系。同時，對于不同的區(qū)域，各個地理因子與人口分布的相關(guān)性不盡相同，故對于不同區(qū)域的人口分布研究要有區(qū)別的對待。

土地利用數(shù)據(jù)處理過程：①建立30 m×30 m的規(guī)則格網(wǎng)，并對其賦予地理編碼；②從1∶250 000地形數(shù)據(jù)庫提取公路、鐵路、水系、居民地等圖層，通過30 m×30 m的格網(wǎng)疊加統(tǒng)計，建立上述要素的地理因子庫；③以1∶100 000土地利用數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，通過與30 m×30 m的格網(wǎng)疊加及統(tǒng)計，建立耕地、林地、草地、水域、居民用地、未利用土地等土地利用因子。

圖1 人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化流程圖

2.2 人口數(shù)據(jù)與各地理因子相關(guān)系數(shù)的確立

利用 SPSS數(shù)學統(tǒng)計軟件將某省分縣的人口與分縣各種因子的長度或面積進行單因子相關(guān)分析，計算出每種地理因子與人口的相關(guān)系數(shù)，其結(jié)果見表2。可以看出，人口分布與城鄉(xiāng)－工礦－居民點用地、耕地和林地的相關(guān)性較高。人口與城鄉(xiāng)－工礦－居民點用地的相關(guān)系數(shù)為0.867；說明在所有的土地利用類型中，城鄉(xiāng)－工礦－居民點用地、耕地和林地是影響各市縣人口分布的主要因素，其他土地利用類型是影響人口分布的次要因素。

表2 人口與土地利用類型面積相關(guān)系數(shù)

2.3 格網(wǎng)人口的計算

2.3.1 人口模型構(gòu)建

首先以鄱陽湖區(qū)各縣的平均人口密度為因變量，選取城鄉(xiāng)、工礦、居民用地（L1）、耕地（L2）林地（L3）為自變量，利用SPSS軟件進行多元回歸分析，發(fā)現(xiàn)其線性相關(guān)系數(shù)為0.92；增加自變量草地（L4）、水域（L5）、未利用土地（L6），相關(guān)系數(shù)提高，達到0.96，具體結(jié)果見表3。

表3 鄱陽湖區(qū)縣級人口密度與各種土地利用類型指數(shù)的相關(guān)性

2.3.2 模型驗證

為驗證模型精度，分別用上述兩個模型來模擬鄱陽湖地區(qū)的人口分布密度，以計算得到各縣的預(yù)測人口密度，然后用各縣的實際統(tǒng)計人口密度與計算的到的預(yù)測人口密度進行相關(guān)性分析，見圖2，以最終確立可行的最優(yōu)模型。

從圖2中可以看出，兩個模型的相關(guān)性系數(shù)都很高，但是模型1的檢驗精度更高，檢驗結(jié)果表明，模型1更能客觀反映研究區(qū)域的人口分布情況。

圖2 鄱陽湖地區(qū)各縣實際人口密度與模擬人口密度的關(guān)系

2.3.3 人口分布計算

ArcGIS空間分析模塊提供了柵格計算的工具，首先加載Spatial Analyst模塊，打開ArcMap并單擊Tools菜單下的Extensions，選擇Spatial Analyst，在ArcMap菜單區(qū)，點擊鼠標右鍵，選擇Spatial Analyst工具，Spatial Analyst工具出現(xiàn)在ArcMap視圖中，選擇Raster Calculator，出現(xiàn)Raster Calculator柵格計算工具，見圖3。

點擊 Evaluate即可生成鄱陽湖地區(qū)30 m×30 m人口空間模擬圖，見圖4。

圖3 柵格計算器界面

圖4 鄱陽湖區(qū)人口分布空間化圖

3 結(jié)束語

本文運用 GIS技術(shù)對人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化方法進行了探討。結(jié)果表明，2000年鄱陽湖地區(qū)人口分布與土地利用類型的相關(guān)分析中，與城鄉(xiāng)－工礦－居民點用地、耕地、林地等土地利用類型相關(guān)性較高。說明，在本地區(qū)中人口的分布與城鄉(xiāng)、工礦、居民點用地等聯(lián)系緊密。由于時間倉促和計算條件有限，我們選取的因子不盡全面，此人口柵格數(shù)據(jù)庫并不精確，只是提出一種人口分布空間化的方法和思路。如何擬合出符合具體區(qū)域特點的人口分布模型，還值得進一步研究。

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