基于GIS的人口統計數據的空間化探討

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。人口分布同生產分布以及同各國各地區的社會經濟發展息息相關，研究人口分布的地域差異及其發展過程，揭示其中的規律性對制訂區域人口政策、人口的合理再分布以及實現人口、資源、環境的協調持續發展起著指導作用。

傳統的人口統計數據通常是以行政區域為單元，通過普查、逐級匯總而來，以綜合反映某行政區域內的人口總和。傳統的人口數據統計方法在實際應用中存在較多問題：一是數據的空間分辨率低（縣級）；二是數據的時間分辨率低，全國性的人口普查10年一次；三是以行政區域為單元獲得的人口統計數據在區域內是均勻分布的，不能體現出人口數據的空間分布特性；四是在研究過程中，研究區域往往與行政區劃并不一致，增加數據分析的難度；五是不利于多源數據融合。基于地理格網的空間數據，如遙感數據與基于行政單元的人口數據存在尺度上的差異，難以進行融合分析。

要解決上述問題，就要探索人口分布規律并利用GIS技術將人口數據按照其分布規律展布到一定尺寸的地理格網中，構建人口分布空間數據庫。人口數據空間化是指通過構建特定的統計分析數學模型將以行政區為單元的人口統計數據分布到一定尺寸的地理格網中，實現由行政單元向地理單元網格的轉換。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濟與社會的可持續發展提供服務。人口統計數據的空間化研究已成為人口空間分布應用研究領域的一個熱點問題。劉紀遠、岳天祥等人通過運用凈第一性生產力空間分布、數字高程、城市規模等數據集，模擬了中國人口密度的空間分布規律；劉望保、閆小培等人利用 EDSA－GIS空間自相關分析技術，分析改革開放以來廣州市人口空間分布及其演化。本文以土地利用數據為主要影響因子，探討具有實際可操作性的人口數據空間化的方法，并在鄱陽湖區進行試驗。

1 研究區概況與數據源

1.1 研究區概況

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 115°47′～116°45′，是我國最大的淡水湖泊。按湖泊出現的最高水位對應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。鄱陽湖區地貌類型齊全，有農田、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 數據源

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

（2）人口數據。2000年的江西省各縣市區人口統計數據。

（3）行政區劃數據。1∶100 000江西省行政區劃圖。

（4）全國1∶250 000地形數據庫（包括政區、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 人口統計數據展布過程

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據與各土地利用類型的相關系數。選取相關系數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。選取回歸相關系數最優的組合作為人口數據空間化的最佳模型并結合 ArcGIS軟件實現人口統計數據的空間化。

在GIS支持下對數據源通過空間分析運算、統計分析運算、數據過濾與處理、模型工具處理等過程建立地理因子庫和人口格網因子庫。具體處理過程的內容見圖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系。同時，交通、氣候、地形等也與人口分布有著較為密切的關系。同時，對于不同的區域，各個地理因子與人口分布的相關性不盡相同，故對于不同區域的人口分布研究要有區別的對待。

土地利用數據處理過程：①建立30 m×30 m的規則格網，并對其賦予地理編碼；②從1∶250 000地形數據庫提取公路、鐵路、水系、居民地等圖層，通過30 m×30 m的格網疊加統計，建立上述要素的地理因子庫；③以1∶100 000土地利用數據庫為數據源，通過與30 m×30 m的格網疊加及統計，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 人口統計數據空間化流程圖

2.2 人口數據與各地理因子相關系數的確立

利用 SPSS數學統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分析，計算出每種地理因子與人口的相關系數，其結果見表2。可以看出，人口分布與城鄉－工礦－居民點用地、耕地和林地的相關性較高。人口與城鄉－工礦－居民點用地的相關系數為0.867；說明在所有的土地利用類型中，城鄉－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系數

2.3 格網人口的計算

2.3.1 人口模型構建

首先以鄱陽湖區各縣的平均人口密度為因變量，選取城鄉、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，發現其線性相關系數為0.92；增加自變量草地（L4）、水域（L5）、未利用土地（L6），相關系數提高，達到0.96，具體結果見表3。

表3 鄱陽湖區縣級人口密度與各種土地利用類型指數的相關性

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的人口分布密度，以計算得到各縣的預測人口密度，然后用各縣的實際統計人口密度與計算的到的預測人口密度進行相關性分析，見圖2，以最終確立可行的最優模型。

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

圖2 鄱陽湖地區各縣實際人口密度與模擬人口密度的關系

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，點擊鼠標右鍵，選擇Spatial Analyst工具，Spatial Analyst工具出現在ArcMap視圖中，選擇Raster Calculator，出現Raster Calculator柵格計算工具，見圖3。

點擊 Evaluate即可生成鄱陽湖地區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 鄱陽湖區人口分布空間化圖

3 結束語

本文運用 GIS技術對人口統計數據空間化方法進行了探討。結果表明，2000年鄱陽湖地區人口分布與土地利用類型的相關分析中，與城鄉－工礦－居民點用地、耕地、林地等土地利用類型相關性較高。說明，在本地區中人口的分布與城鄉、工礦、居民點用地等聯系緊密。由于時間倉促和計算條件有限，我們選取的因子不盡全面，此人口柵格數據庫并不精確，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域特點的人口分布模型，還值得進一步研究。

1 王雪梅、李新等.基于遙感和GIS 的人口數據空間化研究進展及案例分析[J].遙感技術與應用，2004（10）：320～327

2 王英安、岳天祥.基于格網生成方法的山東省人口密度空間分布模擬[J].曲阜師范大學學報，2004（7）：91～92

3 劉望保等.基于EDSA－GIS的廣州市人口空間分布演化研究[J].經濟地理，2010（1）：34～39

4 肖榮波等.城市規劃中人口分布模擬方法研究[J].中國人口資源環境，2011（6）：13～18

5 李健、中村良平.城市空間人口密度模型研究綜述[J].國外城市規劃，2006（1）：40～47

6 趙虎、李霖等.基于擴展空間句法的城區人口密度估算方法[J].測繪科學，2009（7）：150～153