基于土地利用現狀的人口時空增長趨勢研究

潘琛玲，孟 成*，馬藝文

（1.武漢市國土資源和規劃信息中心，湖北 武漢 430014）

基于土地利用現狀的人口時空增長趨勢研究

潘琛玲1，孟 成1*，馬藝文1

（1.武漢市國土資源和規劃信息中心，湖北 武漢 430014）

基于武漢市“四普”、“五普”、“六普”人口普查數據及2014年末人口調查數據、同期土地利用現狀數據，開展城市級的人口時空變化趨勢及特征研究。從1990～2014年，武漢市人口空間分布由“破碎分散”向“緊湊集中”轉變，人口流動主體形式為波動式增長和流動式推進，新城區人口增長速率持續增加，中心城區人口增長速率逐步減緩。研究結論表明，提出的基于土地利用現狀的人口數據空間化方法能夠客觀反映人口的空間分布，能夠為指導城市規劃、統籌城市空間布局、提高城市空間利用效率提供支撐。

土地利用現狀；時空數據；人口空間化；人口增長趨勢

中央城鎮化工作會議、中央城市工作會議均提出了以人為核心提高我國新城城鎮化水平、走中國特色城市發展道路的要求。開展人口空間分布、時空增長趨勢的研究，對研究城市發展規律、優化城市空間結構、促進城市緊湊發展、提高國土空間利用率有重要的意義。

在人口空間化研究方面，主要包括以人口密度作為橋梁的大尺度網格人口空間化模型[1]，結合遺傳算法和GIS的人口數據網格分布模型[2]，采用蒙特卡羅和GIS相結合的規則網格與不規則網格相互轉換的方法[3]，運用GCAWI法、空間自相關指數、多（單）中心指數模型等的鄉鎮單元到網格單元的轉化模型[4]，以及綜合考慮空間化方法的原理及其適用性，空間化中的建模參考因素，典型人口空間化數據集的人類數據空間化研究等[5,6]。在人口增長趨勢方面，主要通過人口空間分布模型，研究某一區域的人口密度變化趨勢，如葉宇等從人口分布影響因子、土地利用空間數據應用、人口指標等方面研究了福建省鄉鎮尺度的人口數據空間化[7]；肖洪等通過多智能體系統、元胞自動機模型構建了長沙市街道級的人口空間分布及規律[8]；李建強等通過人口、經濟的關聯研究人口結構的演變[9]；饒燁等以1984～2010年北京都市區人口數據為基礎，通過構建計量模型研究北京市區人口增長的空間特征及趨勢[10]。在進行人口變化趨勢的研究中，由于未統一人口數據的時空基準，難以對人口空間分布形態、人口移動行為特征等問題進行研究。本文針對以上問題，提出基于土地利用分類的人口空間分布模型，并以武漢市為例進行研究論證。

1 研究思路和方法

1.1 研究思路

傳統人口統計數據以行政區為單元逐級統計匯總，而人口實際主要分布在城市、村莊等居住生活區，在農業和工業等生產用地上分布較少，因此，人口的空間分布與土地利用類型密切相關。另外，由于不同時期的統計單元不同，導致統計的尺度和基準不統一，在進行人口時空增長趨勢分析時，難以將人類數據與其他數據進行關聯。本研究基于土地利用現狀數據，建立規則網格單元，以研究人口的空間分布和時空增長趨勢。

1.2 研究流程及方法

依據《城鎮土地分類》（1989）、《全國土地分類（試行）》（2001）、《土地利用現狀分類（國家標準）》（2007），統一各期土地利用數據分類，并劃分為城市、建制鎮、村莊、水域、交通、風景名勝、采礦用地、農地林地和其他用地9類用地。依據人口實際分布特征，將城市、建制鎮、村莊3類作為有人聚居土地，其他作為無人聚居土地，計算城市、建制鎮、村莊的人口分布比例，依權重將統計單元人口分配到規則網格中，從而實現人口數據時空基準的統一，最后開展人口時空增長趨勢的研究。研究總流程如圖1所示。

2 實證研究

2.1 數據可獲得性分析

以武漢市1990、2000、2010年人口普查數據和2014年底人口調查數據、同期城市行政區劃數據、土地利用現狀數據及衛星影像數據作為基礎數據。數據可獲得性分析如表1所示。

圖1 研究流程圖

表1 研究數據可獲得性分析結果表

1990年人口數據來源于全國第四次人口普查，人口數為675.72萬人，統計單元共計170個街道。1990年的土地利用現狀數據無法獲得，因此選用1990衛星影像獲得該年武漢市的土地利用分類數據。2000、2010、2014年數據的可獲得性較好，其中2000、2010年人口數據分別來源于全國第五、第六次人口普查結果，2000年為837.21萬元，2010年為1 006.15萬人。統計單元為2000年全市173個街道，2010年全市187個街道。2014年人口數據來源于人口調查數據，統計單元為全市3 494個社區單元。2000、2010和2014年土地利用現狀數據為矢量數據。

2.2 人口數據空間化處理

對1990、2000、2010、2014年武漢市人口數據依據統計單元進行空間化處理，如圖2～5所示。

圖2 1990年人口空間分布

圖3 2000年人口空間分布

圖4 2010年人口空間分布

圖5 2014年人口空間分布

首先分別計算每一年3類用地上的人口密度，再將同一年3類用地的人口密度進行歸一化處理，計算出該年3類用地的人口分布權重。依此方法計算出1990、2000、2010、2014年各類有人聚居土地的人口空間分布權重結果，如表2所示。從權重結果可以看出，每年3類土地的人口分布權重均不相同，其中城市用地權重從1990～2014年總體趨勢逐步變大，建制鎮用地人口分布權重則逐步變低，村莊用地人口分布權重2000年達到最大，到2014年又有所減小，總體趨勢基本平穩。

表 2 1990、2000、2010、2014 年有人聚居各類土地人口分布權重表

通過對人口空間數據進行重分配，得到基于統一規則網格的人口空間分布數據，如圖6～9所示，并建立1990～2014年人口時空數據庫，如圖10所示。

圖6 1990年規則網格人口空間分布

圖7 2000年規則網格人口空間分布

圖8 2010年規則網格人口空間分布

圖9 2014年規則網格人口空間分布

圖10 人口時空數據庫

2.3 人口時空變化趨勢研究

基于武漢市1990、2000、2010、2014年人口時空數據，通過分析人口空間分布的變化，得出1990～2014年人口時空增長趨勢。自1990年以來，人口不斷向中心城區聚居，人口規模和人口密度不斷增大，人口的分布逐漸趨于均衡。另外，除中心城區以外，逐步形成了6個人口聚居區，初步具備分中心雛形。通過對2014年和1990年兩期人口空間數據進行疊加分析，得到人口變化圖，如圖11、12所示。

圖11 1990～2014年人口變化圖

圖12 1990～2014年人口變化3D圖

通過將相鄰兩期同一網格疊加分析，得到各網格人口數變化情況。對武漢市中心城區及6個人口明顯增長區域 1990～2000年、2000～2010年、2010～2014年3個階段的人口變化進行趨勢分析，結果如表3所示。

1）人口空間分布形態。如圖4所示，從1990～2014年，中心城區人口逐步增加，人口密度逐步增大，人口的空間分布從個別區位人口數量突出逐步轉變為均衡分布。除中心城區外的其他區域的人口分布由分散、碎片化，逐步趨于緊湊、集中化，并最終形成6個人口聚居分中心。

2）人口變化趨勢和方向。從表3三維趨勢圖可看出，各中心點對周邊人口有強烈的吸引力，且吸引力逐漸增強，人口的變化表現為以峰值點為中心，伴隨周邊一定區域的人口減少，且減少量被峰值點吸引，成為峰值點增長量。表3中剖面圖是將人口變化數據進行斷面處理后疊加所得，用以表示同一位置不同時間的變化情況，從圖中可看出各點人口波浪式增長的特征。波形圖是將各階段的波形曲線在時間軸上平移得到，用以表示人口隨時間的變化趨勢。通過波形圖可以發現，3個階段的波峰、波谷點和曲線的波動趨勢具有較高的一致性，表現出人類流動式推進的特征。

表3 人口變化趨勢表

3）人口變化速度。計算中心城區和6個增長點3個階段的波形圖斜率，用以表示相鄰兩階段人口的變化速率，結果如表4所示。

表4 人口變化曲線斜率

從1990～2014年，人口的增長速度越來越快，其中6個增長點的增長趨勢明顯，斜率逐步增大，表明該區域尚未達到增長頂點，還具有吸引周邊人口聚居的潛力。而中心城區，斜率逐漸減小，表明中心城區人口的增長趨勢在逐步放緩，人口逐步趨于飽和。

3 結 語

以武漢市為例，研究了基于土地利用分類的人口空間分布方法，并基于規則網格分析人口的時空增長趨勢。結合研究區域土地利用現狀數據、人口普查（調查）數據、行政區劃數據，計算了城市、建制鎮、村莊上對應的人口分布權重，將武漢市“四普”、“五普”、“六普”人口普查數據和2014年人口調查數據重分配到1 km×1 km的規則網格單元，統一了人口數據的空間基準。重點研究了武漢市中心城區及6個人口增長點，分析了武漢市1990～2014年的人口空間分布形態特征、人口流動趨勢和方向、人口流動速度變化，得出結論如下：①武漢市中心城區人口分布逐步趨于平衡，遠城區人口空間分布越來越緊湊集中；②遠城區增長點對于周邊人口具有較強吸引力，表現為城市內部人口的波浪式增長和流動式推進；③由于中心城區人口趨于飽和，人口壓力增大，導致中心城區人口增長的速率放緩，而其他增長點人口增長速率加快，與武漢市堅持大力發展新城區建設的政策相符。

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P273

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1672-4623（2017）12-0006-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.12.002

2017-07-18。

教育部人文社會科學研究項目青年基金資助項目（15YJC63009）。（*為通訊作者）

潘琛玲，高級工程師，主要研究數字城市、智慧城市。