基于GIS的区域人口密度空间分布模拟_以张家界市永定区为例_吴桂平
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以保证统计结果中 各乡镇 的土 地利用 面积 数与 实际值 相一 致 ;③在 ARCGIS中对 DEM数据进 行投影 转换 , 并 重采样 至 250m×250m的 空 间分 辨 率 , 同 时 利用 SPATIALANALYST工具生成分辨 率为 250m×250m的坡度图 ;④以乡镇 界线 GRID作 ZONEGRID, 分别以 DEM图和坡度图作 VALUEGRID, 利用 ARCTOOLBOX中 的 ZONALSTATISTICS工 具统计出各乡镇 的平均 高程 和平 均坡度 ; ⑤计 算各乡 镇不 同土地利用类型 指数 , 即 用某 乡镇某 种土 地利 用类型 的面
目前 , 不少学者 对于 人口密 度空 间化的 问题 做了 大量 探讨 [ 2-17] , 但是已有 的研 究大 多侧 重于 国家 或省 级行 政级 别的尺度上 , 适 于概 括较大 地域 范围的 宏观 趋势 , 而 对于 县域人口密 度空间 化的 问题 研究较 少 ;另一 方面 , 相 对于 地质构造复 杂 、 生态 环境脆 弱的 岩溶山 区来 说 , 现有 的研 究仍是很薄 弱的 。 当 前 , 与国 际研 究相比 , 中国 人口 密度 空间化的研 究还处 于起 步阶 段 , 一方面 需要 加强 中 、 微观 尺度的研究 , 另 一方 面还需 要更 加多样 化的 研究 区域 。 基 于这一点 , 本文以 县域尺 度上 的张家 界市 永定 区为研 究对 象 , 综合考虑各 种土 地利用 数据 以及高 程 、 坡度 等地 形指
数作为区域人口 分布 的主要 影响 因子 , 在 此基 础之上 通过 多元回归的思想建立了 人口密度空间化模型 , 同时结合 GIS 软件对研究区的 人口 分布状 况进 行了模 拟 , 以 探讨在 县域 尺度上具 有实 际 可操 作性 的 人口 数 据空 间化 方 法 。 同 时 , 通过研究 对张 家 界市 永定 区 推进 城 市化 进程 , 提高 人 口 、 资源和环境的科学管理 具有重要的理论意义和实用价值 。
式 ), 其平均人 口密 度 与 耕地 指 数的 相 关系 数 为 0.84(图 1)。
2)人口密度与林地指数的关系 由于永定区 特殊的 自然 地理条 件 , 其林 地分 布面 积较 广 , 2005年全区林 地总 面积 为 154748.33 公顷 , 占土 地总 面积的 71.19%。 利用统 计计算 得到的 27个乡 镇 (包括 6个 办事处 )的平均人口 密度与 林地 指数进 行相 关分 析 , 可以 发现 , 各乡 镇 的 人 口密 度 与 林 地指 数 的 相 关 系数 高 达 -
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测绘科学 第 34卷
型 ;④行政区划 数据 , 各 乡镇 的行政 区划 界线图 由永 定区
2005年土地利用现状图提取获得 。 3.2 数据预处 理
数据预处 理主 要包 括以 下内 容 :①利用 ARCGIS软件 将原始矢量数据为 1: 50 000各种土地利用类型数据转化为 250m×250m分辨率的栅格土地利用数据 , 每个小 类用一个 栅格数据层表示 , 其中每 个栅 格记录 了该 土地 利用类 型占 整个栅格面积的百分比 ;②以乡 镇界线 GRID作 MASK, 将 所有土地利用 GRID中 像元值为 NODATA的栅格设为 0值 ,
2 研究区概括
张家界市永 定区地 处湖 南省西 北部 , 云 贵高 原武 陵山 脉北支中段 , 长 江流 域洞庭 湖水 系澧水 中上 游 , 是张 家界 市旅游经 济开 发的 腹地 。 全区 土 地总 面积 2174km2, 东与 慈利 、 桃源毗邻 , 南 抵沅 陵 , 西 邻永 顺 , 北 与 桑植 、 武陵 源接壤 , 东西最长 82.2km, 南北最宽 60.2km, 地理坐标为 东经 110°04′～ 110°55′, 北 纬 28°52′～ 29°25′。 永定 区境内 群山 起 伏 , 沟 谷纵 横 , 山 地 相对 高 差 较 大 , 最 大 高 差 达 1392.6m。 整个地势从中部切割成南北两部分 , 南部 向沅水 呈梯级递降 , 北部往 澧水 倾斜 , 中 部地势 低平 , 呈一 半月 形盆地 。 研究区 水资 源较为 丰富 , 中 部澧 水自西 向东 蜿蜒 而下 , 横贯境 内长 达 96.8km, 控 制流 域面 积 1614.29km2 。 全区年平 均气 温 16.8℃, 年日 照 时数 为 1449.6h, 中 部溪 谷平地年降雨量 1300 ～ 1600mm, 南部中 低山区年降 雨量在 1700mm以上 , 属于半亚热带山原型季风性湿润气候 。
第 34卷第 2期 2009年 3月
测绘科学 ScienceofSurveyingandMapping
Volபைடு நூலகம்34 No.2 Mar.
基于 GIS的区域人口密度空间分布模拟
———以张家界市永定区为例
吴桂平 , 曾永年 , 邹 滨 , 齐庆超 , 杨 松
(中南大学信息物理工程学院空间信息技术与可持续 发展研究中心 , 长沙 410083)
4 数据分析
要建立反映 人口实 际分 布状况 的栅 格人 口数据 库 , 即 实现人口统 计数据 的空 间化 , 首 先必须 要定 量 、 定位 地分 析和研究各种环境因 素对人口分 布的影响 [ 19] 。 永定 区人口 分布和人口密度的 不均匀 特点 是在其 特有 的自 然和社 会经 济条件下形成的 , 其 中自然 条件 (尤其是 地貌格 局 )是 形成 永定区人口分布 大势 的基础 , 而社会 经济 发展 和生产 布局 的变化 , 则在永 定区 人口再 分布 上发挥 着积 极的 作用 。 基 于这种考虑 , 下面以土地利用和地形指 数 (平均高 程和平均
作者 简 介 :吴 桂 平 (1980-), 男 , 江 苏泰州人 , 硕 士研 究生 , 中 国地理 学 会会员 , 研究 方向 :地 学空 间分析 理 论及应用 。 E-mail:csuwgp@ 126.com
收稿日期 : 2007-09-27 基金项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (编号 :40771198);张 家 界 市永 定 区 土地利用总体规划修编项 目
【摘 要 】人口统计数据空间化是解决统计数据与自然要素 数据融 合分析 的有效途 径 。 本文 以张家 界市永定 区为 研究单元 , 对小尺度区域的人口密 度空间分布模拟进 行了初 步研究 。 文 章根据 2005年 《永 定区统 计年鉴 》 所统 计的人口数据 , 分析了永定区各乡 镇平均人口密度与土地利用类型指数及地形指数 (平均 高程和平均 坡度 )之间的 相关性 。 基于相关性分析 , 以 GIS软件与 SPSS统计软 件为工具 , 运用多 元回归 的思想建 立了人 口数据 空间 化模 型 , 同时生成了永定区 250m×250m空间分辨率的栅格 人口密度图 。 结 果表明 , 模 型模拟 的精度 较高 , 模拟 过程 具有较强的可操 作性 , 可 为县域尺度人口空间分布的应用研究提供 借鉴 。 同时 , 研究 结果为永 定区推进城 市化进 程 , 提高人口 、 资源和环境的科学 管理提供了理论基础 。
3 数据来源和处理
3.1 数据源 本次研究所 使用 的数据 包括 :①土地 利用 数据 , 来源
于永定区 2005年土地利用现 状图 , 根据土地 利用现 状图提 取出各种土 地利用 类型 的矢量 数据 ;②人口 数据 , 来 源于 《 2005年永定 区统 计年 鉴 》 , 包括 2005年 永 定区 分乡 镇的 人口统计数据 ;③DEM数 据 , 来源于 美国空 间信息 情报局 (NGA)提供的 3弧 秒 (90m)分 辨 率 的永 定 区数 字 高程 模
【关键词 】区域人口密度 ;空间分布 ;GIS;永定区 【中图分类号 】 P208 【文献标识码 】 A 【文 章编号 】 1009-2307(2009)02-0237-04 DOI: 10.3771/j.issn.1009-2307.2009.02.082
1 引言
人口是区域 可持续 发展 的一个 重要 因素 。 人 口的 空间 分布是指一定时 点上 人口在 各地 区的分 布状 况 , 是人 口数 据在空间上的表现 形式 [ 1] 。 常 用的人 口数 据是 以行政 区为 单元 , 通过统计 、 普 查 、 逐 级汇 总而 获 得的 , 因此 , 利用 GIS来表现人口 分布 的传 统方 法是 :为统 计单 元建 立 多边 形界数据库 , 把人口作为这些 多边形的属性 数据进行 存储 , 各种分析和操作均基于这一系 列统计单元 [ 2, 3] 。 这种方法在 进行人口 、 资源 环境 、 社 会经 济发展 的宏 观研究 时比 较方 便 , 但是当进行微 观尺度 的空 间分析 或者 跨学 科的研 究时 就会出现 问题 [ 2-11] 。 一 方面 , 以 行政 区为 单元 调查 得 到的 人口数据只是该 行政 区内的 人口 总量 , 并 没有 真实地 反映 出行政区内 人口的 空间 分布 特征 ;另一 方面 , 统 计型 的人 口数据不便于进行 各种 空间分 析 [ 9] 。 而在 政府 决策和 科学 研究中往往需要 知道 人口的 详细 分布情 况 。 人 口统计 数据 的空间化是解决此类 问题的有效途径 [ 9-11] 。
积除以该乡 镇 的土 地总 面积 , 再 乘 以 100;⑥利用 永 定区 2005年统计年鉴所统计 的各乡 镇总人数 除以各 乡镇相 应的 土地总面积 , 得 出各 乡镇的 平均 人口密 度 , 以便 与土 地利 用类型指数和平 均高 程及平 均坡 度进行 相关 分析 , 从 而建 立出人口密度与土地 利用数据及地形指数之间的相关关系 。
为水源地附近的 人口 密度较 大 。 利用 统计 计算 得到的 全区 27个乡镇 (办事处 )的平均人口密 度与未利 用地指数 进行相 关分析 , 得出各乡 镇的人 口密 度与未 利用 地指 数的相 关系 数为 0.81(图 1)。 4.2 人口密度与 地形指数的关系
研究区具有 以下 三个典 型特 点 :①地 质构 造复 杂 , 地 貌类型多样 化 :全 区 地 貌以 山 地 为 主 , 兼 有 丘陵 、 岗 地 、 溪谷平原等 多种地 貌类 型 ;②水 土流失 严重 , 生 态环 境脆 弱 :全区绝大部分旱 地分布 在山坡 上 , 有近 80%的旱 地面 积存在着不同程 度的 水土流 失现 象 , 山体 滑坡 等自然 灾害 频繁 ;③典型的少数 民族聚 居地区 和农 业旅游 区 : 2005年 全区少数民族人口 占总人 口的比 例高达 78%;农业和 旅游 业总产值占全区 GDP总量的 73%。
0.95(图 1)。 说明在永定区范围内 , 林业用地对各 乡镇的人 口分布影响较大 。
3)人口密度与建设用地指数的关系 根据土地 利用 现 状图 统计 的 各乡 镇 建设 用 地总 面 积 , 计算出各乡镇 (办事处 )建设用地指数 , 利用 SPSS软件进行 相关分析发现 , 在研究区 27个乡镇 (办事处 )中 , 人口密度 与建设用地指数的相 关系数为 0.86(图 1)。 4)人口密度与未利用指数的关系 根据土地利用现 状图分 析发现 , 2005 年全 区共有 未利 用地 6651.54 公顷 , 占土地 总面 积的 3.06%。 在 未利 用地 中 , 河流水面的比重最高 , 达到全区所有未利用 地的 40%, 而一般来说 , 现 代城 镇分布 多受 水源地 的限 制 , 往往 表现
坡度 )作为永定区人口 分布的 主要 影响 因子 , 利 用 SPSS统 计软件 , 定量地分析了人口分 布与各影响因 子之间的 关系 , 为进一步开展该区域 人口统计数据的空间化奠定基础 。 4.1 人口密度 与土地利用的关系
1)人口密度与耕地指数的关系 根据永定区 2005年土地利用 现状图统计 的各乡 镇耕地 面积 , 计算出各 乡镇 的耕地 指数 , 除 去 6个 街道 办事 处以 外 (由于办 事 处主 要 集中 在 市 区 , 耕 地 不是 其 主 要 生产 方
目前 , 不少学者 对于 人口密 度空 间化的 问题 做了 大量 探讨 [ 2-17] , 但是已有 的研 究大 多侧 重于 国家 或省 级行 政级 别的尺度上 , 适 于概 括较大 地域 范围的 宏观 趋势 , 而 对于 县域人口密 度空间 化的 问题 研究较 少 ;另一 方面 , 相 对于 地质构造复 杂 、 生态 环境脆 弱的 岩溶山 区来 说 , 现有 的研 究仍是很薄 弱的 。 当 前 , 与国 际研 究相比 , 中国 人口 密度 空间化的研 究还处 于起 步阶 段 , 一方面 需要 加强 中 、 微观 尺度的研究 , 另 一方 面还需 要更 加多样 化的 研究 区域 。 基 于这一点 , 本文以 县域尺 度上 的张家 界市 永定 区为研 究对 象 , 综合考虑各 种土 地利用 数据 以及高 程 、 坡度 等地 形指
数作为区域人口 分布 的主要 影响 因子 , 在 此基 础之上 通过 多元回归的思想建立了 人口密度空间化模型 , 同时结合 GIS 软件对研究区的 人口 分布状 况进 行了模 拟 , 以 探讨在 县域 尺度上具 有实 际 可操 作性 的 人口 数 据空 间化 方 法 。 同 时 , 通过研究 对张 家 界市 永定 区 推进 城 市化 进程 , 提高 人 口 、 资源和环境的科学管理 具有重要的理论意义和实用价值 。
式 ), 其平均人 口密 度 与 耕地 指 数的 相 关系 数 为 0.84(图 1)。
2)人口密度与林地指数的关系 由于永定区 特殊的 自然 地理条 件 , 其林 地分 布面 积较 广 , 2005年全区林 地总 面积 为 154748.33 公顷 , 占土 地总 面积的 71.19%。 利用统 计计算 得到的 27个乡 镇 (包括 6个 办事处 )的平均人口 密度与 林地 指数进 行相 关分 析 , 可以 发现 , 各乡 镇 的 人 口密 度 与 林 地指 数 的 相 关 系数 高 达 -
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测绘科学 第 34卷
型 ;④行政区划 数据 , 各 乡镇 的行政 区划 界线图 由永 定区
2005年土地利用现状图提取获得 。 3.2 数据预处 理
数据预处 理主 要包 括以 下内 容 :①利用 ARCGIS软件 将原始矢量数据为 1: 50 000各种土地利用类型数据转化为 250m×250m分辨率的栅格土地利用数据 , 每个小 类用一个 栅格数据层表示 , 其中每 个栅 格记录 了该 土地 利用类 型占 整个栅格面积的百分比 ;②以乡 镇界线 GRID作 MASK, 将 所有土地利用 GRID中 像元值为 NODATA的栅格设为 0值 ,
2 研究区概括
张家界市永 定区地 处湖 南省西 北部 , 云 贵高 原武 陵山 脉北支中段 , 长 江流 域洞庭 湖水 系澧水 中上 游 , 是张 家界 市旅游经 济开 发的 腹地 。 全区 土 地总 面积 2174km2, 东与 慈利 、 桃源毗邻 , 南 抵沅 陵 , 西 邻永 顺 , 北 与 桑植 、 武陵 源接壤 , 东西最长 82.2km, 南北最宽 60.2km, 地理坐标为 东经 110°04′～ 110°55′, 北 纬 28°52′～ 29°25′。 永定 区境内 群山 起 伏 , 沟 谷纵 横 , 山 地 相对 高 差 较 大 , 最 大 高 差 达 1392.6m。 整个地势从中部切割成南北两部分 , 南部 向沅水 呈梯级递降 , 北部往 澧水 倾斜 , 中 部地势 低平 , 呈一 半月 形盆地 。 研究区 水资 源较为 丰富 , 中 部澧 水自西 向东 蜿蜒 而下 , 横贯境 内长 达 96.8km, 控 制流 域面 积 1614.29km2 。 全区年平 均气 温 16.8℃, 年日 照 时数 为 1449.6h, 中 部溪 谷平地年降雨量 1300 ～ 1600mm, 南部中 低山区年降 雨量在 1700mm以上 , 属于半亚热带山原型季风性湿润气候 。
第 34卷第 2期 2009年 3月
测绘科学 ScienceofSurveyingandMapping
Volபைடு நூலகம்34 No.2 Mar.
基于 GIS的区域人口密度空间分布模拟
———以张家界市永定区为例
吴桂平 , 曾永年 , 邹 滨 , 齐庆超 , 杨 松
(中南大学信息物理工程学院空间信息技术与可持续 发展研究中心 , 长沙 410083)
4 数据分析
要建立反映 人口实 际分 布状况 的栅 格人 口数据 库 , 即 实现人口统 计数据 的空 间化 , 首 先必须 要定 量 、 定位 地分 析和研究各种环境因 素对人口分 布的影响 [ 19] 。 永定 区人口 分布和人口密度的 不均匀 特点 是在其 特有 的自 然和社 会经 济条件下形成的 , 其 中自然 条件 (尤其是 地貌格 局 )是 形成 永定区人口分布 大势 的基础 , 而社会 经济 发展 和生产 布局 的变化 , 则在永 定区 人口再 分布 上发挥 着积 极的 作用 。 基 于这种考虑 , 下面以土地利用和地形指 数 (平均高 程和平均
作者 简 介 :吴 桂 平 (1980-), 男 , 江 苏泰州人 , 硕 士研 究生 , 中 国地理 学 会会员 , 研究 方向 :地 学空 间分析 理 论及应用 。 E-mail:csuwgp@ 126.com
收稿日期 : 2007-09-27 基金项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (编号 :40771198);张 家 界 市永 定 区 土地利用总体规划修编项 目
【摘 要 】人口统计数据空间化是解决统计数据与自然要素 数据融 合分析 的有效途 径 。 本文 以张家 界市永定 区为 研究单元 , 对小尺度区域的人口密 度空间分布模拟进 行了初 步研究 。 文 章根据 2005年 《永 定区统 计年鉴 》 所统 计的人口数据 , 分析了永定区各乡 镇平均人口密度与土地利用类型指数及地形指数 (平均 高程和平均 坡度 )之间的 相关性 。 基于相关性分析 , 以 GIS软件与 SPSS统计软 件为工具 , 运用多 元回归 的思想建 立了人 口数据 空间 化模 型 , 同时生成了永定区 250m×250m空间分辨率的栅格 人口密度图 。 结 果表明 , 模 型模拟 的精度 较高 , 模拟 过程 具有较强的可操 作性 , 可 为县域尺度人口空间分布的应用研究提供 借鉴 。 同时 , 研究 结果为永 定区推进城 市化进 程 , 提高人口 、 资源和环境的科学 管理提供了理论基础 。
3 数据来源和处理
3.1 数据源 本次研究所 使用 的数据 包括 :①土地 利用 数据 , 来源
于永定区 2005年土地利用现 状图 , 根据土地 利用现 状图提 取出各种土 地利用 类型 的矢量 数据 ;②人口 数据 , 来 源于 《 2005年永定 区统 计年 鉴 》 , 包括 2005年 永 定区 分乡 镇的 人口统计数据 ;③DEM数 据 , 来源于 美国空 间信息 情报局 (NGA)提供的 3弧 秒 (90m)分 辨 率 的永 定 区数 字 高程 模
【关键词 】区域人口密度 ;空间分布 ;GIS;永定区 【中图分类号 】 P208 【文献标识码 】 A 【文 章编号 】 1009-2307(2009)02-0237-04 DOI: 10.3771/j.issn.1009-2307.2009.02.082
1 引言
人口是区域 可持续 发展 的一个 重要 因素 。 人 口的 空间 分布是指一定时 点上 人口在 各地 区的分 布状 况 , 是人 口数 据在空间上的表现 形式 [ 1] 。 常 用的人 口数 据是 以行政 区为 单元 , 通过统计 、 普 查 、 逐 级汇 总而 获 得的 , 因此 , 利用 GIS来表现人口 分布 的传 统方 法是 :为统 计单 元建 立 多边 形界数据库 , 把人口作为这些 多边形的属性 数据进行 存储 , 各种分析和操作均基于这一系 列统计单元 [ 2, 3] 。 这种方法在 进行人口 、 资源 环境 、 社 会经 济发展 的宏 观研究 时比 较方 便 , 但是当进行微 观尺度 的空 间分析 或者 跨学 科的研 究时 就会出现 问题 [ 2-11] 。 一 方面 , 以 行政 区为 单元 调查 得 到的 人口数据只是该 行政 区内的 人口 总量 , 并 没有 真实地 反映 出行政区内 人口的 空间 分布 特征 ;另一 方面 , 统 计型 的人 口数据不便于进行 各种 空间分 析 [ 9] 。 而在 政府 决策和 科学 研究中往往需要 知道 人口的 详细 分布情 况 。 人 口统计 数据 的空间化是解决此类 问题的有效途径 [ 9-11] 。
积除以该乡 镇 的土 地总 面积 , 再 乘 以 100;⑥利用 永 定区 2005年统计年鉴所统计 的各乡 镇总人数 除以各 乡镇相 应的 土地总面积 , 得 出各 乡镇的 平均 人口密 度 , 以便 与土 地利 用类型指数和平 均高 程及平 均坡 度进行 相关 分析 , 从 而建 立出人口密度与土地 利用数据及地形指数之间的相关关系 。
为水源地附近的 人口 密度较 大 。 利用 统计 计算 得到的 全区 27个乡镇 (办事处 )的平均人口密 度与未利 用地指数 进行相 关分析 , 得出各乡 镇的人 口密 度与未 利用 地指 数的相 关系 数为 0.81(图 1)。 4.2 人口密度与 地形指数的关系
研究区具有 以下 三个典 型特 点 :①地 质构 造复 杂 , 地 貌类型多样 化 :全 区 地 貌以 山 地 为 主 , 兼 有 丘陵 、 岗 地 、 溪谷平原等 多种地 貌类 型 ;②水 土流失 严重 , 生 态环 境脆 弱 :全区绝大部分旱 地分布 在山坡 上 , 有近 80%的旱 地面 积存在着不同程 度的 水土流 失现 象 , 山体 滑坡 等自然 灾害 频繁 ;③典型的少数 民族聚 居地区 和农 业旅游 区 : 2005年 全区少数民族人口 占总人 口的比 例高达 78%;农业和 旅游 业总产值占全区 GDP总量的 73%。
0.95(图 1)。 说明在永定区范围内 , 林业用地对各 乡镇的人 口分布影响较大 。
3)人口密度与建设用地指数的关系 根据土地 利用 现 状图 统计 的 各乡 镇 建设 用 地总 面 积 , 计算出各乡镇 (办事处 )建设用地指数 , 利用 SPSS软件进行 相关分析发现 , 在研究区 27个乡镇 (办事处 )中 , 人口密度 与建设用地指数的相 关系数为 0.86(图 1)。 4)人口密度与未利用指数的关系 根据土地利用现 状图分 析发现 , 2005 年全 区共有 未利 用地 6651.54 公顷 , 占土地 总面 积的 3.06%。 在 未利 用地 中 , 河流水面的比重最高 , 达到全区所有未利用 地的 40%, 而一般来说 , 现 代城 镇分布 多受 水源地 的限 制 , 往往 表现
坡度 )作为永定区人口 分布的 主要 影响 因子 , 利 用 SPSS统 计软件 , 定量地分析了人口分 布与各影响因 子之间的 关系 , 为进一步开展该区域 人口统计数据的空间化奠定基础 。 4.1 人口密度 与土地利用的关系
1)人口密度与耕地指数的关系 根据永定区 2005年土地利用 现状图统计 的各乡 镇耕地 面积 , 计算出各 乡镇 的耕地 指数 , 除 去 6个 街道 办事 处以 外 (由于办 事 处主 要 集中 在 市 区 , 耕 地 不是 其 主 要 生产 方