GIS空间分析中的Kriging插值法乡镇规划应用

1、gis空间分析中的kriging插值法乡镇规划应用在吉林省乡镇规划中的应用摘要：为了适应改革开放和经济发展的需要，吉林省的行政区划在近年来不断有大的变动，本文所采取的是利用gis空间分析中的kriging插值法来进行吉林省乡镇的规划，使乡镇的规划更具有直观性、科学性。关键词：行政区划；空间分析；kriging插值1 引言行政区划是国家行政管理的基础和基本手段，是国家政权建设的前提和重要组成部分。行政区划是否合理，直接关系到生产力的科学布局、国民经济的发展和社会、民族的稳定，行政区划的变更更是关系到一个国家或地区政治、经济、文化发展和社会稳定的大事1。在经济全球化的大背景下，我国的传统的行政区划

2、逐渐的暴露出了缺点，例如行政区域与经济区域的强制统一、乡镇的设置管理规模过小等等，都阻碍了社会的正常发展，基于这个原因，进行行政区划的调整是必然的。目前使用的行政区划调整的方法，大都是由政府工作人员根据现实情况主观做出重新的规划，这虽然实现了区划调整的目的，但是在方法的客观性和科学性上还是不够。除此以外，也有利用自编的软件进行的城镇势力圈划分来进行乡镇合并的方法2，这种方法在理论上和实际的应用上都具有其自身的优点，但是它并没有从对象是地理对象角度出发，忽略了它的空间特征。出于以上的考虑，本文是利用gis的方法进行乡镇合并。现代的gis技术以空间数据库为核心，将空间要索和统计数据有机结合在一起，

3、以地理研究和预测为l的，以地理模型为手段，具有强大的区域空间分析能力。本文就是利用它的这种强大的分析功能对吉林省的乡镇规划做修改。2 kriging插值法的依据及原理kriging就是根据一个区域内外若干信息样品的某些特征数据值，对该区域作出一种线性无偏和最小估计方差的估计方法。从数学角度来说，是一种求最优线性无偏内插估计量的方法3本文中采用的是普通kriging的方法，它是在空问插值中直接使用拟合半方差图。估算某点的z值的通用方程是：其中z0是已知点的值；wx是与每个已知点关联的权重；s是用于估算的已知点的数目。权重可由对一组联立方程的求解得到：式（l.2）中： (hij）是已知点i和j间的

4、半方差；(hj)是已知点和未知点之间的半方差；是拉格朗日系数，它的加入是为了确保把估算误差降到最小。通过(1.2）可以解得权重，由此，(1.1）中的未知量z。就可以估算出4。3 kriging插值法的应用3.1应用区概况吉林省位于我国东北地区中部和东北亚的重心地带，幅员面积18.74万平方公里，占全国陆地总面积的1 .95。截止2002年底，全省共辖长春、四平、吉林、辽源、通化、白山、松原、白城8个地级市和延边朝鲜族自治州，共有20个县级市，18个县，3个少数民族自治县，19个市辖区，457个镇，318个乡，240个街道办事处，9850个村民委员会5。吉林省的城镇化发展是有良好基础的。吉林省历

5、史悠久，大规模开发始于19世纪。中华人民共和国成立后，特别是改革开放以后，全省经济发展十分迅速，为适应改革开放和经济发展的需要，吉林省的行政区划工作近年来不断有大的改动。到现在，吉林省的行政规划进人了一个相对稳定的巩固发展时期。3.2吉林省人口分布分析截止到2002年底，吉林省总人口2637.1万人，非农人口1 177.8万，其在吉林省分布并不均匀。（见图l)从图1中我们可以清楚的看到，吉林省的人口主要集中分布在中部地区，有这样分布特点的主要原因有：(l）此处有吉林省的两个特大城市长春市和吉林市，这两个城市的经济实力虽然在全国来看不是位于第一层次，但是在省内还是具有相当的辐射能力。（2)吉林省

6、的地形是西低东高，降水量分布是西少东多，中部地区占据了地形和气候的优势，吉林省是农业大省，自然条件的优劣很大程度上决定了农业的发展的好坏，所以中部的相对优越的自然条件也成为吸引人口的一个因素。3.3吉林省乡镇布局特点吉林省的乡镇分布不均匀，大体上是呈现中部密集东西部稀疏的状态。在吉林省的东西部，乡镇分布还具有线状特点，其大多沿着铁路和公路沿线设置。所以在铁路公路两侧又形成了相对密集的区域。（见图2)吉林省的乡镇经济实力不强，很多小城镇从很大程度上还只停留在区划上的中心，缺乏实际意义上对人口和生产要素的聚集力和辐射力。主要是因为人口规模小，基础设施薄弱。（见图3）从图中可以看出，吉林省的人口在1

7、0000到25000之间的乡镇占乡镇总数的51%，甚至有占乡镇总数的巧，也就是119个乡镇的总人口不到10000人。如和龙市的崇善镇总人口仅为2966人，抚松县的漫江镇总人口3732人。乡镇人口规模过小，造成乡镇机构的冗余。针对这种状况，还需要进一步对乡镇的设置优化。从本文第2部分的分析中可以看出，吉林省的乡镇设置仍然需要进行调整。一般来说，合并的指标包括以下四个：人口范围、经济发展水平、空间关联（包括自然关联和经济关联）、历史沿革。本文主要考虑的指标是其中的人口范围及空间关联中的自然关联。这过程主要采用kriging插值法来完成。由区域内已知乡镇的人口数来估算其他未知点的值，先从客观上将区域

8、分为若干部分，再在主观上加上其他影响因素进行调整，主客观相结合，达到乡镇合并的目的。 图3 吉林省各级乡镇所占的百分比图3.4方法的具体实施根据吉林省的人口分布情况，可以将整个省分为东、中、西三个部分，依据三地乡镇分布的不同情况，进行撤并工作。吉林省的中部地区，地势平坦，农业发达，吉林省的大部分乡镇都分布在这个地区。中部地区的乡镇人口密度大，非农人口占总人口的比例较小，城镇化程度不高。针对这些特点，对于中部地区乡镇的撤并方法主要采用合并的方式，先以榆树市为例，进行插值操作。通过试验，可经由以下步骤完成：(l）方法选择普通kriging插值法(2）变量模型选择球形(3）调查半径范围选为可变(4）

9、输出单元格大小263.9523结果如图4。图中榆树市划分成若干个区域，根据空间上越接近的点，越可能具有相似的特征值的原理，乡镇的合并也可以大致按照此范围来划定。 图4 榆树市乡镇人口kriging内插结果图所以，根据这个原理，榆树市的乡镇合井结果为：大岗乡与八号镇合并、青山乡与怀家镇合并、于家乡并人向阳镇、谢家乡和光明乡合并、福安乡和保寿镇合并、先锋乡和刘家镇合并。吉林省的东部地区乡镇非农人口占总人口的比例较高，城镇化程度较好，东南部与朝鲜相邻，乡镇在边境上的分布较多，这样整体分布不均匀。吉林省的西部地区，乡镇分布较均匀，由于起所处位置的环境因素，人口分布稀疏，造成一些乡镇的虚设。鉴于吉林省的

10、东西部地区乡镇的现状，虽然他们的分布不均匀原因不同，但是在方法仁可以使用相同的方法来进行。现在西部取长岭县，东部取安图县分别做出他们的内插图。分别如图5和图6。 图5 长岭县乡镇人口kriging内插结果图图6 安图县乡镇人口kriging内插结果图从这两幅图中看出，它的合并结果并不明显，特别是安图县，这其中的原因主要就是乡镇分布不均匀，对于这种问题的存在，可以采用空间分析中的重新分类的方法将其改善。两地经过重新分类之后得到的图如图7和图8。从这两幅图中我们可以得到这样的结果：(1）长岭县的乡镇撤并结果为：三县堡乡和前进乡合并，腰驼子乡和东岭乡合并，十家户乡和前七号镇合并，海青乡和利发盛镇合并

11、，龙凤乡和东六号乡合并，双龙乡并人流水镇。（2）安图县乡镇的撤并结果为：新合乡并入万宝镇，石门镇和明月镇合并。3.5验证为了验证kriging插值法对乡镇进行合并结果的可靠性，我们将三个县的乡镇合并结果和吉林省的行政规划方案对照比较，可以看出，总体上基本上是吻合的，局部小的区域略有不同，也就是说采用的方法基本上可以满足需要。4 结论arcgis具有对地理事物进行空间分析的强大功能，它可以很好的解决和空间分布有关的一系列问题，吉林省的乡镇合并问题就是arcgis在这方面的一个新的尝试。并目根据吉林省乡镇的分布情况，将其划分成东、中、西二部分来进行研究，在这三部分中分别选取样地进行分析，做到了定性和定量的正确结合，定量的分析结果转化为定性化表述，这种模式化的新方法在本文中得到体现。由于kriging插值方法要求做插值的数据是呈正态分布，对于非正态分布的数据则没有大的价值，该方法的使用具有局限性，所以，乡镇定量分析的研究还在进一步进行，这也是我们继续努力的方向。参考文献l赵军，温军行政区划变更与区域经济发展-以白银市为例j经济地理，1994年（2):5022王德，赵