基于GIS的中国沿海区域人口分布研究

基于GIS的中国沿海区域人口分布研究基于GIS的中国沿海区域人口分布研究

StudyonThePopulationModelinChina’sCostalZoneBasedonGIS

LIChun’eZHANGLi-jun

〔XinjiangInformationEngineeringSchool〈XinjiangMeteorologyTrainingCentre〉，UrumqiXinjiang830013〕

【Abstract】Accordingtothenationalregioneconomydivisionstandard，dividingtheChina’scoastalzoneintothenorthcoastalsynthesizeseconomiczone，theeasterncoastalsynthesizeseconomiczoneandthesouthcoastalsynthesizeseconomiczone.Invariousregions，analysingtherationrelationsofthepopulationspatialdistributioncharacteristicandcorrelationfactorsthroughtheory，methodandtechnique，puttingforwardthekeyindexwhichhaveclosecorrelationwithpopulationspatial，establishingthepopulationmathematicalmodel，finallyverifyingtheprecisioninvariousregionspopulationmodel，andanalysingthepopulationdistributioncharacteristicandthefactorswhichaffectvariousregionspopulationdistribution.Theverificationmethodincludesindependent-samplesT-testandthecorrelationanalysisofmodel-populationandcensuspopulation.Theconclusionisbelow：1.Thenorthcoastalsynthesizeseconomiczone，Keyfactors：GDP，rail，riverandareaofplain，Populationmodel：〔x1isGDP，x2israil，x3isriver，x4isareaofplain〕TheresultofT-test：thevalueofsigis0.334whichisbiggerthan0.05，thevalueofFis0.949，andthevalueofR2is0.6679；Thecharacteristicofpopulationdistribution：thedistributionofpopulationisdensenessintheinland-plainandcoastlandwherethehypsographyisevenness，thetrafficisconvenientandeconomicisdevelop，andsparsenessintheinthehillandinland-mountain.2.Theeasterncoastalsynthesizeseconomiczone.Keyfactors：GDP，areaofplantation，andareaofresidential；Populationmodel：〔x1isGDP，x2isareaofplantation，x3isareaofresidential〕TheresultofT-test：thevalueofsigis0.290whichisbiggerthan0.05，thevalueofFis1.147，andthevalueofR2is0.6668；Thecharacteristicofpopulationdistribution：thewholedistributionofpopulationisdenseness，especiallymoredensenessinthezonewherethetrafficisconvenientandeconomicisdevelop.3.Thesouthcoastalsynthesizeseconomiczone，Keyfactors：GDP，areaofwaterandareaofresidential；Populationmodel：〔x1isGDP，x2isareaofwater，x3isareaofresidential〕TheresultofT-test：thevalueofsigis0.281whichisbiggerthan0.05，thevalueofFis1.181，andthevalueofR2is0.6915；Thecharacteristicofpopulationdistribution：thedistributionofpopulationisdensenessinthezonewherethedistributionofinland-riverisdensenessandtheaccumulativetemperatureislower，andsparsenessinthehillandlowlandwheretheaccumulativetemperatureishigher.【Keywords】GIS；Costal；Populationmodel

1研究理论根底

人口分布指人口在某一特定时间、空间的集散状态、。它是人口地理学研究的核心问题，同生产分布及经济社会开展息息相关。人口分布不单指人口数量的分布，还包括其他人口现象在地理空间的汇集与扩散状态，如人口质量、人口结构、人口自然增长与机械变动、人口居住地类型等空间的组合特征和空间联系[1]。

人口密度是指特地定范围内单位土地面积上的常住人口数，它是表现人口分布的主要形式和衡量人口分布地区差别的主要指标。通过人口密度指标便于比拟区域间的人口分布的稠密情况，显示区域间人口分布的差别性[1]。

人口区划是在一个国家或较大的区域范围内，根据人口分布的根本特点及其影响因素的区内类似性与区间差别性而划分的人口区域。区划的具体指标包括自然地理特征指标〔示例地形、气候、水文、土地资源和矿产资源特征等〕和社会经济条件指标〔示例生产力水平、产业结构、文化特点等〕[2-4]。

基于遥感和GIS技术研究人口的文献[5-17]，主要是通过自然〔遥感影像信息、地形、海拔、坡度、坡向、水文、气候、土壤、交通、居民点、土地利用类型等〕、经济〔GDP、第一、二、三产业产值等〕等因子与人口数据进行相关性分析，得出与人口分布较为密切的关键因子，并建立人口模型和生成人口密度空间分布图，采用的办法主要有格点生成法、复合面积内插法、分区建模法和多因子加权建模法等。

2研究区域概况

根据国务院开展研究中心的报告指出，中国的东、中、西区域划分办法已经不合时宜，为此，报告提出“十一五〞期间中国划分为东部、中部、西部、东北四大板块，再将四个板块划分为八大综合经济区的具体设想[11-20]。本文的研究范围是在报告提出的八大综合经济区所包括的北部沿海综合经济区〔包括北京、天津两市、河北、山东两省〕、东部沿海综合经济区〔包括上海市、江苏、浙江两省〕和南部沿海经济区〔包括福建、广东、海南三省〕，因数据获取等问题，暂时不考虑我国的港澳台地区。

该区域从北往南属暖温带湿润半湿润地区、亚热带湿润地区和热带湿润地区，年降水量均在400mm以上，北部和东部沿海区域一年四季清楚，南部沿海区域长夏无冬。水量丰盛，汛期长，地貌以平原和丘陵为主，交通网络稠密，水陆运输条件好，农业开展根底好，工业状况北部偏重工业，东部和南部偏轻工业。经济根底较我国中西部有明显的优势[21]。

3研究材料

3.1自然数据

3.1.1沿海区域省级、县级行政区域数据

来自中国2022年行政区域图，数据格式为Coverage，比例尺为1：100万。

3.1.2沿海区域河流水系数据

来自国家测绘科学数据共享网的1：400万三级以上河流、1：400万四级河流和1：400万五级河流，时间为1997年，数据格式为EOO。

3.1.3沿海区域DEM数据和土地利用类型数据

来自中国科学院地理科学研究所，时间为2000年，数据格式分别为GRID和Coverage格式。

3.1.4沿海区域气候数据

来自中国气象科学数据共享效劳网，时间范围为1951-2022年，数据格式为Shape格式。

3.1.5沿海区域地形地貌数据

对李炳元先生主编的1：100万形态地貌图进行数字化形成1：400万地貌图，时间为1996，数据格式为Coverage格式。

3.2经济数据

3.2.1沿海区域第五次人口普查数据

来自中国科学院资源环境科学数据中心，时间为2000年，数据格式为EXCEL。

3.2.2沿海区域2000年GDP数据

来自中国科学院资源环境科学数据中心和国家统计局综合司编制的?中国区域经济统计年鉴2022》，时间为2000年，数据格式为EXCEL。

3.2.3沿海区域2000年非农业户口人口比重数据和第一、二、三产业人口占行业人口比重数据

来自中国科学院资源环境科学数据中心，时间为2000年，数据格式为EXCEL。

3.2.4沿海区域公路数据和铁路数据

来自国家测绘科学数据共享网的1：400万根底地理信息数据，时间为1997年，数据格式为EOO格式。

4研究办法

4.1根底数据处理

4.1.1河流数据

在Arcinfo软件中，通过“Import〞命令把E00格式转换为coverage格式；通过“Project〞功能设置投影参数〔同行政区域数据〕，通过“Merge〞合并三级、四级和五级河流数据；通过“Intersect〞叠加合并后的河流和县级行政区域数据，通过“Length〞计算各县的河流长度。

4.1.2DEM数据

在ArcGIS软件中，通过“Mosaictonewraster〞功能把DEM数据转换成分辨率为250米的GRID数据，通过“Zonalstatisticsastable〞计算出各县的DEM平均值。

4.1.3土地利用类型数据

在ArcGIS软件中，通过Featuretoraster〞转换成分辨率为250米的GRID数据；通过“Tabulatearea〞功能，计算出各县级的各土地利用类型的面积，并按照人口分布的影响因素和土地利用类型分类的规范，将相关的类型合并计算[示例非合适区包括水域〔代码为41-46〕和未利用类型〔代码为61-67〕，合适区包括居住区〔代码为51-53〕和非居住区，非居住区包括耕地〔代码为11-12〕、林地〔代码为21-24〕和草地〔代码为31-33〕]。4.1.4气候数据

在ArcGIS软件中，采用克里金法〔Kriging〕插值办法对气象站点数据的插值，形成分辨率为250m的GRID数据；通过“Zonalstatisticsastable〞功能，计算各县的气候数据均值。

4.1.5地形地貌数据

在ArcGIS软件中，通过“Importcover〞命令把EOO格式的数据转换成coverage格式；通过“Dissolve〞功能，按照地貌类型的代码融合地貌类型数据的属性表；通过“Featuretoraster〞功能转换成分辨率为250米的GRID数据，通过“Tabulatearea〞功能，计算出各县的各地貌类型的面积，并根据平原、丘陵和山地三大地貌类型规范重新合并计算面积〔平原类型[合并代码：2-21，23，26-34，36-40，43-44，67-85，88，90-96，98-107，109]，山地类型[合并代码：24，25，35，41，45，46，51-53，86，89，97，110]，丘陵类型[合并代码：22，42，55，87，108]，其他[合并代码：其余代码]〕。

4.1.6公路和铁路数据

在Arcinfo软件下，通过“Import〞命令把E00格式的数据转换为Coverage格式；通过“Intersect〞叠加公路数据〔和铁路数据〕和县级行政区域数据，通过“length〞计算属性表中各县的公路和铁路长度。

4.1.7经济数据

校正第五次人口普查数据、GDP、非农业户口人口比重数据和第一、二、三产业人口占行业人口比重数据的统计口径，以保证经济数据的统计范围和县级行政数据中的空间范围保持一致。

4.2后期处理分析

随机选取85%的县级区域数据做分析，残余的15%的数据作为最后的模型验证数据。

首先，在SPSS软件中得出三个区域内各数据的散点矩阵图，重点分析人口普查数据和其他数据间的散点图趋势。然后，剔除与人口普查数据相关性较差或无关的数据，把与人口普查数据相关性较好的数据重新建立散点矩阵图和相关性矩阵，选取与人口普查人口数据相关性大于等于0.6，且无明显自相关性的指标作为关键指标[22-33]。

最后，建立人口指标与各关键指标间的模型，再对各模型进行权重相加[34]，得出最终的人口模型，权重系数由各关键指标与人口普查数据的绝对系数R2确定，用残余的15%的数据检验各区域模型的精确度并分析其原因。

5研究结果

5.1各区域指标间的散点图矩阵

5.1.1北部沿海综合经济区〔如图1〔a-e〕〕

〔a〕〔b〕

〔c〕〔d〕

〔e〕

图1〔a-e〕北部沿海综合经济区原始数据散点矩阵图

Fig1〔a-e〕Initialdatadotmatrixinthenorthcoastsyntheticaleconomiczone

存在线性或非线性关系的指标：GDP、road〔公路〕、rail〔铁路〕、river〔河流〕、耕地面积、居民区面积和平原面积。

不存在关系的指标：第一、二、三产业人口比重、非农业人口比重、DEM、水域面积、aat〔年均温〕、jw〔大于0℃年积温〕、aap〔年降水〕、aah〔相对湿度〕、aas〔日照时数〕、林地面积、草地面积、未利用面积、非合适区面积、合适区面积、丘陵面积和山地面积。

5.1.2东部沿海综合经济区〔如图2[a-e]q〕

存在线性或非线性关系的指标：GDP、耕地面积、居民区面积和平原面积。

不存在关系的指标：第一、二、三产业人口比重、非农业人口比重、road〔公路〕、rail〔铁路〕、river〔河流〕、DEM、水域面积、aat〔年均温〕、jw〔大于0℃年积温〕、aap〔年降水〕、aah〔相对湿度〕、aas〔日照时数〕、林地面积、草地面积、未利用面积、非合适区面积、合适区面积、丘陵面积和山地面积。

〔a〕〔b〕

〔c〕〔d〕

〔e〕

图2〔a-e〕东部沿海综合经济区原始数据散点矩阵图

Fig2〔a-e〕Initialdatadotmatrixintheeasterncoastsyntheticaleconomiczone

5.1.3南部沿海综合经济区〔如图3[a-e]〕

存在线性或非线性关系的指标：GDP、第一产业人口比重、DEM、水域面积、耕地面积、居民区面积和平原面积。

不存在关系的指标：第二、三产业人口比重、非农业人口比重、road〔公路〕、rail〔铁路〕、river〔河流〕、aat〔年均温〕、jw〔大于0℃年积温〕、aap〔年降水〕、aah〔相对湿度〕、aas〔日照时数〕、林地面积、草地面积、未利用面积、非合适区面积、合适区面积、丘陵面积和山地面积。

5.2提取各区域内关键性指标，并建立人口模型

5.2.1北部沿海综合经济区

选定本区域R2大于0.36的GDP、rail、river和平原面积四个指标，并做散点矩阵图和相关性矩阵分析，查看指标间的自相关性，可以确定三个指标间没有明显的自相关性。散点矩阵图如图4所示。

人口指标与GDP间的模型：

人口指标与rail间的模型：

人口指标与river间的模型：

人口指标与平原面积间的模型：

根据三个指标与人口普查数据间的R2值确定三指标的权重系数分别是：GDP为0.36，rail为0.24，river为0.15，平原面积为0.25。北部沿海综合经济区人口模型：

〔x1为GDP，x2为rail，x3为river，x4为平原面积〕

〔a〕〔b〕

〔c〕〔d〕

〔e〕

图3〔a-e〕南部沿海综合经济区原始数据散点矩阵图

Fig3〔a-e〕Initialdatadotmatrixinthesouthcoastsyntheticaleconomiczone

5.2.2东部沿海综合经济区

选定本区域R2大于0.36的GDP、耕地面积、居民区面积和平原面积四个指标，并做散点矩阵图和相关性矩阵分析，查看指标间的自相关性，可以发现平原面积和耕地面积间的R值为0.961，剔除平原面积指标。散点矩阵图如图5所示。

人口指标与GDP间的模型：

人口指标与耕地面积间的模型：

人口指标与居民区面积间的模型：

根据三个指标与人口普查数据间的R2值确定三指标的权重系数分别是：GDP为0.34，耕地面积为0.30，居民区面积为0.36。

东部沿海综合经济区人口模型：

〔x1为GDP，x2为耕地面积，x3为居民区面积〕

5.2.3南部沿海综合经济区

选定本区域R2大于0.36的GDP、水域面积和居民区面积三个指标，并做散点矩阵图和相关性矩阵分析，查看指标间的自相关性，三个指标间没有明显的自相关性。散点矩阵图如图6所示。

人口指标与GDP间的模型：

人口指标与水域面积间的模型：

人口指标与居民区面积间的模型：

根据三个指标与人口普查数据间的R2值确定三指标的权重系数分别是：GDP为0.41，水域面积为0.20，居民区面积为0.39。

南部沿海综合经济区人口模型：

〔x1为GDP，x2为水域面积，x3为居民区面积〕

图4北部沿海综合经济区散点矩阵图

Fig4Dotmatrixinthenorthcoastsyntheticaleconomiczone

图5东部沿海综合经济区散点矩阵图

Fig5Dotmatrixintheeasterncoastsyntheticaleconomiczone

图6南部沿海综合经济区散点矩阵图

Fig6Dotmatrixinthesouthcoastsyntheticaleconomiczone

6结果及存在的缺乏

6.1结果讨论

6.1.1北部沿海综合经济区

T检验结果：sig值为0.334>0.05，F值为0.949。表明此区域模型人口数据的均值与人口普查数据的均值差别不显着。模型人口数据与人口普查数据作相关性分析〔图7所示〕可以看出，R2值为0.6679。

北部沿海综合经济区人口模型有四个关键指标：GDP，rail〔铁路长度〕，river〔河流长度〕和平原面积，并且GDP的线性相关性R高达0.9358，其次为平原面积、rail和river长度。该区整体气候合适，地势较为平坦，比拟适合人类居住，经济开展水平整体较高，交通便利，河流较多，人口分布整体上较为稠密，特别是沿海城市人口分布较为密集。

6.1.2东部沿海综合经济区

T检验结果：sig值为0.290>0.05，F值为1.147。表明此区域模型人口数据的均值与人口普查数据的均值差别不显着。模型人口数据与人口普查数据作相关性分析〔图8所示〕，可以看出，R2值为0.6668。

东部沿海综合经济区人口模型有三个关键指标：GDP，耕地面积和居民区面积，并且居民区面积指标的影响程度最高，其次分别为GDP和耕地面积。该地区为我国经济兴旺地区，整体生产力开展水平较高，