潘琛玲，孟 成*，馬藝文

（1.武漢市國土資源和規(guī)劃信息中心，湖北 武漢 430014）

基于土地利用現(xiàn)狀的人口時(shí)空增長趨勢(shì)研究

潘琛玲1，孟 成1*，馬藝文1

（1.武漢市國土資源和規(guī)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(shù)據(jù)及2014年末人口調(diào)查數(shù)據(jù)、同期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，開展城市級(jí)的人口時(shí)空變化趨勢(shì)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(zhuǎn)變，人口流動(dòng)主體形式為波動(dòng)式增長和流動(dòng)式推進(jìn)，新城區(qū)人口增長速率持續(xù)增加，中心城區(qū)人口增長速率逐步減緩。研究結(jié)論表明，提出的基于土地利用現(xiàn)狀的人口數(shù)據(jù)空間化方法能夠客觀反映人口的空間分布，能夠?yàn)橹笇?dǎo)城市規(guī)劃、統(tǒng)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(xiàn)狀；時(shí)空數(shù)據(jù)；人口空間化；人口增長趨勢(shì)

中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議、中央城市工作會(huì)議均提出了以人為核心提高我國新城城鎮(zhèn)化水平、走中國特色城市發(fā)展道路的要求。開展人口空間分布、時(shí)空增長趨勢(shì)的研究，對(duì)研究城市發(fā)展規(guī)律、優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)、促進(jìn)城市緊湊發(fā)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(wǎng)格人口空間化模型[1]，結(jié)合遺傳算法和GIS的人口數(shù)據(jù)網(wǎng)格分布模型[2]，采用蒙特卡羅和GIS相結(jié)合的規(guī)則網(wǎng)格與不規(guī)則網(wǎng)格相互轉(zhuǎn)換的方法[3]，運(yùn)用GCAWI法、空間自相關(guān)指數(shù)、多（單）中心指數(shù)模型等的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元到網(wǎng)格單元的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)集的人類數(shù)據(jù)空間化研究等[5,6]。在人口增長趨勢(shì)方面，主要通過人口空間分布模型，研究某一區(qū)域的人口密度變化趨勢(shì)，如葉宇等從人口分布影響因子、土地利用空間數(shù)據(jù)應(yīng)用、人口指標(biāo)等方面研究了福建省鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的人口數(shù)據(jù)空間化[7]；肖洪等通過多智能體系統(tǒng)、元胞自動(dòng)機(jī)模型構(gòu)建了長沙市街道級(jí)的人口空間分布及規(guī)律[8]；李建強(qiáng)等通過人口、經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)研究人口結(jié)構(gòu)的演變[9]；饒燁等以1984～2010年北京都市區(qū)人口數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建計(jì)量模型研究北京市區(qū)人口增長的空間特征及趨勢(shì)[10]。在進(jìn)行人口變化趨勢(shì)的研究中，由于未統(tǒng)一人口數(shù)據(jù)的時(shí)空基準(zhǔn)，難以對(duì)人口空間分布形態(tài)、人口移動(dòng)行為特征等問題進(jìn)行研究。本文針對(duì)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(jìn)行研究論證。

1 研究思路和方法

1.1 研究思路

傳統(tǒng)人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以行政區(qū)為單元逐級(jí)統(tǒng)計(jì)匯總，而人口實(shí)際主要分布在城市、村莊等居住生活區(qū)，在農(nóng)業(yè)和工業(yè)等生產(chǎn)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(guān)。另外，由于不同時(shí)期的統(tǒng)計(jì)單元不同，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)的尺度和基準(zhǔn)不統(tǒng)一，在進(jìn)行人口時(shí)空增長趨勢(shì)分析時(shí)，難以將人類數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。本研究基于土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，建立規(guī)則網(wǎng)格單元，以研究人口的空間分布和時(shí)空增長趨勢(shì)。

1.2 研究流程及方法

依據(jù)《城鎮(zhèn)土地分類》（1989）、《全國土地分類（試行）》（2001）、《土地利用現(xiàn)狀分類（國家標(biāo)準(zhǔn)）》（2007），統(tǒng)一各期土地利用數(shù)據(jù)分類，并劃分為城市、建制鎮(zhèn)、村莊、水域、交通、風(fēng)景名勝、采礦用地、農(nóng)地林地和其他用地9類用地。依據(jù)人口實(shí)際分布特征，將城市、建制鎮(zhèn)、村莊3類作為有人聚居土地，其他作為無人聚居土地，計(jì)算城市、建制鎮(zhèn)、村莊的人口分布比例，依權(quán)重將統(tǒng)計(jì)單元人口分配到規(guī)則網(wǎng)格中，從而實(shí)現(xiàn)人口數(shù)據(jù)時(shí)空基準(zhǔn)的統(tǒng)一，最后開展人口時(shí)空增長趨勢(shì)的研究。研究總流程如圖1所示。

2 實(shí)證研究

2.1 數(shù)據(jù)可獲得性分析

以武漢市1990、2000、2010年人口普查數(shù)據(jù)和2014年底人口調(diào)查數(shù)據(jù)、同期城市行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)及衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可獲得性分析如表1所示。

圖1 研究流程圖

表1 研究數(shù)據(jù)可獲得性分析結(jié)果表

1990年人口數(shù)據(jù)來源于全國第四次人口普查，人口數(shù)為675.72萬人，統(tǒng)計(jì)單元共計(jì)170個(gè)街道。1990年的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)無法獲得，因此選用1990衛(wèi)星影像獲得該年武漢市的土地利用分類數(shù)據(jù)。2000、2010、2014年數(shù)據(jù)的可獲得性較好，其中2000、2010年人口數(shù)據(jù)分別來源于全國第五、第六次人口普查結(jié)果，2000年為837.21萬元，2010年為1 006.15萬人。統(tǒng)計(jì)單元為2000年全市173個(gè)街道，2010年全市187個(gè)街道。2014年人口數(shù)據(jù)來源于人口調(diào)查數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)單元為全市3 494個(gè)社區(qū)單元。2000、2010和2014年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為矢量數(shù)據(jù)。

2.2 人口數(shù)據(jù)空間化處理

對(duì)1990、2000、2010、2014年武漢市人口數(shù)據(jù)依據(jù)統(tǒng)計(jì)單元進(jìn)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(jì)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(jìn)行歸一化處理，計(jì)算出該年3類用地的人口分布權(quán)重。依此方法計(jì)算出1990、2000、2010、2014年各類有人聚居土地的人口空間分布權(quán)重結(jié)果，如表2所示。從權(quán)重結(jié)果可以看出，每年3類土地的人口分布權(quán)重均不相同，其中城市用地權(quán)重從1990～2014年總體趨勢(shì)逐步變大，建制鎮(zhèn)用地人口分布權(quán)重則逐步變低，村莊用地人口分布權(quán)重2000年達(dá)到最大，到2014年又有所減小，總體趨勢(shì)基本平穩(wěn)。

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

通過對(duì)人口空間數(shù)據(jù)進(jìn)行重分配，得到基于統(tǒng)一規(guī)則網(wǎng)格的人口空間分布數(shù)據(jù)，如圖6～9所示，并建立1990～2014年人口時(shí)空數(shù)據(jù)庫，如圖10所示。

圖6 1990年規(guī)則網(wǎng)格人口空間分布

圖7 2000年規(guī)則網(wǎng)格人口空間分布

圖8 2010年規(guī)則網(wǎng)格人口空間分布

圖9 2014年規(guī)則網(wǎng)格人口空間分布

圖10 人口時(shí)空數(shù)據(jù)庫

2.3 人口時(shí)空變化趨勢(shì)研究

基于武漢市1990、2000、2010、2014年人口時(shí)空數(shù)據(jù)，通過分析人口空間分布的變化，得出1990～2014年人口時(shí)空增長趨勢(shì)。自1990年以來，人口不斷向中心城區(qū)聚居，人口規(guī)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(qū)以外，逐步形成了6個(gè)人口聚居區(qū)，初步具備分中心雛形。通過對(duì)2014年和1990年兩期人口空間數(shù)據(jù)進(jìn)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(wǎng)格疊加分析，得到各網(wǎng)格人口數(shù)變化情況。對(duì)武漢市中心城區(qū)及6個(gè)人口明顯增長區(qū)域 1990～2000年、2000～2010年、2010～2014年3個(gè)階段的人口變化進(jìn)行趨勢(shì)分析，結(jié)果如表3所示。

1）人口空間分布形態(tài)。如圖4所示，從1990～2014年，中心城區(qū)人口逐步增加，人口密度逐步增大，人口的空間分布從個(gè)別區(qū)位人口數(shù)量突出逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫夥植?。除中心城區(qū)外的其他區(qū)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(gè)人口聚居分中心。

2）人口變化趨勢(shì)和方向。從表3三維趨勢(shì)圖可看出，各中心點(diǎn)對(duì)周邊人口有強(qiáng)烈的吸引力，且吸引力逐漸增強(qiáng)，人口的變化表現(xiàn)為以峰值點(diǎn)為中心，伴隨周邊一定區(qū)域的人口減少，且減少量被峰值點(diǎn)吸引，成為峰值點(diǎn)增長量。表3中剖面圖是將人口變化數(shù)據(jù)進(jìn)行斷面處理后疊加所得，用以表示同一位置不同時(shí)間的變化情況，從圖中可看出各點(diǎn)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(shí)間軸上平移得到，用以表示人口隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。通過波形圖可以發(fā)現(xiàn)，3個(gè)階段的波峰、波谷點(diǎn)和曲線的波動(dòng)趨勢(shì)具有較高的一致性，表現(xiàn)出人類流動(dòng)式推進(jìn)的特征。

表3 人口變化趨勢(shì)表

3）人口變化速度。計(jì)算中心城區(qū)和6個(gè)增長點(diǎn)3個(gè)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(jié)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(gè)增長點(diǎn)的增長趨勢(shì)明顯，斜率逐步增大，表明該區(qū)域尚未達(dá)到增長頂點(diǎn)，還具有吸引周邊人口聚居的潛力。而中心城區(qū)，斜率逐漸減小，表明中心城區(qū)人口的增長趨勢(shì)在逐步放緩，人口逐步趨于飽和。

3 結(jié) 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(guī)則網(wǎng)格分析人口的時(shí)空增長趨勢(shì)。結(jié)合研究區(qū)域土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、人口普查（調(diào)查）數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，計(jì)算了城市、建制鎮(zhèn)、村莊上對(duì)應(yīng)的人口分布權(quán)重，將武漢市“四普”、“五普”、“六普”人口普查數(shù)據(jù)和2014年人口調(diào)查數(shù)據(jù)重分配到1 km×1 km的規(guī)則網(wǎng)格單元，統(tǒng)一了人口數(shù)據(jù)的空間基準(zhǔn)。重點(diǎn)研究了武漢市中心城區(qū)及6個(gè)人口增長點(diǎn)，分析了武漢市1990～2014年的人口空間分布形態(tài)特征、人口流動(dòng)趨勢(shì)和方向、人口流動(dòng)速度變化，得出結(jié)論如下：①武漢市中心城區(qū)人口分布逐步趨于平衡，遠(yuǎn)城區(qū)人口空間分布越來越緊湊集中；②遠(yuǎn)城區(qū)增長點(diǎn)對(duì)于周邊人口具有較強(qiáng)吸引力，表現(xiàn)為城市內(nèi)部人口的波浪式增長和流動(dòng)式推進(jìn)；③由于中心城區(qū)人口趨于飽和，人口壓力增大，導(dǎo)致中心城區(qū)人口增長的速率放緩，而其他增長點(diǎn)人口增長速率加快，與武漢市堅(jiān)持大力發(fā)展新城區(qū)建設(shè)的政策相符。

[1]范一大,史培軍,辜智慧,等.行政單元數(shù)據(jù)向網(wǎng)格單元轉(zhuǎn)化的技術(shù)方法[J].地理科學(xué),2004, 24(1):105-108

[2]廖一蘭,王勁峰,孟斌,等.人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)空間化的一種方法[J].地理學(xué)報(bào),2007,62(10):1 110-1 119

[3]李德仁,彭明軍.城市空間信息規(guī)則網(wǎng)格與不規(guī)則網(wǎng)格的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2007,32(2):95-99

[4]王培震,石培基,魏偉,等.基于空間自相關(guān)特征的人口密度格網(wǎng)尺度效應(yīng)與空間化研究:以石羊河流域?yàn)槔齕J].地球科學(xué)進(jìn)展,2012,27(12):1 363-1 372

[5]柏中強(qiáng),王卷樂,楊飛.人口數(shù)據(jù)空間化研究綜述[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2013,32(11):1 692-1 702

[6]傅建春,李鋼,趙華,等.中國城市人口與建成區(qū)土地面積異速生長關(guān)系分析:基于652個(gè)設(shè)市城市的實(shí)證研究[J].中國土地科學(xué),2015(2):46-53

[7]葉宇,劉高煥,馮險(xiǎn)峰.人口數(shù)據(jù)空間化表達(dá)與應(yīng)用[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào),2006 8(2):59-65

[8]肖洪,田懷玉,朱佩娟,等.基于多智能體的城市人口分布動(dòng)態(tài)模擬與預(yù)測(cè)[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2010, 29(3):347-354

[9]李建強(qiáng),王世杰. 甘肅省人口結(jié)構(gòu)演變與區(qū)域經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)[J].測(cè)繪科學(xué),2017,42(2):78-83

[10]饒燁,宋金平,于偉.北京都市區(qū)人口增長的空間規(guī)律與機(jī)理[J].地理研究,2015,34(1):149-156

P273

B

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(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目青年基金資助項(xiàng)目（15YJC63009）。（*為通訊作者）

潘琛玲，高級(jí)工程師，主要研究數(shù)字城市、智慧城市。