本研究数据 , 包括沈阳市第五次人口普查数 据 、人口普查区数据 、建成区及近郊区居住房屋 底层用地数据 , 以及城市基础地理信息数据等空间 数据。其中 , 人口普查数据由人口统计部门提供的 O racle数据库 , 最小统计单元为社区管委会 (村 ) ; 空间数据为与当时人口普查相匹配的人口地理信息 系统数据 , 可达 1∶5000比例尺制图精度 。
半个多世纪以来 , 城市人口分布空间结构研
究不断取得进展的同时 , 还存在一些值得商榷和 进一步研究的问题 , 主要有 :
(1)统计单元划分的合理性问题 。以往的相关 研究中 , 要么以原始的人口统计单元为统计单元 , 要么以具有一定宽度的同心圆环为统计单元 。这 样的统计单元能否准确反映人口分布规律值得推 敲 。例如 , 某城市人口呈现出相对于城市中心具 有对称结构的多核心分布格局 , 则仍然可以用二 次指数模型进行精确地模拟 , 该模型显然不能准 确反映人口分布的多核心结构 。
标准差 /平均值 ( S / Mean) 1158
S2 /M ean 266156
有自相关性 [ 18 ] , 因此 , 可以采用地统计学方法进 行空间模拟 。本文以地统计学为基础 , 在 300m 的 格网数据的基础上 , 根据半方差分析 , 采用普通克 里格法进行空间插值 , 生成人口密度模拟图 (图 3) , 该图中人口密度等值线的间距为 100p / hm2。
(2)城市人口分布核心的识别问题 。人口分布 核心的识别是构建城市人口密度模型的首要问题 , 以往以城市中心为人口分布核心 , 或以某个 、某 几个人口统计单元的几何中心为人口分布核心的 做法显然是依据不足的 。
(3)多核心城市中 , 各核心的影响范围及模式 问题 。建立多核心模型 , 必须回答一个问题 : 城 市内任一点的人口密度受到多少个 “核心 ”的影 响 。目前 , 对此主要有三种假设 : ①人口密度只 受到最近核心的影响 , 因此 , 城市内部可以根据
落入第 j个网格内的第 i个人口普查区的居住房屋
底层用地总面积 ; Dij代表落入第 j个网格内的第 i
个人口普查区的居住房屋底层用地的人口密度 。
作者曾研究证明 , 300m ×300m 格网是研究沈阳 市 2000年人口分布的适宜尺度 [17] , 故本研究中的格 网 , 即采用 300m ×300m。计算结果如图 1所示。
1 引言
在经济学和地理学的双重影响下 , 20 世纪 50 年代以来 , 城市人口分布空间结构研究吸引了西 方学者的高度关注 , 形成了一系列较具代表性的 城市人口密度理论模型 [ 1 - 7 ] 。20 世纪 80年代末期 以后 , 多 核心 城 市 结 构 研 究 成 为 热 点 领 域 [ 8 - 9 ] 。 之后 , 随着分形等后现代数学工具和细胞自动机 等仿生科学理论的引入 , 城市地理学的定量描述 能力和模拟实验手段不断增强 , 一些传统的人口 密度数学模型 , 如 Clark 模型开始被赋予新的解 释 [ 10 - 11 ] 。这些研究初步揭示了西方自由竞争的市 场经济条件下 , 城市人口分布的空间格局及演化 过程 。20世纪 80年代以来 , 伴随着中国改革开放 的进展 , 城市 , 尤是特大型城市人口分布问题开 始受到关注 [ 12 - 14 ] , 对于改革开放 、社会主义市场 经济体制逐渐建立的历史背景下 , 作为发展中国 家的中国城市人口分布格局及演变规律有了初步 认识 。
图 1 沈阳市人口密度图 Fig11 Population density map of Shenyang City
312 人口分布的统计特征分析 人口密度统计情况见表 1。研究区内共有样方
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地 球 信 息 科 学 学 报 2010年
3740个 , 人口密度的最大值为 882101p / hm2 , 最 小值为 0, 标准差 为 169105p / hm2 , 而 平均 值为 107121p / hm2 , 说明人口分布具有不均衡性 。统 计指标 s/m ean = 1158, 说明人口密度分布具有变 异性 。当 s2 /m ean的比值大于 1 时 , 即可说明人 口分布具有聚集性 , 此处该值高达 266156, 说明 研究区内人口分布的聚集性很高 。为了进一步反
收稿日期 : 2009 - 07 - 01; 修回日期 : 2009 - 12 - 01. 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (40801059) ; 国家社会科学基金项目 (07CJY025) 。 作者简介 : 杜国明 (1978 - ) , 男 , 汉族 , 内蒙古宁城县人 , 博士 , 东北农业大学资源与环境学院讲师 , 农林经济管理
图 3 沈阳市人口密度模拟图 Fig13 Population density modeling map in Shenyang City
4 人口分布空间模拟
411 地统计学的人口分布空间模拟 地统计学 ( Geostatistics) , 亦称地质统计学 ,
于 20世纪 40年代末由南非地质学家 D1G1Krige和 H1S1Sichel等提出 。地统计学以区域化变量理论 为基础 , 研究那些分布于空间中并显示出一定结 构性和随机性的现象 。以往的城市人口密度研究 已充分证明人口分布结构性特征的存在 , 而且上 述方法计算出的人口密度 , 作为一个空间变量具
层用地的总面积 。
(3)用规则格网进行采样 , 计算每一个网格内 的人口数和人口景观密度 。将预先生成的正方形
格网数据与居住房屋底层用地数据叠加 , 再统计 每一网格内的人口数和人口密度 。人口数的计算
公式为 :
∑ P j = A ij 3 D ij
(2)
i
式中 , Pj 代表第 j个网格内的人口数 ; Aij代表
统计单元数 3740
平均值 [Mean ] ( p / hm2 ) 107121
表 1 人口密度统计表 Tab11 Popula tion den sity sta tistics
最大值 ( p / hm2 )
最小值 ( p / hm2 )
标准差 [ S] ( p / hm2 )
882101
0
169105ຫໍສະໝຸດ 方法来计算人口密度 , 这样的人口密度实际上是 一种景观密度 , 是指各采样单元内单位面积上的 人口数 , 单位是 p / hm2 。具体的计算步骤包括 :
( 1 )根据普查区代码将人口普查数据与普查区 空间数据进行关联 。
(2)采用面插值法 [16 ]实现人口普查数与居住 单元的关联 。将居住房屋底层用地矢量数据与人
口普查区数据进行空间叠加 , 统计每一普查区内 居住房屋底层用地面积 , 并依此计算各普查区内 居住房屋底层用地的人口密度 , 计算公式如下 :
D i = Pi /A i
(1)
式中 , D i 代表第 i个人口普查区内居住房屋
底层用地的人口密度 ; Pi 代表第 i个人口普查区
的人口数 ; Ai 代表第 i个人口普查区内居住房屋底
3 人口分布的空间统计
311 基于网格计算的人口空间化数据 本研究的人口普查数据是按照社区管委会来
统计的 。由于这样的统计单元空间形状各异 、大 小不一 , 降低了各单元之间的可比性 。相比之下 , 网格计算和网格地图更有助于动态现象的表述 、 数据融合和空间分析 [ 15 ] , 不失为研究人口分布的 最佳选择 。因此 , 本研究采用规则格网对人口统 计单元进行再划分 , 将居住房屋底层用地数据作 为中间变量 , 参照生态学研究中种群密度的计算
412 人口分布的空间特征分析 由图 3可见 , 人口密度由外围向内侧整体具
有增加的趋势 , 但也有局部降低的情形 ; 城市中 心 、人口重心与几个明显的城市人口密度极大值 点也相距较远 , 人口密度分布没有呈现出单核心 圈层式范式 。在人口密度高值区形成的封闭等值 线近似于椭圆形 ; 在城市的西侧出现人口密度的 “U ”字形凹陷 , 在城市中心的东北方向也存在着 一个范围较大的人口密度低值区 ; 虽然人口分布 呈现多核心结构 , 但人口密度等值线的分布状态
映人口分布的集聚和离散程度 , 根据样方统计数
据绘制了人口分布的洛仑兹曲线 (图 2 ) 。可见 , 该曲线凸起 , 远离矩形框的对角线 , 说明人口分 布具有不均衡性和集聚性 ; ( 29157% , 88130% ) 是该曲线一个十分明显的拐点 , 拐点两侧曲线走 势平稳 。因此可以概略地说 , 研究区近 30%的范 围内居住了近 90% 的人口 , 人口密集 ; 而其余 的 70%范围内仅居住了约 10%的人口 , 人口稀 疏。
基于以上认识 , 本文以沈阳市 2000 年第五次 人口普查数据为数据源 , 模拟该市人口分布 , 探 讨其分布格局 , 旨在提出一种城市人口分布模拟 与格局识别的范式 。
2 研究区概况及数据来源
沈阳市位于中国东北地区南部 、辽宁省中部 , 土地总面积为 12 980km2 , 截至 2000底建成区面积 为 217km2 。沈阳市地势平坦 , 以平原为主 , 平均 海拔 50m 左右 , 城市南侧有浑河流经 。沈阳市是 辽宁省的政治 、经济 、文化中心 , 是辽中南城市 群的首要城市 , 中国重要的重工业城市 。市辖区 包括和平 、沈河 、大东 、皇姑、铁西 5个城区 , 东 陵、于洪、苏家屯 、新城子 4个郊区 。截至 2000年 第五次人口普查 , 市辖区人口 530万人 。研究区包 括建成区及近郊区在内的一矩形区域 (见图 1 ) , 面积 336km2 , 涉及沈阳市人口普查小区 981个 。
摘要 : 人口分布空间结构是城市空间结构的重要组成部分 。为准确地模拟城市人口分布 , 清晰地反映城市人口分 布格局 , 本文利用沈阳市第五次人口普查资料 , 采用网格计算方法空间化人口数据 、地统计学的空间插值方法模 拟人口分布 。同时 , 用 DEM 模型方法识别城市人口分布格局 , 分析人口分布特征 。结果是 : 沈阳城市内部人口 分布具有较高的不均衡性和聚集性 ; 城市人口密度分布不符合单核心圈层式范式 , 具有 11个明显的人口分布核 心 ; 在城市中心区域 , 人口分布的区域化特征更为显著 ; 人口分布主要受到相近的两个人口核心的影响 。该研究 同时表明中国市场经济体制背景下 , 城市人口分布特征具有较高的复杂性 。对于城市人口分布规律及影响人口分 布的动力机制 , 需进一步研究 。 关键词 : 城市空间结构 ; 人口分布 ; 空间化 ; 沈阳市