基于土地利用现状的人口时空增长趋势研究

2017-12-27潘琛玲马艺文

地理空间信息 2017年12期

关键词：武汉市城区时空

潘琛玲，孟成*，马艺文

（1.武汉市国土资源和规划信息中心，湖北武汉 430014）

基于土地利用现状的人口时空增长趋势研究

潘琛玲1，孟成1*，马艺文1

（1.武汉市国土资源和规划信息中心，湖北武汉 430014）

基于武汉市“四普”、“五普”、“六普”人口普查数据及2014年末人口调查数据、同期土地利用现状数据，开展城市级的人口时空变化趋势及特征研究。从1990～2014年，武汉市人口空间分布由“破碎分散”向“紧凑集中”转变，人口流动主体形式为波动式增长和流动式推进，新城区人口增长速率持续增加，中心城区人口增长速率逐步减缓。研究结论表明，提出的基于土地利用现状的人口数据空间化方法能够客观反映人口的空间分布，能够为指导城市规划、统筹城市空间布局、提高城市空间利用效率提供支撑。

土地利用现状；时空数据；人口空间化；人口增长趋势

中央城镇化工作会议、中央城市工作会议均提出了以人为核心提高我国新城城镇化水平、走中国特色城市发展道路的要求。开展人口空间分布、时空增长趋势的研究，对研究城市发展规律、优化城市空间结构、促进城市紧凑发展、提高国土空间利用率有重要的意义。

在人口空间化研究方面，主要包括以人口密度作为桥梁的大尺度网格人口空间化模型[1]，结合遗传算法和GIS的人口数据网格分布模型[2]，采用蒙特卡罗和GIS相结合的规则网格与不规则网格相互转换的方法[3]，运用GCAWI法、空间自相关指数、多（单）中心指数模型等的乡镇单元到网格单元的转化模型[4]，以及综合考虑空间化方法的原理及其适用性，空间化中的建模参考因素，典型人口空间化数据集的人类数据空间化研究等[5,6]。在人口增长趋势方面，主要通过人口空间分布模型，研究某一区域的人口密度变化趋势，如叶宇等从人口分布影响因子、土地利用空间数据应用、人口指标等方面研究了福建省乡镇尺度的人口数据空间化[7]；肖洪等通过多智能体系统、元胞自动机模型构建了长沙市街道级的人口空间分布及规律[8]；李建强等通过人口、经济的关联研究人口结构的演变[9]；饶烨等以1984～2010年北京都市区人口数据为基础，通过构建计量模型研究北京市区人口增长的空间特征及趋势[10]。在进行人口变化趋势的研究中，由于未统一人口数据的时空基准，难以对人口空间分布形态、人口移动行为特征等问题进行研究。本文针对以上问题，提出基于土地利用分类的人口空间分布模型，并以武汉市为例进行研究论证。

1 研究思路和方法

1.1 研究思路

传统人口统计数据以行政区为单元逐级统计汇总，而人口实际主要分布在城市、村庄等居住生活区，在农业和工业等生产用地上分布较少，因此，人口的空间分布与土地利用类型密切相关。另外，由于不同时期的统计单元不同，导致统计的尺度和基准不统一，在进行人口时空增长趋势分析时，难以将人类数据与其他数据进行关联。本研究基于土地利用现状数据，建立规则网格单元，以研究人口的空间分布和时空增长趋势。

1.2 研究流程及方法

依据《城镇土地分类》（1989）、《全国土地分类（试行）》（2001）、《土地利用现状分类（国家标准）》（2007），统一各期土地利用数据分类，并划分为城市、建制镇、村庄、水域、交通、风景名胜、采矿用地、农地林地和其他用地9类用地。依据人口实际分布特征，将城市、建制镇、村庄3类作为有人聚居土地，其他作为无人聚居土地，计算城市、建制镇、村庄的人口分布比例，依权重将统计单元人口分配到规则网格中，从而实现人口数据时空基准的统一，最后开展人口时空增长趋势的研究。研究总流程如图1所示。

2 实证研究

2.1 数据可获得性分析

以武汉市1990、2000、2010年人口普查数据和2014年底人口调查数据、同期城市行政区划数据、土地利用现状数据及卫星影像数据作为基础数据。数据可获得性分析如表1所示。

图1 研究流程图

表1 研究数据可获得性分析结果表

1990年人口数据来源于全国第四次人口普查，人口数为675.72万人，统计单元共计170个街道。1990年的土地利用现状数据无法获得，因此选用1990卫星影像获得该年武汉市的土地利用分类数据。2000、2010、2014年数据的可获得性较好，其中2000、2010年人口数据分别来源于全国第五、第六次人口普查结果，2000年为837.21万元，2010年为1 006.15万人。统计单元为2000年全市173个街道，2010年全市187个街道。2014年人口数据来源于人口调查数据，统计单元为全市3 494个社区单元。2000、2010和2014年土地利用现状数据为矢量数据。

2.2 人口数据空间化处理

对1990、2000、2010、2014年武汉市人口数据依据统计单元进行空间化处理，如图2～5所示。

图2 1990年人口空间分布

图3 2000年人口空间分布

图4 2010年人口空间分布

图5 2014年人口空间分布

首先分别计算每一年3类用地上的人口密度，再将同一年3类用地的人口密度进行归一化处理，计算出该年3类用地的人口分布权重。依此方法计算出1990、2000、2010、2014年各类有人聚居土地的人口空间分布权重结果，如表2所示。从权重结果可以看出，每年3类土地的人口分布权重均不相同，其中城市用地权重从1990～2014年总体趋势逐步变大，建制镇用地人口分布权重则逐步变低，村庄用地人口分布权重2000年达到最大，到2014年又有所减小，总体趋势基本平稳。

表 2 1990、2000、2010、2014 年有人聚居各类土地人口分布权重表

通过对人口空间数据进行重分配，得到基于统一规则网格的人口空间分布数据，如图6～9所示，并建立1990～2014年人口时空数据库，如图10所示。

图6 1990年规则网格人口空间分布

图7 2000年规则网格人口空间分布

图8 2010年规则网格人口空间分布

图9 2014年规则网格人口空间分布

图10 人口时空数据库

2.3 人口时空变化趋势研究

基于武汉市1990、2000、2010、2014年人口时空数据，通过分析人口空间分布的变化，得出1990～2014年人口时空增长趋势。自1990年以来，人口不断向中心城区聚居，人口规模和人口密度不断增大，人口的分布逐渐趋于均衡。另外，除中心城区以外，逐步形成了6个人口聚居区，初步具备分中心雏形。通过对2014年和1990年两期人口空间数据进行叠加分析，得到人口变化图，如图11、12所示。

图11 1990～2014年人口变化图

图12 1990～2014年人口变化3D图

通过将相邻两期同一网格叠加分析，得到各网格人口数变化情况。对武汉市中心城区及6个人口明显增长区域 1990～2000年、2000～2010年、2010～2014年3个阶段的人口变化进行趋势分析，结果如表3所示。

1）人口空间分布形态。如图4所示，从1990～2014年，中心城区人口逐步增加，人口密度逐步增大，人口的空间分布从个别区位人口数量突出逐步转变为均衡分布。除中心城区外的其他区域的人口分布由分散、碎片化，逐步趋于紧凑、集中化，并最终形成6个人口聚居分中心。

2）人口变化趋势和方向。从表3三维趋势图可看出，各中心点对周边人口有强烈的吸引力，且吸引力逐渐增强，人口的变化表现为以峰值点为中心，伴随周边一定区域的人口减少，且减少量被峰值点吸引，成为峰值点增长量。表3中剖面图是将人口变化数据进行断面处理后叠加所得，用以表示同一位置不同时间的变化情况，从图中可看出各点人口波浪式增长的特征。波形图是将各阶段的波形曲线在时间轴上平移得到，用以表示人口随时间的变化趋势。通过波形图可以发现，3个阶段的波峰、波谷点和曲线的波动趋势具有较高的一致性，表现出人类流动式推进的特征。

表3 人口变化趋势表

3）人口变化速度。计算中心城区和6个增长点3个阶段的波形图斜率，用以表示相邻两阶段人口的变化速率，结果如表4所示。

表4 人口变化曲线斜率

从1990～2014年，人口的增长速度越来越快，其中6个增长点的增长趋势明显，斜率逐步增大，表明该区域尚未达到增长顶点，还具有吸引周边人口聚居的潜力。而中心城区，斜率逐渐减小，表明中心城区人口的增长趋势在逐步放缓，人口逐步趋于饱和。

3 结语

以武汉市为例，研究了基于土地利用分类的人口空间分布方法，并基于规则网格分析人口的时空增长趋势。结合研究区域土地利用现状数据、人口普查（调查）数据、行政区划数据，计算了城市、建制镇、村庄上对应的人口分布权重，将武汉市“四普”、“五普”、“六普”人口普查数据和2014年人口调查数据重分配到1 km×1 km的规则网格单元，统一了人口数据的空间基准。重点研究了武汉市中心城区及6个人口增长点，分析了武汉市1990～2014年的人口空间分布形态特征、人口流动趋势和方向、人口流动速度变化，得出结论如下：①武汉市中心城区人口分布逐步趋于平衡，远城区人口空间分布越来越紧凑集中；②远城区增长点对于周边人口具有较强吸引力，表现为城市内部人口的波浪式增长和流动式推进；③由于中心城区人口趋于饱和，人口压力增大，导致中心城区人口增长的速率放缓，而其他增长点人口增长速率加快，与武汉市坚持大力发展新城区建设的政策相符。

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1672-4623（2017）12-0006-04