基于GIS的南京市人口空间分布研究

柏培源,孙平辉

(1.福建师范大学 地理科学学院,福建 福州350007；2.池州学院 资源环境学院，安徽 池州247100)

0 引 言

随着经济与城市化的交织发展，人口的问题越来越严重，人口分布也越来越多样化，不同的地区有着不同的社会经济文化因素，所以其人口空间分布结构也各不相同，南京市作为国内政治经济文化的重要城市，其人口分布空间结构的研究更具有代表意义.地理信息系统(GIS)，是对空间信息进行采集存储，处理，制图和管理的一门学科.利用GIS技术对南京市的人口空间结构进行研究，获取人口分布的特征，可以科学地分析人口分布变化的规律，并制定相应的人口政策.

20世纪60年代时，由于计算机的发展为多元统计方法提供了条件，美国人口统计局开始研究使用地理信息系统来分析人口数据，将空间统计分析的技术运用到了社会科学研究中，通过GIS制图的功能就可以很明显地反映人口密度的分布状况和城市人口是何种分布模式，更便于研究和总结，尤其在人口分布的模型拟合方面，地理信息技术发挥的作用更是不可或缺.同时，国内的地理学者对这一领域也进行了大量研究，叶明利用GIS技术对城市人口特征，城市人口的空间模型，基于实体地域的城市人口进行预测等方面进行研究[1].刘峰，马金辉等人对甘肃天水市进行了详细的研究分析，他们发现了天水市存在着很明显的空间聚集现象[2].韩杰，李丁等人利用GIS技术对兰州市人口空间分布进行了研究，发现了兰州市2000-2010年的人口分布整体上是集聚趋势以及各区域的人口分布变化情况[3].马维军等人利用GIS研究了天津市城市人口空间社会结构，分析了天津社会区的主要结构和影响社会区划分的因素以及天津市人口空间结构分布，帮助人们了解城市的人口空间分布情况以及城市的空间布局[4].周春山，许学强对广州市的空间结构做了详细的调查和研究[5].简美锋，万智恩从经济的角度分析了石家庄市的人口重心迁移所带来的影响变化[6].杨上广，丁金宏研究了最具城市特色的上海市的人口空间结构分布情况以及产生的种种社会效应[7].陈学刚，杨兆萍利用GIS的技术研究了乌鲁木齐市的人口密度空间变化是由南向北慢慢减少的，人口分布整体看呈“T”型，人口分布呈现多中心的集聚特点并得出了辖区开发历史长短[8].王学军,张善余都描述了空间分析技术和地理信息技术的结合对研究人口地理的帮助[9-10].赵军，符海月采用GIS技术研究了人口重心的移动，并将移动轨迹绘制成图片的形式，直观反映了人口分布变化特征便于科学制定人口政策[11].冯健，周一星对整个中国的城市内部的空间结构进行了研究，城市空间结构的变化以及这些变化带来的一些社会影响，还有对中国城市内部空间结构进行了客观的评价[12].目前各位学者关于人口空间结构分布的研究已经取得一定的成就，但是就目前而言，南京市作为中国发展较好的城市之一，在这方面的研究还稍有欠缺.根据这个分析南京市人口空间结构的演变规律，政治经济的转变，推动城市房地产发展组织方式和规划方法还有价值观的转化，影响社会分化的空间转化过程以及找出其推动南京市发展的动力因素，既可以用于南京市未来发展规划的参考方案，以期对其他地区发展提供借鉴，对于整个中国经济发展都有一定的推动作用.

1 研究区概况

南京，江苏省省会，简称“宁”，地处北纬31°14″—32°37″，东经118°22″—119°14″,中国东部、长江下游、江苏省西南部.本次以南京市11个市辖区(高淳区、鼓楼区、建邺区、江宁区、溧水区、六合区、浦口区、栖霞区、秦淮区、玄武区、雨花台区)为研究对象.其总面积为6587 km2， 2016年常住人口数为827.1万人，其中城镇人口数为678.14人，城镇化率83%，是长三角及华东唯一的特大城市.本次研究时间节点选择为2012年与2016年，其中2012年南京市常住人口数为709.4万人，2016年常住人口数与之相比增加约17%，人口增加幅度较为明显.同时，南京市行政区划范围形状不规则，呈纵向狭长形，对南京市人口的空间分布研究具有一定的典型性.

1.1 数据来源

本文以南京市高淳区、鼓楼区、建邺区等11个市辖区为研究对象，对2012与2016年两个时间节点为对象进行对比研究.数据来源于2012年与2016年《南京市统计年鉴》.

2 研究方法

2.1 人口集中指数模型

人口的集中指数是用来反映各个地区人口的集中分布程度，通过计算人口分布集中的指数来判断人口分布是否合理均衡，计算公式：

(1)

式中:C代表了某一个地区的人口集中指数，t代表研究区域里面的行政单元或者是地区的数量，Pt代表第t个地区里的人口数量，P是整个研究的地区总的人口数，St表示第t个统计地区的土地面积，S为研究地区的总面积，N是研究地区内的行政单元的个数.

2.2 人口重心迁移模型

人口重心实际上就是指在研究区域内某一个时刻的人口分布在空间平面上的力矩达到了一个平衡的点，常常用来测定一个地区人口分布变迁的情况，并且通过观察这个地方的人口重心的移动轨迹和重心的移动速度，来说明人口分布在空间变化上的特征和变化的原因，我们可以利用人口坐标公式表示某一地区的人口重心迁移变化，公式形式如下：

X=∑Pixi/∑PiY= ∑Piyi/∑Pi

(2)

式中：Xi，Yi为各区县的行政地理中心，Pi为各区县的人口总数.

2.3 人口密度模型

人口密度的大小与地区人数和地区面积有关，是人口分布研究中最为常用的指标，可以很直观地看出一个地区的人口是否密集.计算人口密度公式:

D=Pi/Si

(3)

式中:D为第i个地区域内的人口密度，Pi表示第i个地区的人口数量，Si代表第i个地区的地区面积.

2.4 回归分析法

20世纪90年代初，Clark提出了人口密度距离衰减模型[13]，计算公式：

dx=d0e-bx

(4)

式中：dx为距离市中心x处的人口密度，x是距离市中心的距离，d0为市中心区域的人口密度，b为常数.d越大,市中心的人口密度越大，单位面积的人口数量越多，城市越拥挤.

1969年纽林等人提出了二次指数模型，计算公式：

dx=d0ebx-cx2

(5)

式中：b,c为常数.

由于国外在该领域的研究比中国早，所以不论上述人口密度分布模型如何，它主要针对西方发达国家来说的，其模型是否适用于中国城市还必须进一步讨论.为保证研究结果的可控性和正确性，本研究还选取了回归分析法对其人口密度空间分布模型进行探讨，使用数据统计学原理和数学处理的方法对大量统计数据进行处理，并从中确定因变量与一个或多个自变量的相互关系，建立一个相关性程度高的回归函数，如对数函数，倒数函数，幂函数、指数函数等，以期得出南京市的人口分布规律.

3 数据处理与结果分析

3.1 南京市人口离散状况

城市内的自然、经济因素错综复杂，不同的环境对人口分布有不同的影响，利用人口集中指数C值能较为准确地衡量人口的集中程度.其中，人口集中指数C最大值为1，最小为0，C的数值在0和1之间，C的值越接近1，就说明人口分布越集中，C值越靠近0就说明人口分布越分散，人口向某一个地区集中的偏向越小，如果C为0的时候说明人口没有任何集中的倾向，在各地域几乎均匀分布.经计算，南京市2012年人口集中指数C为0.3758，2016年人口集中指数为0.4307，说明南京市近5年来人口分布的离散程度没有特别大的转变.

3.2 南京市人口重心偏移状况

使用人口重心偏移模型可以为制定南京市以后人口如何分布、区域社会经济发展提供重要的决策依据[10].通过使用Arcgis工具对计算结果进行可视化表达后的南京市2012年和2016年人口重心变化图分析，我们可以看出2012年和2016年南京市人口重心都在秦淮区，人口分布格局基本没有太大的变化，总体上看2012-2016年南京市人口增加了很多，但是人口重心偏移不明显.

3.3 南京市人口密度状况

利用了Arcgis软件对南京市2012年和2016年的人口数据进行处理可以得到南京市的人口密度分布图(图1)，南京市2012年人口密度最大的地区是鼓楼区，其次是秦淮区，但是两者的人口密度差距不是很大.人口密度最小的是溧水区，高淳区和六合区的人口密度也很小.2016年人口密度最大的地区依然为鼓楼区，其次为秦淮区，最低的也还是溧水区和高淳区，但是鼓楼和秦淮两个区域的人口密度都有着很大的提升，溧水与高淳人口密度几乎没有什么改变.原因在于鼓楼和秦淮作为主城区，这两个地区有着太多吸引人口的因素，如大型的商业贸易圈新街口等，丰富的休闲娱乐场所夫子庙等，以及发达的地铁交通，多条线路的转乘站设立在这两个区.

图1 南京市2012、2016年人口密度图

3.4 南京市人口密度空间分布模型研究

本次研究以人口密度为基础数据，采用等距离缓冲区标识法来获取等距离环带区域内的环带人口密度.以南京市人口密度最大的秦淮区、玄武区和鼓楼区范围的几何中心为中心,以不同半径来做缓冲区，来测量和分析不同圈层中国人口状况.具体步骤如下:(1)确定市中心位置，以秦淮区、玄武区和鼓楼区几何中心为中心;(2)建立缓冲区;(3)用不同半径的缓冲区切割南京市行政区划图;(4)对标识后的不同圈层的属性进行操作;(5)根据每个环带重新切割之后的各距离段所占各行政总面积比例，计算出各距离段各行政区的实际面积，然后计算各环带的面积得到南京市人口密度与距离数据矩阵(表1).

表1 南京市2012和2016年人口密度与距离矩阵环带

续表1

根据人口密度距离矩阵，可以看出，从中心以5 km为半径向外扩散，其人口密度大体上呈减小的趋势.为得出南京市的人口密度变化具体规律，在SPSS中使用11种不同的函数模型对其进行回归分析，得到南京市2012年和2016年人口密度函数模型汇总和参数估计值.其中Sig是回归关系的显著性系数，当Sig <= 0.05时，具有统计学意义.如果Sig>=0.05，则意味着使用当前模型的两个模型之间的回归分析不具有统计学显著性，应该用其它分析模型替代. F代表方差分析值.

所以，在满足Sig<=0.05条件下， 2012年的人口模型R2最大的是倒数函数模型和S曲线模型R2值最大为0.929和0.900， 2016年的人口模型拟合R2最大的同样是倒数函数模型和S曲线模型，R2值最大为0.907和0.897.结果表示倒数函数模型和S曲线模型的效果均比较好，但是虽然倒数函数的R2稍大，但依据其2012年和2016年散点和曲线分布图(图2)来看，S曲线模型最合适.即2012年、2016年南京市人口分布规律可以用S曲线模型：

Y(x)=b0e+b1/x来表示.

其中，2012年南京市各区县人口密度函数为：

Y(x)= 6.041e+17.981/x

2016年南京市各区县人口密度函数可以表示为：

Y(x)= 6.037e+19.929/x

式中：x表示距离市中心的距离；Y表示距离x处的人口密度.2012年和2016年南京市人口密度函数都可以采用S曲线模型.S曲线方程拟合的结果为一条衰减并趋于水平的曲线，由2012年和2016年曲线拟合图形(图2)可知，在距离市中心越近的区域人口密度越大，随着距离市中心的距离加大人口密度在下降，并且下降的速度逐渐减慢，并在一定距离以后随距离增加人口密度趋于固定值，这是因为南京市85-100 km的圈层只有一个高淳区，其人口密度是固定不变的.

图2 2012、2016年人口密度不同函数模型拟合曲线图

4 人口分布的影响

4.1 南京市人口分布对政治的影响

南京市密度大的区域主要集中于鼓楼区、玄武区、秦淮区这一带，人口的集中导致政府对该地区的基础、配套设施投入增加以及政策侧重.例如社会治安方面的水平，多个大型的市医院建立在鼓楼区和秦淮区提供医疗保障，在这两个地区周边开发了大量的高层公寓楼盘以应对住房问题，在交通方面鼓楼玄武秦淮这一区域通过大量公交、地铁枢纽建设来满足高人口密度所需的公共交通需求，然后南京市近些年的地铁建设也主要从这几个区域向外延展，其中几个最大的转乘站都设立在这一带，另外这一带还有着专门的部队驻扎提供军事保障.

4.2 南京市人口分布对经济的影响

南京市2016年生产总值最高的是江宁区1747.79亿元，其次是栖霞区、鼓楼区分别为1302.54，1238.92亿元.其中栖霞与鼓楼最小的占地面积获得最大的生产总值，这与区域的人口分布有着极大的关联，这一带是人口聚集地，有着新街口，夫子庙等家喻户晓的购物场所，以及很多的贸易都在这边展开，各项娱乐投资也看中了这一带的人流量，此外这一带的房价相对于其他地区要高出很多，这也是因为这一带人口数量特别多，所以对住房需求量特别大.

4.3 南京市人口对生态的影响

人口过于集中必然会带来一系列的生态环境问题，其中很明显的一点是秦淮河，当年无数诗人作家游历秦淮河都赋诗赞美.然而由于过于集中的人口导致秦淮河被污染的越来越严重，早些年秦淮河河水污染严重，后来得到政府的重视，加强了对秦淮河的治理才有所改善，但是过大的人口压力还是使得南京主城区一带的环境受到严重的影响.

5 建议与结论

5.1 结 论

(1)通过对南京人口集中指数研究发现：南京市自2012年起，人口分布格局没有大的变化，但是由于政策以及人口压力的影响，由于交通的便利，长江以北浦口区出现了集中人口的新动力，吸引人口向心迁移.

(2)通过对南京近几年的重心迁移的研究发现：近几年南京市的人口重心一直在秦淮区，虽然六合江宁溧水高淳一带地势广阔，但全市的人口重心依旧在主城区，这说明主城区对人口仍旧保持着很大的吸引力，主城区不论在经济、文化、教育等方面有明显的优势，而且在就业机会、公共娱乐、基础设施方面也远远好于周边县城.这是引起大量人员涌向主城区的主要原因.

(3)通过对南京市几年来人口密度的研究发现：南京市秦淮区和鼓楼区人口集中明显，江宁区及再向南以及长江北边人口较为分散.这并不是一个好的现象，南京市目前发展重心过于集中在长江南边一带，南京市作为长江沿线城市，应当以长江为中心两岸平衡的发展，此外南京市作为一个国际化的大都市，对外来人口的吸引也很大，所以南京各地都呈现人口密度变大的情况.

(4)通过对人口空间分布模型的研究表明，南京市的人口分布从中心向外大致以S曲线的形式递减.城市人口变化趋势以及集中程度在距中心20 km的距离处出现明显的分割状态，在20 km圈层以内人口分布高度集中状态，同时从中心向外递减的程度也相对较大.相反，在20 km以外人口密度的规模较小，虽然变化仍以减弱的形式呈现，但其变化的程度较20 km以内的圈层相对平缓.

5.2 南京市未来人口规划发展的建议

南京市长江以南地区人口集中过大，应当加快向外围迁移人口的进程，进一步改善长江南边一带浦口等地的交通，将地铁线路开发到南京的每一片地区，加大各个地区的经济文化政治联系，加大对周边一带的经济投入，可以以长江为中间线发展长江沿线的经济圈，加大六合区以及江宁区的开发，形成多基中心，吸引人群向这两个区移动，另外依旧要注重较为偏僻的溧水高淳一带，这一带地广人稀，使各个区域拥有一个集中人口的新动力，可以用来集中人口发展城市化进程，而不是单一地集中在一个区间.将南京市的每一个地区都发展成具有吸引人口迁移的城市，并且吸引更多的人才涌入.当然随着人口数量的增加，就需要对医疗，就业，养老等公共保障制度有所提升，加快城市化进程速度的同时，还要加快城市化进程的质量.