基于多源地理信息的人口数据空间化研究

发布时间：2020-05-24 06:23

【摘要】：人是自然地理环境和社会经济活动的主体,人口空间分布总是受自然因素、社会经济因素、历史因素等的影响。传统的人口统计方法以行政单元为统计单位,假设人口分布在行政单元中呈均衡分布状态,忽略了人口分布是自然环境、社会环境、经济环境等一系列因素综合作用的结果。同时,传统的人口统计数据不仅存在着时空分辨率低的问题,在实际运用过程中也难与自然地理空间单元相匹配,不利于与自然环境、生态、经济等多源数据融合使用。因此,获取高精度的人口空间分布信息变得十分必要,而人口数据空间化是解决上述问题的有效途径之一。本文选取了广州市越秀区、荔湾区、天河区、海珠区、白云区及黄埔区(不含原萝岗区)作为研究区域、人口分布为研究对象。以ArcGIS 10.2、Python语言、SPSS 22.0等作为主要辅助工具,收集了研究区范围内的人口统计数据、行政区划数据、NPP/VIIRS夜间灯光数据、路网分布数据、小区房价数据、POI数据、房屋建筑区面积、土地利用数据、数字高程模型等数据。首先基于地理探测器模型对所选取的人口空间分布影响因子进行识别,剔除无关因素;然后基于单一的人口空间化模型和分区建模思想实现研究区150m格网人口数据空间化。得到主要研究结论如下:(1)在人口空间分布影响因子筛选过程中,本文利用地理探测器模型对所选取的影响因子进行因子探测和交互探测。结果发现:除草地指数和水域指数外,其他因子均通过0.05的显著性检验,表明研究区范围内,草地、水域对人口空间分布的影响几乎可以忽略不计;政府机关和社会团体对人口空间分布的解释力q值最大,公共设施次之,其他建设用地指数解释力最小;另一方面,从交互探测结果来看,自然因素之间的交互作用要远低于社会经济因素之间的影响力,自然因素与社会经济因素相组合的交互影响力也要大于自然因素之间的影响力;大部分影响因子之间都是起双因子增强作用,只有少部分影响因子之间起非线性增强作用,并不存在相互独立起作用和非线性减弱作用的因子。(2)利用土地利用数据和夜间灯光数据,基于普通多元回归思想构建人口空间化模型,实现研究区格网人口数据空间化。其结果表明:大部分街道模拟人口与实际统计人口相对误差百分比超过100%;相关系数R为0.06、拟合优度R~2仅为0.0039;从散点图(5-2)中可以看出,绝大部分街道(镇)人口模拟结果与实际人口数量偏差较大,模拟效果不佳,精度较差。因此,该方法得到的模拟结果与实际偏差巨大,无法满足本文的研究要求。(3)在利用随机森林模型进行人口数据空间化的过程中,本文对人口空间分布影响因子进行重新选取,主要剔除了建设用地(城镇用地指数、农村用地指数和其他建设用地指数),并用更精确的房屋建筑面积作为替代,然后构建随机森林模型,对研究区人口空间分布进行模拟。将模拟人口与实际人口进行相关性分析,相关系数为0.774,相关性较为显著;然后计算平均相对误差,误差结果约为30%,分析发现有33个街道(镇)绝对相对误差百分比超过50%,是造成模型误差整体偏高的原因。相比普通多元线性回归模拟结果,随机森林模型的模拟精度有明显的提高,与实际人口分布较为符合。(4)基于分区建模思想,利用人口集聚度法并结合自身的研究需要,将研究区划分为人口密集地区和非人口密集地区,同时利用逐步回归分析和随机森林模型实现各分区人口数据空间化。然后,将分区建模最优结果进行合并,基于街道(镇)尺度,将分区建模结果与单一的随机森立模型模拟结果跟实际统计结果进行相关性分析、回归分析(拟合优度R~2)及误差分析。由分析结果可知:分区建模结果与街道(镇)实际人口的相关系数为0.834,拟合优度R~2等于0.695,相关性及拟合优度都要优于单一的随机森林模型。在误差分析方面,分区建模模拟结果相对误差百分比在(-30%,30%)之间的比重为51.89%,高于单一的随机森林模型模拟结果;另一方面,绝对相对误差百分比大于50%的街道(镇),分区建模结果只有18个,占街道(镇)总数的16.98%,明显低于单一随机森林模型的31.13%。(5)本文从单一的数学模型及分区建模两个方面实现研究区人口数据空间化,其结果表明:分区建模,选择合适的人口分布影响因子和适宜的人口数据空间化模型,有利于提高人口数据空间化精度,使得人口空间分布与实际情况更加符合。另一方面,该结果与柏中强、董南等人提出的关于提高人口数据空间化精度的措施相一致。
【图文】：

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图 3-1 广州市区位示意图Fig.3-1 Location sketch map of Guangzhou city天河区，广州市的商业中心。位于市区东部，广州市新中轴线穿插而过，是城市体规划中“东进轴”和“南拓轴”两条线路的交汇点。行政区范围内交通资源丰富，有地铁、城市快速公交（BRT）、铁路枢纽（广州东站）等多种交通方式，实现了立体化综合化的发展。天河区在 2012 年推进了四大平台建设，为天河智慧城、中央商务区（CBD）、广州国际金融城以及天河路商圈，产业结构不断优化升级，现代服务业呈高端发展态势，主导作用稳步提升，第三产业比重增加，经济辐射范围更广更强。珠新城内汇聚了广州市各类标志性建筑物，有广州塔、广州市图书馆、广东省博物馆、州大剧院、广州国际金融中心等文化设施。荔湾区，广州市的文化中心。位于市区西部，荔湾区西部与佛山接壤，是广佛同与广佛一体化的核心区，，北部与白云区水陆相接，东部比邻越秀区。荔湾是广州市老

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图 3-2 研究区示意图Fig.3-2 The schematic map of research area3.3 数据来源及预处理人口空间分布主要受自然条件和社会经济因素的影响。自从工业革命以来，随着人类生产力水平的不断提高，改造自然的能力不断提升，自然条件对人口分布的制约作用明显减弱。但是，自然环境作为人类生产、生活的基本条件依然没有改变，始终为人类的发展提供了必要的生产和生活资料，因此在研究当中不能忽略自然因素对人口分布的影响。另一方面，工业化、城市化的发展，经济水平提高，社会经济因素对人口流动的影响十分明显，进而引起人口空间分布发生显著变化。尤其是在大城市，由于医疗设施条件较好、教育水平较高，获得高收入的机会更大及相当完善的公共基础设施等因素，对人口的吸引力作用明显，进而影响人口的空间分布状况。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：C922

【参考文献】