基于EDSA-GEODA的陕西省人口空间分布演化研究

基于EDSA-GEODA的陕西省人口空间分布演化研究 基于ESDA–GeoDa的陕西省人口空间分布演化研究 摘 要:本文主要采用人口密度、人口分布结构指数和空间自相关 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，借助OpenGeoDa软件对 陕西省的人口分布及其空间自相关性进行分析。结果表明: (1) 陕西省各地市之间人口总数差距显 著，各县区之间人口密度差别较大。(2 )2011年陕西省人口分布的集中指数为0.2815，不均衡指数 为0.0586，人口分布的集中化趋势不明显，各地市内人口分布相对不均衡。(3)2011年陕西省人口 分布的全局莫兰指数为0.4192，人口空间分布不是随机过程，有较强的空间自相关性。该结论有利 于有关部门认识陕西省人口空间分布的规律，并可以为制定人口社会发展政策和调整人口分布政策 提供参考意见。 【关键字】人口分布 空间自相关 均衡指数 陕西省 Evolution of spatial distribution of population in Shaanxi Province based on ESDA-GeoDa Abstract: In this paper, we analysis Shaanxi Province population distribution and spatial self-correlation by using the population density, population distribution structure index and spatial autocorrelation analysis, a- nd with the help of 0penGeoda software. The results show:(1)the total population of all the city in Shaanxi province is significantly different，and the population density between the county is different.(2)(2011)The concentration index of the population distribution in Shaanxi province is 0.2815，the disequilibrium index is 0.0586. The trend of population distribution centralization isn’t obvious and the city's population distrib- ution is relatively uneven.(3)(2011)The population distribution of the global Moran index in Shaanxi Province is 0.4192, the spatial distribution of population is not a random process, and there is a strong spa- tial autocorrelation. The conclusions can help the departments understand laws of the population spatial distribution in Shaanxi Province, and can provide some references for the development of formulating pop- ulation and social development policies. 【Key words】Population distribution Spatial autocorrelation Balance index Shaanxi province 人口一向是资源、生态、环境和可持续发展问题中的核心问题，而人口分布是指一定时期内人口在一定地区范内围的空间分布状况，受社会生产方式和经济发展水平的制约，是人口过程在空间上的表现形式，对当地经济及区域可持续发展有着重要的意义和价值。人口分布状况反映着一个地区的自然地理条件的差异和经济发展水平的高低，研究区域人口分布的核心意义在于揭示其人口分布的地域特点，进一步揭示人口空间分布的规律性，实现区域社会经济以及资源环境的可持续发展。本研究立足陕西省省情，探索陕西省人口空间分布规律，为实现人口资源和环境的可持续发展，制定人口空间结构优化措施提供参考。 1. 研究方法与数据来源 1.1研究区概况 陕西省位于中国内陆的腹地，犹如镶嵌在中国西部腹地的一颗明珠，地域南北长、东西窄，南北长约880公里，东西宽约160,490公里。属于黄河中游和长江上游，地理坐标处于东经105?29′~111?15′，北纬31?42′,39?35′之间，省会设在西安市。截止2011年年底，全省总面积约21万平方千米，人口3909万，下辖10地级市及1个农业示范区，共107个县级行政区划单位。 1.2研究方法 1.2.1 人口密度 人口密度被看作是衡量人口分布的重要指标，它反映一定地区的人口密集程度，是指单位土地面积上居住的人口数，通常用每平方千米常住的居民数量来表示，称为人口算术密度，计算公式为: D = P/S 其中D为该地区的人口密度，P为该地区的人口总数，S为该地区的土地总面积( 1.2.2人口分布的结构指数 人口分布的结构指数是指不均衡指数( U )和集中指数( C )，用来模拟人口集中或分散的趋势， 2n，，2，，xy,,,,ii2,i1，，计算公式为: U= n 1C= x,y,ii2 其中，n为研究单元个数，x为某地区人口占研究区总人口的比重;y为某地区土地面积占研究区总土地面积的比重;U的数值越小，表明区域人口的空间结构越均衡;C的数值越小，表明区域人口的空间结构越均衡( 1.2.3空间自相关 空间自相关是一种空间统计的方法，用以显示某种地表现象是否存在某种特殊的空间形态。近年来，许多社会和行为科学的研究开始借助于空间统计分析的方法，来探测社会现象的空间模式和非常态分布。由于侧重点不同，空间自相关分为全局自相关和局部自相关 Moran’s I 检验整个研究区域中邻近地区是相似、相异(空间正相关、负相关)，还是相互独立。Moran’s I 指数值处于-1到1之间，值接近1 时表明具有相似的属性集聚在一起( 即高值与高值相邻，低值与低值相邻) ;值接近-1时表明具有相异的属性集聚在一起( 即高值与低值相邻，低值与高值相邻)。如果指数接近0，则表示属性是随机分布的，或者不存在空间自相关性。其计算公式: nn nWx,xx,x，，，，,,ijij,,i1j1I= nnn2，，Wx,x,,,iji,,,i1j1i1 x其中，n是研究区的地区总数，Xi和Xj分别是区域i和区域j 的属性，是属性Xi的平均值，Wij是空间权重矩阵，表达式为: Wij=1，当区域i与j相邻接; Wi=0，其他。 Moran’s I值一定介于- 1~ 1之间, 大于0为正相关, 小于0为负相关, 值越大表示空间分布的相关性越大, 即空间上有聚集分布的现象; 值越小代表示空间分布相关性小, 当值趋于0时, 即代表空间分布呈现随机分布的情形。对于Moran指数, 可以用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化统计量Z来检验n个区域是否存在空间自相关关系, Z的计算公式为: Z(I)=错误～未找到引用源。错误～未找到引用源。 对I 值进行显著性检验时, 在99%显著水平下,Z(I) 大于2.58时, 表示研究范围内某现象的分布有显著关联性; 若Z(I) 介于- 2.58~ 2. 58之间, 则表示研究范围内某现象的分布关联性不明显, 空间自相关性亦较弱; 若Z(I) 小于-2.58时, 则表示研究范围内某现象的分布呈现负的空间自相关性。 Moran散点图包含4个象限, 第一、二、三、四象限分别说明区域单元与其邻居之间高值( H) 和高值( H) 、低值( L) 和高值( H) 、低值( L) 和低值( L) 、高值( H) 和低值( L) 的空间联系形式。 1.3数据来源 鉴于数据统一性及数据获取与处理的方便，本研究的空间分析尺度为县域尺度，包括陕西省10个地级市的24个市辖区、3个县级市和80个县共107个研究单元。人口数据来源于《陕西统计年鉴---1991、2001、2011、2012》，行政区地理底图来自于中国Arc GIS数据(到县界、Lambert投影)。 2.1人口规模 从第二次人口普查至今陕西省的总人口一直呈增长状态，人口总量从1964年的2099万人增长到2010年的3735万人，增加人数达1636万人。而人口自然增长率则表现出与人口总量相反的趋势， 即人口自然增长率一直呈降低趋势，从1964年的18.2‰一直下降到2000年的2.47‰，下降速率较大。见图1.通过计算发现，自1964年第二次人口普查至2010年第六次人口普查期间人口总量每增长100万所需要的时间越来越长。从第二次人口普查到第四次人口普查的这段时间内，每增长100万人大概只需要2年时间，从第四次人口普查到第五次人口普查期间，则平均需要3年多的时间才能增长100万人，而从第五次人口普查到第六次人口普查的10年间总人口才增长了91万人，还不足前五次人口普查期间平均两三年增长的人口总量。 图1 陕西省人口总量及自然增长率变化图 Fig.1 The total population and natural growth rate of Shaanxi Province 2.2人口密度 根据《陕西统计年鉴---2012》可以得知，截止2011年年底，陕西省总人口为3909万人。各地市的人口总量差异悬殊。西安市总人口为791.83万人，占全省总人口比重的20.26%;渭南市总人口为564.68万人，占全省总人口的14.45%;咸阳市总人口为525.72万人，占全省总人口的13.45%，上述三个市的人口总和占全省总人口的48.16%，几乎达到全省总人口的一半。与之相反，铜川市总人口仅为85.46万人，仅占全省总人口的2.19%;延安市和商洛市的总人口依次为232.91万和247.87万人，分别占全省总人口的5.96%和6.34%，上述三个市的人口总量仅占全省总人口的14.49%，不足15%。全省县域单元内的人口总量分布见图2. 图2 2011年陕西省人口分布图 Fig.2 The population distribution of Shaanxi Province in 2011 22011年陕西省的人口密度为190人/ km。各地级市之间，各县级行政单元之间人口密度差异较大。地级市行政单元中，人口密度由大到小的排列次序为:西安市、咸阳市、渭南市、铜川市、宝鸡市、汉中市、安康市、商洛市、榆林市、延安市。 2在25个市辖区中，人口密度差异巨大。西安市碑林区人口密度最高，为30198人/ km，其次 222是西安市新城区、莲湖区，其人口密度分别为16823人/ km和14991人/ km，均大于15000人/ km。 22人口密度介于2000---10000人/ km之间的有3个市辖区，介于1000---2000人/ km的市有7个， 2人口密度在500---1000人/ km的有5个市辖区，按由小到大排列依次是:咸阳市渭滨区、西安市长安区、咸阳市临潼区、渭南市临渭区和汉中市汉台区。与之相反，榆林市榆阳区的人口密度最低， 22为85人/ km，延安市的宝塔区次之，人口密度为131人/ km，其次是商洛市商州区、铜川市耀州 2区、宝鸡市陈仓区和安康市汉滨区，均在300人/ km之下。 在于陕西省的3个县级市中，韩城市和华阴市均属于渭南市管辖，该两县级市的人口密度差异 222不大，分别为249人/ km和329人/ km，但是其与由咸阳市管辖的兴平市的人口密度1186人/ km差距悬殊。 与市辖区相似，80个县级行政单元的人口密度差异也比较大。咸阳市武功县人口密度最高，为 221162人/ km，其次是西安市高陵县，人口密度为1075人/ km。其余78个县的人口密度均在1000 222人/ km以下。太白县的人口密度最低，为19人/ km。人口密度超过300人/km县有16个，介于 22100---200人/ km县有28个，而不足100人/ km的县则有35个。 图3 2011年陕西省人口密度分级图 Fig.3 The population density classification of Shaanxi Province in 2011 全省县域单元2011年的人口密度分级可见图3.由该图可看出，陕北地区人口密度最小，以县 2级行政单位为基础，陕北地区的平均人口密度仅为75人/ km，还不足同年陕西省平均 22人口密度190人/ km的一半，也仅相当于全国平均人口密度135人/ km的一半多;陕南地区的平 2均人口密度为133人/ km，也明显低于陕西省的平均值，但基本与全国的平均人口密度相等;而关中地区的人口密度最高，已经达到了每平方公里425人，和中部较发达地区的均值相当。有人说陕 西省的地图就像一个跪着的兵马俑，那么全省2011年的人口密度分级图则可以形象的比喻成一个肚子大，四肢正常，但是头部很轻的一个跪射兵马俑。 图4. 1990、2000、2010年陕西省人口密度分级图 Fig.4 The population density classification of Shaanxi Province in 1990、2000 and 2010 陕西省近20多年以来县域人口密度的分级状态变化很小，见图4。在全省的107个县级单元中，只有延安市和陕北的佳县以及关中的极个别县区和陕南的汉中市等的人口密度等级发生了较小的变化。即可以说明除了延安市和陕北的佳县以及关中的极个别县区和陕南的汉中市以外，近20多年来全省县域单位内人口密度的变化相对比较均衡和同步，在同尺度的人口密度分级下几乎没有什么明显的变化。 2.2人口分布的结构指数 采用集中指数(C) 和不均衡指数(U) 来度量陕西省各县市人口空间结构在地域上的特征，计算结果见表1. 表1 陕西省人口分布结构指数表 Tab.1 The population distribution structure index of Shaanxi Province 地区 1990年 2000年 C指数 U指数 C指数 U指数 西安市 0.3704 0.0541 0.3911 0.0558 铜川市 0.3325 0.1336 0.3342 0.1387 宝鸡市 0.3846 0.0538 0.4315 0.0575 咸阳市 0.2777 0.0339 0.3140 0.0367 渭南市 0.1355 0.0226 0.1427 0.0236 延安市 0.2138 0.0269 0.2215 0.0279 汉中市 0.2254 0.0346 0.2376 0.0368 榆林市 0.2596 0.0345 0.2098 0.0287 安康市 0.2256 0.0476 0.2356 0.0498 商洛市 0.1401 0.0347 0.1477 0.0367 陕西省 0.3206 0.0571 0.3329 0.0583 2010年 2011年 地区 C指数 U指数 C指数 U指数 西安市 0.4070 0.0579 0.4020 0.0578 铜川市 0.3031 0.1270 0.2995 0.1264 宝鸡市 0.4367 0.0582 0.4368 0.0583 咸阳市 0.3145 0.0369 0.2964 0.0361 渭南市 0.1459 0.0248 0.1497 0.0248 延安市 0.2320 0.0308 0.2279 0.0307 汉中市 0.2431 0.0382 0.2446 0.0384 榆林市 0.1842 0.0272 0.1826 0.0259 安康市 0.1925 0.0522 0.2452 0.0523 商洛市 0.1399 0.0354 0.1408 0.0352 陕西省 0.3349 0.0586 0.2815 0.0586 计算得出陕西省1990年人口分布的集中指数是0.3206，10个地级市的集中指数介于0.1355---0.3846之间，2000年人口分布的集中指数是0.3329，10个地级市的集中指数介于0.1427---0.4315之间，2010年人口分布的集中指数是0.3349，10个地级市的集中指数 介于0.1399---0.4367之间，2011年人口分布的集中指数是0.2815，10个地级市的集中指数介于0.1408---0.4368之间，其数值都相对较大，说明陕西省人口分布相对集中。其中在各地级市之中，宝鸡市的集中指数最大，其次是省会城市西安市，;集中指数最小的两个市为陕南商洛市和关中渭南市。总体看来，全省人口整体分布相对集中。 1990年全省人口分布的不均衡指数为0.0571，2000年为0.0583.2010和2011年均为0，0586，其值居中，说明陕西省的人口分布趋于相对不均衡。在各地市之间，铜川市的人口分布不均衡指数最大，其次是宝鸡市和西安市;不均衡指数最低的地级市则是渭南市.总体看来，全省人口整体处于不均衡状态。 2.3空间相关性 为了更明显的揭示与地理位置相关的空间数据的关联和依赖性，所以本文在已有数据的基础上通过(ESDA)探索性空间数据分析对陕西省人口密度空间特征进行分析，使得其空间关联分析的结果可视化。首先对各县市的人口分布密度进行极值标准化，然后利用莫兰指数进行全局空间相关性分析，采用完全空间随机性(CSR),即要素本身的完全空间随机性假设，以正态分布99%置信区间双侧检验阂值Z 的值2.58和P值0.01为界限，判断假设是否可信.计算结果见表2. 结果表明，1990年的全局Moran指数I为0.3071，2000年的全局Moran指数I为0.3491，2010年的全局Moran指数 I为0.4128,2010年的全局Moran指数I为0.4192，该四年的Z值均远大于临界值2.58，说明陕西省的人口空间分布过程不是随机过程，具有较强的自相关性，在地理空间上有内在联系。分析比较1990年、2000年、2010年和2011年的Moran指数I发现，全局莫兰指数有逐步增大的趋势，表明人口分布的空间正相关性在逐渐增强。进一步说明有必要以人口密度为基础，进行局部空间自相关分析。 表2 1990、2000、2010、2011年陕西省的全局Moran指数I统计 Tab.2 The global Moran index of Shaanxi Province in 1990、2000、2010 and 2011 Moran′s I 预期指数 方差 Z值 P值 1990年 0.3071 -0.010526 0.00188 12.7116 0.000001 2000年 0.3491 -0.010526 0.001922 14.5725 0.000001 2010年 0.4128 -0.010526 0.00218 15.5965 0.000001 2011年 0.4192 -0.010526 0.002192 15.8354 0.000001 全局空间自相关指数反映空间总体分布模式，局部自相关指数则反映每个空间区域与其相邻空间区域的相似程度，表示每个空间区域服从总体空间分布模式的程度。以各县域人口密度值为基础， ，，计算出陕西省107个县市的Local MoranI指数,同时根据Local MoranI指数判断陕西省各县市与其相邻县市在空间上的关联，可通过OpenGeoda软件进行空间自相关分析，并绘制出Moran散点图和空间聚类图。 2.3.1 陕西省人口密度Moran散点图 从图5来看，2010年与2011年相比变化不是很大。 图5. 陕西省人口密度Moran散点图(1990、2000、2010、2011) Fig.5 The Moran scatterplot of Shaanxi Province population density(1990、2000、2010、2011) 2011年落于第一象限的包括西安市、咸阳市、长安区、临潼区、户县、高陵县、武功县、乾县、兴平市、渭南市等20个县域行政单位。表明这些区域自身和周边地区的人口密度值较高，即高值与高值的集聚。二者的空间差异程度较小，存在较强的空间正相关，属于热点区。 落于第二象限的为汉中市、华阴市、白水县、长武县、凤翔县等10个县域行政单元。表明这些区域自身人口密度值较高而周边地区的人口密度值较低，二者的空间差异程度较大，存在较强的空间负相关，即异质性突出。 落于第三象限的为延安市、洛川县、志丹县、吴旗县、富县、石泉县、镇安县、佛坪县、丹凤县、留坝县、宁陕县、商南县等59个县域行政单元。表明这些区域自身和周边地区的人口密度值均较低，二者的空间差异程度较小，存在较强的空间正相关，即为盲点区。 落于第四象限的为耀县、淳化县、麟游县和南郑县等7个县级行政单元。表明这些区域自身人口密度值较低而周边地区的人口密度值较高，二者的空间差异程度较大，存在较强的空间负相关，即异质性突出。 散点图显示热点区基本上属于陕西省经济发展水平最高的地区，而盲点区则是经济欠发达或落后地区。此外由于部分区域在发达地区和欠发达地区共存出现了异质性区域。 2.3.2 陕西省人口密度LISA空间聚类图 局部莫兰指数显示最高的为西安市(其局部莫兰指数为9.8759)，表明有相似变量值的面积单元在空间集聚;局部莫兰指数低值为汉中市(其局部莫兰指数为-0.4858)， 表明不相似变量值的面积单元在空间集聚。 通过图6可见:陕西省的人口空间结构在长期内将保持现状，即人口集聚区以关中地区面状分布，陕南和陕北地区点状分布的空间格局。而2011年的集聚类型则变现为以下四个方面: (1) 高-高集聚型。分析陕西省从1990年到2011年的人口密度(以10年为间隔)变化情况，由OpenGeoda软件做出的人口密度空间聚类图可以发现，陕西省高-高集聚型的县市由1990年的7个发展到目前的9个，这些县市集中在陕西省的关中地区，以西安市为中心形成一个高集聚-高扩散区。该区内的这些城市由于经济发达、服务设施完善以及交通便利 图6. 陕西省LISA空间聚类图(1990、2000、2010、2011) Fig.6 The LISA cluster map of Shaanxi Province(1990、2000、2010、2011) 等因素的影响, 使得该县域行政单元内的人口密度很高。并且在扩散效应的影响下, 邻近县区的人口密度也很高。很显然, 该县域单元人口与其周边县区人口的空间关联性很强。如西安市、渭南市、三原县、户县等县市就属于此类。 (2) 低-低集聚型。同样的方法分析得出陕西省的低-低集聚型县市的分布可以分为两部分，大部分位于陕北地区，例如延安市、洛川县、吴旗县、志丹县和安塞县等;另有一小部分处于陕南地区，包括佛坪县、镇安县、石泉县。这些县级行政单元与周围的县级单元也存在一定程度的相关性， 但他们对周围地区的辐射力和影响力比较弱，主要原因在于他们集聚的水平还比较低。加之这些县级行政单元的整体经济实力不强，并收到交通因素和地形因素的限制，使其形成低-低集聚型的人口空间分布现状。 (3)孤单集聚型。陕西省属于该种集聚类型的县级行政单元很少，只有宝鸡市属于该种类型。该县域由于自身人口密度较高，经济发展水平比较高，所以使得周边县区的一定数量人口流入该地区。但是由于其在区域内凸显的高经济水平，使得其与周围县域单元之间集聚能力比较差，成为一个孤单的个体。 (4) 不显著集聚型。陕西省绝大部分的县级单元都表现出了不显著的集聚类型。该县域单元与周边县区也有一定意义上的相关性, 但关联性不大, 呈弱相关。加之该区相邻的县级行政单元之间经济发展水平不高且差异不大，发展速度相似，并且缺少可以带动周边县市经济发展和辐射其经济成果和知识科技的中心城市，所以其扩散性也比较弱。如关中地区的富平县、蒲城县、白水县、合阳县等和陕北地区的黄龙县、黄陵县、子长县等以及陕南地区的城固县、洋县等县级行政单元。 2. 讨论与结语 本文采用人口分布的密度、结构化指数和空间自相关分析，对第四次人口普查后陕西省的人口空间相关性分布特征进行了分析得到以下结论: (1)、陕西省各个地市级间人口总量分布差异明显;各县区人口密度差异较大，总体来看全省的人口空间结构在长期内将保持现状，即人口集聚区以关中地区面状分布，陕南和陕北地区点状分布的空间格局。 (2)、1990年陕西省人口分布的集中指数为0.3206，不均衡指数为0.0571;2000年集中指数为0.3329，不均衡指数为0.0583;2010年人口分布的集中指数和不均衡指数分别为0.3349和0.0586;而2011年陕西省人口分布的集中指数为0.2815，不均衡指数为0.0586，这表明陕西省的人口分布集中化趋势趋向不明显，总体分布也趋向于不均衡分布发展。 (3)、2011年陕西省人口分布的全局Moran指数为0.4192，表明人口空间分布具有较强的空间正相关性，有显著的空间聚集模式。 (4)、结合实际情况可以将全省划分为高-高集聚型、低-低集聚型、孤单集聚型和不显著集聚型四类。通过分析发现陕西省的高-高集聚区集中于陕西省的关中地区，而低-低集聚区主要集中在陕北地区和陕南部分地区，形成了明显的对比。因此陕西省需要采取一定的策略对陕西省人口分布的格局进行调整，在增加陕南陕北等相对偏远地区人口的同时，注意控制关中地区人口的增长和过度膨胀，并扩大关中地区的空间范围，以适应人口增加的需要。 (5)、通过EDSA-Geode空间相关分析法来定量研究人口空间分布，可以充分反映陕西省人口空间分布的特征，对于陕西省人口社会经济发展政策及调整人口分布政策的制定有一定的参考意义。 参考文献 [1] 徐建华(计量地理学[M].北京:高等教育出版社，2006.1( [2] 赵荣，王恩涌，张小林等.人文地理学(第二版)[M](北京:高等教育出版社，2006.5( [3] 张善余(人口地理学概论[M](上海:华东师范大学出版社，1999:265--323( 4] 田英，赵军，管信龙. 1990年,2005年甘肃省人口经济压力空间格局及变化分析，资源环境[ . 与发展，2008年第1期 [5] 张红.人口数据空间化及空间分布变化研究——以湖北省为例[D].湖北大学.硕士论文.2007年5月1日. 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