西部平原城市人口空間分布特征及影響因素研究
——以西安市為例

許 鵬

(中國移動(dòng)通信集團(tuán)陜西有限公司漢中分公司，陜西 漢中 723099)

人口一直以來都是地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會學(xué)等學(xué)科研究的重點(diǎn)，而具體的人口分布一直都是相關(guān)學(xué)科研究的難點(diǎn).人口分布又稱人口的地域分布，指人口在一定時(shí)點(diǎn)上的地理空間中分布狀態(tài)[1].其中人口密度是識別人口分布特征的重要視角，能夠反映城市經(jīng)濟(jì)的擴(kuò)散與集聚、空間的擴(kuò)張與重組[2].目前相關(guān)學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域中常用行政轄區(qū)、特定地域?qū)哟渭案窬W(wǎng)單元等從空間變化上分析人口特征.相關(guān)研究顯示，城市人口規(guī)模與人口容量不匹配容易引發(fā)一系列社會經(jīng)濟(jì)問題.

城市人口分布是城市空間結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容，國外大量文獻(xiàn)探討了城市人口分布并揭示了一般規(guī)律.例如，William J.Coffey研究揭示了蒙特利爾地區(qū)城市人口郊區(qū)化和城市空間多核心結(jié)構(gòu)特征[3]，Derek Azar等基于多分辨率遙感影像對巴基斯坦小尺度人口進(jìn)行了模擬研究[4].然而大多數(shù)研究集中在發(fā)達(dá)城市或國外城市，對于中國城市人口密度模型的研究，則屈指可數(shù).隨著中國人口地理學(xué)研究的復(fù)興和發(fā)展，國內(nèi)相關(guān)學(xué)者廣泛開展了研究，并取得豐碩的成果[5].但國內(nèi)對此相關(guān)研究開展較晚，于20世紀(jì)90年代著手進(jìn)行[6].例如，柏中強(qiáng)等基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度對中國25省區(qū)人口分布特征進(jìn)行了研究[7]，崔曉臨等基于多源數(shù)據(jù)融合對北京市人口時(shí)空動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析[8].從已有研究看，中國城市人口模型的研究多集中在北上廣等特大城市上.因此，本文選擇西部典型城市西安作為研究對象，豐富了中國城市人口模型研究.

截止2020年，三大通信運(yùn)營商(移動(dòng)、電信、聯(lián)通)累計(jì)固網(wǎng)寬帶用戶5億，其中移動(dòng)占比48%，表明其寬帶具有較廣的覆蓋率.本文通過對寬帶覆蓋人口空間分布進(jìn)行研究，在粒度尺度下分析人口密度，以期揭示中國西部平原城市人口空間分布典型特征.

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

西安市地處陜西省中部，位于107°40′～109°49′E，33°39′～34°45′N，是中國西北地區(qū)唯一的國家中心城市，陜西省首府，中國內(nèi)陸重要的交通樞紐和航空港.本文以西安市主城區(qū)為研究對象(圖1)，研究區(qū)包括主城七區(qū)含未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)、蓮湖區(qū)、新城區(qū)、碑林區(qū)、雁塔區(qū)、長安區(qū)，總面積2 420.703 km2.根據(jù)發(fā)布的《2020年西安市第七次人口普查數(shù)據(jù)》，七區(qū)人口約占全市總?cè)丝诘?8%，是西安市人口較為集中、城市化主要建設(shè)的區(qū)域.因此，以主城七區(qū)為研究對象，以此揭示西安市人口空間分布特征，對于提升西安作為國家中心城市地位具有重要指導(dǎo)意義.

圖1 研究區(qū)地理位置

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究的相關(guān)人口數(shù)據(jù)來源于《2020年西安市第七次人口普查數(shù)據(jù)》.寬帶覆蓋數(shù)據(jù)來源于中國移動(dòng)通信集團(tuán)陜西有限公司內(nèi)部規(guī)劃平臺，獲取為2020年陜西移動(dòng)有效覆蓋小區(qū)，數(shù)據(jù)信息包括寬帶小區(qū)名稱、經(jīng)緯度坐標(biāo)、已覆蓋住戶數(shù)等.對獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及數(shù)據(jù)清洗，剔除定位不在西安城七區(qū)范圍的數(shù)據(jù)，共選取7 330個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為具體研究對象，依此為基礎(chǔ)建立人口空間分布數(shù)據(jù)庫，呈現(xiàn)西安市人口整體分布情況.

1.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

通過對西安市第七次人口普查數(shù)據(jù)與寬帶小區(qū)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行模型梳理，將各區(qū)合并后戶籍人口與寬帶覆蓋規(guī)模進(jìn)行擬合，用常駐人口數(shù)量除以寬帶住戶覆蓋規(guī)模，從而得出其不同區(qū)域人口校正系數(shù)，見表1.處理后的數(shù)據(jù)應(yīng)用到人口密度分析中，更能體現(xiàn)真實(shí)分布情況.

表1 西安市人口擬合系數(shù)結(jié)果

2 研究方法

人口密度是考察城市作為一種聚集現(xiàn)象而存在的較為直接的指標(biāo)[9]，可以更為準(zhǔn)確的反映人口空間分布特征.本文首先通過寬帶覆蓋人口數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行有效識別.通過空間自相關(guān)分析及核密度分析法反映西安主城區(qū)人口空間集聚熱點(diǎn)區(qū)域.

2.1 空間自相關(guān)分析

2.1.1 全局空間自相關(guān)

空間自相關(guān)是研究要素與同一區(qū)域內(nèi)觀測數(shù)據(jù)之間潛在的相互聯(lián)系，能反映區(qū)域內(nèi)人口密度要素整體空間分布情況.相關(guān)計(jì)算模型如下：

2.1.2 局部空間自相關(guān)

局部空間自相關(guān)分析可以直觀的顯示異常值和集聚值的具體分布情況，可以對局部區(qū)域的差異程度進(jìn)行分析，相關(guān)計(jì)算模型如下：

2.2 核密度分析

核密度分析法(Kernel Density Estmation，KDE)是一種計(jì)算隨距離衰減規(guī)律的方法，其含義為距離較近的對象，影響值較大，其計(jì)算公式如下：

式中：K()為核密度方程，h為閾值，n為閾值范圍內(nèi)的要素?cái)?shù)，d為數(shù)據(jù)的維數(shù).

3 結(jié)果分析

3.1 關(guān)聯(lián)性結(jié)果分析

3.1.1 全局空間自相關(guān)

將各個(gè)街道的人口密度綜合分值進(jìn)行全局空間自相關(guān)分析，以人/km2作為唯一屬性值.經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果顯示，Moran’s I 指數(shù)為0.73>0，表示西安市主城區(qū)人口密度在空間上呈現(xiàn)正相關(guān).本文基于p=0.01，對z值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，z值為10.86>2.58.通過顯著性檢驗(yàn)，說明西安市人口密度呈現(xiàn)出明顯的集聚特征，具有一定的空間自相關(guān)性.

3.1.2 局部空間自相關(guān)

利用ArcGIS軟件進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析，并將結(jié)果進(jìn)行可視化，如圖2.局部空間自相關(guān)分析結(jié)果顯示，呈現(xiàn)相關(guān)性的街道共30個(gè)，其中HH型28個(gè)，主要分布在西安古城墻附近，該區(qū)域地勢平坦，屬于傳統(tǒng)商業(yè)聚集區(qū)，導(dǎo)致人口集聚程度高.LL型2個(gè)，主要分布在長安區(qū)馬王街道、細(xì)柳街道，該區(qū)遠(yuǎn)離傳統(tǒng)商業(yè)聚集區(qū)，從而導(dǎo)致人口密度低.

圖2 西安市空間自相關(guān)分析聚類分布圖

3.2 街道尺度分析

以映射到街道的人口數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于2020年《陜西省分鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖》，通過傳統(tǒng)街道區(qū)劃對西安主城區(qū)進(jìn)行密度計(jì)算，利用分位數(shù)等級遞減劃分，如圖3所示.

圖3 西安市人口街道密度圖

街道尺度的人口密度分析中，主城中心街道人口密度高，南部山區(qū)街道人口密度低，密度高值區(qū)多集中在碑林區(qū).經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，人口密度前十的街道碑林區(qū)占了5個(gè)，蓮湖區(qū)3個(gè)，雁塔區(qū)1個(gè)，新城區(qū)1個(gè)，密度最高的街道為長樂坊街道約43 185人/km2；人口密度后十的街道主要集中在長安區(qū)南部，密度最低的街道為楊莊街道約28人/km2.

基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的街道尺度人口密度分析，可以初步看出人口分布不均衡.街道尺度的研究有效降低了縣域尺度平均化影響，但卻無法進(jìn)一步細(xì)化的表達(dá)內(nèi)部人口密度情況，這對局部人口分析造成一定誤差.

3.3 人口分布特征

通過西安市人口空間自相關(guān)分析和傳統(tǒng)街道尺度研究，可得出西安市主城區(qū)人口分布在空間上明顯集聚現(xiàn)象.為進(jìn)一步強(qiáng)化人口密度空間分布模式，通過對寬帶覆蓋小區(qū)模擬人口數(shù)據(jù)進(jìn)行核密度估計(jì)法計(jì)算，將人口密度按照由高到底劃分為五個(gè)等級，依次為高-較高-中-較低-低等級分布.根據(jù)等級劃分的結(jié)果進(jìn)行空間可視化呈現(xiàn)，如圖4所示.

圖4 2020年西安市人口核密度空間格局

結(jié)果顯示，西安市人口總體上呈現(xiàn)中心城區(qū)集聚態(tài)勢，碑林區(qū)、蓮湖區(qū)、雁塔區(qū)人口分布最為密集，其人口空間極化程度高.隨著城市中心距離擴(kuò)大，人口密度也呈現(xiàn)遞減趨勢，表現(xiàn)為同一等級人口密度環(huán)圍繞在更高等級的外圍.與街道尺度整體分布分析基本一致，但寬帶模擬人口密度分布圖更加精細(xì)化.

4 影響因素及驅(qū)動(dòng)力分析

人口分布是一種綜合社會情況，受區(qū)域內(nèi)多種因素的制約.通過對人口分布重要影響因素分析，可以更好的推動(dòng)城市可持續(xù)健康發(fā)展.因此，本文綜合研究結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)分析西安市人口分布的主要驅(qū)動(dòng)因素。

4.1 自然環(huán)境和區(qū)位因素

自然環(huán)境條件是影響人口空間分布的基礎(chǔ)性因素，在一定程度上會顯著影響城市人口在空間上的分布.西安市中部地勢平坦，東西北部由灞河、灃河、渭河環(huán)繞，南部為秦嶺山區(qū)，其特殊的地理環(huán)境，有利于人口向各個(gè)方向分布.但地形在一定程度上影響了西安市人口區(qū)域間的分布，使得人口主要集中在雁塔區(qū)、碑林區(qū)等區(qū)位良好的地方.而外圍長安區(qū)、灞橋區(qū)大部分遠(yuǎn)離中心的區(qū)域區(qū)位欠佳，長安區(qū)南部為秦嶺山區(qū)，灞橋區(qū)部分區(qū)域處于塬上，人口密度較小.

在歷史上，西安市作為中國四大古都，世界聞名的歷史文化名城.明清時(shí)期，西安城址在古城墻內(nèi).解放后西安市建成區(qū)范圍在清末的基礎(chǔ)上有所擴(kuò)大，先南后北逐漸向四周散開，人口逐漸向城墻外分流.可見西安市人口分布格局的形成有其歷史區(qū)位繼承性，其深刻的影響了人口分布.

4.2 城市規(guī)劃和政策因素

除了自然因素以外，城市規(guī)劃和政策因素對人口的分布也起到了顯著影響，政府城市政策的驅(qū)動(dòng)會使得城市土地轉(zhuǎn)化在人口分布中扮演著重要角色，各種土地規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)均會引發(fā)區(qū)域人口格局的再分布，而其中人口密度較高的住宅小區(qū)直接決定著小尺度區(qū)域人口分布情況[10].高層住宅小區(qū)的建設(shè)依賴于城市的規(guī)劃和政策，附屬設(shè)施配套同比郊外更加豐富，人口聚集能力強(qiáng).

城市功能的空間結(jié)構(gòu)影響了人口的分布，并逐漸向開發(fā)區(qū)延伸.近三十年來，西安市利用優(yōu)越的地理、區(qū)位、交通、信息等優(yōu)勢，地方政府在GDP和行政績效考核體系雙重導(dǎo)向下，城市規(guī)劃優(yōu)先重點(diǎn)考慮發(fā)展國家級、省級開發(fā)區(qū).據(jù)統(tǒng)計(jì)西安市主城區(qū)現(xiàn)有5個(gè)國家級開發(fā)區(qū)和6個(gè)省級開發(fā)區(qū)，11個(gè)開發(fā)區(qū)直接促進(jìn)了人口的集聚與再分布，說明西安市各個(gè)開發(fā)區(qū)的快速發(fā)展為主城區(qū)內(nèi)部人口分布創(chuàng)造了有利因素.

同時(shí)西安市各種遺址公園保護(hù)區(qū)范圍的規(guī)劃、道路牽引等基礎(chǔ)設(shè)施對局部區(qū)域人口分布影響很大，導(dǎo)致漢長安城遺址區(qū)人口稀疏，西北部連接咸陽處人口密度突出.

4.3 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平因素

人口空間分布本質(zhì)是一種社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，一般來說，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高的地方，人口密度越大.中部人口稠密的碑林區(qū)、新城區(qū)、蓮湖區(qū)、雁塔區(qū)，相關(guān)經(jīng)濟(jì)密度統(tǒng)計(jì)均高于15 億元/km2，該地區(qū)也是西安市的經(jīng)濟(jì)、文化中心，人口分布與經(jīng)濟(jì)活躍程度呈現(xiàn)出密切相關(guān).

同時(shí)城市郊區(qū)相對廉價(jià)的土地被開發(fā)，人口集聚的大學(xué)城及配套商業(yè)向此處遷移，導(dǎo)致局部人口聚集.圖4中外圍圈層上出現(xiàn)所謂的“異常點(diǎn)”，經(jīng)分析這些點(diǎn)大多受經(jīng)濟(jì)、政策等因素影響，即人口密度沒有下降反而上升，如興隆街道的西安電子科技大學(xué)，東大街道的西北工業(yè)大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)，未央湖街道陜西科技大學(xué)、西安工業(yè)大學(xué)，漢城街道長安大學(xué)，洪慶街道火箭軍工程大學(xué)等.局部異常人口密度高值區(qū)與大學(xué)布局結(jié)果息息相關(guān)，但是相比城區(qū)而言其區(qū)域密度仍然較低.

5 結(jié)論

本文以網(wǎng)絡(luò)寬帶覆蓋人口為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，模擬并分析了西安市人口分布，研究結(jié)果更加細(xì)化，較好的還原了真實(shí)人口空間分布格局.在此基礎(chǔ)上，通過更加細(xì)化的研究，得出以下結(jié)論：

(1)西安市人口空間分布上呈現(xiàn)明顯集聚態(tài)勢并存在一定的人口梯度效應(yīng)，主要表現(xiàn)為中心城區(qū)人口高度集聚，并呈現(xiàn)出大集中、小分散為主的單中心人口空間分布模式.

(2)在自然環(huán)境、城市政策、經(jīng)濟(jì)水平等因素的綜合影響作用下，西安市不同等級人口表現(xiàn)出顯著連片式空間分布格局，整體人口向心性較強(qiáng).

(3)不同區(qū)縣、街道人口分布具有顯著的空間分異特征，主城古城墻附近街道幾乎全部為人口高密度區(qū)，人口密度低值區(qū)主要分布在秦嶺山區(qū)街道，不同街道人口空間密度差異極大.

(4)經(jīng)濟(jì)、政策因素對外圍區(qū)域異常高密度人口分布具有重要影響，直接決定了人口向此地的聚集，影響了西安市內(nèi)部人口分布格局.

綜上所述，西安市人口集聚程度和空間分布是多種因素綜合驅(qū)動(dòng)的結(jié)果.結(jié)合西安市人口分布格局，我們可以預(yù)測未來幾年人口高密度區(qū)仍主要以外延型為主.因此，在將來城市發(fā)展時(shí)，需同步協(xié)調(diào)區(qū)域規(guī)劃的科學(xué)性及合理性、積極協(xié)調(diào)建設(shè)用地和街道區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、減小土地生態(tài)壓力等舉措，快速實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展.

本文通過研究對西安市人口空間分布特征及可視化分析進(jìn)行了一些有意義的探索.但研究結(jié)果在其人口變化機(jī)理方面研究不足，加之案例區(qū)受制于數(shù)據(jù)缺乏也限制了進(jìn)一步的時(shí)空變化分析，這些都是今后有待深入研究的方向.