忻州的人口空间分布规律研究
刘红兵+刘敏
摘要：运用GIS软件空间内插法将忻州2011年的乡镇人口数据空间内插，对人口空间分布进行数字模拟，探索分析人口空间分布格局。定量分析忻州人口与地形、道路、河网以及居民点及其他经济社会发展之间的关系。通过研究发现，人口密度在海拔1600m以下区域降低的快，交通干线等有关的线性要素凝聚力明显要低于高速出口、较高等级居民点对人口空间点状凝聚力；新建的高速公路出口周围，在较短时间内，人口的分布随距离出现两个峰值，并且第二峰值高于第一个峰值，但是最终会形成一个单一的峰值。人口密度与就业机会、中学教育、社会福利保障成正相关，与本乡镇公路里程、农作物播种面积相关系数低。用GI
关键词：忻州；空间内插；人口密度；道路等级
传统的依靠行政区定人口密度，往往把人口密度均一化处理，这不符合实际情况，有很大的局限性。比如行政单元内人口分布的差异无法表现、数据无法根据研究需要分割等，这种数据本身的缺陷，对分析结果都会产生一定的影响。同时统计到的数据是点状的空间分布数据，在区域规划研究中不便于与一些连续分布的地理面状数据进行叠合。人口空间分布本身具有流动性，时间上的相对性，同时在一定时间内也具稳定性，所以通过对人口空间分布数学模拟，可以把人口数据与自然、经济等叠加进行分析，发现人口与多种影响因子的关系。
1 研究区域简介
忻州下辖县级行政单位有14个，其次还共包括185个乡镇，4800多个居民点。忻州山地占53.33%，平原占10.59%，丘陵占36.08%。地势相差约2500多米，最高点和最低点分别为芦芽山和忻定盆地。据2012年忻州市统计资料显示，常住人口309万人，其中忻府区和原平市分别为54和49万多人，是忻州人口最多的区域，岢岚人口为8万多人，人口最少。地区总产值为537.5亿元。境内17.54%的区域发现有煤炭，煤炭储量1160亿吨，分布于河曲、宁武、五台等地①。
2数据处理方法
研究数据共有185个，样本超过80个，满足克里金内插的要求。统计获得的各乡镇人口数据受到了行政区界限的影响，但是空间内插时只考虑空间相互作用不考虑行政边界，会导致不同县之间数据相互影响，在山区较多的忻州误差会较大，例如通过对忻州所有乡镇的人口数据克里金内插时发现，五寨县与宁武县交界地带人口密度很高，但实际这里海拔较高人口密度低，不符合实际情况。但是用行政区划边界做障碍内插后会使得数据在边界过度不自然。因此通过对14个县的乡镇人口数据分别进行克里金内插，之后与全市人口数据克里金内插数据叠加用栅格代数运算来求均值，获得人口栅格。
2.1探索性数据分析
通过GIS统计工具，很清晰地分析出人口分布的基本模式和特点。分析结果（见图1），人口分布具有明显离群性，原始数据分布属于正偏态，说明忻州人口分布内部差异很大。对人口密度数据进行对数变换后，经过变换后的数据比正偏态数据更加集中于平均值附近，数据分布基本符合正态分布。
对忻州乡镇人口数据进行普通克里金内插，创建预测图，数据变换方式为对数变换，趋势面拟合为二次多项式拟合。获得步长大小0.06507665412598174，块金0.32672857050544074，偏基台值0.4609965904030347。
图1 探索性数据分析直方图（左图） 经对数变换后的直方图（右图）
2.2克里金内插
很多学者在研究人口空间数字化过程中发现，基于克里金内插时运用指数时误差最低。因此本研究中也对忻州全市人口密度数据进行半变异函数法，选用指数模型，利用上述步长大小、块金、偏基台参数设置。并且分别对14个县级行政单位分别进行重复以上所述操作，然后将14个县的人口密度栅格进行栅格镶嵌拼接为一个整体。将前后两次获得数据运用栅格代数运算求均值，获得忻州人口密度分布栅格数据。（见图2）
图2 忻州人口密度栅格
3人口分布规律因素
将忻州市高程、路网密度、居民点密度进行重新分类，都分别分为8类，然后与人口密度栅格图层进行加权叠置分析。发现忻州市人口主要受海拔因素影响最大，其次是交通和居民点。忻州地区山区占53.35%，平原只有10%。同时也发现在海拔较低的地区，特别是地形平坦的区域人口与交通的关系非常密切（见图3）。图上红色、紫色区域就是相关性比较高的区域，经过相关资料调查发现，这些区域也是目前忻州人口集中最快的区域。
3.1地形
用DEM与人口密度栅格图层数据，对两者进行叠置（见图4），结论显示出：人口密度随着海拔的升高整体有降低的趋势，在海拔596m到1500m表现的比较明显，降低的也特别快。
图4人口密度-海拔（左图） 人口数量-海拔（右图）
对忻州人口数据主要集中在2100m以下地区，这里集中了忻州96.54%的人口。海拔高的区域气温低，积温较低农作物不易成熟，粮食产量低，交通也不便捷，人口随着海拔升高而降低。由上图4可以看出，人口主要集中在576-1355m，而在1335-1500m人口在这里略有上升，说明还受到了其他因素影响。所以建议在忻州发展中应该优先发展海拔1600m以下区域资源具有优势地位的区域，容易促进区域的发展。
忻州人口密度高的区域主要有忻-定-原、代-繁、保和河，除保德-河曲是由于能源为主导的人口集中因素，其他人口密度高的区域都是由于所处区域位于地面总曲率比较平坦的地区。
3.2居民点
山区地形比较破碎，人口较为分散，形成了较小并且分散数量较多的居民点。在平原地区，人口向交通干线两侧集中，大量的居民点也容易在此形成。水土流失导致地形破碎地区如沿黄河沿岸人口分散，居民点密度特别高，但是人口密度只是相对较高。所以人口分布影响因素中居民点占主导，同时，其还受到其他因素的作用。
表1 居民点与人口
距离（m） 市县 村落
100 338.86 144.41
500 326.71 144.33
1000 321.26 140.25
1500 307.71 137.18
2000 296.45 135.64
2500 283.36
3000 272.31
通过对村落和市县所在位置做缓冲区分析，提取人口密度，发现市县等大型居民点与人口密度关系最为密切，影响也最大（见图5）。所以优先发展区位具有优势的大型城镇，促进人口空间集聚，对促进区域经济发展也具有重要意义。对表1的数据进行相关性分析发现，与市县相关系数为-.997，与村落相关系数为-.978。
3.3交通
通过图6忻州路网密度图可以看出，忻州第一条交通密度高的轴线带这一带主要是平原，在平原地区，影响人口分布的第一要素是交通。在山区，人口受地面起伏程度因素才是主要，而交通对人口影响处在第二位。
在山区，人口的空间聚集上更多的是聚集到区域的高等级的城市里，人口分布呈现圈层结构，带状分布形式较弱。道路给居民生活提供便利，所以道路越近的区域人口密度越高，但是受道路噪音的影响负面影响，在距离道路较近的区域，人口密度相对较低。
在研究忻州人口与道路相关关系时发现，道路较近区域人口受到负面影响的这种趋势几乎不存在。这是由于忻州地区山地较多，在山区道路集中分布在山谷地带，地形
图7高低等级道路附近人口变化
将会削弱这种负面影响。而平原地区道路附近区域人口受到交通的负面影响效果明显。
道路对忻州人口分布线性影响中，影响程度高低依次是国道、铁路、省道、高速、
县乡路、村路（见图7）。其中国道的影响程度明显高于其他几种交通方式，这是国道两侧容易形成较大居民点，并且国道的可进入性强，而铁路、高速虽然与大型居民点密切相关，但是可进入性差，与普通居民点联系不是很紧密，这说明可进入性强的高等级道路对人口的空间集中上贡献大。国道、铁路随着离道路距离越远人口密度越低，降低的程度相对比较缓慢。而高速在超过两千米后快速下将，这主要是高速本身的可进入性相对较低，它的点状凝聚作用效果反而明显导致的，也说明2000m可能是高速对人口作用的分割点。县乡级道路在1000m过后人口密度快速降低，而在2000m又快速上升，说明了县乡级道路对人口影响范围在1000m，超过2000m后受到高等级道路的影响，人口密度又上升。而1000m-2000m是县乡级道路与其他高等级道路相互作用的分割点。村级道路只能相互沟通村落之间联系、使得低等级道路的居民更加方便的向高等级道路的高等级居民点流动，所以离村级道路远的地方，人口较多。忻州的村村通是在2000年之后才完善的，随着这些村、县乡、省道、国道、高速等的道路体系的完善，将促进人口离开经济相对差的农村地区。现在忻州人口正在处于由农村人口向经济发展快的县城转移的阶段。所选区域大，及时人口密度有微小差别，同样也能发现较大的问题。
忻州的高速路主要有横贯东西的五保高速和纵贯南北的大运高速。五保高速2010年全线贯通，是一条新的高速。从图中可以发现，人口随距离高速出口距离先上升后下降，这主要是为了保证高速出口畅通、噪音等的不利影响导致人口密度相对较低，在一定范围内人口密度会达到一个峰值，峰值过后人口密度又会降低。由表2可以看出五保高速人口密度峰值有两个峰值，第一个峰值出现在距离道路500-1000m第二个峰值出现在2000-2500m。由于城镇一般与高速路出口保持一定的距离，所以第二个峰值是高速出口附近的城镇。而大运高速仅有一个峰值，这个峰值出现在1000-1500m。由此也可以推断出，高速出口促进人口向此集中，并且主要集中于距离道路一定范围内的半环带状区域内。此外综上对比发现，道路的交汇点凝聚力远高于线状凝聚力。
表2 高速出口与人口
距离（m）
五保高速出口（新） 大运高速出口（旧）
0-500 194.55 234.97
500-1000 196.27 256.06
1000-1500 86.05 286.15
1500-2000 134.82 235.51
2000-2500 308.35 230.37
2500-3000 196.78 228.18
3000-3500 196.54 226.03
3500-4000 195.99 221.59
4000-4500 193.16 221.08
4500-5000 191.27 218.87
3.4河网
将忻州河网划分不同级别，分别做缓冲区分析，提取道路不同距离范围内的人口数。一级河网主要是黄河流经忻州西侧，仅做单侧缓冲区。通过分析发现，忻州人口主要受高等级河流影响程度高，受人口密度空间内插精度的限制，人口随低等级河流距离变化特征不明显。从表3可知，5级河流两侧人口平均密度很低，低于平均密度，主要是忻州的5级河流比较小，河流水量不大，大多是时令河，夏季暴雨时易发生洪水，对人
表3 河流与人口
H（m）
Fifth Third First（单侧）
100 111.92 183.95 250.07
200 112.13 183.96 253.56
300 112.11 184.23 260.11
400 112.26 184.15 267.37
500 112.33 184.13 274.97
1000 300.20
5000 319.73
10000 293.06
口分布作用比较弱。而3级河流能够为居民生产生活提供便利，人口密度较高，甚至高于道路两侧的人口密度。沿着黄河有狭长的煤田，大量的煤矿，一级河流的影响作用更加高，这是河流与资源优势共同决定的。
3.5与其他因素
通过表4可知，忻州人口密度与乡镇从业人员、中学在校生及教师人数、参加农村社会养老保险人数成正相关。这也说明忻州正处于人口集聚阶段，人口迁移最强的动力是就业机会、教育和社会福利。而与农作物播种面积、本乡公路里程等成弱较负相关，说明在忻州加强对农业方面及农村基础设施建设对人口空间集聚效果一般。而医疗服务水平也对人口空间集聚有一定的影响力。忻州地区山地较多，降水较少，受整体自然条件限制，农业发展水平低，农作物产量低，农民曾加收入困难。因此为了促进区域整体发展，就需要在农业条件差的区域，优先发展第二、第三产业，创造更多的就业机会，提供更好的就业环境，以此来使得人口空间集聚。为了促进人口空间快速集中，促进区域经济的整体发展，需要加大中学教育、社会福利保障资金的投入力度。
4忻州人口分布的总特征
忻州平均人口密度144人/k㎡，人口密度偏低，人口空间分布很不平衡，其中忻州东六县人口密度高于西八县。忻州市人口主要分布于忻定盆地和忻州原平代县繁峙交通干线两侧，这里是忻州人口密度最高的地区，这里地势平坦交通便利。同时在忻州西北方向上，河曲保德人口密度较大，主要原因是这里处于神府煤田边缘，矿产资源丰富。忻定盆地空间区位、地形、交通等优势，形成了忻州人口密度最高的区域（见图9）。
图9 忻州人口分布
市区西边县市人口远低于东边县市，但是西部却有部分县人口密度较高。忻州市中心地带人口密度较高，但是边缘的部分县市人口密度也比较高。忻州人口目前正处于中心城镇快速集聚阶段，就业机会、教育、医疗具有很大吸引力。
5结语
（1）从整体人口分布格局来看自然因素对忻州人口整体的空间分布格局的影响大于社会经济因素的影响；但是在以县域为单位的较小区域内社会经济因素对人口分布的影响作用明显，特别是在矿产资源丰富的区域；
（2）低等级的道路中，由于可进入性强，给当地居民生活提供了便利，所以人口集中的贡献大，因此国道两侧人口密度最大。村路的可进入性强，但是村路较窄，它的影响作用最差，所以距离村路越远，人口密度越高；可进入性强的较高等级道路线性凝聚力较高。相比交通干线等线性要素线状吸引力，高速出口、较高等级居民点稍高；新建的高速公路出口周围，在较短时间内，人口的分布随距离出现两个峰值，并且第二峰值高于第一个峰值，但是最终会形成一个单一的峰值；
（3）河流对人口分布有一定的影响，特别是高等级河流；
（4）就业机会、教育、社会福利、医疗等是促进忻州人口空间集聚的重要社会经济发展的因素。
另外在分析上具有优势的人口栅格数，会带来损失精度的后果。同时在居民点数据、道路数据、河网数据，采用点状、线状的矢量数据，没有考虑其面状特点，存在一定的不足。
注释
①数据来源：忻州市1：250000行政界线数据；统计2012年忻州市乡镇人口数目；山西省30m×30m分辨率DEM；忻州市不同等级交通数据；忻州统计年鉴；忻州居民点分布数据。
参考文献
[1]闫庆武.基于地统计学的徐州市人口密度研究[J].中国人口与资源环境。
[2]王春菊.基于GIS的福建省人口统计数据空间化[J].地理与地理信息科学。
[3]王红.GIS支持下的道路对县域人口分布的影响[J].云南地理研究。
[4]王丽洁.人口统计数据空间化模型综述[J].亚热带资源与环境学报。
[5]陈子进.基于GIS的重庆人口空间离散化模型研究[J].后勤工程学院学报。
[6]曹伟超.基于多源空间数据的山区人口分布模拟[J].国土资源研究。
[7]程晓亮.不同地形环境下道路、河流对人口分布影响的分析-以黄山市为例[J].资源开发与市场。
作者简介：
刘红兵（1967—），男，山西临汾人，山西师范大学现代文理学院地理系，讲师，硕士，主要研究方向为区域地理与GIS。
刘敏（1992—），男，山西忻州人，忻州实验中学地理教师，专业：资源环境与城乡规划管理。
1000 300.20
5000 319.73
10000 293.06
口分布作用比较弱。而3级河流能够为居民生产生活提供便利，人口密度较高，甚至高于道路两侧的人口密度。沿着黄河有狭长的煤田，大量的煤矿，一级河流的影响作用更加高，这是河流与资源优势共同决定的。
3.5与其他因素
通过表4可知，忻州人口密度与乡镇从业人员、中学在校生及教师人数、参加农村社会养老保险人数成正相关。这也说明忻州正处于人口集聚阶段，人口迁移最强的动力是就业机会、教育和社会福利。而与农作物播种面积、本乡公路里程等成弱较负相关，说明在忻州加强对农业方面及农村基础设施建设对人口空间集聚效果一般。而医疗服务水平也对人口空间集聚有一定的影响力。忻州地区山地较多，降水较少，受整体自然条件限制，农业发展水平低，农作物产量低，农民曾加收入困难。因此为了促进区域整体发展，就需要在农业条件差的区域，优先发展第二、第三产业，创造更多的就业机会，提供更好的就业环境，以此来使得人口空间集聚。为了促进人口空间快速集中，促进区域经济的整体发展，需要加大中学教育、社会福利保障资金的投入力度。
4忻州人口分布的总特征
忻州平均人口密度144人/k㎡，人口密度偏低，人口空间分布很不平衡，其中忻州东六县人口密度高于西八县。忻州市人口主要分布于忻定盆地和忻州原平代县繁峙交通干线两侧，这里是忻州人口密度最高的地区，这里地势平坦交通便利。同时在忻州西北方向上，河曲保德人口密度较大，主要原因是这里处于神府煤田边缘，矿产资源丰富。忻定盆地空间区位、地形、交通等优势，形成了忻州人口密度最高的区域（见图9）。
图9 忻州人口分布
市区西边县市人口远低于东边县市，但是西部却有部分县人口密度较高。忻州市中心地带人口密度较高，但是边缘的部分县市人口密度也比较高。忻州人口目前正处于中心城镇快速集聚阶段，就业机会、教育、医疗具有很大吸引力。
5结语
（1）从整体人口分布格局来看自然因素对忻州人口整体的空间分布格局的影响大于社会经济因素的影响；但是在以县域为单位的较小区域内社会经济因素对人口分布的影响作用明显，特别是在矿产资源丰富的区域；
（2）低等级的道路中，由于可进入性强，给当地居民生活提供了便利，所以人口集中的贡献大，因此国道两侧人口密度最大。村路的可进入性强，但是村路较窄，它的影响作用最差，所以距离村路越远，人口密度越高；可进入性强的较高等级道路线性凝聚力较高。相比交通干线等线性要素线状吸引力，高速出口、较高等级居民点稍高；新建的高速公路出口周围，在较短时间内，人口的分布随距离出现两个峰值，并且第二峰值高于第一个峰值，但是最终会形成一个单一的峰值；
（3）河流对人口分布有一定的影响，特别是高等级河流；
（4）就业机会、教育、社会福利、医疗等是促进忻州人口空间集聚的重要社会经济发展的因素。
另外在分析上具有优势的人口栅格数，会带来损失精度的后果。同时在居民点数据、道路数据、河网数据，采用点状、线状的矢量数据，没有考虑其面状特点，存在一定的不足。
注释
①数据来源：忻州市1：250000行政界线数据；统计2012年忻州市乡镇人口数目；山西省30m×30m分辨率DEM；忻州市不同等级交通数据；忻州统计年鉴；忻州居民点分布数据。
参考文献
[1]闫庆武.基于地统计学的徐州市人口密度研究[J].中国人口与资源环境。
[2]王春菊.基于GIS的福建省人口统计数据空间化[J].地理与地理信息科学。
[3]王红.GIS支持下的道路对县域人口分布的影响[J].云南地理研究。
[4]王丽洁.人口统计数据空间化模型综述[J].亚热带资源与环境学报。
[5]陈子进.基于GIS的重庆人口空间离散化模型研究[J].后勤工程学院学报。
[6]曹伟超.基于多源空间数据的山区人口分布模拟[J].国土资源研究。
[7]程晓亮.不同地形环境下道路、河流对人口分布影响的分析-以黄山市为例[J].资源开发与市场。
作者简介：
刘红兵（1967—），男，山西临汾人，山西师范大学现代文理学院地理系，讲师，硕士，主要研究方向为区域地理与GIS。
刘敏（1992—），男，山西忻州人，忻州实验中学地理教师，专业：资源环境与城乡规划管理。
1000 300.20
5000 319.73
10000 293.06
口分布作用比较弱。而3级河流能够为居民生产生活提供便利，人口密度较高，甚至高于道路两侧的人口密度。沿着黄河有狭长的煤田，大量的煤矿，一级河流的影响作用更加高，这是河流与资源优势共同决定的。
3.5与其他因素
通过表4可知，忻州人口密度与乡镇从业人员、中学在校生及教师人数、参加农村社会养老保险人数成正相关。这也说明忻州正处于人口集聚阶段，人口迁移最强的动力是就业机会、教育和社会福利。而与农作物播种面积、本乡公路里程等成弱较负相关，说明在忻州加强对农业方面及农村基础设施建设对人口空间集聚效果一般。而医疗服务水平也对人口空间集聚有一定的影响力。忻州地区山地较多，降水较少，受整体自然条件限制，农业发展水平低，农作物产量低，农民曾加收入困难。因此为了促进区域整体发展，就需要在农业条件差的区域，优先发展第二、第三产业，创造更多的就业机会，提供更好的就业环境，以此来使得人口空间集聚。为了促进人口空间快速集中，促进区域经济的整体发展，需要加大中学教育、社会福利保障资金的投入力度。
4忻州人口分布的总特征
忻州平均人口密度144人/k㎡，人口密度偏低，人口空间分布很不平衡，其中忻州东六县人口密度高于西八县。忻州市人口主要分布于忻定盆地和忻州原平代县繁峙交通干线两侧，这里是忻州人口密度最高的地区，这里地势平坦交通便利。同时在忻州西北方向上，河曲保德人口密度较大，主要原因是这里处于神府煤田边缘，矿产资源丰富。忻定盆地空间区位、地形、交通等优势，形成了忻州人口密度最高的区域（见图9）。
图9 忻州人口分布
市区西边县市人口远低于东边县市，但是西部却有部分县人口密度较高。忻州市中心地带人口密度较高，但是边缘的部分县市人口密度也比较高。忻州人口目前正处于中心城镇快速集聚阶段，就业机会、教育、医疗具有很大吸引力。
5结语
（1）从整体人口分布格局来看自然因素对忻州人口整体的空间分布格局的影响大于社会经济因素的影响；但是在以县域为单位的较小区域内社会经济因素对人口分布的影响作用明显，特别是在矿产资源丰富的区域；
（2）低等级的道路中，由于可进入性强，给当地居民生活提供了便利，所以人口集中的贡献大，因此国道两侧人口密度最大。村路的可进入性强，但是村路较窄，它的影响作用最差，所以距离村路越远，人口密度越高；可进入性强的较高等级道路线性凝聚力较高。相比交通干线等线性要素线状吸引力，高速出口、较高等级居民点稍高；新建的高速公路出口周围，在较短时间内，人口的分布随距离出现两个峰值，并且第二峰值高于第一个峰值，但是最终会形成一个单一的峰值；
（3）河流对人口分布有一定的影响，特别是高等级河流；
（4）就业机会、教育、社会福利、医疗等是促进忻州人口空间集聚的重要社会经济发展的因素。
另外在分析上具有优势的人口栅格数，会带来损失精度的后果。同时在居民点数据、道路数据、河网数据，采用点状、线状的矢量数据，没有考虑其面状特点，存在一定的不足。
注释
①数据来源：忻州市1：250000行政界线数据；统计2012年忻州市乡镇人口数目；山西省30m×30m分辨率DEM；忻州市不同等级交通数据；忻州统计年鉴；忻州居民点分布数据。
参考文献
[1]闫庆武.基于地统计学的徐州市人口密度研究[J].中国人口与资源环境。
[2]王春菊.基于GIS的福建省人口统计数据空间化[J].地理与地理信息科学。
[3]王红.GIS支持下的道路对县域人口分布的影响[J].云南地理研究。
[4]王丽洁.人口统计数据空间化模型综述[J].亚热带资源与环境学报。
[5]陈子进.基于GIS的重庆人口空间离散化模型研究[J].后勤工程学院学报。
[6]曹伟超.基于多源空间数据的山区人口分布模拟[J].国土资源研究。
[7]程晓亮.不同地形环境下道路、河流对人口分布影响的分析-以黄山市为例[J].资源开发与市场。
作者简介：
刘红兵（1967—），男，山西临汾人，山西师范大学现代文理学院地理系，讲师，硕士，主要研究方向为区域地理与GIS。
刘敏（1992—），男，山西忻州人，忻州实验中学地理教师，专业：资源环境与城乡规划管理。
