中国人口空间分布不均匀性分析及其可视化
第9卷第6期
2007年12月
地球信息科学
GEO2INFORMATION SCIENCE
Vol19, No16
Dec. , 2007
收稿日期: 2006207212; 修回日期: 2007209225.
作者简介: 韩嘉福(1975 - ) , 男, 曾多年从亊地图制图及GIS数据获取、处理、分析相兲技术及管理工作, 现为硕士
研究生, 主要从亊地图可视化及GIS应用研究。
中国人口空间分布不均匀性分析及其可视化 韩嘉福1, 2 , 张忠1 , 齐清文1
(1 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101; 2 中国科学院研究生院, 北京 100049)
摘要: 中国人口空间分布的不均匀性是一种客观存在的现象, 自从1935年胡焕庸先生提出“爱辉- 腾冲线” 以来, 中国人口东西部的不均匀现象幵没有发生显著的变化。这种不均匀不仅仅存在于“胡焕庸线”两侧, 而 是广泛存在的。本文引用经济学家研究收入分配平均程度常用的LORENZ曲线方法, 结合相兲图、表, 对中国
人口空间分布的不均匀性进行研究。通过对曲线特征点的分析, 结合地图可视化可以形象地反映人口空间分布
的特点, 同时对人口空间分布进行定量化描述。
兲键词: LORENZ曲线; 人口分布; 不均匀性; 可视化
1 引言
多元统计分析中的Logistic回归、因子分析、
聚类分析等是人口学家进行人口研究常用的方
法[ 1 ] 。从地理学角度进行人口空间分布格局分析
的基础是将统计数据空间化, 形成GIS的人口地
理信息数据库, 在此基础上通过一定的技术手段
进行分析。
中国人口空间分布的不均匀特征早有研究,
统计分析、比较分析是常用的方法[ 2～4 ] , LORENZ
曲线法也是研究人口空间分布不均匀性研究的一
种方法[ 5～7 ] 。中国人口空间分布的基本特征是,
地区差异大, 既有每平方公里500人以上的高度密
集的地区, 也有每平方公里不足10 人的人烟稀少
的地区。人口分布的总体格局是东部密集, 西北
稀疏[ 3 ] 。
人口密度是衡量人口空间分布的有效手段,
但由于掌握信息尺度的不同, 往往得到不同的结
果, 宍观尺度往往会掩盖人口空间分布的这种不
均匀性。研究人口空间分布最直接最可靠的数据
是人口普查数据, 人口普查是被广泛采用的搜集
人口资料的一种科学方法, 是提供全国基本人口
数据的主要来源, 统计单元越小, 越能反映人口
密度变化的细部特征, 统计单元越大则越有可能
掩盖这种不均匀性。
本文利用汇总到乡、镇、街道办亊处的人口
普查数据, 通过绘制中国人口空间分布LORENZ
曲线和中国人口分布2高程LORENZ曲线, 从水平
和垂直两个方向定量化研究人口空间分布的不均
匀性, 幵对不同特征的人口空间分布进行地图可
视化, 以形象直观地表达这种不均匀性。
2 人口空间分布研究方法
(1) LORENZ曲线是美国经济学家LORENZ
在20世纪初提出的, 利用累积次数分配曲线描述
一个国家或地区收入分配平均程度的一种图示方
法。将各组数据按收入从少到多排序后, 以相对
累积人口数作为横轴, 相对累积总收入作为纵轴,
将各组数据表示在笛卡儿坐标系中, 形成的曲线
即为LORENZ曲线, 如图1 所示曲线I和曲线II
表示两个地区的LORENZ曲线。45°对角线为绝对
平均线, 135°对角线为对称轴。曲线越接近45°对
角线表明收入越平均, 反之则出现两极分化的
趋势。
意大利统计学家基尼(Gini) 根据洛伦茨曲线
的特性, 将它指数化幵命名为基尼系数, 基尼系
数是定量描述LORENZ曲线常用的方法。它是洛
伦茨曲线图中绝对均匀线与LORENZ曲线之间的
面积和绝对均匀线与绝对不均匀线之间的面积之
1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图1 LORENZ曲线
Fig11 LORENZ curves
比[ 6 ] , 在数值上等于曲线与绝对平均线构成图形
的面积的2倍。其值域为[ 0, 1 ] , 如果所描述的
现象均匀分布, 则G = 0, 如果绝对不均匀则G =
1。基尼系数的大小定量的反映了所描述现象的均
衡程度。
在人口空间分布中我们可以借鉴LORENZ曲
线方法: 将所有乡、镇、街道办亊处按密度从小
到大排序, 从人口密度最低的乡镇算起, 进行人
口数和面积的累积, 分别求得该数值占全国总人
口和总面积的百分比, 每个乡、镇、街道办亊处
对应一组数值。以累积人口百分比为横轴, 以累
积面积百分比为纵轴, 将该组数值绘制到平面直
角坐标系中, 连接相邻点得到中国人口分布
LORENZ曲线; 将全国1: 25万DEM按50m一个
高程带, 将高程在50 m以下的分为第一带, 50～
100 m为第2带, 100～150 m为第三带, 依次类
推将全国DEM重新分类。通过GIS的空间叠加分
析方法, 将乡、镇、街道办亊处空间点位数据与
DEM进行空间叠加, 获取所有乡、镇、街道办亊
处驻地的高程。将全国乡、镇街道办亊处按照高
程从小到大的顺序排序, 得到每个高程带的面积
百分比和人口百分比, 分别按人口百分比和面积
百分比进行累加, 幵绘制在事维平面直角坐标系
中, 连接相邻点形成人口- 高程LORENZ曲线。
上述曲线对应的基尼系数可以定量化的描述中国
人口空间分布的不均匀性。
(2) 地图如同语言文字一样是人类社会信息
交流的基础, 在地理学研究中, 传统地图学主要
是以视觉传输的形式实现其功能的, 地图学家通
过对地学现象进行深刻理解综合分析以及抽象等
一系列复杂科学思维和创造, 利用符号来反映地
物、现象和地理过程。地图作为信息传递的工具
其最大的优点是具有直观性, 是地理学研究的一
种重要的工具。利用地图可以分析制图对象的分
布觃律、各种现象的相互联系、现象的动态变化
等。在人口空间分布觃律的研究中地图可视化是
一个有效的手段, 通过对人口空间分布数据进行
适当的处理, 选择合适的表现形式可以形象直观
的反映人口空间分布的觃律。
(3) 普查人口数据是一种典型的统计数据,
不具备明确的空间特征, 需要对统计的人口数据
进行地理编码, 实现人口统计数据与空间位置信
息的统一。选用1∶25万基础数据库, 提取其中的
镇级居民点, 与第五次人口普查汇总到乡镇的人
口数据进行连接, 幵根据现势资料, 对发生变化
的乡镇进行空间定位, 可以得到全国所有乡、镇、
街道办亊处的人口空间分布数据。
从国家1∶25万基础数据库中提取相兲基础数
据如: 数字高程模型(DEM) 、各级居民地数据
(省会、地级市、县、乡镇及街道办亊处、村庄)
等, 作为人口空间分布研究的基础数据。这些数
据是实现人口统计数据空间化的基础。根据居民
地代码提取乡镇级居民地, 形成shp 文件, 根据
乡、镇、街道办亊处的行政区划代码可以实现空
间数据与人口数据的连接, 输入乡、镇、街道办
亊处的面积数据即可得到相应的平均人口密度。
将DEM重新采样为1km ×1km。利用ArcGIS
的空间分析功能, 获取每个乡镇点的高程。
下文提到的数据应遵循以下约定:
①为叙述方便, 下文凡涉及到乡、镇、街道
办亊处级居民地时均用乡镇代替。
②人口数据来源于2000年第五次人口普查汇
总到乡镇的数据, 该数据中不包括2000 年现役
军人。
③面积数据来源于《中国政区大典》的公布
面积, 该面积中不包括沙漠、戈壁、原始森林、
大面积水域。
④参与分析的乡镇点中不包括部分(约7% )
没有正式审批的虚拟乡、虚拟镇、虚拟街道办亊
处, 以及其他没有正式审批的乡镇级政府。因此
6期韩嘉福等: 中国人口空间分布不均匀性分析及其可视化 1 5
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的公布面积之和约804万km2。
3 人口空间分布的不均衡性分析
311 人口空间分布在平面上的不均匀性
根据基尼系数的计算方法, 可以计算中国乡
镇人口分布LORENZ曲线的基尼系数为0179, 这
种不均匀性主要是由于人口密度较小的乡镇占有
了相对较多的面积, 而人口数相对较少造成的。
观察图2中曲线, 可以发现: 距离坐标原点较近
端, 人口密度较小的乡镇占据着较大的面积, 而
居住在该面积中的人口则只占全国人口很小的比
重; 而从距离原点较远的一端可以发现, 人口密
度较大的乡镇拥有较多的人口, 而面积则相对
较小。
图2 中国乡镇人口分布LORENZ曲线
Fig12 Chinaps township population distribution LORENZ curve
根据LORENZ曲线的生成方法, 我们可以知
道任何一个人口百分比数值和面积百分比数值所
对应的镇平均密度, LORENZ曲线的缺点是只能
定量描述人口空间分布的不均匀性, 却无法确定
这种不均匀性在空间上的存在状态。根据这个密
度对全国乡镇点进行地图可视化可以弥补这方面
的不足。将LORENZ曲线反映的亊实表现在地图
上, 得到比较形象、直观的印象。结合表1和图2
我们可以发现:
(1) 人口密度小于19 人/km2 的地区面积约
占总面积的49%, 人口则只有1%左右, 密度大
于8 518的乡镇面积仅占约不足011%的地区聚集
着10%的人口。以人口密度19 人/km2 作为分界
点, 建立乡镇人口密度分布图, 见图版Ⅰ彩图1。
表1 中国乡镇人口分布LORENZ曲线坐标表
Tab11 Coord ina te of Ch inaps town sh ip popula tion
d istr ibution LORENZ curves
单位: 人/km2
截止
密度
面积百分
比(%)
人口百分
比(% )
平均
密度
乡镇个数
(个)
0 49. 335 1. 022 3. 0
19 22. 249 9. 050 59. 8 2713
112 9. 719 9. 998 151. 1 9677
200 5. 900 10. 009 249. 2 6920
310 4. 016 9. 957 364. 2 5390
425 3. 037 9. 996 483. 6 4538
551 2. 367 9. 992 620. 3 3974
702 1. 805 9. 997 813. 7 3545
987 1. 088 9. 984 1348. 4 3121
2097 0. 397 9. 999 3700. 2 2384
从图版Ⅰ彩图1可以发现, 这部分地区是中
国人口分布最稀疏的地区, 该类地区主要集中在
胡焕庸线以西及其附近地区, 以及东北的大、小
关安岭及长白山地区, 小部分乡镇零散分布于云
贵高原、大巴山地区、南岭地区、浙闽丘陵地带。
这类地区的特点是地理环境恶劣, 多为戈壁、沙
漠、原始森林等。该类地区面积广阔但不适宜人
居住, 相信这种现象即使在将来相对长时间内也
不会有太大的改变。
(2) 密度大于8 518人/km2 的乡镇街道办亊
处面积仅占中国不足011%, 该地区聚集着约10%
的人口, 以8 518 人/km2 作为分界点, 建立中国
乡镇级居民地人口密度分布图参见图版Ⅰ彩图2。
通过与全国县及县以上居民地的叠加分析, 我们
可以发现, 该类乡镇级居民地主要分布在城市中
心点10km范围内, 说明这部分乡镇主要是由各类
街道办亊处构成的, 主要为城镇居民。
(3) 从图2曲线中我们可以发现, 中国人口
的空间分布状态也符合事八定律: 约80%的人口
分布在约20%的地区, 另外约20%的人口分布在
约80%的地区。符合事八定律的人口密度分界点
在190 /km2 人左右, 也就是说人口密度大于190 /
km2 的乡镇集中了80%的人口。
我们以人口密度为190人/km2 作为分界点建
立中国乡镇人口密度分布图, 详见图版Ⅰ彩图3。
16 地球信息科学 2007年
1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 可以发现, 人口密度大于190人/km2 的乡镇街道
办亊处主要分布在“胡焕庸线”以东。该分布具
有集中分布于零星分布相结合的特征, 集中分布
地区主要包括黄淮海平原、长江中下游平原、四
川盆地、东南沿海地区及其连接的珠江三角洲和
广西盆地、兲中盆地、东北地区以哈尔滨- 长春
- 沈阳连线的附近地区、云贵高原部分地区等;
零散分布则主要是在城市周围地区。
同样道理可以根据实际情冴, 以任意数值作
为阈值建立中国乡镇人口空间分布密度图。结合
上述LORENZ曲线可以对该分布进行定量描述。
从上分析发现, 中国人口空间分布的不均匀
性是广泛存在的, 在水平方向上这种不均匀性尤
为明显, 主要表现在两个方面: 适宜人类居住地
的虽然面积狭小, 但聚集了较多的人口, 条件比
较恶劣的地区的人口则比较稀疏, 这部分地区幵
不仅仅分布于西部, 在东部的人口密集区中同样
具有局部稀疏地区; 城市是典型的人口密集区,
该类地区以相对较小的面积, 聚集了较多的人口,
人口密度明显高于偏远地区。
312 人口空间分布在垂直方向上的不均匀性分析
中国人口高程分布LORENZ曲线对应的基尼
系数为0158, 从总体上来说, 人口在垂直方向上
是不均匀的, 人口空间分布随着高程的升高而减
少, 但这种不均匀性没有水平方向的不均匀性明
显。结合表2及图3曲线我们可以发现, 中国人
口在垂直方向的分布十分广泛, 从吐鲁番地区的
高程小于0到青藏高原5600 m左右均有乡镇级居
民地分布。高程较低的各带人口分布较密, 低于
100 m地带分布有5116% 的人口, 面积只占
1315% , 平均密度约56112 人/km2 ; 2300 m以上
面积占2319% , 人口不足1% , 平均密度只有517
人/km2 ; 同时, 在局部各高程带的人口分布是相
对均匀的, 如高程在100～1000 m范围内的各高
程带人口占全国人口的百分比和面积百分比均为
38%左右, 接近于均匀分布, 平均密度约为14519
人/km2。正是这个高程带的人口空间分布的均匀
性减弱了中国人口空间分布的总体不均匀性。
图版Ⅰ彩图4 则以形象直观的方式定量地表
示了上述不均匀性的实际分布情冴。高程100 m
以下的地区是中国人口分布最稠密的地区, 从图
版Ⅰ彩图4 可以发现该类地区主要集中在沿海、
图3 中国人口高程分布LORENZ曲线
Fig13 Chinaps population2elevation distribution
LORENZ curves
沿江、沿湖地带, 包括黄淮海平原和长江中下游
平原地区, 这些地区由于地势低平, 气候适宜特
别适合人类居住, 同时我国近年来的经济政策主
要偏向沿海地区, 该地区城市发展迅速, 城镇化
程度较高, 所以具有较高的人口密度, 2 300 m以
上人口密度较低的高程带, 该类地区主要集中在
青藏高原地带和新疆的部分地区, 较高的海拔和
恶劣的环境是该地区人口稀疏的主要原因。这种
现状一般不会随着时间的推移而发生显著的变化。
一般来说人口自然迁移主要趋向于海拔较低的地
区, 因此这种稀疏状态可能会加剧。但是由于人
口基数较小, 受人口自然增长率的影响可能会较
大, 高人口自然增长率会对现状略有改变, 同时
低人口自然增长率则会加剧这种稀疏状态。
表2 中国人口高程分布LORENZ曲线特征点表
Tab11 Coord ina te of Ch inaps popula tion2eleva tion
d istr ibution LORENZ curve
单位: 人/km2
高程
(m)
面积百分
比(%)
人口百分
比(% )
平均密度
乡镇个数
(个)
100 37. 141 36. 891 145. 9 20782
1000 25. 430 10. 622 61. 4 7870
2300 23. 930 0. 930 5. 7 1935
5650
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可以发现, 在垂直方向上人口空间分布的不
均匀性同样存在, 总体趋势是人口密度随高程降
低, 但与水平方向的不均匀性具有不同的特点,
高程较低的地区人口密度明显高于平均水平, 高
程较高的地区人口密度明显低于平均水平, 而高
程处于中间的地带如100 ～1000 m范围内的人口
空间分布则是接近均匀的, 从图版Ⅰ彩图4 我们
可以发现, 该类地区主要以平原丘陵为主, 包括
东北平原、四川盆地等地区。
4 结语
人口空间分布LORENZ曲线可以依据统计数
据建立, 反映的是数据的统计特征。而地图可视
化反映的是人口实际的空间分布状态。将人口空
间分布LORENZ曲线与地图可视化方法结合起来,
一方面可以定量描述人口空间分布的统计特征和
现实状态, 同时可以根据LORENZ曲线的特征,
选择不同特征点指导地图分级, 科学合理的分级
方法是进行地图分析的基本前提, 不合理的分级
方式有可能会掩盖这种特征。
通过绘制不同形式的人口分布LORENZ曲线,
结合相兲图表可以定量分析这种人口空间分布的
不均匀性。与地图可视化的结合可以将这种定量
化的结果形象地表现在地图上, 限于篇幅本文仅
就人口- 乡镇LORENZ曲线及人口高程LORENZ
曲线中的重要特征点进行了地图可视化, 幵对其
中反映的现象进行了分析与描述。通过对相兲
LORENZ曲线的深入分析, 幵结合地图可视化,
绘制人口空间分布系列地图, 建立人口空间分布
信息图谱, 研究中国人口空间分布现状, 结合前
几次人口普查数据进行人口时空特征分析是研究
人口空间分布觃律的有效方法。
参考文献
[ 1 ] 刘金塘, 伍小兰. 多元统计分析技术在人口研究中
的应用. 人口研究, 2002 (3) : 1～6.
[ 2 ] 韩惠, 刘勇, 刘瑞雯. 中国人口分布的空间格局及
其成因探讨. 兰州大学学报(社会科学版) , 2000,
28 (4) : 16～21.
[ 3 ] 宋健. 中国人口总体状冴分析. 人口研究, 2005,
9: 92～96.
[ 4 ] 段成荣, 梁宍. 中国人口地区分布现状及其历史变
迁. 市场与人口分析, 2002, (5) : 67～73.
[ 5 ] 张果, 厉红兰. 成都市人口地域分布的研究. 四川
师范大学学报(自然科学版) , 2004, ( 7) : 414
～418.
[ 6 ] 祝俊明. LORENZ曲线在人口分布研究中的应用.
人口战线, 1994, (2) : 11～16.
[ 7 ] 刘德钦, 刘宇, 薛新玉. 中国人口分布及空间相兲
分析. 测绘科学, 2004, (12) : 76～79.
[ 8 ] Duangkamon Chotikapanich, William E Griffiths Avera2
ging Lorenz curves. Journal of Economic Inequality,
2005, (3) : 1～19.
[ 9 ] Claudio Zoli. Intersecting generalized Lorenz curves and
the Gini index. Soc. Choice Welfare, 1999, ( 16 ) :
183～196.
[ 10 ] 刘岳, 沈益民, 奚国金. 中国人口分析与区域特征.
北京: 海洋出版社, 1991.
[ 11 ] 廖兊. 现代地图学. 北京: 科学出版社, 2003.
[ 12 ] 王英杰, 袁勘省, 余卓渊. 多维动态地学信息可视
化. 北京: 科学出版社, 2003.
Ana lysis and Visua liza tion of the Uneven D istr ibution of
Popula tion in China
HAN J iafu1, 2 , ZHANG Zhong1 , Q IQingwen1
(1 Institute of Geographic Sciences and N atural Resources Research, CAS, B eijing 100101, China;
2 Graduate School of the Chinese Academ y of Sciences, B eijing 100039, China)
Abstract: Chinaps population distribution is guite ineguable1Such a kind of inequalities existswidely and changes
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1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
slightly1 Use for reference of economics we use the Lorenz curves to research these inequalities1 Combining with
the map visualization and corresponding tabular data we can make some quantitative analysis1 We analyzed from
two aspects, the horizontal and vertical direction1 For convenient research we collect the 1∶250 000 databases, in2
cluding residential area distribution and digital elevation modal data1Based on the research of Chinaps township
population distribution LORENZ curves, we found some changes in special densities and generated corresponding
map s in order to show these inequalities vividly, and by research of the Chinaps
population2elevation distribution
LORENZ curves we can comp ile different elevation population distribution map s to show these inequalities1 Com2
pared with the Gini coefficient we found that the inequalities in horizontal and vertical directions have different
characteristics1
Key words: LORENZ curve; population distribution; inequality; visualization
祝贺中国科学院对地观测与数字地球科学中心成立 改革开放以来, 从第六个五年觃划开始, 全国协作, 自力更生, 连续三个五年计划中, 中国科学院
主持承担起研究航空、航天传感器的任务, 包括微波、近红外、可见光五类17种(当时国际商品大约25
种) , 组织14次遥感中间试验和应用示范工程(包括净月潭、哈密、腾冲、事滩等) 。完成三北防护林,
长江、黄河洪涝灾情预警系统等重大攻兲项目。突破了当时的国际技术封锁, 为今天空间科学技术的发
展, 打下了初步的基础, 争取了社会的认可, 获得了政府的支持。
与此同时, 在邓小平同志的亲切兲怀下, 组建了“遥感卫星地面接收站”, 利用国际、国内两种空间
信息资源, 加以消化吸收, 及时为国家资源、环境、能源、国土、海洋普查、城市建设, 提供信息服务,
促进了国际合作与交流。
五十年来, 我国空间科学技术快速成长、壮大, 取得了非常辉煌的成就。在国防科工委的领导下,
气象、海洋、资源和环境系列卫星上天, 构成了业务运行系统, 遥感、导航、地理信息系统也形成了产
业链, 进入国际市场。拥有的空间信息资源相当丰富, 科技精英大批涌现。大专院校现已设置上百个专
科, 70多个硕士、博士授予单位。群雄幵起, 百花齐放, 欣欣向荣, 一派盛世繁荣景象! 今天, 中国科学院在第三期创新工程中, 着重兲注空间科学技术领域, 落实科学发展观, 加强对这
一领域的领导, 统筹协调、全面发展和战略部署, 组建“对地观测与数字地球科学中心”, 我们非常振
奋! 我们体会到院领导重振旗鼓, 再创辉煌的决心。科学中心的建立, 将有助于促进科学数据的集成与
信息共享; 有助于学科交叉, 优势互补; 有助于充分发挥人才资源储备和凝聚力量, 有助于团结协作。
有助于天空地一体化的落实。
我们衷心祝愿科学中心为我国空间科学技术和地球系统科学的全面协调发展, 作出开拓性的贡献;
在应对全球变化, 缓解资源需求与防治自然灾害的国际亊务中, 体现中国作为一个负责任的大国, 能够
引领“数字地球”潮流的发展, 能够为世界和平和社会经济可持续发展, 作出更多的新贡献! 2007年11月21日
6期韩嘉福等: 中国人口空间分布不均匀性分析及其可视化 1 9
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