城市昼夜人口空间分布的估算及其特征_以北京市海淀区为例_戚伟

地理学报ACTAGEOGRAPHICASINICA第68卷第10期

2013年10月Vol.68,No.10

Oct.,2013

收稿日期：2013-12-11;修订日期：2013-06-27基金项目：国家科技支撑计划(2011BAK07B02-02);国家自然科学基金项目(41271174);国家科技支撑计划(2012BAI32B06-1)[Foundation:NationalScienceandTechnologySupportProgram,No.2011BAK07B02-02;

NationalNaturalScienceFoundationofChina,No.41271174;NationalScienceandTechnologySupportProgram,No.2012BAI32B06-1]

作者简介：戚伟(1989-),男,江苏泰州人,博士研究生,中国地理学会会员(S110007891A),主要从事城市地理研究。E-mail:cc7v@163.com通讯作者：刘盛和(1967-),男,湖南衡阳人,博士,研究员,中国地理学会会员(S110002420M),研究方向为城市发展与土地利用。E-mail:liush@igsnrr.ac.cn1344-1356页

城市昼夜人口空间分布的估算及其特征——以北京市海淀区为例

戚伟1,2,李颖1,2,刘盛和1,高晓路1,赵美风1,2(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;2.中国科学院大学,北京100049)

摘要：城市人口的空间分布特征及昼夜差异是配置城市公共基础设施及公共服务设施和制订城市公共安全应急保障方案的重要依据，也是城市地理研究领域的前沿方向之一。但由于国内目前没有区分昼夜的人口统计数据，城市昼夜人口空间分布的相关研究难以开展，极为薄弱。本文以土地利用类型为媒介，构建基于不同类型城市人口时空行为特征的城市“人口—昼夜—土地利用”关系模型和基于差异化面积权重的城市人口空间化模型，旨在以格网为单元来估算城市昼夜人口并分析其空间分布特征。同时，以北京市海淀区为例开展实证研究，估算了海淀区的昼夜人口规模，分析了城市昼夜人口的空间分布特征及其空间耦合关系。结果表明：①城市昼夜人口的空间结构存在显著差异，白天人口相对于夜晚人口具有更广泛的分布范围，并具有更显著的集聚特征。②城市昼夜人口表现为多种空间耦合关系，包括“三明治”模式、“镶嵌”模式、“辐合”模式、“单体”模式等。③城市路网的昼夜利用与人口的昼夜分布有较高的相关性，白天人口分布对路网扩张有显著影响。城市昼夜人口的空间分布折射出中国城镇化进程中诸多因素，例如“旧住宅区”的分布、产业新区的建设、城乡发展差异等，以期对相关的研究提供参考。关键词：城市昼夜人口；人口空间化；空间耦合类型；北京DOI:10.11821/dlxb201310004

1引言人口地域分布的发生和发展都有其时间上的阶段性[1]，昼夜是城市人口空间分布的时间尺度上的一个主要特征。受到城市自组织系统及城市规划的影响，城市空间结构表现为多种功能区，而发生在不同功能区的通勤、消费、休闲等行为形成了城市人口昼夜空间分布的差异。在当今中国，关注这种时空尺度的差异更具意义。一方面，城市公共安全与危机管理对人口空间分布的时空精度需求提高[2]。城市公共安全归根到底是人的安全，对于随机发生的安全事件，如2012年的北京市7.12特大暴雨，掌握各地区的人口昼夜分布数据是应急救援和疏通人流车流的基础保障。另一方面，城市昼夜人口的空间分布是透视城市发展的重要窗口。当今中国是一个典型的流动性社会[3]，第六次全国人口普查显示我国乡-城流动人口总量达1.9亿[4]；流动人口的职住分布构成了城市昼夜人口空间分布的庞大10期戚伟等：城市昼夜人口空间分布的估算及其特征

一支，在此过程中渗透着户籍门槛、房价压力、交通成本、农民工聚居区、外来人口与本地人口的空间交错等多元因素，对此开展研究有助于认识当今中国城市功能区的演绎机理。然而，目前国内普遍缺乏对昼夜人口的直接统计数据，我国人口普查对常住人口的统计口径定义在常住某地区半年以上的人口，对半年以下的暂住人口及白天人口很少涉及，其人口地理空间数据库的建设更是匮乏。因此，亟需城市昼夜人口空间分布的研究来支持城市的科学规划和管理。城市昼夜人口的研究最早可以追溯到20世纪30年代，学者沃斯在《作为一种生活方式的城市主义》一书中首次区分了白天人口和夜间人口[5]。国内外对城市昼夜人口空间分布的估算主要方法有：城市不同功能区的人流量观测统计[6-7]、O-D矩阵[8]、利用交通调查数据估算[9]、利用手机定位的网络数据估算[10]、基于GIS的地理参考单元统计[11]、基于高分辨率遥感数据和土地利用吸引权的估算[12-14]等，在此基础上展开城市昼夜人口的空间分布、昼夜人口和家庭结构、城市昼夜公共服务、城市公共安全管理[15-18]等相关研究。国外方面，由于具备较成熟的数据统计基础和空间数据库建设，上述很多方法都能实现，而目前国内针对昼夜人口数据的统计尚弱；此外，国外城市化发展水平及城市空间结构模式与我国现状存在很大差异，相关估算模型和结论对中国的适用性较弱。国内方面，城市昼夜人口的研究在90年代中后期逐步繁荣起来[19-20]，根据国内普查和统计数据，学者们在城市昼夜人口的总量估算和人口结构方面的研究已经奠定基础[14,16,19-21]。总体而言，已有研究成果仍缺乏对中国城市昼夜人口空间分布估算的研究，对中国城市昼夜人口的空间特征及其空间组织机理的解读亦不足。基于以上考虑，本文引入空间化这一地理学思维，以实现对城市昼夜人口空间分布的估算。人口数据空间化就是通过一定的参数和模型来模拟人口在一定时间和一定地理范围内的空间分布状态。这种方法有利于实现对国内现有人口普查数据和地理信息数据的细致研究，将统计数据通过尺度转换演绎到更小的空间单元上[22]。经典的城市人口空间分布研究已经尝试将空间化方法引入，但是并未考虑到昼夜城市土地利用性质的差异，所采用的空间化方法也相对单一。鉴于此，本文以土地利用数据为媒介，构建城市人口、昼夜、空间的关系模型，同时基于多种面积权重构建人口空间化模型，以北京市海淀区为例，展开城市昼夜人口空间分布的估算及其特征研究，以期为城市人口地理研究及城市规划管理提供参考。

2研究方法与数据准备2.1研究方法在地理学的时空范畴内，一个人在一个时间节点上只存在于一个空间点位上，而不同时间在空间上形成一定的行为的轨迹。相同类型城市人口时空行为，其时空的行为轨迹具有相似性：在工作日和白天(早7:00至晚7:00)人们会产生通勤、通学等多样化行为，在夜晚(晚7:00至次日早7:00)人们主要以居家行为为主；在休息日或者节假日，除了出行，人们在昼夜均以居家行为为主，与工作日的夜晚具有一定的相似度。另外，人的不同行为对应不同的城市功能区，土地利用类型较好地反映了城市空间的功能属性，可作为城市空间分类的重要依据。基于以上原理，本文确定如下研究方法：(1)以土地利用类型作为建模的媒介，关键是寻找“人口—昼夜—土地利用”的匹配关系。首先，按照行为特征对人口类型进行划分，构建“人口—昼夜”关系模型，分别估算区域白天、夜晚的总人口；接着，按照人口类型与土地利用类型的匹配关系，分别对白天、夜晚构建人口类型和土地利用类型的关系模型。(2)将人口空间化到单位格网上。“人口—昼夜—土地利用”关系模型实现了将人口分

134568卷地理学报解到不同的土地利用类型，然而土地利用斑块的大小、形状千差万别，对研究昼夜人口的空间分布过于粗糙。以均一的格网作为评价单元，一方面可以对城市昼夜人口的空间分布进行细化，另一方面可以降低可塑面积单元效应(MAUP)的影响。(3)多源数据融合：城市昼夜人口的空间分布本身是一个时间、空间(土地利用类型)、属性(人口)的三元结构，需要将人口数据、土地利用空间数据、建筑物空间数据、格网数据之间通过尺度转换和空间拓扑计算实现融合。2.2模型构建

2.2.1“人口—昼夜”的关系模型城市是一个非封闭流动空间，对外有大量的人流输入和输出，对内不同城区间的人流通勤更为活跃，人地关系相对复杂。按照人们日常活动的空间位移规律，本文将人口分为居家人口、钟摆人口、随机人口三种类型：(1)居家人口(HomePopulation)，主要包括老人、婴儿、失业人口等，这类人口的昼夜活动都以居住用地活动。(2)钟摆人口(PendulumPopulation)，是指有规律地往返于工作地(或学校等)和居住用地之间的人口，主要包括通勤的从业人口、通学的学生等，这类人口白天主要在工作地或者学校工作，夜晚则在居住用地生活。其中，对于城市局域的钟摆人口又可以细化为三亚类：①本地钟摆人口(LocalPendulumPopulation)，指常住在一个局域内、也在该局域内工作、上学的人口；②外出钟摆人口(OutPendulumPopulation)，指常住在一个局域内、但在其他局域内工作、上学的人口。③外来钟摆人口(ExternalPendulumPopulation)，指常住在其他局域内、但在本局域内工作、上学的人口。(3)随机人口(RandomPopulation)，是指随机性在空间上产生人口，例如白天的门诊和住院人口、旅游休闲人口、购物消费人口，夜晚的住院人口、外来住宿人口等。随机人口也可以细化为本地随机人口和外来随机人口两部分，由于本地随机人口份额与居家人口、钟摆人口份额相比甚小，故忽略其重复部分。因此，对任意局域可以建立以下模型：PD=H+L+E+RD =H+W+S+RD(1)

PN=H+L+O+RN =PR+RN(2)

式(1)、(2)中：PD、PN分别表示白天人口数和夜晚人口数；H表示居家人口数；L、O、E分别表示本地钟摆人口、外出钟摆人口、外来钟摆人口；RD、RN分别表示白天随机人口、夜晚随机人口；W、S、PR分别表示局域内的从业人口、学生、常住人口。不难发现，对于城市内部的一个次级行政区或者其他局域单元，人口数量、结构在昼夜这两个时间截面上存在很大差异；对于不同的次级行政区或者其他局域单元，这种数量、结构在空间上也表现出很大的差异。2.2.2“人口—昼夜—土地利用”的关系模型由于土地利用类型的差异，城市单元可

以分为不同的空间斑块，对于每类土地利用类型都服从如下的求和模型：PD=∑i=1nPDi=∑i=1n(Hi+Wi+Si+RDi)(3)

PN=∑i=1nPNi=∑i=1n(PRi+RNi)(4)

式中：PD、PN、H、W、S、PR、RD、RN的含义是式(1)、(2)相同；i表示第i类土地利用类型，式(3)和式(4)表示不同土地利用类型上各类人口之和等于白天或者夜晚的总人口。《全国第二次土地调查》中地类基本反映了城市各类用地的类型，但是为了进一步将城市土地利用的昼夜结构反映出来，本文结合《城市用地分类与规划建设用地标准》(GB50137-2011)对全国第二次土地调查中的部分用地进行细化和归并。将科教用地中幼儿园、小学、中学、中职、高校科教区、高校住宿区、高校家属区单独提取，将住宿餐饮用地中的住宿用地、餐饮用地单独提取。最终将土地利用类型归并为14种类型(表1)：I1