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GIS空间分析中的Kriging插值法在吉林省乡镇规划中的应用 在吉林省乡镇规划中的应用

2010-08-24      来源:国土资源信息化     作者:韩玉薇 张娇
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  摘要:为了适应改革开放和经济发展的需要,吉林省的行政区划在近年来不断有大的变动,本文所采取的是利用Gis空间分析中的Kriging插值法来进行吉林省乡镇的规划,使乡镇的规划更具有直观性、科学性。
  关键词:行政区划;空间分析;kriging插值

  1 引言
  行政区划是国家行政管理的基础和基本手段,是国家政权建设的前提和重要组成部分。行政区划是否合理,直接关系到生产力的科学布局、国民经济的发展和社会、民族的稳定,行政区划的变更更是关系到一个国家或地区政治、经济、文化发展和社会稳定的大事[1]。

  在经济全球化的大背景下,我国的传统的行政区划逐渐的暴露出了缺点,例如行政区域与经济区域的强制统一、乡镇的设置管理规模过小等等,都阻碍了社会的正常发展,基于这个原因,进行行政区划的调整是必然的。

  目前使用的行政区划调整的方法,大都是由政府工作人员根据现实情况主观做出重新的规划,这虽然实现了区划调整的目的,但是在方法的客观性和科学性上还是不够。除此以外,也有利用自编的软件进行的城镇势力圈划分来进行乡镇合并的方法[2],这种方法在理论上和实际的应用上都具有其自身的优点,但是它并没有从对象是地理对象角度出发,忽略了它的空间特征。出于以上的考虑,本文是利用GIS的方法进行乡镇合并。
  现代的GIS技术以空间数据库为核心,将空间要索和统计数据有机结合在一起,以地理研究和预测为}l的,以地理模型为手段,具有强大的区域空间分析能力。本文就是利用它的这种强大的分析功能对吉林省的乡镇规划做修改。

  2 Kriging插值法的依据及原理
  Kriging就是根据一个区域内外若干信息样品的某些特征数据值,对该区域作出一种线性无偏和最小估计方差的估计方法。从数学角度来说,是一种求最优线性无偏内插估计量的方法[3]
  本文中采用的是普通kriging的方法,它是在空问插值中直接使用拟合半方差图。估算某点的z值的通用方程是:
  其中z0是已知点的值;Wx是与每个已知点关联的权重;s是用于估算的已知点的数目。权重可由对一组联立方程的求解得到:


  式(l.2)中:γ (hij)是已知点i和j间的半方差;γ(hj)是已知点和未知点之间的半方差;λ是拉格朗日系数,它的加入是为了确保把估算误差降到最小。通过(1.2)可以解得权重,由此,(1.1)中的未知量z。就可以估算出[4]。

  3 Kriging插值法的应用
  3.1应用区概况
  吉林省位于我国东北地区中部和东北亚的重心地带,幅员面积18.74万平方公里,占全国陆地总面积的1 .95%。截止2002年底,全省共辖长春、四平、吉林、辽源、通化、白山、松原、白城8个地级市和延边朝鲜族自治州,共有20个县级市,18个县,3个少数民族自治县,19个市辖区,457个镇,318个乡,240个街道办事处,9850个村民委员会[5]。

  吉林省的城镇化发展是有良好基础的。吉林省历史悠久,大规模开发始于19世纪。中华人民共和国成立后,特别是改革开放以后,全省经济发展十分迅速,为适应改革开放和经济发展的需要,吉林省的行政区划工作近年来不断有大的改动。到现在,吉林省的行政规划进人了一个相对稳定的巩固发展时期。

  3.2吉林省人口分布分析
  截止到2002年底,吉林省总人口2637.1万人,非农人口1 177.8万,其在吉林省分布并不均匀。(见图l)
  从图1中我们可以清楚的看到,吉林省的人口主要集中分布在中部地区,有这样分布特点的主要原因有:(l)此处有吉林省的两个特大城市长春市和吉林市,这两个城市的经济实力虽然在全国来看不是位于第一层次,但是在省内还是具有相当的辐射能力。(2)吉林省的地形是西低东高,降水量分布是西少东多,中部地区占据了地形和气候的优势,吉林省是农业大省,自然条件的优劣很大程度上决定了农业的发展的好坏,所以中部的相对优越的自然条件也成为吸引人口的一个因素。

  3.3吉林省乡镇布局特点
  吉林省的乡镇分布不均匀,大体上是呈现中部密集东西部稀疏的状态。在吉林省的东西部,乡镇分布还具有线状特点,其大多沿着铁路和公路沿线设置。所以在铁路公路两侧又形成了相对密集的区域。(见图2)

  

  吉林省的乡镇经济实力不强,很多小城镇从很大程度上还只停留在区划上的中心,缺乏实际意义上对人口和生产要素的聚集力和辐射力。主要是因为人口规模小,基础设施薄弱。(见图3)从图中可以看出,吉林省的人口在10000到25000之间的乡镇占乡镇总数的51%,甚至有占乡镇总数的巧%,也就是119个乡镇的总人口不到10000人。如和龙市的崇善镇总人口仅为2966人,抚松县的漫江镇总人口3732人。乡镇人口规模过小,造成乡镇机构的冗余。针对这种状况,还需要进一步对乡镇的设置优化。

  从本文第2部分的分析中可以看出,吉林省的乡镇设置仍然需要进行调整。一般来说,合并的指标包括以下四个:人口范围、经济发展水平、空间关联(包括自然关联和经济关联)、历史沿革。本文主要考虑的指标是其中的人口范围及空间关联中的自然关联。这过程主要采用kriging插值法来完成。由区域内已知乡镇的人口数来估算其他未知点的值,先从客观上将区域分为若干部分,再在主观上加上其他影响因素进行调整,主客观相结合,达到乡镇合并的目的。


                                  图3  吉林省各级乡镇所占的百分比图
  3.4方法的具体实施
  根据吉林省的人口分布情况,可以将整个省分为东、中、西三个部分,依据三地乡镇分布的不同情况,进行撤并工作。吉林省的中部地区,地势平坦,农业发达,吉林省的大部分乡镇都分布在这个地区。中部地区的乡镇人口密度大,非农人口占总人口的比例较小,城镇化程度不高。针对这些特点,对于中部地区乡镇的撤并方法主要采用合并的方式,先以榆树市为例,进行插值操作。通过试验,可经由以下步骤完成:
  (l)方法选择普通kriging插值法
  (2)变量模型选择球形
  (3)调查半径范围选为可变
  (4)输出单元格大小263.9523
  结果如图4。图中榆树市划分成若干个区域,根据空间上越接近的点,越可能具有相似的特征值的原理,乡镇的合并也可以大致按照此范围来划定。


                                 图4  榆树市乡镇人口kriging内插结果图
  所以,根据这个原理,榆树市的乡镇合井结果为:大岗乡与八号镇合并、青山乡与怀家镇合并、于家乡并人向阳镇、谢家乡和光明乡合并、福安乡和保寿镇合并、先锋乡和刘家镇合并。

  吉林省的东部地区乡镇非农人口占总人口的比例较高,城镇化程度较好,东南部与朝鲜相邻,乡镇在边境上的分布较多,这样整体分布不均匀。


  吉林省的西部地区,乡镇分布较均匀,由于起所处位置的环境因素,人口分布稀疏,造成一些乡镇的虚设。鉴于吉林省的东西部地区乡镇的现状,虽然他们的分布不均匀原因不同,但是在方法仁可以使用相同的方法来进行。现在西部取长岭县,东部取安图县分别做出他们的内插图。分别如图5和图6。

                                图5  长岭县乡镇人口kriging内插结果图

                                图6  安图县乡镇人口kriging内插结果图
  从这两幅图中看出,它的合并结果并不明显,特别是安图县,这其中的原因主要就是乡镇分布不均匀,对于这种问题的存在,可以采用空间分析中的重新分类的方法将其改善。两地经过重新分类之后得到的图如图7和图8。
  从这两幅图中我们可以得到这样的结果:(1)长岭县的乡镇撤并结果为:三县堡乡和前进乡合并,腰驼子乡和东岭乡合并,十家户乡和前七号镇合并,海青乡和利发盛镇合并,龙凤乡和东六号乡合并,双龙乡并人流水镇。(2)安图县乡镇的撤并结果为:新合乡并入万宝镇,石门镇和明月镇合并。

  3.5验证
  为了验证kriging插值法对乡镇进行合并结果的可靠性,我们将三个县的乡镇合并结果和吉林省的行政规划方案对照比较,可以看出,总体上基本上是吻合的,局部小的区域略有不同,也就是说采用的方法基本上可以满足需要。
  

  


  4 结论
  ArcGIS具有对地理事物进行空间分析的强大功能,它可以很好的解决和空间分布有关的一系列问题,吉林省的乡镇合并问题就是ArcGIS在这方面的一个新的尝试。并目_根据吉林省乡镇的分布情况,将其划分成东、中、西二部分来进行研究,在这三部分中分别选取样地进行分析,做到了定性和定量的正确结合,定量的分析结果转化为定性化表述,这种模式化的新方法在本文中得到体现。由于kriging插值方法要求做插值的数据是呈正态分布,对于非正态分布的数据则没有大的价值,该方法的使用具有局限性,所以,乡镇定量分析的研究还在进一步进行,这也是我们继续努力的方向。

  参考文献
  [l]赵军,温军.行政区划变更与区域经济发展-以白银市为例[J].经济地理,1994年(2):50[2]
  [2]王德,赵锦华.城镇势力圈划分计算机系统的开发 研究与应用[J].城市规划,2002年(12)
  [3]冯仲科.空间数据的最佳内插法(kriging法)及其在GIS中应用的模型[J].测绘科学,1995年(3): 22-26
  [4]Kang-tsung Chang[美].地理信息系统导论汇M].北京:科学出版社,2004,259-261
  [5]朱克民等.吉林省行政区划2003年版[MI.长春:吉林人民出版社,2003,246

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