羅名海

（1.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022）

地理國情是空間化、可視化的國情信息[1]。地理國情普查就是綜合利用現(xiàn)代測繪技術(shù)和各時期已有測繪成果檔案，對地形、水系、交通、地表覆蓋等要素進行全面普查，并統(tǒng)計分析其變化量、變化頻率、分布特征和差異、變化趨勢等，形成反映各類資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的普查和監(jiān)測數(shù)據(jù)、地圖圖形和研究報告。地理國情普查是一項重大的國情國力調(diào)查，對于摸清資源環(huán)境家底、立足底線思維、科學謀劃發(fā)展具有重要意義[2]。

統(tǒng)計分析是地理國情普查的重要內(nèi)容，是對普查數(shù)據(jù)的深度挖掘，是普查成果應(yīng)用的重要方面。通過對自然、人文地理要素的統(tǒng)計分析研究，形成反映區(qū)域地形地貌、地表覆蓋、地理國情要素等基本狀況的地理國情信息統(tǒng)計分析報表，以及各類資源、環(huán)境、生態(tài)、社會、經(jīng)濟的空間分布、空間結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系、地域差異的地理國情統(tǒng)計分析報告[3,4]。

1 統(tǒng)計分析方法

地理國情統(tǒng)計分析包括基本統(tǒng)計、綜合統(tǒng)計和分析評價3個方面。

1.1 基本統(tǒng)計

基本統(tǒng)計指標包括總量指標、相對指標、平均指標、變異指標等，常用方法包括空間量算、算數(shù)平均法、位置代表法、比值分析法、極值法、極差法等。

1）空間量算。主要包括長度和面積2部分，分投影長度、投影面積和考慮地表起伏的實際長度、實際面積。

2）算術(shù)平均法。算數(shù)平均數(shù)是表征數(shù)據(jù)集中趨勢的一個統(tǒng)計指標，一般以“算術(shù)平均數(shù)±標準差”的形式出現(xiàn),如平均高程、點狀要素平均中心等。

3）位置代表法。根據(jù)數(shù)據(jù)所處位置或特定位置的相關(guān)數(shù)據(jù)，計算確定代表值，如高程眾數(shù)、中位數(shù)等。

4）比值分析法。計算2個有聯(lián)系指標的比率，如點/線要素密度、面要素占比及構(gòu)成比等。

5）極值。主要包括極大值和極小值，是指在一個域上函數(shù)取得最大（最?。┲档狞c的函數(shù)值，如最低高程、最高高程等。

6）極差。一般指總體標志值中最大標志值和最小標志值的差，是標志值變動的最大范圍，如高差、起伏度、東南西北程度等。

地理國情普查要素一般包括點、線、面3種幾何類型，除統(tǒng)計其總數(shù)、分類/級總數(shù)、總數(shù)構(gòu)成比外，還應(yīng)分別統(tǒng)計點要素的點密度，線要素的線密度、長度極值、長度達標率、平均線寬，面要素的面積覆蓋率(占比)、人均面積、面積極值、跨度極值等。

1.2 綜合統(tǒng)計

1）空間分布格局?？臻g分布格局用于描述統(tǒng)計單元內(nèi)某一類地理要素在空間上的聚集、離散程度，反映其空間分布的差異性特征，通常通過生成某些特征點或特征面來表征。

基本分布指標反映地理要素的分布及范圍，包括質(zhì)心、中心要素、最小邊界、四至點。集中分布指標反映要素的集中分布特征，包括平均中心和歐幾里得中心。離散分布指標反映要素的離散分布特征，包括標準距離圓和標準誤差橢圓。

2）空間相關(guān)性?？臻g相關(guān)性用于描述地理要素間的外部或自身空間相關(guān)程度?？臻g自相關(guān)是根據(jù)位置相似性和屬性相似性的匹配情況來測度的，位置的相似性可以通過空間接近性矩陣（或權(quán)重矩陣）來描述，屬性的相似性一般通過交叉乘積或平方差異或絕對差異來描述。

3）空間通達性。通達性用于描述區(qū)域范圍內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)的通行能力、輻射和便利程度，反映區(qū)域內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)的輻射和覆蓋、運輸和便捷能力。一般選擇交通網(wǎng)絡(luò)密度、便捷度等作為評價指標。

交通網(wǎng)絡(luò)密度采用公路（鐵路、通航河道）密度等綜合度量，即公路（鐵路、通航河道）長度與所在區(qū)域土地面積的比值。交通網(wǎng)絡(luò)便捷度計算居民點、公共服務(wù)設(shè)施等節(jié)點與公路、鐵路、地鐵、機場及港口等交通樞紐的出行距離或時間。

4）景觀格局特征。利用景觀生態(tài)學方法，研究城市化過程中城市及其外圍區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)的空間分布，反映城市化過程中人類活動及政策對環(huán)境的影響。景觀格局指標是景觀格局不同側(cè)面特征的概括提煉和定量反映，分為景觀基本指標和景觀異質(zhì)性指標。

景觀基本指標用于描述景觀的總體特征，包括面積、周長、密度、形狀指數(shù)等。景觀異質(zhì)性指標是在基本指標基礎(chǔ)上進一步描述景觀的空間格局、空間構(gòu)型及空間關(guān)系等，包括景觀破碎度指數(shù)、景觀優(yōu)勢度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均勻度指數(shù)等。

1.3 分析研究

1）空間分析。基于GIS的空間分析一般包括疊加分析、緩沖區(qū)分析和網(wǎng)絡(luò)分析。

疊加分析是在統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)下，對同一區(qū)域的幾個不同主題的數(shù)據(jù)圖層進行邏輯交、差、并的運算，并對該區(qū)域內(nèi)的屬性進行分析評定。

緩沖區(qū)分析是指以點、線、面實體為基礎(chǔ)，自動建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形圖層，然后利用該圖層與目標圖層進行疊加分析。

網(wǎng)絡(luò)分析是對地理網(wǎng)絡(luò)進行模型化和地理分析，其用途主要有2方面：一是路徑分析，選擇最佳路徑，如A點到B點最短距離或最低耗費路線；二是最佳中心點的選擇，使得某一網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中任一點到該中心的平均路徑最短或耗費最小。

2）回歸分析?；貧w分析是確定2種或2種以上變量間相互依賴關(guān)系的一種統(tǒng)計方法,通過擬合地理要素之間的數(shù)量關(guān)系，建立地理要素之間的空間回歸模型，預(yù)測發(fā)展趨勢，主要有l(wèi)ogistic回歸和線性回歸法。

logistic回歸是建立logistic回歸模型，預(yù)測在不同的自變量情況下發(fā)生某種情況的概率大小。線性回歸法通過擬合地理要素的趨勢面，展示其空間分布規(guī)律，包括一元線性回歸分析、多元線性回歸分析等。

3）時間序列分析。時間序列分析是基于隨機過程理論和數(shù)理統(tǒng)計學原理，研究隨機數(shù)據(jù)序列所遵從的統(tǒng)計規(guī)律，側(cè)重于研究具有相互依賴關(guān)系的數(shù)據(jù)序列。例如，記錄某地區(qū)第一個月、第二個月、……、第N個月的降雨量，利用時間序列分析方法，可以對未來各月的雨量進行預(yù)報。

4）過程模擬與預(yù)測。任何地理事物、地理現(xiàn)象都隨時間在不斷地運動和變化著，即經(jīng)歷著特定的地理過程。地理過程模擬與擬合，旨在定量揭示地理事物、地理現(xiàn)象隨時間變化的規(guī)律，對未來發(fā)展趨勢作出預(yù)測。

在地球表層系統(tǒng)中，主要的地理過程包括氣候過程、水文過程、生物過程、地貌過程、生態(tài)-環(huán)境過程、經(jīng)濟過程、社會過程、文化過程等。對于這些過程的模擬與預(yù)測研究，經(jīng)常采用的方法有平均增長率法、回歸分析法、馬爾科夫鏈方法、灰色建模方法、系統(tǒng)動力學方法、元胞自動機(CA模型)等。

2 統(tǒng)計分析研究

以武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)地理國情普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合社會經(jīng)濟等專題數(shù)據(jù)，綜合運用基本統(tǒng)計、綜合統(tǒng)計和分析評價方法，開展了10個方面的統(tǒng)計分析研究。

普查成果數(shù)據(jù)包括地形地貌（DEM精化數(shù)據(jù)，包括數(shù)字高程、坡度、坡向）、地表覆蓋（耕地、園地、林地、草地、房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、裸露地表、水域）、地理國情要素(道路、水系、構(gòu)筑物、城鎮(zhèn)功能單元、地下空間利用、地理統(tǒng)計單元)。其中城鎮(zhèn)功能單元包括居住小區(qū)、工礦企業(yè)、單位院落（行政辦公、文化設(shè)施、教育科研、醫(yī)療衛(wèi)生、社會福利、商業(yè)服務(wù)設(shè)施等）、休閑娛樂景區(qū)、體育活動場所、名勝古跡、宗教場所以及商業(yè)服務(wù)設(shè)施，地下空間利用包括地下交通（軌道交通、過街地道、隧道）、地下管線和地下車庫，地理統(tǒng)計單元包括8大街道（社區(qū)）、8大產(chǎn)業(yè)園區(qū)和規(guī)則格網(wǎng)單元[5-7]。

行業(yè)專題資料包括社區(qū)人口、工商注冊企業(yè)、主要納稅企業(yè)、公共服務(wù)設(shè)施（大學、中小學、幼兒園、培訓機構(gòu)、醫(yī)院、衛(wèi)生服務(wù)站、綜合門診、專科門診、藥店）。

2.1 地形地貌統(tǒng)計分析

以數(shù)字高程模型為基礎(chǔ)，將高程分為7級，坡度分為10級，分別統(tǒng)計7個高程帶、10個坡度帶在8個街道、8個產(chǎn)業(yè)園區(qū)的面積及其占比情況。

在此基礎(chǔ)上，從地形位指數(shù)、地形復(fù)雜度指數(shù)2個方面進行地形因子分析。前者將高程和坡度組合成一個地形位指數(shù)，對地形特征進行重新描述和梯度分類，后者以坡向變化程度為指標衡量地面形態(tài)的變化，二者綜合起來反映不同地區(qū)的用地條件和適應(yīng)性。

2.2 植被覆蓋統(tǒng)計分析

按照8個街道、8個產(chǎn)業(yè)園區(qū)分別統(tǒng)計耕地、園地、林地和草地的面積和構(gòu)成比。

構(gòu)建300 m×300 m格網(wǎng)，根據(jù)植被覆蓋面積比將覆蓋度劃分為非植被覆蓋區(qū)（<10%）、植被劣覆蓋區(qū)（10%～30%）、植被低覆蓋區(qū)（30%～45%）、植被中覆蓋區(qū)（45%～60%）、植被高覆蓋區(qū)（>60%）5個覆蓋度等級，統(tǒng)計得到每個格網(wǎng)的綜合植被覆蓋度。

同時，利用2013-08-16 Landsat-8的30 m分辨率多光譜遙感影像，按照上述標準確定分級閾值，得到植被覆蓋度結(jié)果，與規(guī)則格網(wǎng)單元統(tǒng)計結(jié)果基本一致。

2.3 地表景觀格局分析

利用景觀生態(tài)學方法，從景觀優(yōu)勢度、破碎度和分離度3個方面研究城市化過程中人類活動及政策對環(huán)境的影響。

景觀優(yōu)勢度指數(shù)代表一個或少數(shù)幾個占主導(dǎo)地位的景觀，反映景觀組分中某種或某些景觀類型的支配程度，與多樣性指數(shù)成反比。景觀破碎度指數(shù)用景觀密度來描述，反映景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。景觀分離度指某一景觀類型中不同斑塊的個體分布，分離度小說明其聚集分布、連通性好。

2.4 建成區(qū)擴張演變分析

通過對1988年、2001年、2008年、2010年 和2013年5個代表性年份的遙感影像進行解譯，得到5個年份建成區(qū)的邊界圖，研究開發(fā)區(qū)自創(chuàng)建初期到東擴、南擴幾個主要階段的擴張方式，并比較其擴張頻率、擴張強度。

以城鎮(zhèn)功能單元數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別計算得到1988～2001年、2001～2013年開發(fā)區(qū)城鎮(zhèn)功能單元用地類型的轉(zhuǎn)移矩陣。分析得知，前一階段城鎮(zhèn)擴張主要是工礦企事業(yè)單位的增多，即基本建設(shè)投入增加所帶來的城鎮(zhèn)擴張；后一時期人口遷移成為城鎮(zhèn)擴張的主要成因，工業(yè)與居住及配套設(shè)施融合發(fā)展，向“產(chǎn)城一體化”方向發(fā)展。

2.5 城市空間布局分析

從房屋建筑（區(qū)）、城鎮(zhèn)功能單元、道路交通、地下空間利用等方面進行開發(fā)區(qū)城市空間布局的分析研究。

1）房屋建筑（區(qū)）。從獨立房屋建筑及高度（低層、多層、中高層、超高層）、連片房屋建筑區(qū)及高度（低矮、多層及以上）、建筑密度（低密度、高密度）等方面分析開發(fā)區(qū)房屋建設(shè)的基本特點和空間差異。

2）城鎮(zhèn)功能單元。城鎮(zhèn)功能單元是城鎮(zhèn)內(nèi)封閉管理的最小組成單元，包括單位院落、居住小區(qū)、休閑娛樂、景區(qū)、工礦企業(yè)、體育活動場所、宗教場所和名勝古跡等，反映了開發(fā)區(qū)各種用地類型的比例和空間分布。

3）道路交通。道路類型包括公路、城市道路、鄉(xiāng)村道路，統(tǒng)計各類道路的總長度和占比，比較各街道的道路面積密度、路網(wǎng)密度。

4）地下空間利用。統(tǒng)計分析地下交通（軌道交通線、軌道站點、過街地道、隧道）、人防和地下車庫、地下管線（給水、排水、電力、燃氣、熱力、工業(yè)和通訊）的分布情況。

2.6 人口與產(chǎn)業(yè)布局分析

依據(jù)第6次人口普查數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析各街道、社區(qū)常住人口的數(shù)量、分布密度、年齡構(gòu)成和學歷構(gòu)成，反映出開發(fā)區(qū)人口分布集中在光谷、佛祖嶺等地區(qū)，且呈現(xiàn)出明顯的年輕化、高知化趨勢。

根據(jù)由地址匹配上圖的2.3萬家工商注冊企業(yè)和納稅額前100的重點稅源企業(yè)，分析開發(fā)區(qū)的生產(chǎn)力布局，并比較從2005年到2012年企業(yè)人均產(chǎn)值、地均產(chǎn)值的變化，反映出開發(fā)區(qū)經(jīng)濟增長以新興產(chǎn)業(yè)為主，主要由光電子信息產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、環(huán)保節(jié)能產(chǎn)業(yè)、高端裝備制造業(yè)等組成，其中占比最大的為光電子信息產(chǎn)業(yè)。

2.7 土地開發(fā)強度分析

根據(jù)地表覆蓋普查的房屋建筑區(qū)等數(shù)據(jù)，結(jié)合基本地形圖詳細的房屋建筑數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析各街區(qū)、園區(qū)的建筑高度、建筑密度、容積率和綠地率，綜合反映開發(fā)區(qū)土地開發(fā)強度和空間分布，評價其土地開發(fā)使用效率。

2.8 城市建設(shè)熱點分析

從人工堆掘地、房地產(chǎn)市場、審批管線3個方面進行開發(fā)區(qū)建設(shè)熱點的分析。

1）人工堆掘地。開發(fā)區(qū)的人工堆掘地主要指建筑工地，包括在建工地和待建工地，在整個地表覆蓋中占有相當比例。比較房屋建筑區(qū)與建筑工地兩類數(shù)據(jù)可以看出開發(fā)區(qū)的發(fā)展趨勢，前者是建設(shè)現(xiàn)狀，后者是未來3～5 a即將變成的“現(xiàn)狀”。

2）房地產(chǎn)市場。根據(jù)統(tǒng)計資料和市場調(diào)查數(shù)據(jù)，分析開發(fā)區(qū)部分樓盤均價、成交金額、樓面地價、土地單價的分布情況，反映開發(fā)區(qū)房地產(chǎn)市場的集中區(qū)域和發(fā)展趨勢。

3）審批管線。以開發(fā)區(qū)2010～2013年的審批管線數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別統(tǒng)計這4 a里每個街區(qū)單位面積內(nèi)的管線長度，得到8個街區(qū)每年新增的管線密度圖，不僅反映出2010～2013年新增審批管線的空間分布，也從某個側(cè)面反映出開發(fā)區(qū)各年度的建設(shè)重點。

2.9 熱島效應(yīng)分析

利用2013-08-16 拍攝的Landsat-8衛(wèi)星影像（共11個波段，分辨率30 m，包括一個15 m的全色波段和兩個100 m的熱紅外波段），對原始影像進行輻射定標、大氣校正等預(yù)處理，用紅波段和近紅外波段反演出植被覆蓋度，再結(jié)合10和11兩個熱紅外波段，反演出地表溫度。經(jīng)實測氣象數(shù)據(jù)校正后，得到地表溫度分級圖，并進行了地表溫度與建筑密度、植被覆蓋度的相關(guān)性分析。

從溫度反演的結(jié)果來看，關(guān)東街和佛祖嶺街以建成區(qū)為主，建筑密度與人口密度相對較高，植被覆蓋相對較少，部分地區(qū)地表溫度明顯高于周邊5～6℃，出現(xiàn)了熱島效應(yīng)。

2.10 人居環(huán)境評價

從生態(tài)環(huán)境、交通通達性、基本公共服務(wù)3個方面進行人居環(huán)境評價.

1）生態(tài)環(huán)境。綜合考慮各街區(qū)植被覆蓋率和到湖泊水域的接近程度，評價生態(tài)環(huán)境指數(shù)。

2）交通通達性。以各街區(qū)公交站點密度、公交線網(wǎng)密度和居民點到航空客運港、火車客運站以及最近公交站點的距離，來衡量交通網(wǎng)絡(luò)密度和交通網(wǎng)絡(luò)便捷度。

3）基本公共服務(wù)。以各類教育設(shè)施的合理服務(wù)半徑為緩沖區(qū)（幼兒園300 m、小學500 m、中學800～1 000 m），統(tǒng)計緩沖區(qū)范圍內(nèi)社區(qū)青少年人口的覆蓋比例，評估基本公共服務(wù)設(shè)施的布局合理性和服務(wù)水平。

在以上基礎(chǔ)上，構(gòu)建了由生態(tài)環(huán)境、交通通達性、基本公共服務(wù)3大系統(tǒng)、8個指標組成的人居環(huán)境評價指標體系，進行了分街區(qū)的綜合分析評價。

3 結(jié) 語

統(tǒng)計分析是本次地理國情普查的重點和亮點，在武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)普查試點中，開展了較為深入的統(tǒng)計分析研究，構(gòu)建了地理國情統(tǒng)計分析的技術(shù)方法與工藝流程。基本統(tǒng)計參照全國地理國情普查有關(guān)規(guī)定，對主要地表覆蓋和地理國情要素分別按行政區(qū)劃單元、社會經(jīng)濟單元及規(guī)則地理格網(wǎng)進行了統(tǒng)計。綜合統(tǒng)計和分析評價結(jié)合開發(fā)區(qū)發(fā)展熱點，綜合運用對比分析、空間分析、景觀分析、關(guān)聯(lián)分析、回歸分析、自相關(guān)分析、因子分析、時間序列分析等方法和模型，開展了10個方面的統(tǒng)計分析研究。

通過對地理國情普查成果的統(tǒng)計分析，獲取和掌握了開發(fā)區(qū)地表自然、生態(tài)環(huán)境以及人類活動等基本情況和變化規(guī)律，對于制定和實施開發(fā)區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、優(yōu)化國土空間開發(fā)格局和各類資源配置、推進生態(tài)環(huán)境保護、立足底線思維、加快資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)、做好防災(zāi)減災(zāi)工作和應(yīng)急保障服務(wù)等具有重要意義[2,7]。

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