全 文 ：基于 QuickBird和 GIS的沈阳市城市
潜在人口空间分布特征*
李俊英1,2 摇 胡远满1 摇 陈摇 玮1**摇 刘摇 淼1 摇 胡建波1 摇 钟巧琳2 摇 卢摇 宁2
( 1中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室, 沈阳 110164; 2沈阳农业大学, 沈阳 110866)
摘摇 要摇 人口是城市发展中最活跃的因素,了解城市人口分布特征对制定城市政策及城市各
项设施规划布局具有重要意义.本文基于 QuickBird卫星影像提取城市居住建筑信息,结合社
会经济统计数据对沈阳市三环以内人口空间分布的特征进行分析.结果表明: 2010 年沈阳市
三环以内各居住用地建筑类型的人口密度依次为:高层片块>混合片块>混合花园>老式多层
>高层花园>多层片块>多层花园>别墅片块>矮房及棚户>别墅花园;三环内居住建筑空置率
高达 30%以上,房地产市场存在严重过剩;沈河区的潜在人口密度在城市 5 区中最大,铁西区
和大东区较小.基于人口重心分析测算的城市人口重心及各行政区人口重心为城市商业设施
选址及基础设施规划提供了重要的参考信息.
关键词摇 人口空间分布摇 人口密度摇 人口重心摇 QuickBird摇 GIS摇 沈阳市
文章编号摇 1001-9332(2012)06-1649-06摇 中图分类号摇 K915摇 文献标识码摇 A
Spatial distribution characteristics of urban potential population in Shenyang City based on
QuickBird image and GIS. LI Jun鄄ying1,2, HU Yuan鄄man1, CHEN Wei1, LIU Miao1, HU Jian鄄
bo1, ZHONG Qiao鄄lin2, LU Ning2 ( 1 State Key Laboratory of Forest and Soil Ecology, Institute of
Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110164, China; 2Shenyang Agricultural
University, Shenyang 110866, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(6): 1649-1654.
Abstract: Population is the most active factor affecting city development. To understand the distri鄄
bution characteristics of urban population is of significance for making city policy decisions and for
optimizing the layout of various urban infrastructures. In this paper, the information of the residen鄄
tial buildings in Shenyang urban area was extracted from the QuickBird remote sensing images, and
the spatial distribution characteristics of the population within the Third鄄Ring Road of the City were
analyzed, according to the social and economic statistics data. In 2010, the population density in
different types of residential buildings within the Third鄄Ring Road of the City decreased in the order
of high鄄storey block, mixed block, mixed garden, old multi鄄storey building, high鄄storey garden,
multi鄄storey block, multi鄄storey garden, villa block, shanty, and villa garden. The vacancy rate of
the buildings within the Third鄄Ring Road was more than 30% , meaning that the real estate market
was seriously overstocked. Among the five Districts of Shenyang City, Shenhe District had the high鄄
est potential population density, while Tiexi District and Dadong District had a lower one. The
gravity center of the City and its five Districts was also analyzed, which could provide basic informa鄄
tion for locating commercial facilities and planning city infrastructure.
Key words: spatial distribution of population; population density; gravity center of population;
QuickBird; GIS; Shenyang City.
*中 国 科 学 院 沈 阳 应 用 生 态 研 究 所 知 识 创 新 工 程 项 目
(06LYQY1001)、国家自然科学基金项目(41171155)和沈阳农业大
学国家自然科学基金启动项目(20112014)资助.
**通讯作者. E鄄mail: chenwei@ iae. ac. cn
2011鄄12鄄23 收稿,2012鄄03鄄21 接受.
摇 摇 人口是城市发展中最活跃的因素,城市发展总 是伴随着人口分布的变动.一方面,人口分布的变动
反映了城市内部空间结构的变化[1-4],另一方面,人
口的变动也影响着城市内部经济、社会、产业等各要
素结构和布局的变化[5-7] .城市政策制定、基础设施
规划、商业设施选址、绿地系统规划均与城市人口分
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 6 月摇 第 23 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2012,23(6): 1649-1654
布密切相关[8-10] .
中国快速城市化背景下,利用中国人口普查数
据分析城市人口空间分布特征具有明显的“时滞
性冶缺陷[11-13] .另外,城市人口普查数据通常是基于
行政区进行调查的结果,往往将人口平均分配到某
一行政单元上,包括工业用地、商业用地、道路用地
和绿地等土地利用类型,造成人口分布数据在空间
上的不准确性[14] .探索更准确的城市人口数据调查
方法,成为城市规划界亟待解决的问题之一.
遥感技术的迅速发展特别是高分辨率遥感影像
如 QuickBird、Ikonos 等卫星影像的出现,使利用卫
星影像进行高精度的景观研究成为可能[15-17],进而
为获得更精确的城市人口空间分布数据提供可
能[18] . QuickBird在空间的最高分辨率可达 0郾 61 m,
能精确地勾绘出建筑物的轮廓[19] . QuickBird 成像
与太阳同步,各阴影长度与相应建筑物高度的相关
性能够保持一致[20],可准确地量取建筑阴影长度.
结合阴影长度量算法计算的建筑高度以及城市人均
住宅建筑面积指标即可确定每一居住用地上分布的
潜在人口数量.本文基于 Quickbird卫星影像提取沈
阳市居住建筑信息,结合社会经济统计数据对城市
人口空间分布特征进行分析,以期为指导政策制定、
基础设施规划、商业设施选址、绿地系统规划布局提
供参考.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
沈阳市地处长白山余脉与辽河冲积平原的过渡
地带(41毅11忆—42毅17忆 N,122毅21忆—123毅48忆 E),是辽
宁省省会,东北地区的经济、文化、交通和商贸中心,
全国的工业重镇和历史文化名城. 本研究区范围在
沈阳市三环以内,包括沈阳市和平区、沈河区、皇姑
区、铁西区、大东区 5 个城市行政区及东陵区、于洪
区 2 个郊区部分区域,总面积 454郾 85 km2(图 1).截
至 2009 年末,沈阳市全市常住人口 786 万,全市户
籍人口 716郾 5 万,其中,市区人口 512郾 2 万,县(市)
人口 204郾 3 万;农业人口 252郾 1 万,非农业人口
464郾 1 万[21] .
1郾 2摇 数据来源及预处理
本研究采用的数据主要包括 2002 年沈阳市三
环以内 1 颐 1 万地形数据(沈阳市勘察测绘研究
院)、2006 和 2010 年沈阳市三环以内 QuickBird 卫
星影像 (分辨率 0郾 61 m)、沈阳市行政区划图、
1996—2010年沈阳市总体规划图和2009年沈阳市
图 1摇 研究区位置示意图
Fig. 1摇 Sketch map of the location of the study area郾
人口统计数据(沈阳市统计局).
基于 1 颐 1 万地形数据对 QuickBird卫星影像进
行配准校正,结合沈阳市总体规划图对 2010 年
QuickBird卫星影像进行目视解译,进行研究区土地
利用 /覆被类型划分,获得研究区居住用地分布图.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 居住用地建筑类型划分摇 城市居住用地容积
率与建筑采光、通风、消防以及每一地块的居住建筑
类型等密切相关.在市场经济的大背景下,多元化的
住宅开发模式和商品化经营方式使当前的城市居住
区空间布局呈现出一个新的特点,即居住空间的分
异[22] .为简化计算,对多样化的居住用地进行细分,
根据建筑高度(别墅、多层、高层、混合)、景观设计
(追求美化环境为主的花园式和追求日照间距为主
的片块式)和年龄(20 世纪 90 年代前为老式、20 世
纪 90 年代后为新式)分为 9 类:混合花园居住、别墅
花园居住和多层花园居住、高层花园居住、混合新式
居住、多层新式居住、别墅新式居住、高层新式居住、
多层老式居住、矮房和棚户居住. 其中,类别名称中
的“新式冶只是新式片块式的简称,不包括花园式;
花园式基本上为 20 世纪 90 年代后新建,之前的老
式住宅基本为多层片块式[23] .
1郾 3郾 2 潜在人口数量测算 摇 基于阴影长度量算法,
并结合城市规划相关规范,分别确定每一类居住建
筑类型的用地建筑容积率.矮房及棚户、多层老居住
用地和其他类型的人均居住建筑面积分别为 15、25
和 30 m2 [21],以此确定不同居住建筑类型的人口密
度.基于 GIS的空间分析功能,分别统计沈阳市三环
内各类居住用地面积,并基于容积率和人均居住建
筑面积计算每一地块分布的人口数量.
1郾 3郾 3 潜在人口分区分布特征分析摇 将沈阳市行政
区划图与基于阴影长度量算法测算的城市人口密度
0561 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
分布图进行空间叠加,分析沈阳市城市人口的分区
分布特征.
1郾 3郾 4 潜在人口重心计算摇 人口重心可提供某地区
人口分布的简明、概括而又准确的印象,并可表明地
区人口分布的总趋势或中心区位[5,24-25] . 根据现状
居住用地的空间分布及人口密度可以预测潜在的城
市人口重心.人口重心的计算完全仿照重力的分解
与合成法则进行,其算式如下:
軃x = 移xiw i
移w i
, 軃y = 移yiw i
移w i
式中:xi和 yi为第 i 个地块几何中心的坐标值;w i为
第 i 个地块的权重值,本文中的 w i为第 i 个居住用
地的人口数.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 各类居住用地的建筑类型、容积率和人口密度
2010 年,沈阳市三环内居住用地 2558 块,居住
用地面积 107郾 02 km2, 占三环内总用地面积
(454郾 85 km2)的 23郾 5% ,说明沈阳市三环内居住用
地比重较大. 研究区居住用地建筑类型可划分为 9
类(图 2),其中,一环以内以片块式居住建筑类型为
主,一环与二环之间兼有片块式和花园式两大类,二
环与三环之间多为花园式居住建筑. 9 种居住用地
建筑类型中,多层老式居住用地类型面积共 37郾 8
km2,占居住用地总面积的 35郾 4% ,说明多层老式居
住类型仍是城市居住用地建筑的主要类型;矮房及
棚户总面积 22郾 55 km2,占居住用地总面积的
21郾 1% ,说明三环以内矮房及棚户居住类型仍占较
大比重,居住条件的改善空间较大;新式居住用地
中,片块式居住用地面积 19郾 34 km2,占居住用地总
面积的 19郾 3% ,花园式面积 27郾 29 km2,占居住用地
总面积的 25郾 5% ,说明 20 世纪 90 年代以后新建的
居住建筑更注重环境的绿化美化,花园式居住建筑
面积多于片块式. 研究区各类用地的容积率在
0郾 40 ~ 4郾 20,其中,高层片块的容积率(4郾 20)最高,
然后依次为混合片块>混合花园>高层花园>多层片
块>多层老式居住>多层花园>别墅片块>别墅花园>
矮房及棚户;不同居住用地建筑类型的人口密度表
现出较大差异, 其中, 高层片块的人口密度
(0郾 14 人·m-2)最高,然后依次为混合片块>混合
花园>多层老式居住>高层花园>多层片块 >多层花
园>别墅片块>矮房及棚户>别墅花园(表 1).
2郾 2摇 潜在人口数量预测
2010 年,沈阳市三环以内潜在人口容量 716郾 97
万(表 2),与人口统计数据结果(512郾 2 万)相差约
200 万,说明沈阳市三环以内住宅平均入住率不足
70% ,空置率超过 30% .在国际上,对于商品房空置
率问题有一个通行标准,即商品房空置率在 5% ~
10%为合理,在 10% ~ 20%为空置危险,20%以上
为商品房严重积压[26] .目前沈阳市三环以内居住建
筑存在的高空置率,说明沈阳市房地产市场存在严
重过剩.
2郾 3摇 潜在人口的分布
由表 3 和图 3 可以看出,在沈阳市的 5 个城市
行政区中,沈河区的潜在人口密度最大,达 44916
人·km-2,城市基础设施建设压力较大;其次为和平
区和皇姑区,其潜在人口密度分别为 32289 和
31241人·km-2 ;潜在人口密度较小的是大东区和
图 2摇 居住用地建筑类型的分布
Fig. 2摇 Location of all types of residential buildings郾
玉:花园式 Garden style:玉1:混合花园 Mixed garden; 玉2:多层花园 Multi鄄storey garden; 玉3:高层花园 High鄄storey garden; 玉4:别墅花园 Villa
garden; 域:矮房及棚户 Shanty; 芋:片块式 Regular style: 芋1:混合片块 Mixed block; 芋2:多层片块 Multi鄄storey block; 芋2:别墅片块 Villa
block; 芋4:高层片块 High鄄storey building; 郁:多层老居住 Old multi鄄storey building郾 下同 The same below郾
15616 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李俊英等: 基于 QuickBird和 GIS的沈阳市城市潜在人口空间分布特征摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 居住用地建筑类型、容积率和人口密度
Table 1摇 Residential building types, plot ratio and popula鄄
tion density of residential plot
居住用地
建筑类型
Type of
residential
building
容积率
Plot ratio
人均面积
Area per
person
(m2)
人口密度
Population
density
(person·m-2)
玉1 2郾 7 30 0郾 09
玉2 1郾 7 30 0郾 06
玉3 2郾 4 30 0郾 08
玉4 0郾 8 30 0郾 30
域 0郾 4 15 0郾 03
芋1 3郾 5 30 0郾 12
芋2 2郾 3 30 0郾 08
芋3 4郾 2 30 0郾 14
芋4 1郾 1 30 0郾 04
郁 2郾 2 25 0郾 09
玉1: 混合花园 Mixed garden;玉2:别墅花园 Villa garden;玉3:多层花园
Multi鄄storey garden;玉4:高层花园 High鄄storey garden;域:矮房及棚户
Shanty; 芋1:混合片块 Mixed block; 芋2:多层片块 Multi鄄storey block;
芋2:别墅片块 Villa block; 芋4:高层片块 High鄄storey building; 郁:多层
老居住 Old multi鄄storey building郾 下同 The same below郾
表 2摇 主要居住用地类型面积及人口密度
Table 2摇 Main residential plot types and population density
居住用地
建筑类型
Residential
building
type
面积
Area
(km2)
占总面积
比例
Area
percentage
of total area
(% )
人口
Population
(伊104)
占总人口
比例
Population
percentage
of total
population
(% )
人口密度
Population
density
(person·
m-2)
玉 27郾 29 25郾 5 171郾 51 23郾 9 0郾 66
域 22郾 55 21郾 1 60郾 45 8郾 4 0郾 03
芋 19郾 34 18郾 1 151郾 96 21郾 2 0郾 08
郁 37郾 85 35郾 4 333郾 05 46郾 5 0郾 09
合计 Total 107郾 02 100郾 0 716郾 97 100郾 0 0郾 07
玉:花园式 Garden style; 域:矮房及棚户 Shanty; 芋:片块式 Regular
style; 郁:多层老居住 Old multi鄄storey building郾 下同 The same below郾
表 3摇 居住用地面积及潜在人口分布
Table 3摇 Residential plot area and potential population dis鄄
tribution
行政区
District
居住用地
面积
Residential
plot area
(km2)
总用地
面积
Total area
(km2)
占总用地
面积的比例
Area
percentage
of total
area
潜在人口
容量
Potential
population
人口密度
Population
density
(person·
km-2)
皇姑区
Huanggu
10郾 30 31郾 41 32郾 8 981387 31241
和平区
Heping
6郾 81 20郾 42 33郾 4 659407 32289
铁西区
Tiexi
14郾 26 39郾 27 36郾 3 1159730 29533
沈河区
Shenhe
8郾 35 17郾 81 46郾 9 799973 44916
大东区
Dadong
12郾 95 37郾 19 34郾 8 1068165 28721
于洪区
Yuhong
24郾 13 112郾 12 21郾 5 1486962 13262
东陵区
Dongling
30郾 11 185郾 73 16郾 2 1547977 8335
铁西区,分别为 29533 和 28721 人·km-2 .在 2 个郊
区中,于洪区的人口密度稍大于东陵区,主要是因为
东陵区承担着沈阳市重要的生态保护功能,城市规
划中限制对该区土地的过度开发,而于洪区紧邻铁
西区,在东北老工业基地振兴中受到铁西区经济发
展的拉动,房地产业得到迅速发展.
2郾 4摇 潜在人口重心的分布
沈阳市三环以内的人口重心位于沈阳市八一公
园西 270 m、市府广场西南 1000 m处(图 4).城市人
口重心与行政中心(沈阳市市政府)所在地不完全
重合.铁西区人口重心位于市第五医院东北 300 m、
兴华公园西北 600 m 处;和平区人口重心位于省委
东 250 m、中山公园东南 700 m处;沈河区人口重心
位于风雨坛街上,南距热闹路 190 m;皇姑区人口重
心位于泰山路与长江街交汇处,即北陵公园正门西
1400 m处;大东区人口重心位于东北大马路与工农
路之间,西距北海街350 m.人口重心的确定为城市
图 3摇 研究区居住用地建筑类型及行政区分布
Fig. 3摇 Distribution of building types and districts in the study
area郾
A:东陵区 Dongling District; B:于洪区 Yuhong District; C:和平区 He鄄
ping District; D:大东区 Dadong District; E:沈河区 Shenhe District;
F:皇姑区 Huanggu District; G:铁西区 Tiexi District郾
图 4摇 人口重心位置的分布
Fig. 4摇 Location of gravity centers of population郾
2561 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
商业设施选址及基础设施规划提供了重要的参考
信息.
3摇 讨摇 摇 论
本文以沈阳市三环以内为例,利用 GIS 软件和
QuickBird卫星影像对基于城市居住建筑分布的城
市潜在人口空间分布特征进行分析,结果表明,沈阳
市潜在人口密度最大的行政区为沈河区,人口密度
达 44916 人·km-2,如此高的人口密度对城市基础
设施建设形成较大压力;沈阳市城市人口重心位于
市府广场西南 1000 m 处,与行政中心不完全重合.
基于建筑分布的人口重心测算可为城市基础设施规
划布局提供重要的决策依据. 城市居住建筑数据与
城市人口统计数据相结合,可以反映甚至预测城市
潜在人口空间分布特征和演变趋势,可为城市政策
的制定及城市各项设施的规划提供重要依据.
采用 QuickBird卫星影像数据可提高人口空间
分布特征研究的准确性. 以往对城市人口空间分布
的研究多采用人口统计数据,研究结果具有时滞性
和空间不准确性.人口统计数据一般是通过 5 年一
次的人口普查获得,统计周期长,时间跨度较大,数
据具有时滞性;人口统计数据的统计单元往往是街
道,而每个街道又往往包括若干个居住区或居住小
区,从空间上人口被平均分配至每个统计单元,造成
人口数据空间位置的不准确性. 以往的研究成果对
于实际应用———如城市绿地布局、商业设施选址、基
础设施布局等方面的决策参考具有一定影响. 本文
是基于 QuickBird卫星影像数据提取居住建筑信息,
进而测算人口数据:在空间上,人口数据可以被落实
到每一居住建筑类型的每一居住用地地块上,准确
性得到了提高,可为居住区、居住小区甚至是居住组
团级的城市绿地、市政公用设施、商业服务设施及其
他设施选址提供准确的决策参考.
还有一些影响因素可能导致研究结果存在一些
局限.本研究采用的人口统计数据为全市按行政区
统计获得,并未以城市三环为界进行区分,对本研究
结论的精确性有一定影响,但这只会降低城市居住建
筑空置率,因此对城市房地产市场存在严重过剩的结
论未产生影响.今后将进一步对城市人口统计数据进
行空间上的细化研究.不同建筑类型中城市人均居住
建筑面积 30、25和 15 m2的统计标准来源于局部采样
调查和样本总体平均,并未针对各类居住用地建筑类
型进行普遍调查,因此,该标准在部分建筑类型中不
够准确,今后应结合问卷调查进行细化.
致谢摇 感谢中国科学院沈阳应用生态研究所常禹研究员润
色英文摘要.
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作者简介 摇 李俊英,女,1973 年生,博士,讲师. 主要从事景
观生态、园林规划设计研究,发表论文 10 余篇. E鄄mail: ll_ljy
@ sina. com
责任编辑摇 杨摇 弘
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