Картографическая оценка численности населения Республики Мордовия средствами геоинформационных систем

Анализ демографической ситуации в пределах того или иного региона и выявление особенностей пространственного распределения демографических показателей широко распространены в разного рода исследованиях. Нередко они ограничиваются выявлением чисто статистических аспектов и оценками демографической ситуации и отдельных демографических показателей различных территорий [2; 6; 8; 9]. Гораздо больший интерес представляют работы, в которых указанные демографические показатели и их комплексы моделируются [22; 23], в т. ч. и с использованием ГИС и геоинформационных технологий

[1; 4; 7; 12–14; 16; 19–21; 24] и визуализированы картографически с выполнением последующего анализа [1; 3-5; 10–13; 16; 19–21]. Применительно к анализируемой территории Республики Мордовия – это отдельные демографические показатели и процессы [1; 5; 12; 16; 19], пространственно-временных особенности сельского расселения [4], специфика и динамика расселения народов региона [13; 20; 21].

Наиболее приемлемый в настоящее время способ картографирования – геоинформационное картографирование на основе информации, хранящейся в базах данных цифровых слоев геоинформационных проектов [15] географических информационных (геоинформационных) систем (ГИС). Одной из таких является свободная – с открытым объектным кодом – ГИС QGIS [24]. Она имеет в своем составе обширный инструментарий для разных видов визуализации разнообразной статистической информации, представленной в атрибутивных таблицах цифровых слоев геоинформационных проектов [15] и пространственных базах данных. Прежде всего, это позволяет наиболее наглядно графически визуализировать подобную информацию традиционными для представления пространственных (географических) данных картографическими методами, принятыми в тематической картографии [3; 10; 15; 17; 18].

Одним из таких методов является представление геоданных часто используемым способом картографического изображения (отображения) [3; 10; 17; 18] – способом количественного фона. Это один из способов представления пространственного распределения числовых количественных и качественных данных, основанный на использовании различных цветов или типов штриховок. Он очень наглядно позволяет визуализировать особенности пространственного распространения показателей концентрации, плотности или интенсивности картографируемого явления на карте.

Для практической реализации этого способа средствами QGIS, можно воспользоваться одним из свойств площадного (полигонального) векторного слоя. В данном случае он представляет муниципальные образования территории Республики Мордовия в границах городского округа Саранск, а также городских и сельских поселений муниципальных районов региона. Атрибутивная таблица этого слоя включает информацию о численности населения для каждого из объектов. В таблице 1 на примере информации по внутригородским районам Саранска и городским населенным пунктам территории городского округа Саранск, а также поселениям Ардатовского муниципального района Мордовии (табл. 1) представлен фрагмент исходных данных [8].

Для картографической визуализации данных необходимо задать в свойствах слоя муниципальных образований стиль отображения в виде «Символизация по диапазонам значений», далее задать нужное значение диапазонов, выбрать градиент и выполнить классификацию (см. рис. 1).

Таблица 1

Фрагмент исходных данных численности населения в разрезе поселений Мордовия

Оценка численности постоянного населения на 1 января 2023 г. с учетом итогов ВПН-2020	все население (человек)	в том числе:
		городское	сельское
Республика Мордовия	771373	490388	280985
Городской округ Саранск	340591	330878	9713
г Саранск	312252	312252	-
в том числе внутригородские районы:
Ленинский район	102099	102099	-
Октябрьский район	120121	120121	-
Пролетарский район	90032	90032	-
пгт Луховка	8812	8812	-
пгт Николаевка	3610	3610	-
пгт Ялга	6204	6204	-
Ардатовский муниципальный район	23935	13006	10929
Городское поселение Ардатов	8698	8698	-
г Ардатов	8698	8698	-
Тургеневское городское поселение	4308	4308	-
пгт Тургенево	4308	4308	-
Ардатовское сельское поселение	558	-	558
Баевское сельское поселение	1522	-	1522
Каласевское сельское поселение	837	-	837
Кечушевское сельское поселение	594	-	594
Куракинское сельское поселение	433	-	433
Кученяевское сельское поселение	833	-	833
Луньгинско-Майданское сельское поселение	236	-	236

Рис. 1. Выбор свойств слоя для отображения способом количественного фона.

Результаты данной классификации будут представлены в виде соответствующей карты (рис. 2).

10714 - 43685 ■ 43685 - 346158

Рис. 2. Численность населения Республики Мордовия (способ количественного фона).

Численность населения анализируемой территории также можно наглядно представить на карте способом плотности точек [3; 10; 17; 18]. Для построения подобных карт по численным показателям объектов векторных слоев в QGIS есть специальный модуль Dot Density (см. рис. 3).

Рис. 3. Настройка параметров обработки в модуле Dot Density.

Полученные карты плотности точек дают возможность оперативной оценки плотности распределения объектов или их отдельных характеристик в пределах исследуемой территории. В нашем случае – это количество населения в муниципальных образованиях

Республики Мордовия (см. рис. 4).

Рис. 4. Численность населения Республики Мордовия (способ плотности точек).

Использование данного способа имеет важные особенности. Так, муниципальные образования различные по площади, но с примерно одинаковым количеством населения, были бы отнесены к одному классу и имели бы одинаковый цвет на карте, полученной с использованием способа количественного фона (см. рис. 2). Карта же, построенная способом плотности точек, может показать, что меньшие по размеру муниципальные районы имеет более высокую плотность, поскольку содержит такое же количество точек, но в пределах меньшей площади (см. рис. 4). Таким образом, карта плотности точек способна показать различия между такими территориями.

Одним из важных инструментов визуального пространственного анализа является тепловая карта (heatmap, или растр плотности), представляющая собой растровую поверхностью, полученную методом оценки плотности ядер. Любая тепловая карта является картой интенсивности, отображающей пространственные особенности распределение точек по той или иной территории. В QGIS подобные карты можно получить на основании карт численности населения, построенных ранее с использованием способа плотности точек (см. рис. 4).

Аналитический инструментарий QGIS содержит инструмент, позволяющий на основе точечного слоя получать растровые слои тепловых карт, используя различные статистические модели.

Q Тепловая карта (оценка плотности ядер)

Параметры | Журнал

Тепловая карта (оценка плотности ядер)

Создает растр плотности (тепловую карту) по входному точечному векторному слою, используя метод оценки плотности ядер (Kernel density estimation). Тепловые карты позволяют легко определять "горячие точки" и кластеризацию точек.

Плотность вычисляется на

] | Отмена

[выполнит ь Закрыть | Справка

Точечный слой popjll (1 dot = 10) []                                         - ф ^ Q

П Только выделенные объекты

Радиально

100.000000                                                           С <неизвестно>

Output raster size

Строк               1                 |t | Колонки             1                 |t |

Размер пикселя поХ 1 0,100000 С Размер пикселя по Y 0,100000         Ф

▼ Дополнительные параметры

Поле радиуса [необязательно]

|                                                    0%

Дополнительно ▼ Запустить в пакетном режиме...

Рис. 5. Настройка параметров для создания тепловой карты численности населения.

Ниже представлены тепловые карты, полученные на основе таких статистических моделей, как метод равных интервалов (см. рис. 6, а) и метод квантилей (см. рис. 6, б).

В QGIS есть возможность анализировать пространственно распределенные статистические данные на основе построения специальных карт анаморфоз, которые могут быть получены с использованием модуля cartogram3.

Анаморфозы – это картографические изображения, созданные путем преобразования другого картографического изображения (например, карты количественного фона), в нашем случае – на основании разницы в показателях численности населения между отдельными муниципальными образованиями.

Все полученные картографические модели наглядно и достаточно синхронно отражают максимальную степень концентрации населения прежде всего в пределах территории городского округа Саранск (с численность населения более 340 тыс. чел. – 340,6 тыс. чел. (см. табл. 1) [8]) (см. рис. 2, 4, 6, 8). Другие значительные по числу жителей районы сосредоточения высокой плотности населения (от 9 тыс. до 42 тыс. чел. [8]) также отмечаются в городских поселениях, таких как. Рузаевка (42,4 тыс. чел.) и Ковылкино (19,5 тыс. чел.), Зубово-Полянское (11,95 тыс. чел.), Комсомольское (11,5 тыс. чел.), Чамзинка (9,9 тыс. чел.), Торбеевское (9,3 тыс. чел.) [8]. Муниципальные образования с низкой численностью населения (до 1 тыс. чел) распределены по всей территории республики. но наибольшая их концентрация отмечается в Зубово-Полянском, Теньгушевском, Ельниковском, Кочкуровском, Дубенском муниципальных районах [8]. Разброс численности жителей изменяется от 997 чел. (Шишкеевское сельское поселение Рузаевского муниципального района) до 129 чел. (Новомамангинское сельское поселение Ковылкинского муниципального района).

а

б

Рис. 6. Численность населения Республики Мордовия (способ тепловой карты: а – метод равных интервалов; б –метод квантилей).

Q cartogram3

Рис. 8. Настройка параметров модуля cartogram3.

Рис. 8. Численность населения Республики Мордовия (способ анаморфозы).

Наибольшее количество таких поселений (12) – в Ковылкинском и Зубово-Полянском муниципальных районах (общее число поселений 19 и 18 соответственно), наименьшее (2) – в Инсарском (из общего числа четырех) и нет ни одного – в Атяшевском муниципальном районе (численность каждого из 6 сельских поселений превышает 1 тыс. чел).

Таким образом, в работе приведены картографические материалы, созданные на основе различных методов визуализации данных о численности населения муниципальных образований Республики Мордовия с использованием аналитических инструментов геоинформационной системы QGIS. Кроме сведений о методике использования аналитического инструментария данной геоинформационной системы, кратко представлены анализ и оценка выявленных особенностей пространственного распределения численности населения муниципальных образований региона.