夜间灯光模拟考试 基于夜间灯光数据的中国人口密度模拟

  本文关键词：基于土地利用的中国人口密度模拟，由笔耕文化传播整理发布。

第./卷第0期!地理学报 基于夜间灯光数据的中国人口密度模拟 卓莉B8AA陈晋B8AA史培军B8AA辜智慧B8AA范一大08AA一之瀬俊明3 UB9A环境演变与自然灾害教育部重点实验室8A北京师范大学资源学院8A北京B11?W2@ 09A民政部国家减…

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第./卷第0期!地理学报

基于夜间灯光数据的中国人口密度模拟

卓莉B8AA陈晋B8AA史培军B8AA辜智慧B8AA范一大08AA一之瀬俊明3

UB9A环境演变与自然灾害教育部重点实验室8A北京师范大学资源学院8A北京B11?W2@

09A民政部国家减灾中心8A北京B11123@

39A日本国立环境研究所8A日本国茨城县筑波市小野川B.>08A筑波市8A〒312>1123AD

摘要!人口密度网格化比人口密度行政单元化更接近人口的实际分布#而且是实现人口数据

与其他社会经济统计数据$资源数据$环境数据复合%提高人口$资源$环境综合管理能力

的重要途径之一

感数据模拟了中国的人口密度!基于灯光强度信息模拟了灯光区内部的人口密度%基于人

口&距离衰减规律和电场叠加理论模拟了灯光区外部的人口密度%是应用P:,)^’_,夜间灯

光数据模拟人口密度研究的拓展和深入%研究结果与其他研究基本一致%但所需数据量较少%

更适合于大尺度人口密度的快速估算%为决策提供参考依据’结果表明%P:,)^’_,夜间灯

光强度数据具有实现人口以及其他社会经济数据空间网格化的巨大潜力

关键词!P:,)^’_,(人口(网格化(距离衰减(中国

BAAA前言

人口增长对社会$经济$生态和环境有着深远的影响EBT%获取不同尺度上高精度的人口空间分布信息对于正确认识人口分布规律%分析人口$资源$环境和社会经济发展的相互作用机制%提高人口$资源和环境的综合管理能力意义重大E0>=T)人口密度网格化比传统的人口密度行政单元化更接近人口的实际分布%而且方便整合数据%实现跨学科的综合研究E2T

用遥感技术估算人口在不同尺度上均有应用

基金项目!国家杰出青年科学基金项目C=1=0211?D!E!

,KF56;D8A女8A博士生8A主要从事遥感应用研究

通讯作者!史培军8A&X;I6YAQ\][I<GQ9KJ

0..>0W.页

!

针对上述不足

!

!

研究所用数据包括!E#$%&4()%非辐射定标夜间平均灯光强度遥感数据F图5G$该数据由日本国立环境研究所和东京大学在美国A@#6:#$%&4()%研究小组的协助下

M5G>统一投影格式$所有空间数据转成)NOPQRST等积方位投影

M!D>建立以县级行政边界矢

量数据为基础的空间数据库$数

据库包括以下字段!面积MWD&

总人口M=&(&D&农村人口

MX&(&D&非农人口MA&(&D&灯

光总强度M=#AD&灯光斑块面积

M)WD&可居住区面积MYWD&灯

光斑块占可居住面积的百分比

MXWD及人口配分类型MW=D$其

中

地理坐标和拓扑关系后自动生

成’人口字段值M=&(&&X&(&&

A&(&D通过行政编码的关联输入

数据库’灯光总强度M=#AD>和图5>>5HH<年中国非辐射定标夜间灯光强度图灯光斑块面积M)WD>通过县界矢Z[\8>5>>#$%&:()%>]9]>RN^[N]_Q._N‘[PRNSQ^TNaQRN\QT‘[\bST[]T5HH<

.!1地理学报!

$###研究方法

!

根据各县灯光斑块%灯光灰度值大于!的斑块&$’(##)

!

!%$

%0+#确定适应居住区与不适应居住区#根据0’’1年234/#56/0

图.##中国人口密度网格化模型

%注&图中,-7为确定各县所属人口配分类型的参数

89:;#.##/<=#>?@A#B<CDE#@>#F@G=?9H:#7@7I?CE9@H#G=HJ9EK#9H#L<9HC#9H#0’’1#MCJ=G#@H#NO23P4Q2#H@HRDCG9CHB=#BC?9MDCE=G#

H9:<E#?9:<E#9HE=HJ9EK#GCEC

!

据以往研究’()*

的区域

冰川#裸岩及水体

.,0.的区域基本属于郁闭度较高

的森林

研究中将其确定为不适应居住区$

其他

1!3/计算县适应居住区面积

1!

适应居住区图叠置分析

得各县适应居住区面积%

123/计算灯光斑块面积占县适

应居住区面积的百分比1#

#

MD

1(3

型1

内的人口1记为$&’&3大于或者等

于非农人口’(!*%将人口根据灯光强

度分配到格网时

居住在灯光斑块内#外的人口数

但这在中国目前可获取的数据条

件下比较困难

基于上述考虑

县灯光特征的不同采用不同的人

口密度模拟方法%按照#

>?@,

EDI

以及灯光强度与县非农人口的相

关系数1图(3%图中易见

8

相关系数小于灯光强度与县非农

人口的相关系数

时

系数大于灯光强度与县非农人口

的相关系数

当#

占可居住区面积之比大于或等于

9.:时

图[/-00=年中国县级行政单元人口密度网格化类型

认为灯光区人口约等于总人口$

>?@,/[//ABC/GRTC/MN/PMICH?D@/TMTJHEG?MD/ICDL?GR/MN/OB?DE/?D/-00=当9.:/;#

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/###无统计数据

选取属于类型$的所有样本!对灯光总强度

人口

&.)(&,+

&’)##############################################(+,+#*##(+,+

式中%(+,+

方法与.1(1(类似!选取属于类型$$的所有样!%$

本!对灯光总强度

&!)(+,(

#########################################(+,(#*##(+,(

类型$$灯光区第.行政单元上的非农总人口

图!##灯光强度与人口回归分析

EFG1#!##HIGJIKKFLM#0M0=NKFK#?IOPIIM#QLQR=0OFLM#0MS#=FGTO#FMOIMKFON#UJLV#5WX4YZ6X

!

灯光区外人口密度的网格化模型主要!

基于人口密度$距离衰减规律和场叠加理论%类比电场&把中国的人口分布也近似看成是一个场$人口分布场&在人口分布场中&各城市中心的人口’社会经济活动相对集中&对广大周围区域产生着影响&相当于(点电荷)&根据库仑定律&假设(城市中心)在某点产生的(作用力)大小等于%&

(作用力)之和&即!

式中!.)*表示像元)*所受到的影响力&+等于灯光斑块的个数&%-

但实际上&待分析像元往往只受到有限个与其较近的不同等级城市的影响&因此&文中将灯光斑块分成三个等级&相当于特大’大’中小三种等级的城市&在每类城市等级中&认为与待分析像元最近的灯光斑块对之作用力最强&其他影响力可以近似忽略%于是&待分析像元所受作用力按下式近似求取!,

()*%-()*.-()*.-()*

0%-

式中!()*表示待分析像元所受到的与之最近的特大城市产生的影响力&同理&()*表示待分析像元所受到的与之最近的大城市产生的影响力&()*表示待分析网格所受到的与之最

近的中小城市产生的影响力&’)*表示待分析像元到特大城市的最近距离&’)*表示待分析像

元到大城市的最近距离&’)*表示待分析像元到中小城市的最近距离%

求得待分析网网格所受作用力之后&将作用力分县归一化处理&得到各县灯光区外可居住区人口配分系数&乘以各县农村人口&即得各网格上的人口密度%具体计算步骤如下%

(’,-根据灯光像元在0领域的连通性&生成灯光斑块&并计算灯光斑块的总强度%(!)-设置费用栅格图(12345678,%若像元位于不适应居住区&费用设为’/&若网格位于可居住区&则费用设为’%

*9,

*=,&计算待分析像元到各等级灯光斑块的最近费用距离*1234&8734;>1?,%

(@,-按式(9A’/,计算待分析像元所受到的各等级城市的作用力之和(图:8,%

(B)-确定人口分配系数%县界矢量图转成栅格格式&并与影响力图叠置分析&计算各县总影响力&然后用各网格影响力与县总影响力相比&得各网格归一化影响力&即县人口配分系数2)*3!1/01/0

2)*3%-.)*3C-!.)*3)A*(’’)

式中!3代表第3县&.)*3表示第3县’)*处像元所受到的影响力

(:)-计算各网格人口密度%各县农村总人口乘以人口分配系数即得类型##灯光区外各

(/(地理学报!

图/#中国特大城市%大城市%中小城市及其产生的影响力

5678#/##96:;#<=>=<?#2=@?AB=C#DBE2#:F=#:E:@<#<67F:#GH#ED#<67F:#B=76EI?#@IC#:F=6B#@::B@J:6I7#DEBJ=像元的人口密度!

&’()!

式中!!

类型***为无灯光区

目前的技术%经济%交通条件下受城市的影响很小

&’,)!

式中!*!’!%表示第%县总人口#+,%表示行政单元%上的适应居住区面积$

将类型*%**%***区的人口叠加

格上的人口密度值&图-)$

.###结果分析

对模拟的结果按人口密度网格化类型分区进行统计&表’

另外

!

图6

89:;6

表!!

&’()*+,-’./0’01/012/,34,45.’01,-67-/108,39:1-’’0*$%;<161-

*

/,,,结论与讨论

人口密度网格化使人口分布的描述更加接近实际

0123+452夜间灯光卫星数据因其在监测人类夜间活动方面的优越性

POS地理学报!

本文用$%&’2)*&夜间灯光数据的强度信息不仅模拟了灯光斑块内部的人口空间密度#而且模拟了更为广阔的灯光区外部的人口密度#是对基于灯光数据人口密度模拟研究的进一步拓展和深入!遗憾得是#由于缺乏详细人口调查数据#该模拟结果尚未充分验证!随着详细人口数据库的逐步建立与完善#我们将进一步检验和完善模型!可以预期#随着夜间灯光卫星数据空间分辨率和辐射分辨率的提高以及详细人口数据库的建立#夜间灯光系列产品将在人口密度等社会经济数据空间化研究方面将发挥更大的作用!致谢$中国科学院地理科学与资源研究所资源环境数据中心提供了县级行政单元非农人口和总人口统计数据#对他们提供的支持和帮助表示衷心的感谢%

参考文献!

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地理G#上海U#华东师范大学出版社I#,NNOG0

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F1>4G,@C(E,/H(-(E,./!SSR./%VL!NO/!KJW!V!:/#田永中./陈述彭./岳天祥等:/基于土地利用的中国人口密度模拟:/地理学报./!SSR./%VL!NO/!KJW!V!:&

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  本文关键词：基于土地利用的中国人口密度模拟，由笔耕文化传播整理发布。