夜光遙感與人口空間化的相關(guān)性研究初探

王冬梅 張文君

摘? ?要：近年來，隨著城市化進程的不斷加速，各大城市的人口問題不斷突出，進而引發(fā)了住房緊張、交通堵塞、環(huán)境惡化等城市問題。城市人口空間化的研究成為城市發(fā)展戰(zhàn)略研究中不可或缺的一部分。以成都市為研究對象，研究夜光遙感與人口空間化的相關(guān)性，得出以下結(jié)論：2012—2015年年末，成都市常住總?cè)丝诩皯艏側(cè)丝跀?shù)的變化趨勢與2012—2015年成都市12月夜間燈光亮度變化趨勢不符，因此，NPP-VIIRS遙感影像并不能用于人口的定量研究，只適用于城市發(fā)展及人口布局等定性研究。

關(guān)鍵詞：夜光遙感;城市化;人口空間化

夜間燈光能在一定程度上反映人類的活動軌跡以及城市擴張的方向，并且夜間燈光數(shù)據(jù)由于具有客觀性、容易獲取、應(yīng)用范圍廣等特點而備受關(guān)注，許多科學(xué)家在自然和社會科學(xué)等各個方面利用DMSP-OLS夜光遙感數(shù)據(jù)進行了大量研究，如社會經(jīng)濟參數(shù)提取、人口估算、電力消耗、城市化檢測、建成區(qū)提取等。本課題基于現(xiàn)有的研究成果，研究夜光遙感與人口空間特征的相關(guān)性。

近年來，隨著城市化進程的不斷加快，城市問題越發(fā)突出，引發(fā)了廣大學(xué)者對城市人口空間性的研究：楊曉榮等[1]以多源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在縣級尺度上采用了空間回歸模型構(gòu)建福建省2015年福建省500 m人口空間分布數(shù)據(jù)，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上對其空間化結(jié)果進行精度驗證并與WorldPop、中國公里網(wǎng)格人口分布數(shù)據(jù)集比較。李爽等[2]以人口基數(shù)大及人口增長迅速的河南省為研究對象，以2010年的土地利用數(shù)據(jù)、DMSP-OLS穩(wěn)定夜間燈光數(shù)據(jù)、人口普查數(shù)據(jù)等為數(shù)據(jù)源，結(jié)合逐步回歸分析理論，建立人口空間化模型，并在縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級下對人口空間化結(jié)果進行精度評價，生成1 km×1 km人口密度格網(wǎng)圖。閆慶武等[3]以江蘇省人口數(shù)據(jù)空間化為例，在采用核密度估計法得到江蘇省鎮(zhèn)（鄉(xiāng)、街道）居民點密度后，運用基于居民點密度的人口密度空間化計算公式獲得江蘇省1 000 m×1 000 m的人口密度格網(wǎng)圖。王春菊等[4]以2000年第5次全國人口普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析福建省各市縣平均人口密度、海拔高度、土地利用、河網(wǎng)密度、道路網(wǎng)密度以及與海岸線的距離和居民點密度之間的相關(guān)性廖順寶等[5]以西藏自治區(qū)為例，根據(jù)市縣人口密度與土地利用指數(shù)及數(shù)字高程的相關(guān)關(guān)系建立了人口數(shù)據(jù)空間化模型，并計算出西藏自治區(qū)1 km×1 km分辨率的柵格人口數(shù)據(jù)。

1? ? 研究數(shù)據(jù)及方法

本研究區(qū)域為成都市市域，包括9區(qū)4市6縣和在管理及統(tǒng)計均為單列的成都高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，總面積為12 121 km2。即錦江區(qū)、青羊區(qū)、金牛區(qū)、武侯區(qū)、成華區(qū)、龍泉驛區(qū)、青白江區(qū)、新都區(qū)、溫江區(qū)、金堂縣、雙流縣、郫縣、大邑縣、蒲江縣、新津縣、都江堰市、彭州市、邛崍市、崇州市和成都高新區(qū)。

1.1? 研究數(shù)據(jù)

因NPP-VIIRS遙感數(shù)據(jù)是從2012年4月份開始的，因此本文研究年份是從2012年開始。另外，因成都市在2016年以前的城市市域面積都是1 2121 km2，在把簡陽劃入成都市后，成都的總面積變?yōu)?4 335 km2。為保證數(shù)據(jù)的一致性，本課題選擇的研究年份為2012—2015年。因城市年鑒是每年12月份統(tǒng)計，為了減少不必要的誤差，本課題下載的NPP-VIIRS遙感數(shù)據(jù)亦是每年的12月份數(shù)據(jù)。

1.1.1? NPP-VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)

夜間燈光數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源包括DMSP_OLS遙感數(shù)據(jù)和NPP-VIIRS遙感數(shù)據(jù)以及我國現(xiàn)有的“珞珈一號”遙感數(shù)據(jù)。研究的是成都市近年的城市人口空間發(fā)展特征，“珞珈一號”2018年才發(fā)射成功，因此不適用于本研究，而DMSP_OLS數(shù)據(jù)只擁有1997—2013年的數(shù)據(jù)，并且該數(shù)據(jù)還具有亮度值飽和現(xiàn)象，空間分辨率高達1 000 m，因此，本研究選擇了時效性和空間分辨率都更高且灰度級更多的NPP-VIIRS遙感數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的空間分辨率為500 m，且無亮度飽和現(xiàn)象。

通過網(wǎng)站（http：//www.ngdc.noaa.gov/eog/VIIRS/download_DNB_composites.html）下載所需年份的12月的Tile3_75N060E的NPP-VIIRS數(shù)據(jù)，它是一個平均輻射合成圖像，是利用可見光紅外成像輻射計（Visible Infrared Imaging Radiometer，VIIRS）記錄日間/夜間波段（DNB）的夜間數(shù)據(jù)。

最后下載的所需文件名稱是：SVDNB_npp_20151201-20151231_75N060E_vcmcfg_v10_c201701271136.avg_rade9h。

1.1.2? 統(tǒng)計數(shù)據(jù)

城市年鑒統(tǒng)計數(shù)據(jù)都是統(tǒng)計前一年的數(shù)據(jù)，因此，本研究選取的數(shù)據(jù)為2013—2016年的成都市城市統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)。

1.2? 研究方法

1.2.1? 研究方法

本課題的研究方法主要包括了對比分析法及統(tǒng)計分析法。

統(tǒng)計分析法主要是利用成都市2013—2016年的統(tǒng)計年鑒，從中查找出2012—2015年人口普查的常住人口數(shù)據(jù)，再對比分析歷年人口的增長率。

對比分析法是把城市的2012—2015年的城市統(tǒng)計人口增長趨勢與燈光亮度值增長趨勢進行對比，進而利用夜間燈光數(shù)據(jù)研究城市人口空間特征的可行性。

1.2.2? 技術(shù)路線

本研究將NPP-VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)與城市人口空間分布的相關(guān)性分為3步：

（1）通過查閱成都市統(tǒng)計年鑒，匯總出2012—2015年成都市常住人口數(shù)、城鎮(zhèn)化率等數(shù)據(jù)。

（2）下載夜光遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)遙感圖像處理（Environment for Visualizing Images，ENVI）平臺及Arcmap軟件處理，最后統(tǒng)計每個模塊的總體像元總的亮度值。

（3）分析夜間燈光數(shù)據(jù)的歷年變化趨勢，總結(jié)人口變化趨勢，將兩者的結(jié)論進行分析對比，得出其中的異同。分析利用夜間燈光數(shù)據(jù)對城市人口空間特征進行研究的可行性。

2? ? 成都市人口空間特征

2.1? 成都市人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)變化趨勢

根據(jù)成都市城市統(tǒng)計年鑒，成都市2012～2015年常住人口及戶籍人口的變化趨勢如表1所示。

2.2? 成都市城市燈光亮度變化趨勢

2.2.1? 成都市夜間燈光數(shù)據(jù)提取

把下載好的2012—2015年12月的NPP-VIIRS數(shù)據(jù)按要求進行預(yù)處理，預(yù)處理主要包括地理校準(zhǔn)、研究區(qū)裁剪、ENVI拉伸、ArcMap統(tǒng)計等。2012—2015年的夜間燈光遙感圖具體如圖1所示。

燈光亮度的變化趨勢如圖2所示。

3? ? 結(jié)果對比分析

3.1? 成都市人口與燈光變化規(guī)律

本課題研究了成都市2012—2015年的人口及燈光變化趨勢，得出2013，2014，2015年基于前一年的增長率、人口及燈光亮度增長率，具體情況如圖3所示。

由圖3可知，夜間燈光亮度變化趨勢與成都市歷年的人口增長趨勢存在較大差異，因此，夜光遙感影像并不適用于研究人口的定量研究。

3.2? 結(jié)語

本課題研究了夜光遙感與城市人口空間化的相關(guān)性，并以成都市為例，從成都市的2013—2016年的城市年鑒中總結(jié)了成都市2012—2015年的年末常住人口及戶籍人口總數(shù)，并且研究了2012—2015年12月成都市的夜間燈光數(shù)據(jù)，分析人口與燈光的變化趨勢，得出以下結(jié)論：成都市的2012—2015年年末常住總?cè)丝诩皯艏側(cè)丝跀?shù)的變化趨勢與2012—2015年成都市12月夜間燈光亮度變化趨勢不符，因此，NPP-VIIRS遙感影像并不能用于人口的定量研究，只適用于城市發(fā)展及人口布局等定性研究。

夜光遙感不能用于人口定量研究，除了其本身的數(shù)據(jù)缺失、影像不清等因素外，還可能存在許多城市燈光的影響因素：景觀照明與功能照明的差異性、燈光的照度與亮度差異性、建筑物及植物的覆蓋、水面的反射等。甚至城市年鑒中統(tǒng)計人口的誤差性及年末人口的遷移率都可能會導(dǎo)致人口變化趨勢與燈光變化趨勢不符?；谝陨系挠绊懸蛩丶皵?shù)據(jù)研究結(jié)果，得出NPP-VIIRS遙感影像并不能用于人口定量研究的結(jié)論。

[參考文獻]

[1]楊曉榮，陳? 楠.基于多源數(shù)據(jù)的福建省人口數(shù)據(jù)空間化研究[J].貴州大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2019，36（2）：79-84，95.

[2]李? 爽，趙翠薇.基于土地利用和DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)的河南省人口空間化研究[J].湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2019，42（2）：9-15.

[3]閆慶武，卞正富，張 萍，等.基于居民點密度的人口密度空間化[J].地理與地理信息科學(xué)，2011，27（5）：95-98.

[4]王春菊，湯小華.基于GIS的福建省人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化[J].地理與地理信息科學(xué)，2004（4）：71-74.

[5]廖順寶，李澤輝.基于人口分布與土地利用關(guān)系的人口數(shù)據(jù)空間化研究—以西藏自治區(qū)為例[J].自然資源學(xué)報，2003（6）：659-665.