夜光遙感與人口空間化的相關性研究初探

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，進而引發了住房緊張、交通堵塞、環境惡化等城市問題。城市人口空間化的研究成為城市發展戰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性，得出以下結論：2012—2015年年末，成都市常住總人口及戶籍總人口數的變化趨勢與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，只適用于城市發展及人口布局等定性研究。

關鍵詞：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，并且夜間燈光數據由于具有客觀性、容易獲取、應用范圍廣等特點而備受關注，許多科學家在自然和社會科學等各個方面利用DMSP-OLS夜光遙感數據進行了大量研究，如社會經濟參數提取、人口估算、電力消耗、城市化檢測、建成區提取等。本課題基于現有的研究成果，研究夜光遙感與人口空間特征的相關性。

近年來，隨著城市化進程的不斷加快，城市問題越發突出，引發了廣大學者對城市人口空間性的研究：楊曉榮等[1]以多源數據為基礎數據，在縣級尺度上采用了空間回歸模型構建福建省2015年福建省500 m人口空間分布數據，在鄉鎮尺度上對其空間化結果進行精度驗證并與WorldPop、中國公里網格人口分布數據集比較。李爽等[2]以人口基數大及人口增長迅速的河南省為研究對象，以2010年的土地利用數據、DMSP-OLS穩定夜間燈光數據、人口普查數據等為數據源，結合逐步回歸分析理論，建立人口空間化模型，并在縣級、鄉鎮級下對人口空間化結果進行精度評價，生成1 km×1 km人口密度格網圖。閆慶武等[3]以江蘇省人口數據空間化為例，在采用核密度估計法得到江蘇省鎮（鄉、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的人口密度格網圖。王春菊等[4]以2000年第5次全國人口普查數據為基礎，分析福建省各市縣平均人口密度、海拔高度、土地利用、河網密度、道路網密度以及與海岸線的距離和居民點密度之間的相關性廖順寶等[5]以西藏自治區為例，根據市縣人口密度與土地利用指數及數字高程的相關關系建立了人口數據空間化模型，并計算出西藏自治區1 km×1 km分辨率的柵格人口數據。

1? ? 研究數據及方法

本研究區域為成都市市域，包括9區4市6縣和在管理及統計均為單列的成都高新技術產業開發區，總面積為12 121 km2。即錦江區、青羊區、金牛區、武侯區、成華區、龍泉驛區、青白江區、新都區、溫江區、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。

1.1? 研究數據

因NPP-VIIRS遙感數據是從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，成都的總面積變為14 335 km2。為保證數據的一致性，本課題選擇的研究年份為2012—2015年。因城市年鑒是每年12月份統計，為了減少不必要的誤差，本課題下載的NPP-VIIRS遙感數據亦是每年的12月份數據。

1.1.1? NPP-VIIRS夜間燈光數據

夜間燈光數據數據源包括DMSP_OLS遙感數據和NPP-VIIRS遙感數據以及我國現有的“珞珈一號”遙感數據。研究的是成都市近年的城市人口空間發展特征，“珞珈一號”2018年才發射成功，因此不適用于本研究，而DMSP_OLS數據只擁有1997—2013年的數據，并且該數據還具有亮度值飽和現象，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遙感數據，該數據的空間分辨率為500 m，且無亮度飽和現象。

通過網站（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數據，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）的夜間數據。

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? 統計數據

城市年鑒統計數據都是統計前一年的數據，因此，本研究選取的數據為2013—2016年的成都市城市統計年鑒數據。

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計分析法。

統計分析法主要是利用成都市2013—2016年的統計年鑒，從中查找出2012—2015年人口普查的常住人口數據，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據研究城市人口空間特征的可行性。

1.2.2? 技術路線

本研究將NPP-VIIRS夜間燈光數據與城市人口空間分布的相關性分為3步：

（1）通過查閱成都市統計年鑒，匯總出2012—2015年成都市常住人口數、城鎮化率等數據。

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

（3）分析夜間燈光數據的歷年變化趨勢，總結人口變化趨勢，將兩者的結論進行分析對比，得出其中的異同。分析利用夜間燈光數據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? 成都市人口統計數據變化趨勢

根據成都市城市統計年鑒，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? 成都市夜間燈光數據提取

把下載好的2012—2015年12月的NPP-VIIRS數據按要求進行預處理，預處理主要包括地理校準、研究區裁剪、ENVI拉伸、ArcMap統計等。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? ? 結果對比分析

3.1? 成都市人口與燈光變化規律

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? 結語

本課題研究了夜光遙感與城市人口空間化的相關性，并以成都市為例，從成都市的2013—2016年的城市年鑒中總結了成都市2012—2015年的年末常住人口及戶籍人口總數，并且研究了2012—2015年12月成都市的夜間燈光數據，分析人口與燈光的變化趨勢，得出以下結論：成都市的2012—2015年年末常住總人口及戶籍總人口數的變化趨勢與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，除了其本身的數據缺失、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。甚至城市年鑒中統計人口的誤差性及年末人口的遷移率都可能會導致人口變化趨勢與燈光變化趨勢不符。基于以上的影響因素及數據研究結果，得出NPP-VIIRS遙感影像并不能用于人口定量研究的結論。

[參考文獻]

[1]楊曉榮，陳? 楠.基于多源數據的福建省人口數據空間化研究[J].貴州大學學報：自然科學版，2019，36（2）：79-84，95.

[2]李? 爽，趙翠薇.基于土地利用和DMSP/OLS夜間燈光數據的河南省人口空間化研究[J].湖南師范大學自然科學學報，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，2011，27（5）：95-98.

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

[5]廖順寶，李澤輝.基于人口分布與土地利用關系的人口數據空間化研究—以西藏自治區為例[J].自然資源學報，2003（6）：659-665.