夜光遥感与人口空间化的相关性研究初探

王冬梅 张文君

摘   要：近年来，随着城市化进程的不断加速，各大城市的人口问题不断突出，进而引发了住房紧张、交通堵塞、环境恶化等城市问题。城市人口空间化的研究成为城市发展战略研究中不可或缺的一部分。以成都市为研究对象，研究夜光遥感与人口空间化的相关性，得出以下结论：2012—2015年年末，成都市常住总人口及户籍总人口数的变化趋势与2012—2015年成都市12月夜间灯光亮度变化趋势不符，因此，NPP-VIIRS遥感影像并不能用于人口的定量研究，只适用于城市发展及人口布局等定性研究。

关键词：夜光遥感;城市化;人口空间化

夜间灯光能在一定程度上反映人类的活动轨迹以及城市扩张的方向，并且夜间灯光数据由于具有客观性、容易获取、应用范围广等特点而备受关注，许多科学家在自然和社会科学等各个方面利用DMSP-OLS夜光遥感数据进行了大量研究，如社会经济参数提取、人口估算、电力消耗、城市化检测、建成区提取等。本课题基于现有的研究成果，研究夜光遥感与人口空间特征的相关性。

近年来，随着城市化进程的不断加快，城市问题越发突出，引发了广大学者对城市人口空间性的研究：杨晓荣等[1]以多源数据为基础数据，在县级尺度上采用了空间回归模型构建福建省2015年福建省500 m人口空间分布数据，在乡镇尺度上对其空间化结果进行精度验证并与WorldPop、中国公里网格人口分布数据集比较。李爽等[2]以人口基数大及人口增长迅速的河南省为研究对象，以2010年的土地利用数据、DMSP-OLS稳定夜间灯光数据、人口普查数据等为数据源，结合逐步回归分析理论，建立人口空间化模型，并在县级、乡镇级下对人口空间化结果进行精度评价，生成1 km×1 km人口密度格网图。闫庆武等[3]以江苏省人口数据空间化为例，在采用核密度估计法得到江苏省镇（乡、街道）居民点密度后，运用基于居民点密度的人口密度空间化计算公式获得江苏省1 000 m×1 000 m的人口密度格网图。王春菊等[4]以2000年第5次全国人口普查数据为基础，分析福建省各市县平均人口密度、海拔高度、土地利用、河网密度、道路网密度以及与海岸线的距离和居民点密度之间的相关性廖顺宝等[5]以西藏自治区为例，根据市县人口密度与土地利用指数及数字高程的相关关系建立了人口数据空间化模型，并计算出西藏自治区1 km×1 km分辨率的栅格人口数据。

1    研究数据及方法

本研究区域为成都市市域，包括9区4市6县和在管理及统计均为单列的成都高新技术产业开发区，总面积为12 121 km2。即锦江区、青羊区、金牛区、武侯区、成华区、龙泉驿区、青白江区、新都区、温江区、金堂县、双流县、郫县、大邑县、蒲江县、新津县、都江堰市、彭州市、邛崃市、崇州市和成都高新区。

1.1  研究数据

因NPP-VIIRS遥感数据是从2012年4月份开始的，因此本文研究年份是从2012年开始。另外，因成都市在2016年以前的城市市域面积都是1 2121 km2，在把简阳划入成都市后，成都的总面积变为14 335 km2。为保证数据的一致性，本课题选择的研究年份为2012—2015年。因城市年鉴是每年12月份统计，为了减少不必要的误差，本课题下载的NPP-VIIRS遥感数据亦是每年的12月份数据。

1.1.1  NPP-VIIRS夜间灯光数据

夜间灯光数据数据源包括DMSP_OLS遥感数据和NPP-VIIRS遥感数据以及我国现有的“珞珈一号”遥感数据。研究的是成都市近年的城市人口空间发展特征，“珞珈一号”2018年才发射成功，因此不适用于本研究，而DMSP_OLS数据只拥有1997—2013年的数据，并且该数据还具有亮度值饱和现象，空间分辨率高达1 000 m，因此，本研究选择了时效性和空间分辨率都更高且灰度级更多的NPP-VIIRS遥感数据，该数据的空间分辨率为500 m，且无亮度饱和现象。

通过网站（http：//www.ngdc.noaa.gov/eog/VIIRS/download_DNB_composites.html）下载所需年份的12月的Tile3_75N060E的NPP-VIIRS数据，它是一个平均辐射合成图像，是利用可见光红外成像辐射计（Visible Infrared Imaging Radiometer，VIIRS）记录日间/夜间波段（DNB）的夜间数据。

最后下载的所需文件名称是：SVDNB_npp_20151201-20151231_75N060E_vcmcfg_v10_c201701271136.avg_rade9h。

1.1.2  统计数据

城市年鉴统计数据都是统计前一年的数据，因此，本研究选取的数据为2013—2016年的成都市城市统计年鉴数据。

1.2  研究方法

1.2.1  研究方法

本课题的研究方法主要包括了对比分析法及统计分析法。

统计分析法主要是利用成都市2013—2016年的统计年鉴，从中查找出2012—2015年人口普查的常住人口数据，再对比分析历年人口的增长率。

对比分析法是把城市的2012—2015年的城市统计人口增长趋势与灯光亮度值增长趋势进行对比，进而利用夜间灯光数据研究城市人口空间特征的可行性。

1.2.2  技术路线

本研究将NPP-VIIRS夜间灯光数据与城市人口空间分布的相关性分为3步：

（1）通过查阅成都市統计年鉴，汇总出2012—2015年成都市常住人口数、城镇化率等数据。

（2）下载夜光遥感数据，经遥感图像处理（Environment for Visualizing Images，ENVI）平台及Arcmap软件处理，最后统计每个模块的总体像元总的亮度值。

（3）分析夜间灯光数据的历年变化趋势，总结人口变化趋势，将两者的结论进行分析对比，得出其中的异同。分析利用夜间灯光数据对城市人口空间特征进行研究的可行性。

2    成都市人口空间特征

2.1  成都市人口统计数据变化趋势

根据成都市城市统计年鉴，成都市2012～2015年常住人口及户籍人口的变化趋势如表1所示。

2.2  成都市城市灯光亮度变化趋势

2.2.1  成都市夜间灯光数据提取

把下载好的2012—2015年12月的NPP-VIIRS数据按要求进行预处理，预处理主要包括地理校准、研究区裁剪、ENVI拉伸、ArcMap统计等。2012—2015年的夜间灯光遥感图具体如图1所示。

灯光亮度的变化趋势如图2所示。

3    结果对比分析

3.1  成都市人口与灯光變化规律

本课题研究了成都市2012—2015年的人口及灯光变化趋势，得出2013，2014，2015年基于前一年的增长率、人口及灯光亮度增长率，具体情况如图3所示。

由图3可知，夜间灯光亮度变化趋势与成都市历年的人口增长趋势存在较大差异，因此，夜光遥感影像并不适用于研究人口的定量研究。

3.2  结语

本课题研究了夜光遥感与城市人口空间化的相关性，并以成都市为例，从成都市的2013—2016年的城市年鉴中总结了成都市2012—2015年的年末常住人口及户籍人口总数，并且研究了2012—2015年12月成都市的夜间灯光数据，分析人口与灯光的变化趋势，得出以下结论：成都市的2012—2015年年末常住总人口及户籍总人口数的变化趋势与2012—2015年成都市12月夜间灯光亮度变化趋势不符，因此，NPP-VIIRS遥感影像并不能用于人口的定量研究，只适用于城市发展及人口布局等定性研究。

夜光遥感不能用于人口定量研究，除了其本身的数据缺失、影像不清等因素外，还可能存在许多城市灯光的影响因素：景观照明与功能照明的差异性、灯光的照度与亮度差异性、建筑物及植物的覆盖、水面的反射等。甚至城市年鉴中统计人口的误差性及年末人口的迁移率都可能会导致人口变化趋势与灯光变化趋势不符。基于以上的影响因素及数据研究结果，得出NPP-VIIRS遥感影像并不能用于人口定量研究的结论。

[参考文献]

[1]杨晓荣，陈  楠.基于多源数据的福建省人口数据空间化研究[J].贵州大学学报：自然科学版，2019，36（2）：79-84，95.

[2]李  爽，赵翠薇.基于土地利用和DMSP/OLS夜间灯光数据的河南省人口空间化研究[J].湖南师范大学自然科学学报，2019，42（2）：9-15.

[3]闫庆武，卞正富，张 萍，等.基于居民点密度的人口密度空间化[J].地理与地理信息科学，2011，27（5）：95-98.

[4]王春菊，汤小华.基于GIS的福建省人口统计数据空间化[J].地理与地理信息科学，2004（4）：71-74.

[5]廖顺宝，李泽辉.基于人口分布与土地利用关系的人口数据空间化研究—以西藏自治区为例[J].自然资源学报，2003（6）：659-665.