基于夜间灯光和地理国情数据模拟高精度人口分布

针对传统人口分布模拟存在空间分辨率低、忽略载体多维属性等问题,现有人口统计数据无法从空间精度上满足分析、管理和科研的实际需求,提出了一种融合夜间灯光遥感影像和地理国情数据的人口分布模拟方法.将夜间灯光遥感影像、建筑物和人口统计数据无缝融合,获取精细尺度人口分布信息,实现行政单元人口向房屋建筑物图斑单元的空间转换和精细模拟.以河北衡水市为试验区,基于县级人口空间分配,用乡镇人口验证,得出拟合优度为0.95,乡镇尺度人口平均相对误差为18.81％,73％的乡镇人口相对误差绝对值小于25％.模拟结果接近房屋建筑图斑尺度人口实际分布状况,呈现以地区中心城镇为中心阶梯状递减分布.研究结果可以应用于资源配置优化、人口流动监测和灾害应急决策等领域.     

城市局域动态人口估算方法与模拟应用

获取城市局部区域内的实时人口是应急决策等诸多城市管理应用需要解决的问题。但时空的不确定性导致了估算操作的困难:空间范围不确定,即给定的城市区域是可变的;时间不确定,即估计的时间事先不可知。根据城市居民的总体出行规律,居民日常活动基本以城市建筑为中心,或者认为居民因受建筑物所承载功能的吸引而出行。鉴此,给定区域内的静态人口可使用区域内的居住型建筑,以及人均住房建筑面积等统计数据来估算,而动态人口的估算则需要确定每类建筑物在不同时刻所吸引的居民人数。为此,引入建筑物修正系数和建筑物吸引率两个指数。修正系数是其他类型建筑物的容纳能力与作为基准的居住型建筑物的容纳能力之比。通过修正系数可获得每类建筑物的额定容纳人数。吸引率是不同时刻每类建筑物的实际容纳人数与其额定容纳人数的比值。根据居民出行的一般时间分布,将一天按照休息日和节假日分别都划分成七个时段,建筑物类型参照调查城市交通出行率时的分类划分。利用居民出行和交通出行率调查资料等数据,估算每类建筑物的修正系数和吸引率,计算区域内的实时人口数,模拟了一起突发化学品泄漏事故,将所提方法应用到模拟场景的动态人口估计中,并对方法应用中的问题进行了讨论。     

基于手机定位数据的城市人口分布近实时预测

精细时空尺度下城市人口分布的近实时预测可为优化公共资源配置、协助城市交通诱导、制定公共安全应急预案、探索城市居民活动规律等提供重要科学依据。本文采用城市手机定位数据,基于时间序列分析方法,分别建立参数预测模型和非参数预测模型,对精细尺度下的城市人口空间分布开展近实时预测。预测结果表明,基于时间序列分析方法的预测模型可为精细尺度下的城市人口分布近实时预测提供方法支持;在本文实验条件下,从人口规模、时空分布、多时间尺度、特殊事件等多个角度评估模型精度,非参数预测模型其预测误差均小于参数预测模型,且预测结果更为稳定。     

引入城市公共设施要素的人口数据空间化方法研究

精细尺度的人口分布是当前人口地理学研究的热点和难点,其在灾害评估、资源配置、智慧城市建设等方面应用广泛。城区是人口分布集中的区域,揭示该区域人口分布差异是精细尺度人口空间化研究的核心内容。本研究基于城市公共设施要素点位数据,对居住建筑斑块进行分类,以社区作为人口数据空间化转换尺度,构建各类别斑块面积与人口数量的多元回归模型,生成了宣州城区居住建筑尺度的人口空间数据,揭示了研究区人口空间分布差异。结果表明：① 该方法生成的人口空间数据精度较高,结果可信。779个居住建筑斑块中,估算人数在合理区内的斑块个数占比为35.4%,相对误差在-20%~20%范围内的斑块个数比例之和为61.2%;城东社区、思佳社区作为精度验证单元,其人数估算的相对误差绝对值低于9%;② 城市公共设施要素数据,尤其是中小学及幼儿园、菜市场及水果店,是建筑物尺度上人口分布的指示性因素,其对多层居住建筑人数的估算精度较高,但对中高层居住建筑人数的估算精度偏低。     

上海市精细时空尺度人口分布估计与特征分析

城市人口实时分布与动态变化特征是城市规划与综合治理的重要依据。受数据获取手段的局限性,准确地获取城市人口的实时分布状况一直是技术瓶颈,而移动通讯技术的迅速普及为这一问题的解决提供了技术途径。本文基于移动通讯信令的连续轨迹数据,实现了城市精细尺度人口分布时空估算的方法流程,并以上海市为研究区,对城市人口分布特征及时空移动过程进行了量化分析。研究表明：① 在数据方面,基于移动通讯信令数据估算城市人口分布的方式样本覆盖广、时空精度高、时效性较强且支持时空尺度灵活多变的应用研究需求,能够定量地描述城市人口分布时空动态特征且能推算城市真实人口规模;② 在人口分布时空特征方面,上海市在全市尺度上,各时段人口空间分布较为稳定且差异较小,而在中心城区日间人口较夜间人口呈现更为显著的空间集聚特征;③ 在人口移动时空特征方面,城市功能承载区与其它区域之间人口移动很少,早晚高峰期各城市功能承载区之间人口移动均体现为中心城区与其它新城之间的移动,且2个方向移动人数较为平衡;各城市功能承载区内均有超过半数的人口全天仅在其所在城区内部活动。本文的研究成果可为上海城市规划、应急管理、交通出行等提供更精准的科学依据。     

基于位置大数据的国庆假期青藏高原人群分布时空变化模式挖掘

人类活动是引起青藏高原生态环境发生改变的重要因素。很多学者对青藏高原史前人类活动和近几十年的人口分布格局与人口流动开展了大量研究,但有关人群时空分布的精细尺度研究相对缺乏。海量的位置大数据为认识高原人群短期的动态变化提供了新途径。本文利用手机定位数据、人口迁徙数据等高时空分辨率的位置大数据,通过时间序列分解方法和基于统计检验的异常判别方法,分析了2017年国庆期间青海与西藏的人群分布时空变化特征,并探讨了假期旅游行为及人口迁徙与变化特征之间的关系。研究结果显示：① 在省级和城市整体尺度上,定位请求量的假期变化在时间上呈现先降后升的“潮汐”变化模式;② 在精细网格尺度上,西宁和拉萨城市及周边地区的人群分布变化在空间上呈现中心跌、周边涨的“离心化”变化模式。国庆假期人们向城市周边热门景点移动聚集的旅游行为和城市之间的人口迁徙都是导致西宁和拉萨周边地区定位请求量上涨的重要潜在原因,而两座高原城市中心定位请求的下跌不仅与人口迁徙有关,还与假期人类日常行为及定位请求频次的变化等因素有关。通过位置大数据挖掘节庆假期人群分布的时空变化,不仅加深了对高原人口分布格局与流动变化的认识,也为高原城镇化与生态保护的精细化管理与决策提供支撑。     

沈阳市城市功能区分布与人口活动研究

从精细尺度上研究城市功能区分布与人口活动规律对于政府和相关部门合理调节城市内部资源配置、安排城市设施布局具有重要意义。以沈阳市中心城区为例,根据核密度估计原理,基于兴趣点（POI）数据探索沈阳市中心功能区分布情况,通过解读多时相百度热力图数据,探索工作日和周末城区人口时空分布规律,即从城市人口活动和城市功能设施分布2个角度解读沈阳市中心城区空间结构与组织形式。借助SPSS 20.0分析人口热度和设施分布的相关性关系,建立多元线性回归模型。主要结论如下：① 沈阳市城市活力区呈现多中心分布模式,大多位于商业中心、金融中心或者城市功能复合中心。② 工作日人口高热区空间分布较周末更为分散,面积较大,早晚波动较大。周末人口高热区主要集中在商业中心和城市复合功能区且白天存在较大波动。③ 功能区分布与人口热度显著相关,其中生活服务设施、金融设施、交通设施、住宿设施和景点设施是工作日人口热度的主要影响因子;教育设施、餐饮设施、交通设施、金融设施和公共服务设施是周末人口热度的主要影响因子。     

融合多源空间数据的城镇人口分布估算

精细尺度的城镇人口空间分布是分析人类-资源-环境相互关系的重要指标。本文提出了一种融合地理空间大数据和高分辨率遥感数据估计精细尺度城镇人口分布的方法。通过对比各指标与人口相关性,选取R2>0.7的建筑面积、到道路距离、夜间灯光强度、商服中心、EAHSI指数、幼儿园、公园、小学、加油站、医院、公交车站、长途汽车站作为影响人口分布的变量因子。结合城市功能区数据确定人口分布区域,利用随机森林模型对宁波市2018年人口数据进行了500 m格网空间化,从而得出宁波市城镇人口空间分布图。最后,基于随机森林模型的变量因子重要性分析宁波市人口空间分布的影响因素。研究结果表明,本文所提出的城镇人口分布模型在街道尺度的估算精度为81.2%,平均相对误差MRE为0.29、RMSE为3279.89;网格级别的MRE为17.16,RMSE为1149.9,因此模型能精确地反演城镇内部街道人口分布信息。通过对变量因子重要性进行比较,发现建筑面积重要性约为0.22,对宁波市人口估算影响最大;到道路的距离、夜间灯光强度、商服中心、EAHSI（Elevation-Adjusted Human Settlement Index）、幼儿园、公园对宁波市人口估算具有重要作用。本文在格网级别进行的人口分布精度验证对于研究城市精细人口分布具有重大意义。     

基于夜间灯光与土地利用数据的山东省乡镇级人口数据空间化

格网化人口数据能够刻画实际人口空间分布状况,是实现人口数据更好地与自然、社会、经济等要素融合分析的有效途径。本文面向精细尺度格网人口数据的需求,以中国东部人口稠密的山东省为例,基于乡镇级人口统计数据,研究了结合夜间灯光和土地利用数据的空间化方法。其中以EVI修正DMSP/OLS夜间灯光数据来增加城镇用地内部人口分布的差异性,以城乡二级分区方法避免夜间灯光数据在农村低辐射亮度区模拟人口的缺点,提高了建模精度。利用其余地区的人口统计值检验建模精度,结果有78%的行政单元的相对误差绝对值小于20%。最终在2000年首次公布的乡镇级人口统计数据的基础上,生成了山东省100 m格网人口分布数据SDpop2000。通过与精度较高的全球WorldPop人口数据产品对比可见,SDpop2000和WorldPop在10 km网格尺度上的相关性系数高达0.93;SDpop2000在鲁中部、泰安西南部、济宁南部、临沂南部、枣庄北部和鲁北沿海等地的人口分布明显比WorldPop更准确;且SDpop2000较好地刻画了山东省在鲁西、鲁北平原区的人口较鲁中南山地丘陵区、鲁北沿海和山东半岛丘陵区的人口更为稠密的人口分布趋势。本文构建的基于DMSP/OLS与土地利用的乡镇级人口数据空间化方法明显提高了空间化精度,适用于乡镇尺度的人口精细模拟。     

北京城市人口空间分布特征的GIS分析

城市人口空间分布特征分析是城市化影响下的局地尺度人类-环境(Human-Environment)相互作用研究的一个重要内容.本研究以第五次人口普查数据,采用GIS网格计算方法,模拟北京市2000年人口空间分布,并从宏观、微观、中观3个不同层次分析其空间分布与变异特征.研究表明,从宏观角度分析,各环路间人口密度具有较大的...     

POI辅助下的高分辨率遥感影像城市建筑物功能分类研究

城市建筑物是城市的重要组成部分,对城市建筑物进行功能分类可以为城市功能区划分提供有利依据,辅助政府部门对城市规划、土地利用、资源、人口等方面的分布与分配进行管理与决策,有助于推进城镇化建设的可持续发展。仅利用目前的遥感分类技术难以对高分辨率遥感影像的城市建筑物信息进行功能分类,然而将遥感、互联网兴趣点（Point of Interest, POI）数据以及GIS技术有效地结合在一起,可以更为细致地分析城市信息,不仅实现了建筑物功能分类,而且提高了分类的准确率与可信度。本文首先选取卷积神经网络（Convolutional Neural Networks, CNN）方法对高分辨率遥感影像数据进行建筑物提取;然后,对POI数据的城市商服、公建和住宅用地进行核密度分析;最后分别统计每个建筑物3种用地的核密度平均值,并将该值设置为此建筑物的属性值,并结合POI数据的实际情况选择具有最佳功能分类精度的属性值作为阈值提取3种用地信息,从而完成不同功能的城市建筑物分类。精度评价结果表明,该方法对3种用地的提取效果良好,分类精度达到86%以上。     

基于POI数据的城市建筑功能分类方法研究

对建筑物进行建模与分析是智慧城市建设的重要任务之一。将城市中数量庞大的建筑物按功能分类,辅助认知城市内部空间结构,对政府部门开展人口估计,土地管理,城市规划等工作具有重要意义。本文以蕴含丰富语义信息的兴趣点（POI, Point of Interest ）作为主要信息源,针对POI分布稀疏导致大量建筑物无法识别出功能的问题,改进了传统的城市功能区定量识别方法。该方法为建筑物内部及周边一定区域范围内的POI赋予反距离权重,通过计算不同类型POI的加权频数密度比例来识别建筑物功能类型。文中以北京市西四环中路附近5000多栋建筑物为例进行实验验证,实现了将目标区域内的建筑物按功能类型划分为居住、商业、公服和3种混合类型,识别率达93.04%,与人工判别的结果对比得出总体分类精度达91.18%。该方法采用易于获取的互联网POI数据,可以实现大范围建筑物功能类型的快速自动化识别,丰富了城市建筑模型语义属性,扩展了POI数据的应用范围。     

基于局地气候分区的济南市热环境空间分异及其 影响因素

城市地表覆被及空间结构不同,导致热岛效应不同,城市热环境存在空间差异。局地气候分区（LCZ）在城市热岛研究方面得到了广泛应用。合理划分LCZ、科学制定LCZ分类标准,是基于LCZ研究城市热岛的关键技术问题。本文基于济南市城市路网、DEM和建筑大数据划分LCZ,利用Landsat 8遥感影像反演地表温度,采用克里金法进行气温空间插值,以地表温度和气温综合表达城市热环境。在此基础上,采用方差分析方法研究了城市热环境的空间分异特征和LCZ类内热环境差异,采用相关分析方法研究了城市热环境的影响因素。结果表明：① 济南市地表温度和4:00、8:00、14:00的气温空间分布格局差异明显,存在较高温度异常值的LCZ数量分别占全市LCZ总数的0.25%、1.60%、4.05%和3.96%。建筑密集区域地表温度较高,同时包含分散的较高气温区,呈现热岛效应;② 不同类型LCZ的地表温度和不同时刻气温平均值存在明显差异。高层低密度、高层中密度、中层低密度等类型存在较高气温异常值的数量分别占较高异常值总数的47.37%和33.33%、9.65%,类内热岛效应明显;③ LCZ类型不同,类内热岛效应存在差异。低层低密度、中层低密度、高层低密度和高层中密度等类型所处位置高程不同,其方差分析的P值均小于0.05,热岛效应存在显著差异;④ LCZ所处位置高程不同,建筑空间分布指标对城市热环境的影响各异。总体而言,地表温度与建筑平均高度呈负相关,且达到了0.05以上的显著性水平,而气温与之呈正相关,且达到了0.001的显著性水平;城市热环境与建筑基底面积及建筑体积的平均值和标准差、建筑密度、容积率等指标的正相关性达到了0.001的显著性水平,这些指标对城市热环境的正向影响作用明显。     

Population expansion in China’s metropolises and its scale-control

Metropolises are centers of politics, economy, culture and information, and also economic growth poles in comparatively large areas. After 1949, China’s urban structure have changed greatly, from original "pyramid" shape into "upside-down pyramid" shape, that is, more megalopolises and metropolises, fewer medium-sized and small cities. The most distinguishing feature of urban population growth was the remarkable increase of population in megalopolises and metropolises. The key reason for urban population expansion is to want to obtain the benefits of scale-agglomeration economy of metropolises. The number of urban functions directly determines the quality and quantity of urban population. Metropolises appeal not only agricultural population but also the population of medium-sized and small cities, which put much more population pressure on metropolises. The ideal goals of scale-control of metropolitan population are discussed in terms of economy, society and ecollogy. In order to control the metropolitan population expansion, the following measures should be taken: developing medium-sized and small cities, and satillite cities establishing rationally regional urban system, reasonably distributing industrial enterprises, and greatly developing township enterprises.     

POPULATION EXPANSION IN CHINA''''S METROPOLISES AND ITS SCALE-CONTROL

Metropolises are centers of politics, economy, culture and information, and also economic growth poles in comparatively large areas. After 1949, China's urban structure have changed greatly, from original "pyramid" shape into "upside -down pyramid" shape, that is, more megalopolises and metropolises, fewer medium-sized and small cities. The most distinguishing feature of urban population growth was the remarkable increase of population in megalopolises and metropolises. The key reason for urban population expansion is to want to obtain the benefits of scale -agglomeration economy of metropolises. The number of urban functions directly determines the quality and quantity of urban population. Metropolises appeal not only agricultural population but also the population of medium-sized and small cities, which put much more population pressure on metropolises. The ideal goals of scale-control of metropolitan population are discussed in terms of economy, society and ecollogy. In order to control the metropoli     

武汉居民建筑物碳排放反演计算和时空分析

居民建筑物（民用住宅建筑物）碳排放对节能减排策略制定及城市可持续发展具有重要影响。针对目前城市碳排放计算方法尺度较大且缺乏居民建筑物碳排放一致性计算的问题,本文提出一种多源数据融合的城市居民建筑物碳排放定量计算方法。该方法首先采用自上而下的策略,结合夜间灯光图像,将武汉市居民碳排放总量分配到每个地块;然后采用自下而上的策略,构建由地块规划因子、社会经济因子以及单体居民建筑物形态因子组成的居民建筑物碳排放反演模型。论文使用该方法计算了武汉市所有单体居民建筑物的电能消耗碳排放量,研究结果表明：① 居民建筑物碳排放量在空间分布上呈现由中心城区向郊区不断递减的模式,和人口分布有着密切的关系;② 居民建筑物碳排放量分布具有异质性,呈现出长尾分布的特性,其中89%的居民建筑物的碳排放量低于平均值1.28 t,而11%的居民建筑物的碳排放量高于平均值;③ 同一地块上的居民建筑物碳排放量差异相对较小,地块之内平均标准差为7.66 t,而不同地块上的居民建筑物碳排放量差异相对较大,地块之间平均标准差达到51.30 t;④ 居民建筑物的碳排放量更容易受到规划因子中的容积率影响,社会经济因子中的人口密度影响,以及居民建筑物形态类型的影响。论文研究方法及相关研究成果可以为城市居住区可持续规划等问题提供决策支持。     

城市建筑迎风面积密度矢量/栅格计算模型对比研究

城市建筑迎风面积密度（Frontal Area Density,FAD）作为重要的城市形态学参数之一,对其定量分析与制图,对城市微气候研究有着重要意义。为了找出高效可靠的方法分析城市建筑FAD的分布情况,本文以福建省晋江市为例,选取了矢量计算模型和栅格计算模型对FAD进行模拟,从计算效率、不同尺度和不同土地利用类型上,对结果进行对比分析。研究表明:计算效率上,矢量模型比栅格模型高。在城市尺度上,栅格模型与矢量模型模拟结果与宏观建筑分布特征一致,二者皆适用;在街区尺度上,栅格模型模拟结果比矢量模型更符合建筑分布规律。栅格模型的计算结果较矢量模型稳定,受分辨率影响小。在不同土地利用类型上,对于建筑分布稀疏区域2种模型皆适用;而对于建筑密集区,如商业区、城市住宅区等,栅格模型计算结果更优。