基于GIS的城市人口空间分布模型与应用——以长春市区为例

本文主要研究城市人口空间分布模型在长春市区的应用,目的在于模拟长春市区人口的空间分布情况。本文参考前人研究的基于城镇面积的城市人口密度系数模型,同时考虑交通网对城市人口分布的影响,提出适合长春市区人口空间分布的模型,生成100m(100m网格的人口数据空间分布图。为验证该模型的准确性,将建模所得数据与人口统计数据以街道为单位进行对比,发现模拟结果与调查数据基本相符。     

基于土地利用类型提高人口格网数据空间精度的方法

高空间精度的人口格网数据具有空间分辨率高、人口空间分布特征准确的特点,在受灾人群估计、城市规划建设等领域有广泛的应用。针对已有的公开人口格网数据集(如WorldPop世界人口格网数据集)存在人口空间分布特征在小尺度上刻画不准确、空间分辨率较低的问题,本文使用东营市土地利用类型数据,结合地类权重和面积权重对WorldPop数据进行空间精度优化,获得东营市东营区黄河路街道25 m人口格网数据。相较于WorldPop数据,经过本文方法处理后的数据集空间分辨率更优,在可视化对比中,能够更准确地刻画人口分布特征,并在各地类人口占比统计中人口空间分布与用地单元分布一致性更高。该方法为获取小区域高空间精度人口格网数据提供了一种新思路。     

多智能体的城市精细尺度人口估算模型

针对传统人口空间化模型普适性较差,且数据处理较依赖人工操作等缺陷,该文提出了一种基于多智能体模型从微观个体的居住选择入手,在以往学者研究的基础上同时考虑居民居住建筑的内、外部环境因素模拟人口居住空间分布。创新性地以人口智能体为中心,结合GIS利用地理国情数据、POI兴趣点数据、夜间灯光数据、遥感影像数据来模拟居住环境,将心理学和经济学观点引入到智能体对居住地选择的决策行为中,结果表明,基于建筑物内、外部环境的多智能体人口空间分布模型,可以获取高空间分辨率的人口分布情况,且更接近于实际人口分布。     

元胞自动机城市增长模型的空间尺度特征分析

基于元胞自动机模拟城市系统的复杂行为时,空间尺度是一个非常重要的概念,模型的模拟结果往往会随着输入数据的空间尺度变化而发生变化。然而,目前的元胞自动机城市增长模型大多没考虑数据的空间尺度特征,本文拟通过改变模型中输入数据的空间尺度来验证元胞自动机城市增长模型对尺度的敏感性及其空间尺度特征,并以长沙市为例进行实证研究。研究结果表明:元胞自动机城市增长模型只有在一定的尺度范围内才具有较高的模拟精度,并且模型对尺度具有一定的敏感性,因此为了使模型能够具有较高的模拟精度,并较好地反映城市形态特征,应认真选择模型中输入数据的空间尺度。     

基于GL30人口空间化尺度适宜性探究

人口统计数据的空间化能真实地反映人口空间分布情况,对研究人口分布的区域差异及其发展过程起指导作用,在此过程中,空间化格网尺度效应影响着模型的精度。为探究人口空间化的尺度适宜性问题,本文以四川省为研究区域,基于全球地表覆盖数据(Globle Land 30,GL30)及其派生的网格数据,对四川省2010年人口普查统计数据进行了人口空间化模型的尺度效应探究。通过基于人口密度、地表覆盖类型实现了研究区域的二次分区,实现了模型精度的提高。在此基础上,探究了县级尺度上在30 m、240 m、450 m、660 m、870 m、1 080 m 6个网格尺度上人口空间化的精度,得出县级尺度上在450 m网格尺度下,人口空间化精度最优。     

利用Landsat TM影像进行地表温度像元分解

提出了一种基于Landsat TM的地表温度二次像元分解方法,将地表温度的空间分辨率从120 m提高到30 m。首先,利用地表类型的线性统计模型（E-DisTrad）获取初次分解子像元的地表温度,计算得到初次分解子像元的辐亮度;然后,利用面向对象的图像分割方法获取二次分解子像元的权重,实现对地表温度的二次分解;最后,采用升尺度再分解的验证方法进行精度分析,并选取了北京市TM影像进行实例分析。实验结果表明,二次像元分解模型不仅能有效地提高地表温度的空间分辨率,反映出不同地表类型地表温度的空间差异性,而且保证了像元分解前后能量值的一致性,非常适合于复杂地表覆盖地区的热红外波段遥感影像数据的降尺度处理。     

集成地理探测器与随机森林模型的城市人口分布格网模拟

精细尺度的城市人口分布信息是城市资源配置和综合管理的重要依据。本文以广州市越秀区、荔湾区、天河区、海珠区、白云区及黄埔区作为研究区域，基于人口统计、夜间灯光、兴趣点及土地利用等多源数据，利用地理探测器识别人口分布的影响因子，运用随机森林模型开展人口分布空间格网模拟研究。研究结果表明，与传统的相关分析相比，地理探测器能够更为准确地识别人口空间分布的重要影响因子。基于随机森林模型的人口分布格网模拟结果与街道（镇）实际人口的相关系数为0.774，平均相对误差约为30%。相比基于线性回归模型的模拟结果，随机森林模型的精度有明显提高。     

基于珞珈一号夜间灯光数据的人口空间化研究

夜间灯光数据被越来越多地应用于人口空间化领域的研究中.珞珈一号夜间灯光数据是最新一代的夜间灯光数据,为探究其在人口空间化方向的应用价值和潜力,以珞珈一号夜间灯光数据和土地利用数据为源数据,在乡镇(街道)尺度上分区建立了渐进回归模型,进而得到北京市人口空间化结果,并与NPP/VIIR的结果进行对比.结果表明,珞珈一号夜间灯光数据回归结果的拟合程度和精度均优于NPP/VIIRS回归结果,且这种优势在人口密度小的区域更明显;基于珞珈一号夜间灯光数据的人口空间化结果能清晰展示城市内部人口空间分布的差异,对城市资源、环境管理具有实际意义.     

基于元胞自动机复合模型的土地利用演化模拟——以北京市海淀区为例

为了在土地利用空间格局演化模拟的基础上,为未来城市土地利用规划及管理提供更为科学合理的决策依据,本文以北京市海淀区1996年、2002年及2008年3期土地利用数据为数据源,重点采用元胞自动机复合模型CA-Markov模型与多标准评价方法相结合的手段,构建元胞转移数量规则及空间位置转化规则,并分别构造3种不同大小的元胞邻域集合,进行土地利用格局的模拟及预测。试验中2008年土地利用模拟结果与实际土地利用数据Kappa系数高达0.856 1,表明CA-Markov模型结合多标准评价方法的模拟手段可行性较高,同时元胞邻域空间大小对模拟结果的精度有明显的影响。土地利用结构数据及模拟预测结果表明城市集约化现象明显,建设用地迅速扩张,占用大量耕地、园地用地,因此迫切需要促进城市土地利用的可持续发展。     

基于劳动力市场均衡的人口多智能体模拟——快速工业化地区研究

已有的多智能体人口模型没有考虑劳动力供需关系对人口空间分布的影响,在快速工业化地区模拟中具有局限性。提出了基于劳动力市场均衡的人口空间分布模型(SPM-ELM),建立了经济发展的劳动力需求与人口劳动力供给之间的关系,利用多智能体方法对劳动力市场均衡条件下的人口区位选择行为进行了建模,实现人口规模估算与空间分布模拟。并选取东莞市作为试验区验证了SPM-ELM模型的有效性。     

地表温度日变化模型偏差系数解算的地表温度降尺度

地表温度LST（Land Surface Temperature）是全球气候变化研究的关键参数,遥感是获取全球和区域尺度地表温度的一种切实可行手段,但现有的单一传感器无法提供高时空分辨率的LST数据,限制了遥感地表温度数据的深入广泛应用。现有的降尺度方法难以生成无缝高时空分辨率的地表温度数据,且降尺度效果易受高空间分辨率LST数据缺失及有效时刻分布影响。本文提出了一种基于地表温度日变化模型DTC（Diurnal Temperature Cycle）偏差系数解算的地表温度降尺度方法,采用FY-4A、MODIS和Landsat 8的LST数据生成晴空及多云条件下逐小时100 m的无缝LST数据。方法主要包含4部分：（1）利用空值重建方法获取无缝的FY-4A的LST数据;（2）建立FY-4A LST数据的DTC模型;（3）采用时空融合模型对MODIS的LST数据进行空间降尺度;（4）解算DTC模型偏差系数,获取逐小时100 m分辨率的无缝LST数据。实验结果表明,本文提出的方法具有较高的降尺度精度,可获得晴空及多云条件下无缝高时空地表温度数据,且高空间分辨率的地表温度数据缺失和有效时刻分布对本文方法降尺度结果影响较小。     

北京地区HJ-1卫星CCD数据的气溶胶反演及在大气校正中的应用

与现有的大气卫星传感器相比,环境一号卫星(HJ-1)CCD相机具有较高的空间分辨率(30m),使得在城市地区找到光谱纯像元的机率大大增加。本文提出一种基于纯像元提取的城市地区气溶胶光学厚度(AerosolOpticalDepth,AOD)反演算法,利用像元纯净指数来提取CCD影像上的纯像元,并由HJ-1A星和B星的多时相CCD观测数据结合地表双向反射率模型确定纯像元的地表反射特性,在此基础上反演AOD。与AERONET地基测量数据的对比表明,该算法具有较高精度,相关系数为0.83,线性拟合斜率为1.091,截距为0.053。基于该方法的AOD反演结果作为输入,能较大程度提高HJ-1卫星CCD影像大气校正的精度。     

基于建筑物信息的城市街道尺度人口估算

随着城镇化进程的加快与城市人口的迅速膨胀,街道尺度的人口数据在城市经济、社会、资源与环境发展等方面都发挥着愈发重要的作用。研究如何利用高分辨率遥感影像进行城市街道尺度上的人口估算,对促进城市可持续发展具有十分重要的理论意义与实际价值。利用遥感影像建筑物信息与人口普查数据,分析街道建筑物信息与人口数量之间的关联性,提出基于建筑物信息的城市街道尺度人口估算模型,通过多元逐步回归法与赤池信息准则确定建筑物显著特征变量,建立了建筑物数量、几何特征与人口数量的估算模型。实验证明,提出的人口估算模型能够以较高的精度估算街道尺度的人口数量。     

顾及参数空间平稳性的地理加权人口空间化研究

近年来,人口空间化的方法理论愈趋成熟,但对人口空间化建模中变量参数的空间平稳性处理却鲜有人关注。以土地利用数据、夜间灯光数据和人口统计数据为数据源,提出一种基于半参数地理加权回归模型(semiparametric geographically weighted regression,S-GWR)的人口空间化方法,并利用该模型在县级尺度进行常住人口空间化建模,最后以四川省为研究区进行比较论证。在分析变量特征的同时,利用S-GWR模型处理参数变量的空间平稳性,以提高人口估计的精度,最后生成四川省2010年1 km分辨率的人口空间分布图(spatial distribution of population,SDP)。结果表明,S-GWR模型的决定系数为0.903,比传统回归模型表现更好,模型拟合的效果更优。精度验证方面,通过2个常用的人口数据集进行精度对比验证;在县一级,研究区整体SDP的平均误差和每个区县的相对误差都接近于0,比其他2个数据集有更高的精度;在乡镇一级,SDP的平均相对误差、平均绝对误差和均方根误差分别为34.54%,5 715.703人和12 085.932人,均比其他2个数据集的误差更小,离散度效果更优;从乡镇准确估计个数来看,SDP准确估计的个数最多,达185个。因此,考虑参数的空间平稳性可以提高人口空间化的精度。     

基于相似度验证的自动变化探测研究

变化检测技术越来越多地应用于城市遥感分析和应用领域,但目前城市变化检测的研究主要基于中低空间分辨率的遥感数据,使用的方法也主要是像元直接比较法或者是分类后比较法。提出一种基于变化向量分析和相似度验证相结合的变化检测方法,应用高空间分辨率影像来快速实现城市建筑物、街道等目标的自动变化检测。并详细阐述了变化目标的提取以及验证的方法和过程,其结果真实地反映了地面目标的实际变化程度和类型。     

基于GIS的区域人口密度空间分布模拟——以张家界市永定区为例

人口统计数据空间化是解决统计数据与自然要素数据融合分析的有效途径。本文以张家界市永定区为研究单元,对小尺度区域的人口密度空间分布模拟进行了初步研究。文章根据2005年《永定区统计年鉴》所统计的人口数据,分析了永定区各乡镇平均人口密度与土地利用类型指数及地形指数(平均高程和平均坡度)之间的相关性。基于相关性分析,以GIS软件与SPSS统计软件为工具,运用多元回归的思想建立了人口数据空间化模型,同时生成了永定区250m×250m空间分辨率的栅格人口密度图。结果表明,模型模拟的精度较高,模拟过程具有较强的可操作性,可为县域尺度人口空间分布的应用研究提供借鉴。同时,研究结果为永定区推进城市化进程,提高人口、资源和环境的科学管理提供了理论基础。     

高度计测距精度对沿轨迹重力异常反演的影响

应用求解沿轨迹重力异常的垂线偏差法以及求解空间分辨率的交叉谱分析法,建立了高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度以及空间分辨率的关联性模型。首先依据卫星测高原理,给出了沿轨迹重力异常的误差传播公式,然后以此为基础通过推导交叉谱分析中一致性系数与信噪比的数学表达式,建立了高度计测距精度与空间分辨率的解析关系。数值仿真结果表明:雷达高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度成正比关系,与空间分辨率成幂函数关系,即高度计测距精度提高m倍,沿轨迹重力异常反演精度提高m倍,全球海域平均空间分辨率提高m0.464 4倍。将数值仿真结果与相关文献中对实际测高数据的处理结果进行比较,验证了理论分析及模型的正确性。     

结构函数法反演气溶胶光学厚度中像元的间隔设置

结构函数法气溶胶光学厚度反演精度受像元间隔设置影响很大,且并非所有像元都能获得较好的反演结果,因而研究像元间隔的设置能够提高反演精度,研究反演误差小的像元能够提高算法效率。为了获得最佳的像元间隔设置,本文以胶州湾地区为例,利用250 m和500 m两种分辨率数据计算了不同像元间隔时的结构函数值,分别利用单一像元间隔法、均值法、坡高法以及线性区域均值法获得待反演像元最终的结构函数值反演550 nm处的气溶胶光学厚度,并依据CE318观测数据进行精度验证,通过分析点对点反演结果和光学厚度的空间分布,确定反演误差小、受分辨率影响小的像元间隔设置。实验发现线性区域均值法在一定程度上提高了反演精度和稳定性。此外,通过对反演结果可接受像元的地表反射率结构函数值的统计和分析,发现500 m分辨率时可接受像元比例优于250 m,当地表反射率结构函数值大于0.02时反演结果较好,而这些像元往往分布在山麓、山涧、海岸线、河流、城乡结合部等地理要素的突然改变的地区。     

城市人口时空分布估计研究进展EI北大核心CSCD

城市人口是构成城市的社会主体,是城市发展中最为活跃的因素。城市人口时空分布是城市管理需要掌握的重要信息。正确、精细化的城市人口分布数据对于城市运行与规划、城市经济发展和人民生活具有极为重要的意义,因此城市人口时空分布估计是城市地理学需要解决和研究的热点问题之一。本文以城市人口时空分布估计的关键点为核心,从以下几个方面展开综述:①空间分布单元划分方法,即城市人口分布的空间划分方式;②主要的模型和方法,从模型思想发展过程和估计对象的角度总结了6类方法并进行详细阐述;③估计结果在城市发展中的主要应用。在此基础上,本文指出了目前人口时空分布研究在空间单元构建、建模数据、建模思想和结果验证上存在的问题,同时探讨了未来的研究方向。     

面向城市规划决策的地理国情数据挖掘——以北京市城市规模模拟为例

随着地理国情普查和监测的推进,信息量激增,数据挖掘方法和社会化应用工具不断进步,为解决规划决策中的资源分配率低、不确定性高等问题提供了得天独厚的优势。在北京市疏解非首都功能、推进京津冀地区协同发展的大背景下,以地理国情监测数据为基础,以复杂地理计算思想为指导,提出了一种基于集成学习的自适应元胞自动机模拟模型并应用于北京市城市规模演变的模拟。通过对比2015年北京市的预测结果与真实数据发现,相较于传统基于经验统计模型的元胞自动机模型,本文提出的模型预测精度更高。最后本文以2007年和2015年的北京市地理国情监测数据为模拟和训练数据,在假定当前社会经济发展速度不变的情况下,对2023年北京市城市规模作出预测,并找到北京市城市规模的演变规律,识别未来潜在的城市扩展热点区域,最终为城市规划的决策者提供"疏解"北京市的数据支持和现实路径。