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。     

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。     

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.     

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。     

基于普查和手机定位数据的乡镇尺度人口空间化方法研究

人口在空间上的实际分布是人口地理学研究的基础和热点问题。目前全球不同尺度的人口空间化数据产品因生产方法、数据源等有较大差异,空间化产品的一致性存在较大差异,尤其是共性需求集中的1 km数据产品。本文以京津冀地区为研究区,基于2000年乡镇尺度的人口普查数据和可开放获得的手机定位数据,利用光影投射法计算人口分布权重,结合面积权重法和指数平滑法得到京津冀地区1 km分辨率的人口空间化结果PJ2000。该产品较好地反映了京津冀人口实际分布细节特征。经精度评定,PJ2000人口空间化的总体精度为90%,人口空间化相对误差小于0.5的乡镇（街道）数约占87%,PJ2000与2000年乡镇街道人口统计数据pop2000的相关系数r高达0.95。结果证明,结合乡镇尺度人口统计数据和手机定位数据等多源数据所构建的人口空间化模型,所获1 km分辨率人口密度数据集精度得到显著提高。     

顾及POI人口吸引力异质性的城市人口空间化方法

人口空间化是提升人口统计数据空间分辨率的常用手段,现有研究多基于统计建模思想建立多源数据与统计人口的数学模型以预测格网人口。兴趣点（Point of Interest, POI）作为精细人口估算的重要数据源,通常以数量/密度型指标形式参与回归建模,该方式忽略了类型相同但个体规模不同的POI与人口之间数量关系的差异,特征均质化处理造成POI语义细节的损失,导致中心城区人口低估与远城区高估。为此,本文基于随机森林模型,提出一种顾及POI人口吸引力异质性的城市人口空间化方法。该方法在表征POI空间多尺度重要性的基础上,引入移动定位数据构建人口吸引力指标;并基于非欧式滤 波修正格网人口权重,建模人口空间自相关,刻画水体等障碍物对局部空间连通性的影响。本文以武汉市为研究区域开展100 m格网验证,通过与POI密度型回归模型、公开人口数据集的对比和消融实验,展现了人口吸引力指标与权重修正的有效性。结果表明,本文方法平均绝对误差为WorldPop、GPW及对比模型的1/4~2/3,在精细人口空间化场景具有精度优势。此外,本文还讨论了移动定位数据采样率及格网粒度对建模精度的影响。     

基于随机森林模型的环渤海地区人口空间化模拟

人口空间化数据能够将人口分布更精细地反映在地理空间中,可以为科学研究和政策制定提供更加精细的数据源。本文选取多源遥感数据和兴趣点作为影响环渤海地区人口分布的自变量因子,利用随机森林模型对环渤海地区进行分区密度制图,生成该地区2010年和2020年30 m人口空间化数据,并将结果与WorldPop数据集以及其他地区30 m研究成果进行对比。结果表明：① 本文模拟结果精度整体高于WorldPop数据集10%以上;② 相较于WorldPop数据集,本文人口数据能细致地描述环渤海人口分布的空间异质性;③ 与其他地区30 m研究成果相比,模拟精度也有所提升;④ 遥感建成区数据和兴趣点是环渤海地区人口分布的最重要指示性指标;⑤ 在环渤海地区人口估计方面,社会因素与人口分布有更高的相关性,映射人口分布的主要因素因地区而异。     

基于多源数据的北京市朝阳区人口时空格局评估与预测

城市人口分布与活动呈现高度的时空动态变化,掌握人口时空变化特征并进行未来预测,对于精准人口评估、有效的政策措施制定、实时的人口预警与调控等具有重要意义。本研究利用以手机信令数据为主的多源时空数据,首先利用地理探测q统计进行探索性数据分析,其次结合贝叶斯模型进行北京市朝阳区居住人口的时空变化探究及时空预测,以期达到对朝阳区人口的动态评估与预测。首先,选用地理探测q统计进行空间异质性探测,用贝叶斯时空层次模型探究基于手机信令数据推算的北京市朝阳区居住人口的总体空间效应、总体时间效应以及局部变化趋势;其次,选用贝叶斯高斯预测过程模型,基于朝阳区各街乡的居住人口及相关人口影响因子数据进行朝阳区各街乡2017年12月的居住人口预测。时空探究表明：朝阳区居住人口在空间上存在完美空间分异,整体呈现沿环路由内向外递增的空间分布格局,整体时间趋势表现为增长,各街乡局部时间变化趋势呈现一定差异。预测的空间分布与实测空间分布整体一致,精度较高,各街乡预测精度不一。结果表明基于贝叶斯理论的时空层次模型和高斯预测过程模型可以为多源时空数据下的多尺度精准识别与人口时空模式挖掘提供有效的方法支撑。     

人口数据空间化表达与应用

人口数据空间化是“数字地球”的重要研究内容。本文在介绍人口空间分布研究的基础上,从人口分布影响因子、土地利用等空间数据的应用、构建间接的人口指标、人口数据空间化建模以及城市人口数据空间化五个方面,回顾了人口数据空间化研究的最新进展,并简要阐述了面插值的概念及其对人口数据空间化研究的意义。在总结前人相关研究的基础上,本文以福建省为研究区,在栅格数据模型的支持下,通过多源信息融合,从乡镇行政区划的尺度上对人口数据空间化模拟进行了尝试。     

集成土地利用数据和夜间灯光数据优化人口空间化模型

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。随着RS和GIS技术的发展,人口统计数据空间化方法推陈出新,其中,土地利用数据、夜间灯光数据是人口空间化研究中普遍利用的数据源,但各有优、缺点：土地利用数据中的城镇用地、农村居民点能准确表示人口分布的空间范围,却不能反映其内部的人口密度差异特征;夜间灯光数据的强度信息能体现人口分布的疏密程度,但其像元溢出问题显著夸大人口分布范围,像元过饱和现象也影响着人口数据空间化结果的精度。本研究以中国大陆沿海区域为例,尝试集成土地利用数据和夜间灯光数据优化人口空间化方法,设计了基于精度阈值和动态样本的渐进回归与分区建模的方法,获得了中国沿海2000、2005、2010年1 km分辨率人口空间化数据。结果表明,优化模型显著提高了研究区整体的精度,尤其适用于人口空间结构内部差异较为显著的区域。     

城市功能区视角下基于POI数据的公共厕所空间布局合理性研究

公共厕所作为最典型的公共设施,反映出城市的文明程度和管理服务水平,是打造城市文明形象的重要窗口。当前的研究主要集中在公共厕所的可达性和覆盖范围,把公共厕所当做空间上的点无差别对待,忽略了不同功能区公共厕所空间分布所异质性的问题。如何建立全面精准的公共厕所空间评价体系,分析不同区域公共厕所的综合服务能力在当前研究中明显不足,不利于公共厕所的配置规划和基本公共服务均等化的推进。多源数据的涌现为城市公共设施的研究提供了新视角,为此本文提出一个城市功能区视角下基于POI大数据的公共厕所空间布局合理性评价方法。利用词频-逆文本频率（Term Frequency-inverse Document Frequency,TF-IDF）信息加权技术,结合兴趣点（Point of Interest, POI）频率密度识别城市功能区,融合OpenStreetMap（OSM）路网密度数据和WorldPop人口数据设立人口出行活力指数,对城市功能区内的公共厕所服务进行评价;最后计算人口和空间覆盖率以及空间不平衡指数,判别街镇间的差别与街镇内公共厕所布局的合理性。该方法以多源数据为基础,定量分析不同功能区内公共厕所配置的合理性,并探讨公共厕所空间配置的差异化因素。以国内城市化程度最高之一的上海市为例进行计算,研究发现:① 不同的城市功能区内厕所的配置数量不同,商服功能区的规划数量最多,商服功能区中公共厕所配置的合格度也最高,此外,“工业-商服”、“绿地-商服”等商服相关的联合功能区的合格度也处于较高水平,这是由于大量商业服务机构均对外提供公共厕所服务,提升了该地区的公共厕所的服务能力;② 公共功能区内的合格度最低,仅有10.27%,与该类型附属公共厕所设施的开放程度相关;③ 上海市各街镇公共厕所的合格度整体较好,平均空间覆盖率达到67.31%,平均人口覆盖率达到70.72%;街镇内公共厕所服务和出行活力分布之间的不平衡指数从0~0.76不等,其中不平衡指数小于0.4的共有147个,占比69.34%,表明这些街镇内公共厕所空间配置比较合理。公共厕所配置合理性从上海市区向西南、东南、崇明岛有明显的递减,而向西北地区则没有明显的衰减,呈现出连片的较好的服务能力。结果表明,这种方法充分考虑了公共厕所所属功能区和人口出行活力异质性的问题,空间分析上更加精准,可以为城市公共设施规划提供参考建议。     

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。     

夜光遥感支持下的城市人口核密度空间化及自相关分析

基于福建省福州市鼓楼区街道社区人口统计数据、夜光遥感影像、Landsat8影像,融合核密度与回归方程,绘制30 m栅格空间分辨率的人口密度图并进行空间自相关分析。方法:① 采用核密度方法对69个社区人口计算生成人口密度分布图。建立786个居民小区点的人口密度与夜光遥感的常规QQ分位图,检测出人口密度存在较大的误差区域:五凤街道和洪山镇。② 建立人口密度与夜光遥感、Landsat8线性分解的不可渗透表面影像之间的二元二次回归方程,修正两个区域的人口密度误差。③ 采用高/低聚类分析、热点分析、聚类和异常值分析,得到鼓楼区人口高聚类属性,显示了鼓楼区最大商业圈区域与人口密度最大居民点区域,展示了人口聚类的空间局部差异性格局。结果:① 研究中所采用的人口空间化技术融合了2种空间化方法:核密度与回归方程。生成30 m栅格空间分辨率的人口密度图。② 鼓楼区人口密度均值分为3种类型:11 000、25 000和50 000人/ km²,人口密度分布近似正态分布。③ 当鼓楼区人口密度均值大于33 000人/ km²,不可渗透表面灰度值与人口密度相关性更强。反之,夜光亮度值与人口密度相关性更强。     

基于多维感知的城市活力空间特征研究

基于多维感知对城市活力进行综合评价并探索其用地特征,是提升城市智慧化水平、实现精准规划和有机更新的重要基础。本研究以厦门岛为例,基于社交媒体签到数据、夜间灯光影像数据、POI数据和LBS大数据,从社会、经济、文化和空间4个维度感知城市活力,使用核密度、数据网格化和最优聚类法,分析城市活力的空间特征,并探讨不同活力区域的土地利用结构、功能多样性和开发强度等用地特征。研究发现：① 基于多源数据的城市活力多维感知方法可精准、有效评估城市空间特征和发展动态;② 厦门岛社会、经济、文化和空间维度城市活力的空间分布存在一定差异,4类活力区域呈现出西部连绵成带、东部围绕商务区和大型设施集中的特征;③ 各类活力区域的用地特征存在较大差异。第一类区域的公共管理与公共服务用地占比和第二类区域的商业服务业用地占比最高,均接近20%。集聚可显著提升城市活力,建设用地周边1000 m范围内的功能混合度更为重要。居住和商业服务业设施用地的活力水平随着开发强度的降低而降低,高值区容积率均在2.0以上。