顾及城乡差异的大区域人口密度估算_以山东省为例_鲁楠

第４４卷　第１２期测　绘　学　报Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１２２０１５年１２月Ａｃｔａ　Ｇｅｏｄａｅｔｉｃａ　ｅｔ　Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１５引文格式：ＬＵ　Ｎａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉｗｅｉ，ＣＨＥＮ　Ｌｉｊｕｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ　Ｒｅｇｉｏｎａｌ　Ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　Ｒｕｒａｌ　Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｏｆ　　ａｓ　Ｅｘａｍｐｌｅ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｇｅｏｄａｅｔｉｃａ　ｅｔＣａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃａ　Ｓ算———以山东省为例［Ｊ］．测绘学报，２０１５顾及城乡差异的大区域人口密度估算———以山东省为例鲁　楠１，２，张委伟２，陈利军２，李志林１，陈　军２，李　然２，陈学泓３，张宇硕３，刘吉羽１，２１．地理信息中心，北京１００８３０；３Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ　Ｒｅｇｉｏｎａｌ　Ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　Ｒｕｒａｌ　Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｏｆ　Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　Ｒｕｒａｌ：Ｔａｋｅ　ＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ　ａｓ　ＥｘａｍｐｌｅＬＵ　Ｎａｎ１，２，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉｗｅｉ　２，ＣＨＥＮ　Ｌｉｊｕｎ２，ＬＩ　Ｚｈｉｌｉｎ１，ＣＨＥＮ　Ｊｕｎ２，ＬＩ　Ｒａｎ２，ＣＨＥＮ　Ｘｕｅｈｏｎｇ３，ＺＨＡＮＧ　Ｙｕｓｈｕｏ３，ＬＩＵ　Ｊｉｙｕ１，２１．Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１１７５６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８３０，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７５，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｌａｒｇｅ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｍｏｓｔｌｙ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ　ｉｎｔｈｅ　ｋｉｌｏｍｅｔｅｒ　ｓｃａｌｅ　ａｎｄ　ｏｎｌｙ　ｒｅｆｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｍａｃｒｏ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　ｒｕｒａｌ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ，ａｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｄｅｓｃｒｉｂｅ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｏｆ　ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　ｒｕｒａｌ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ　ａｂｏｖｅ，ａｎ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　ｒｕｒａｌ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅｆｉｒｓｔ　３０ｍｇｌｏｂａｌ　ｌａｎｄ　ｃｏｖｅｒ　ｄａｔａｓｅｔ（ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０）ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　ｒｕｒａｌ　ａｒｅａ　ｄａｔａ　ｐａｒｔｉｔｉｏｎｅｄｆｒｏｍ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｓｕｒｆａｃｅｓ　ｄａｔａ　ｉｎ　ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０ｄａｔａｓｅｔｓ，ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｅｓｔｉｍａｔｅｄ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　ｒｕｒａｌａｒｅａ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｕｒｂａｎ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｗａｓ　ｅｓｔｉｍａｔｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｎｉｇｈｔ　ｌｉｇｈｔｉｎｇｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｒｅａ　ｒｅｖｉｓｅ　ｏｆ　ｒｕｒａｌ　ｐａｔｃｈｅｓ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｑｕａｄｒａｔｓ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒｕｒａｌｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｗａｓ　ｅｓｔｉｍａｔｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔａｋｅｓ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ａｓ　ａ　ｔｅｓｔ　ａｒｅａ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｕｒｂａｎ－ｒｕｒａｌ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅｆｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｗｅｌｌ，ａｎｄ　ｅｘｐｒｅｓｓ　ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｒｕｒａｌ　ａｒｅａ．Ｂｙ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｄａｔａ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ　ｔｈｅｓｐａｔｉａｌ　ｅｘｔｅｎｔ　ｏｆ　ｒｅｓｉｄｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ．Ａｎｄ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｌｏｂａｌｉｔｙ　ｏｆＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０ｄａｔａ，ｉｔ　ｉｓ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｔｏ　ｅｘｔｅｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ａ　ｗｉｄｅｒ　ａｒｅａ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：３０ｍｇｌｏｂａｌ　ｌａｎｄ　ｃｏｖｅｒ　ｄａｔａ（ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０）；ｌａｒｇｅ　ｒｅｇｉｏｎ；ｒｕｒａｌ　ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ　ａｒｅａ；ＤＭＳＰ／ＯＬＳ　ｎｉｇｈｔｌｉｇｈｔ　ｄａｔａ；ｕｒｂａｎ　ａｎｄ　ｒｕｒａｌ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ；Ｓｈａｎｄｏｎｇ　ＰｒｏｖｉｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔ：Ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｂａｓｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ（９７３Ｐｒｏｇｒａｍ）（Ｎｏ．２０１２ＣＢ７１９９０１）；ＴｈｅＳｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．４１２３１１７２）；Ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｈｉｇｈ－ｔｅｃｈＲｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ（８６３Ｐｒｏｇｒａｍ）（Ｎｏ．２０１３ＡＡ１２２８０２）摘　要：现有大区域人口密度估算结果大多是在千米级尺度上，仅能宏观地反映城乡人口分布的范围，无法准确地刻画城乡人口空间分布的细节特征。

本文将首套３０ｍ全球地表覆盖数据（ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０）引入城乡人口密度估算中，基于实现城乡划分的人造地表数据，在城镇区域运用夜间灯的方法修正乡村居民地面积以估算乡村人口密度。

以山东省为试验区的研究表明，本文方法无论在城第１２期鲁　楠，等：顾及城乡差异的大区域人口密度估算———以山东省为例乡居民地刻画还是人口空间分布的表达上均优于参考数据，所使用的ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０的全球性也保证了该方法推广的可行性。

关键词：３０ｍ全球地表覆盖数据（ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０）；大区域；乡村居民地面积；ＤＭＳＰ／ＯＬＳ夜间灯光数据；城乡人口密度；山东省中图分类号：Ｐ２０８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－１５９５（２０１５）１２－１３８４－０８基金项目：国家９７３计划（２０１２ＣＢ７１９９０１）；国家自然科学基金（４１２３１１７２）；国家８６３计划（２０１３ＡＡ１２２８０２）１　引　言人口密度表达了人口在地理空间上的聚集程度，可揭示人口在空间分布上的差异［１］，是国土规划、城乡建设和生态环境保护等领域的基础数据。

传统的大区域人口密度估算主要利用人口统计数据与行政区划面积之比来进行，但由于行政单元的空间尺度较大，其结果只能反映人口的宏观分布，难以表达中微观人口分布差异，虽然有文献［１］提出将人口栅格化和文献［２］运用半方差函数将人口连续化来更好的表达人口分布，但其结果仍较难贴近实际［１－６］。

随着遥感技术的发展，与人口相关的夜间灯光等数据不断涌现，土地利用／土地覆盖等数据的获取更加便捷，为大区域人口密度研究提供了新的机遇。

依照使用遥感数据的不同，可将人口密度研究大致分为以下３类：①基于土地利用／土地覆盖遥感数据的人口密度估算，多运用多元回归模型、多因子加权融合等方法建立土地利用－土地覆盖各类型与人口数量的关系来估算人口密度［７－１０］，这些方法较好地表达了宏观上的人口分布，但对城乡界限刻画模糊，难以表达人口空间分布的细节特征，同时，使用的土地利用数据大多具有区域性，难以向更大范围甚至全球推广；②基于遥感夜间灯光数据的人口密度估算，多借助夜间灯光数据的辐射特性与人口数量间的关系，建立重力场或多元回归等模型估算人口密度［１１－１３］，该方法使人口空间分布的连续性得到较好的表达，但由于灯光数据的空间分辨率较粗，灯光强度对人口分布稀疏区域的敏感度较低，造成城乡边界模糊，乡村地区人口密度难以准确刻画和“伪城镇”等问题；③土地利用和灯光数据相结合的人口密度估算，多以土地利用和灯光数据为主，运用分区制图、多元回归加权等模型模拟人口密度［１４－１６］，该方法结合了土地利用与灯光数据各自的优势，使得人口密度估算结果在千米尺度上呈现较好的结果，但在城乡边界确定以及乡村居民地界定等问题上，依旧存在不足。

综上所述，现有大区域人口密度估算主要存在以下问题：①使用的遥感数据空间分辨率大多较粗，难以反映城乡界限和乡村居民地分布，且普遍具有区域性，无法向更大范围推广；②估算结果集中在千米尺度，虽能较好地表达人口分布的宏观特征，但不能准确反映人口空间分布的细节特征。

本文从城乡人口空间分布差异出发，用首套３０ｍ全球地表覆盖数据（ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０）的人造地表数据层划分城乡范围，分别在城镇和乡村估算人口密度，并以山东省为例进行了大区域城乡人口密度模拟试验。

２　原理与方法２．１　基本原理顾及城乡差异的大区域人口密度估算方法主要采用人口空间细分的思路，它将人口统计数据由行政单元分配到更小的空间单元上。

图１是某行政单元内部城乡居民地分布及其人口的细分。

图中将人类活动的地理空间划分为城镇和乡村两个子区，并将人口进行分配。

在城镇区域，考虑到ＤＭＳＰ／ＯＬＳ夜间灯光数据能够较好地反映出城镇内部人口的空间分布但无法准确刻画城镇居民地的空间范围，而ＧｌｏｂｅＬａｎｄ３０能较好地刻画居民地范围但难以表达居民地内部的人口分布，本文利用划分出的城镇区域来弥补ＤＭＳＰ／ＯＬＳ灯光数据的不足，再用灯光强度与人口数间的相关性，将城镇人口落入３０ｍ像元上。