Please wait a minute...
 
自然资源遥感  2021, Vol. 33 Issue (3): 164-172    DOI: 10.6046/zrzyyg.2020297
  技术应用 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
顾及参数空间平稳性的地理加权人口空间化研究
肖东升1,2,3(), 练洪1,2()
1.西南石油大学土木工程与测绘学院,成都 610500
2.西南石油大学测绘遥感地理信息防灾应急研究中心,成都 610500
3.四川师范大学公共安全与应急研究院,成都 610068
Population spatialization based on geographically weighted regression model considering spatial stability of parameters
XIAO Dongsheng1,2,3(), LIAN Hong1,2()
1. School of Civil Engineering and Surveying and Mapping, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China
2. Disaster Prevention and Emergency Research Center of Mapping and Remote Sensing Geographic Information of Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China
3. Public Security and Emergency Research Institute, Sichuan Normal University, Chengdu 610068, China
全文: PDF(3434 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

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(semi-parametric 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。

服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
肖东升
练洪
关键词 半参数地理加权回归空间平稳性夜间灯光数据土地利用人口空间化    
Abstract

The theories on population spatialization tend to be mature in recent years. However, the spatial stability of the variables and parameters used in population spatialization modeling has been scarcely focused on. With the land use data, night-time light data, and demographic data as the data sources, this study proposed a novel precise population spatialization method based on a semi-parametric geographically weighted regression model (S-GWR). Then a permanent population spatialization model on a county scale was built using the method proposed in this study and then was verified using the Sichuan Province as the study area. In this study, the spatial stability of parameters and variables were obtained using the S-GWR model while the characteristics of the variables were analyzed, in order to improve the accuracy of population estimation. Finally, the population spatial distribution map (SDP) with a resolution of 1 km of Sichuan Province in 2010 was formed. The results show that the coefficient of determination coefficient of the S-GWR model was 0.903, which is higher than that of traditional regression models and indicates better fitting effects. The S-GWR model was verified using two commonly used population datasets, and the verification results are as follows. At a county level, the overall average error of the study area and the relative error of each district and county in the SDP all approximated to 0, and thus the SDP was more precise than the other two datasets. At a township level, the mean relative error, mean absolute error, and root mean square error of SDP were 34.54%, 5 715.703, and 12 085.932, respectively, which were all lower than those of the other two datasets. Meanwhile, the SDP showed more favorable dispersion effects than the other datasets. Furthermore, the number of the towns whose population was accurately estimated was 185 in the SDP, which was higher than that in the other two datasets. Therefore, the accuracy of population spatialization can be improved by considering the spatial stability of parameters.

Key wordssemi-parametric geographically weighted regression    spatial stability    night-time light data    land use    population spatialization
收稿日期: 2020-09-23      出版日期: 2021-09-24
ZTFLH:  TP79  
基金资助:国家自然科学基金项目“基于人类动力学的面向震后救援的人员在地理建筑空间的分布规律研究”(51774250);四川省科技厅软学科项目“基于移动终端的室内定位技术的面向地震救援的人群在地理空间分布规律研究”(2019JDR0112);四川省科技创新(苗子工程)培育项目“基于遥感的成都地区PM2.5的时空变化规律及应对措施”(2019089);“基于人类动力学的地震应急救援决策辅助系统的研究”(2020120)
通讯作者: 练洪
作者简介: 肖东升(1974-),男,博士,教授,主要从事空间信息技术与防灾减灾方面的研究。Email: 345083896@qq.com
引用本文:   
肖东升, 练洪. 顾及参数空间平稳性的地理加权人口空间化研究[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 164-172.
XIAO Dongsheng, LIAN Hong. Population spatialization based on geographically weighted regression model considering spatial stability of parameters. Remote Sensing for Natural Resources, 2021, 33(3): 164-172.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2020297      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2021/V33/I3/164
Fig.1  四川省夜间灯光数据图和土地利用分布图
数据类型 数据年份 分辨率
(比例尺)
数据来源
DMSP/OLS数据 2010年 30″ 美国地球物理国家数据中心
土地利用数据 2010年 1:10万 中国科学院资源环境科学数据中心
人口统计数据 2010年 县、乡镇 四川省统计局
行政区划 2010年 1:10万 原国家测绘局
CGPD 2010年 1 km 中国国家资源环境科学数据中心
GPWv4 2010年 30″ 美国国际地球科学网络中心
Tab.1  数据类型及来源
Fig.2  人口空间化流程图
土地利用类型 相关系数 土地利用类型 相关系数
水田 0.734**① 中覆盖度草地 -0.448**
旱地 0.555** 低覆盖度草地 -0.323**
有林地 -0.438** 水域
灌木林 -0.488** 城镇用地 0.554**
疏林地 -0.108 农村居民用地 0.387**
其他林地 -0.115 其他建成区 0.144*
高覆盖度草地 -0.356** 未利用地
Tab.2  各土地利用类型与人口数据的相关系数
变量 F统计量 F检验自由度 DIFF of Criterion
水田 2.755 253 2.266 149.509 -0.721 729
旱地 6.148 736 2.850 149.509 -11.687 572
城镇用地LE 22.965 443 2.377 149.509 -49.330 235
城镇用地NL 11.587 845 2.045 149.509 -20.590 824
城镇用地NU 1.382 923 1.882 149.509 2.441 081
农村居民用地LE 1.663 454 0.495 149.509 0.483 673
农村居民用地NL 0.761 547 0.615 149.509 1.267 335
农村居民用地NU 5.406 091 3.707 149.509 -11.939 404
其他建成区LE 0.089 571 2.341 149.509 6.646 620
其他建成区NL 0.666 850 2.706 149.509 5.785 913
其他建成区NU 0.627 823 1.342 149.509 2.966 391
最优带宽 62.000 最小AICc 4 786.266
Tab.3  地理加权模型参数估计及参数平稳性检验
评价指标 全局OLS 局部GWR 半参数S-GWR
R2 0.798 0.877 0.903
adjR2 0.785 0.843 0.867
AICc 4 846.167 4 810.764 4 786.267
Tab.4  3种模型的拟合优度评价
Fig.3  2010年人口空间分布密度图
Fig.4  3种数据集RE箱线图
误差指标 SDP GPWv4 CGPD
MAE/ 5 715.703 7 997.774 7 256.342
MRE/% 34.54 47.48 45.43
RMSE/ 12 085.932 18 846.285 16 997.919
Tab.5  3种数据集精度对比
相对误差分级 SDP GPWv4 CGPD
严重低估 48 51 56
一般低估 97 101 114
准确估计 185 151 158
一般高估 107 107 97
严重高估 63 90 75
Tab.6  500个乡镇相对误差分级统计表
Fig.5  500乡镇RE占比统计图
[1] 谭敏, 刘凯, 柳林, 等. 基于随机森林模型的珠江三角洲30 m格网人口空间化[J]. 地理科学进展, 2017, 36(10):1304-1312.
doi: 10.18306/dlkxjz.2017.10.012
Tan M, Liu K, Liu L, et al. Spatialization of 30 m grid population in Pearl River Delta based on stochastic forest model[J]. Progress in Geography, 2017, 36(10):1304-1312.
[2] 柏中强, 王卷乐, 杨飞. 人口数据空间化研究综述[J]. 地理科学进展, 2013, 32(11):1692-1702.
doi: 10.11820/dlkxjz.2013.11.012
Bai Z Q, Wang J L, Yang F. Research progress in spatialization of populationdata[J]. Progress in Geography, 2013, 32(11):1692-1702.
[3] 肖东升, 杨松. 基于夜间灯光数据的人口空间分布研究综述[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(3):10-19.doi: 10.6046/gtzyyg.2019.03.02.
doi: 10.6046/gtzyyg.2019.03.02
Xiao D S, Yang S. A survey of population spatial distribution based on night light data[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2019, 31(3):10-19.doi: 10.6046/gtzyyg.2019.03.02.
doi: 10.6046/gtzyyg.2019.03.02
[4] Elvidge C D, Baugh K E, Dietz J B, et al. Radiance calibration of DMSP-OLS low-light imaging data of human settlements[J]. Remote Sensing Enviroment, 1999, 68,77-88.
doi: 10.1016/S0034-4257(98)00098-4
[5] Zhang Q L, Seto K C. Mapping urbanization dynamics at regional and global scales using multi-temporal DMSP/OLS nighttime light data[J]. Remote Sensing of Environment, 2011, 115(9):2320-2329.
doi: 10.1016/j.rse.2011.04.032
[6] 陈晴, 侯西勇, 吴莉. 基于土地利用数据和夜间灯光数据的人口空间化模型对比分析——以黄河三角洲高效生态经济区为例[J]. 人文地理, 2014, 29(5):94-100.
Chen Q, Hou X Y, Wu L. Comparison of population spatialization models based on land use data and DMSP/OLS data respectively:A case study in the efficient ecological economic zone of the Yellow River Delta[J]. Human Geography, 2014, 29(5):94-100.
[7] 杨续超, 高大伟, 丁明军, 等. 基于多源遥感数据及DEM的人口统计数据空间化——以浙江省为例[J]. 长江流域资源与环境, 2013, 22(6):729-734.
Yang X C, Gao D W, Ding M J, et al. Spatialization of population statistics based on multi-source remote sensing data and DEM:A case study of Zhejiang Province[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2013, 22(6):729-734.
[8] 赵利利, 孟芬, 马才学. 基于多源遥感数据的武汉市人口空间分布格局演化[J]. 地域研究与开发, 2016, 35(3):165-169.
Zhao L L, Meng F, Ma C X. Spatial distribution pattern evolution of Wuhan population based on multi-source remote sensing data[J]. Areal Research and Development, 2016, 35(3):165-169.
[9] 胡云锋, 赵冠华, 张千力. 基于夜间灯光与LUC数据的川渝地区人口空间化研究[J]. 地球信息科学学报, 2018, 20(1):68-78.
doi: 10.12082/dqxxkx.2018.170224
Hu Y F, Zhao G H, Zhang Q L. Population spatialization in Sichuan and Chongqing based on night lighting and LUC data[J]. Journal of Geo-Information Science, 2018, 20(1):68-78.
[10] 黄杰, 闫庆武, 刘永伟. 基于DMSP/OLS与土地利用的江苏省人口数据空间化研究[J]. 长江流域资源与环境, 2015, 24(5):735-741.
Huang J, Yan Q W, Liu Y W. Spatial analysis of population data in Jiangsu Province based on DMSP/OLS and land use[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2015, 24(5):735-741.
[11] 丁文秀, 赵伟, 左德霖, 等. 基于土地利用分类模型和重力模型耦合的人口分布模拟——以武汉市人口数据为例[J]. 大地测量与地球动力学, 2011, 31(s1):127-131.
Ding W X, Zhao W, Zuo D L, et al. Population distribution simulation based on coupling of land use classification model and gravity model:A case study of Wuhan population data[J]. Geodesy and Geodynamics, 2011, 31(s1):127-131.
[12] Fotheringham A S, Brunsdon C. Local forms of spatial analysis[J]. Geographical Analysis, 2010, 31,340-358.
doi: 10.1111/gean.1999.31.issue-4
[13] 王珂靖, 蔡红艳, 杨小唤. 多元统计回归及地理加权回归方法在多尺度人口空间化研究中的应用[J]. 地理科学进展, 2016, 35(12):1494-1505.
doi: 10.18306/dlkxjz.2016.12.006
Wang K J, Cai H Y, Yang X H. Application of multivariate statistical regression and geographically weighted regression in the study of multi-scale population spatialization[J]. Progress in Geography, 2016, 35(12):1494-1505.
[14] 张建辰, 王艳慧. 基于土地利用类型的村级人口空间分布模拟——以湖北鹤峰县为例[J]. 地球信息科学学报, 2014, 16(3):435-442.
doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00435
Zhang J C, Wang Y H. Simulation of rural population spatial distribution based on land use classification:A case study of Hefeng County,Hubei Province[J]. Journal of Geo-Information Science, 2014, 16(3):435-442.
[15] 陈晴, 侯西勇. 集成土地利用数据和夜间灯光数据优化人口空间化模型[J]. 地球信息科学学报, 2015, 17(11):1370-1377.
doi: 10.3724/SP.J.1047.2015.01370
Chen Q, Hou X Y. Integrating land use data and night light data to optimize population spatialization model[J]. Journal of Geo-Information Science, 2015, 17(11):1370-1377.
[16] 王明明, 王卷乐. 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[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(5):699-709.
doi: 10.12082/dqxxkx.2019.180497
Wang M M, Wang J L. Spatialization of township population data in Shandong Province based on night lighting and land use data[J]. Journal of Geo-Information Science, 2019, 21(5):699-709.
[17] Dong N, Yang X H, Cai H Y. Research progress and perspective on the spatialization of population data[J]. Journal of Geo-Information Science, 2016, 18:1295-1304.
[18] 四川统计局. 四川统计年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社, 2010.
Statistical Bureau of Sichuan Province. Sichuan statistical yearbook[M]. Beijing: China Statistics Press, 2010.
[19] 杨继瑞, 李月起, 汪锐. 川渝地区: “一带一路”和长江经济带的战略支点[J]. 经济体制改革, 2015(4):58-64.
Yang J R, Li Y Q, Wang R. Sichuan and Chongqing region:Strategic fulcrum of the Belt and Road initiatives and Yangtze River economic zone[J]. Reform of Economic System, 2015(4):58-64.
[20] 刘纪远, 宁佳, 匡文慧, 等. 2010—2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征[J]. 地理学报, 2018, 73(5):789-802.
doi: 10.11821/dlxb201805001
Liu J Y, Ning J, Kuang W H, et al. Spatial and temporal patterns and new characteristics of land use change in China from 2010 to 2015[J]. Acta Geographica Sinica, 2018, 73(5):789-802.
[1] 阳煜瑾, 杨帆, 徐祯妮, 李祝. 洞庭湖区生态服务-经济发展时空协调分析与优化[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 190-200.
[2] 周石松, 汤玉奇, 程宇翔, 邹滨, 冯徽徽. 郴州市郴江河流域水质与土地利用关联的空间异质性分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 230-240.
[3] 赵安周, 张向蕊, 相恺政, 刘宪锋, 张靓涵. 基于夜间灯光和统计数据的黄土高原城镇化水平时空格局分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 253-263.
[4] 梁锦涛, 陈超, 张自力, 刘志松. 一种融合指数与主成分分量的随机森林遥感图像分类方法[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 35-42.
[5] 熊东阳, 张林, 李国庆. 基于最大熵模型的遥感土地利用多分类研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 140-148.
[6] 滑永春, 陈家豪, 孙小添, 裴志永. 内蒙古段黄河流域景观生态风险分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 220-229.
[7] 刘春霖, 夏建新. 基于LSTM-CA模型的土地利用动态模拟[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 122-128.
[8] 杨潋威, 赵娟, 朱家田, 刘雷, 张平. 基于PLUS和InVEST模型的西安市生态系统碳储量时空变化与预测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 175-182.
[9] 史姝姝, 窦银银, 陈永强, 匡文慧. 中国海岸带区域城市扩展遥感监测与内部地表覆盖时空分异特征分析[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 76-86.
[10] 吴琳琳, 李晓燕, 毛德华, 王宗明. 基于遥感和多源地理数据的城市土地利用分类[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 127-134.
[11] 布自强, 白林波, 张佳瑜. 基于夜光遥感的宁夏沿黄城市群时空演变[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 169-176.
[12] 宋奇, 冯春晖, 马自强, 王楠, 纪文君, 彭杰. 基于1990—2019年Landsat影像的干旱区绿洲土地利用变化与模拟[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 198-209.
[13] 王娟娟, 毋兆鹏, 王珊珊, 尹慧慧. 干旱区河谷绿洲土地利用冲突格局分析[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 243-251.
[14] 汪清川, 奚砚涛, 刘欣然, 周文, 徐欣冉. 生态服务价值对土地利用变化的时空响应研究——以徐州市为例[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 219-228.
[15] 桑潇, 张成业, 李军, 朱守杰, 邢江河, 王金阳, 王兴娟, 李佳瑶, 杨颖. 煤炭开采背景下的伊金霍洛旗土地利用变化强度分析[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 148-155.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
京ICP备05055290号-2
版权所有 © 2015 《自然资源遥感》编辑部
地址:北京学院路31号中国国土资源航空物探遥感中心 邮编:100083
电话:010-62060291/62060292 E-mail:zrzyyg@163.com
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发