胡 震 ，宋善海

（1.贵州省国土资源勘测规划研究院，贵州贵阳 550004；2.贵州省生态气象和卫星遥感中心，贵州贵阳 550000）

0 引言

人口是社会发展的重要因素。近年来，伴随着人口的持续增长，资源、环境间的矛盾越发突出，影响社会可持续发展。现有常住人口数据主要来源于公安部门的人口登记资料或人口普查数据[1]，这些数据的获取成本相对较高、更新周期长、时效性较差、难以反映人口的实际空间分布，不能有效地揭示区域内部人口分布的空间差异性。因此，迫切需要实时、动态地获取常住人口的数量及其空间分布特征。

随着遥感技术的快速发展，基于遥感影像数据进行人口格网化的研究开始受到广泛关注[2-3]。夜光遥感是遥感领域一个发展活跃的分支，其独特优势是能获取无云黑夜条件下地表的亮光信息[4]，而这些亮光来源主要是人类夜间活动的照明灯光，夜间灯光数据能够探测到小规模居民点产生的不同强度的光亮，是监测人类活动的有效数据源。以往研究主要利用DMSP/OLS夜间灯光数据对沿海地区人口进行估算模拟[5]，多以省、市行政区为单元，根据行政单元内的人口总数与所有像元的灯光亮度累计值建立线性回归模型，对研究区人口进行估算。研究表明，夜光遥感估算模型在不同的尺度下的估算模型差异较大，因此因地制宜的构建符合区域状况的估算模型显得尤为重要。

本文以贵州省为研究区，使用数据质量较高的NPP/VIIRS夜间灯光数据，从夜光面积指数和夜光强度指数两方面，利用空间回归模型对县域常住人口进行回归分析，得到精细空间尺度的常住人口分布结果。在此基础上，分析贵州省常住人口分布的空间差异性和垂直特征，为县域发展规划及政府决策提供支持。

1 研究区概况

贵州省属于中国西南部高原山地，境内地势西高东低，自中部向北、东、南三面倾斜，平均海拔在1100m左右，是喀斯特地貌发育的典型省份，土地总面积17.6万平方公里，其中喀斯特面积约占全省面积的62%。下辖9个地级行政区单位，88个县级行政区单位。2015年，贵州省的常住人口总数约3929.50万人，同2010年第六次人口普查的3474.86万人相比，五年间共增加54.64万人，增长1.57%，年平均增长率为0.31%，常住人口密度为223.27人/平方公里。

2 数据来源与处理

2.1 数据来源

（1）夜光遥感数据：目前使用较为广泛的数据是美国的DMSP/OLS和NPP/VIIRRS两种，空间分辨率分别为2700m和740m[4]，为反映区域客观实际，选用分辨率更高、质量较优的NPP/VIIRS卫星数据2015年夜光遥感影像。数据来源于美国国家海洋和大气管理局官方网站。

（2）统计数据：人口统计数据来源于2016年《贵州省统计年鉴》。

（3）辅助数据：贵州省30m分辨率DEM数据来源于地理空间数据云平台。

2.2 数据处理

2.2.1夜光数据的预处理

为准确得到贵州省夜光分布状况，需对夜光数据进行投影转换、几何校正、掩模裁剪三个步骤的预处理，影像处理结果显示：贵州省夜间辨识度最清晰的是贵阳市，其次为遵义市、钟山区、兴义市、西秀区等较大的城区。

2.2.2县域夜光强度指数与夜光面积指数构建

夜光强度指数定义为区域内所有亮点像元值的总和。

式中：L-灯光强度指数；l0-区域内亮点像元的像元值。

夜光面积指数定义为区域内夜光面积与区域面积比。

式中：S-夜光面积指数；S′-区域内亮点像元面积；SSUM-区域总面积。

3 人口数量估算模型构建

基于夜光面积指数与夜光强度指数构建贵州省县级尺度人口分布状况的夜光遥感估算模型。常见拟合模型包括拟合直线、二次、对数、指数模型等，为找到最适合的拟合方法，将上述四种模型同时进行分析比对，通过相关性、解释度等模型参数确定出最佳拟合模型。

表1各海拔区间与夜光亮点分布

3.1 基于夜光面积指数的人口数量估算模型

基于夜光面积指数的常住人口数量4种模型拟合效果均一般，其中对数模型对样本点的拟合效果最好，决定系数R2=0.172，该模型中夜光面积指数可解释17.2%的常住人口数量的变化状况。

3.2 基于夜光强度指数的人口数量估算模型

基于夜光面积指数的常住人口数量4种模型拟合效果均一般，其中拟合二次模型对样本点的拟合效果较好，决定系数R2=0.414，该模型中夜光面积指数可解释41.4%的常住人口数量的变化状况。

通过对比分析得出：夜光面积指数与常住人口数量的相关性为0.378，最佳估算模型是对数模型，其中R2为0.172；夜光强度指数与常住人口数量的相关性为0.558，最佳估算模型为二次模型，其中R2为0.414。相较而言，夜光强度指数更适合反映贵州县域常住人口数量。

4 结果与分析

4.1 基于夜光指数的贵州省各县市人口分布状况评估

由公式（1）、（2），运用 ArcGIS10.2 数据分析模块，得到贵州省88个县域的夜光强度指数，绘制得到夜光强度指数分级图，将88个县域划分为十个等级，等级越高表明分布的人口越多。如图1所示：2015年贵州省人口聚集较多的区域在黔中的贵阳、遵义等，人口相对较少的是黔东南州、铜仁以及黔南州南部部分地区。

图1贵州各地区夜光强度分级

4.2 贵州省人口垂直分布特征分析

基于ArcGIS空间分析平台，将贵州省海拔数据划分为五个等级，再将夜光数据与其进行空间叠加得到各海拔区间内的夜光分布状况，分析人口分布特征与海拔之间的关系，得到贵州人口的垂直分布状况如表1所示。

由表1可知，贵州地势由东南向西北逐渐抬升，亮点与人口分布呈现出倒“V”型分布，即由少逐渐增加，达到最高点后又逐渐降低，大致可概括为东部少、中部多、西部逐渐降低的趋势。贵州省主要的夜光像元主要分布在海拔1000～1500m之间，占到了全部的42.55%，即表明贵州省人口分布最多的区域集中在此。海拔在500～1000m之间的夜光像元次之，占到了整体的31.02%。海拔500m以下，2000m以上，夜光像元分布最少。

5 结论

（1）基于夜光遥感与县域人口统计数据，构建夜光面积指数与强度指数人口估算模型，通过对相关系数、决定系数的比较发现：基于夜光强度指数的人口估算模型效果优于夜光面积指数。根据夜光强度指数模型，对贵州省县域人口数量进行网格化，人口聚居程度高的地区是黔中地区，人口分布较少的地区集中在黔东南地区与铜仁东部、黔南南部等区域，运用夜光遥感技术可大大提高人口数据的时效性、客观性、科学性与空间化。

（2）人口分布往往都遵循着随着海拔升高而减少，随着海拔降低而增加的规律，但通过研究发现，贵州省人口分布趋势并没有呈现这样的规律，贵州地势由东南向西北地势逐渐抬升，人口却从少先增加至海拔集中1000～1500m的黔中地区后再缓慢下降，整体上黔中地区最高，西北高海拔地区次之，东部低海拔地区人口分布最少。