基于高分辨率遙感數(shù)據(jù)的城市人口空間化研究

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1、分類號(hào)密級(jí)UDC編號(hào)中國科學(xué)院大學(xué)UniversityofChineseAcademyofSciences碩士學(xué)位論文基于高分辨率遙感數(shù)據(jù)的城市人口空間化研究-以北京市為例作者姓名：田野指導(dǎo)教師：王世新研究員中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所周藝研究員中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所劉文亮副研究員中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所學(xué)位級(jí)別：理學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)：地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)培養(yǎng)單位：中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所2017年6月MasterDissertationUrbanPopulationSpatializa

2、tionBasedonHigh-ResolutionRemotelySensedData-ACaseStudyinBeijingByYeTianSupervisor:Prof.WANG.ShixinProf.ZHOU.YiA.Prof.LIU.WenliangAthesissubmittedinfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofScienceInstituteofRemoteSensingandDigitalEarth，University

3、ofChineseAcademyofSciencesBeijing，ChinaJune，2017中國科學(xué)院大學(xué)研究生學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名：日期：年月日摘要城市人口的空間分布是城市應(yīng)用遙感研究的重要內(nèi)容之一，是體現(xiàn)城市化水平、城市

4、資源環(huán)境承載力以及城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要指標(biāo)。同時(shí)，人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以持續(xù)反映城市人口的空間分布特點(diǎn)，具有一定的權(quán)威性和持續(xù)性，但通常時(shí)效性較差，周期往往是10年，并且野外工作量大，人口干預(yù)程度高。因此，對(duì)于精細(xì)尺度的人口空間化研宄目前為止還受到很大程度的限制。精細(xì)化的人口數(shù)據(jù)可以作為突發(fā)性自然災(zāi)害損失評(píng)估、人口流動(dòng)、城市規(guī)劃以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要依據(jù)之一。通過研究發(fā)現(xiàn)，城區(qū)人口空間分布研究存在以下4個(gè)方面的問題：1.簡單的人口統(tǒng)計(jì)模型，比如：基于距離的指數(shù)擴(kuò)散模型，即使直觀易操作，但誤差較大；2.基于統(tǒng)計(jì)

5、數(shù)據(jù)的人口分布模型，比如：居住單元數(shù)量法，其精度完全依賴于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的詳細(xì)程度，主觀性較大；3.雖然可以認(rèn)為城區(qū)人口大都分布在建筑物內(nèi)，但有許多研究對(duì)城市人口的估算也僅僅停留在土地利用類型或者建筑物面積的層面上，少有對(duì)人口分布的三維空間進(jìn)行衡量，較難反映出真實(shí)的人口空間化結(jié)果，尤其在建筑物密集的城區(qū)；4.另一些研究雖然考慮了建筑物的三維信息，但數(shù)據(jù)源受到很大限制，其主要的瓶頸在于建筑物的三維信息是基于精確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)范圍有限，從而導(dǎo)致研究區(qū)覆蓋范圍較小，難以對(duì)大城市的人口空間化進(jìn)行精細(xì)尺度地估算。同

6、時(shí)，有很多研宄也對(duì)城區(qū)精細(xì)尺度的人口分布進(jìn)行了估算，取得了一定的結(jié)果，但其對(duì)建筑物高度的提取過程存在以下方面的問題：1.利用LiDAR數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確地獲取某一區(qū)域的高程信息，但成本較高，需要提前確定研究區(qū)域，不具有重返周期，時(shí)效性較差；2.利用儀器進(jìn)行野外測量，可以在小區(qū)域內(nèi)獲取建筑物高度，但過程繁瑣，難以長期周期性在大范圍采集數(shù)據(jù)；3.利用現(xiàn)有的DEM與光學(xué)或雷達(dá)影像進(jìn)行融合，提取建筑物高程，此方法可以在一定范圍內(nèi)精確獲取建成區(qū)的三維信息，但影像間精確的幾何配準(zhǔn)及校正是一個(gè)難點(diǎn)。綜上所述，本研究選取了北京

7、市2個(gè)核心區(qū)（西城區(qū)、東城區(qū)、）和4個(gè)城市功能擴(kuò)展區(qū)（朝陽區(qū)、海淀區(qū)、石景山區(qū)、豐臺(tái)區(qū)）為主要研究區(qū)，并比較分析了以下三種方法提取研究區(qū)建筑物高程的結(jié)果：1.利用ZY-3立體像對(duì)，結(jié)合攝影測量的方法提取研究區(qū)DSM;2.利用分析衛(wèi)星與太陽的幾何關(guān)系，通過計(jì)算建筑物陰影的長度來估算建筑物的高度；3.基于Radarsat-2影像，提出了一種利用多極化SAR影像并結(jié)合后向散射模型提取建筑物高度的方法，并在不同的極化組合中選取最優(yōu)的結(jié)果。通過對(duì)比分析以上三種方法，選取最符合研究區(qū)特點(diǎn)，并選出最具有準(zhǔn)確性、可行性和

8、時(shí)效性的方法作為最終的高程估算結(jié)果。然后，結(jié)合高分辨率遙感影像利用形態(tài)學(xué)建筑物指數(shù)（MBI)以及面向?qū)ο蟮姆椒▉砭_的提取建筑物信息，最后結(jié)合建筑物的高程信息和一定的統(tǒng)計(jì)資料來構(gòu)建人口分布的三維模型，最終估算出研究區(qū)精細(xì)尺度上的人口空間分布。本研究對(duì)城市內(nèi)部人口的精細(xì)化研究做了初步的探索，為國家在制訂宏觀人口政策奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)在城市土地資源管理、城市資源分配、應(yīng)急響應(yīng)等方面也具有一定借鑒意義和參考價(jià)值。關(guān)鍵字：精細(xì)尺度；ZY