空間化統(tǒng)計指數(shù)研究進度

導(dǎo)語：空間化統(tǒng)計指數(shù)研究進度一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、前言

自1998年1月31日,美國副總統(tǒng)戈爾在《數(shù)字地球—認識21世紀我們這顆星球》的報告中首次提出了數(shù)字地球的概念,掀起了建設(shè)“數(shù)字地球”的空間信息革命。所謂數(shù)字地球可以理解為對真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一的數(shù)字化重現(xiàn)和認識。其核心思想是用數(shù)字化的手段來處理整個地球的自然和社會活動的諸方面的問題,最大限度地利用資源。由此,“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”已成為新的研究領(lǐng)域,地球與城市的數(shù)字化都離不開社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化,只有將社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)與空間單元的有效結(jié)合,即實現(xiàn)社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化,才能最終實現(xiàn)“數(shù)字城市”和“數(shù)字地球”。因此,社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化是數(shù)字地球的重要內(nèi)容之一,也成為當(dāng)前地理科學(xué)和社會科學(xué)共同研究的熱點問題。社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)也稱統(tǒng)計資料,是統(tǒng)計部門或單位以行政區(qū)劃為單元進行統(tǒng)計工作所搜集、整理、編制的各種反映該行政區(qū)內(nèi)的社會、經(jīng)濟等特征屬性的統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料的總稱。社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)是反映一個國家社會與發(fā)展?fàn)顩r的重要指標(biāo)之一,更是中央政府、國家行業(yè)主管部門科學(xué)有效地制定法規(guī)政策,進行決策和宏觀調(diào)控管理的重要依據(jù)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計還是政府進行宏觀經(jīng)濟管理的必要手段和重要職能[1]。

長期以來,由于經(jīng)濟地理學(xué)與自然地理學(xué)分別采取不同的空間單元進行社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)(人口,GDP等社會經(jīng)濟數(shù)據(jù))的收集、存儲和分析:前者主要是基于行政單元,如省界、縣界、鄉(xiāng)界等,而后者主要是基于自然單元,如流域、土壤類型單元、植被類型單元等,這直接導(dǎo)致社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理方法在理論和實際應(yīng)用過程中的數(shù)據(jù)空間單元不一致,因而也產(chǎn)生一系列的問題[2]54。而研究和使用社會統(tǒng)計數(shù)據(jù),不僅要關(guān)注其數(shù)量,更要分析其空間分布。GIS和RS越來越多的應(yīng)用于統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間分布的研究,隨著3S技術(shù)的發(fā)展和成熟,產(chǎn)生一個難題:傳統(tǒng)方法提供的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)定位不準(zhǔn)確,單元不統(tǒng)一,空間分辨率低,造成社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)與自然生態(tài)數(shù)據(jù)疊置分析困難?！吧鐣?shù)據(jù)空間化”和“空間數(shù)據(jù)社會化”也已成為當(dāng)前地理學(xué)、社會科學(xué)共同關(guān)注的焦點[3]。而將統(tǒng)計數(shù)據(jù)與自然數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到統(tǒng)一平臺,即統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化就是最好的解決辦法。將行政區(qū)域單元為單元的統(tǒng)計數(shù)據(jù)擴展到一定尺寸的地理格網(wǎng)上,為可持續(xù)發(fā)展的研究和決策提供服務(wù)[2]55。作者就社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的關(guān)鍵問題進行了系統(tǒng)的分析和綜述。

二、社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)分布與社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化

社會統(tǒng)計數(shù)據(jù),尤其是人口數(shù)據(jù)的空間分布問題本屬于社會學(xué)范疇,其發(fā)展也有較長的歷史,隨著人口地理學(xué)和GIS、RS等地理信息科學(xué)的發(fā)展,社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化問題得到了眾多地理學(xué)者的廣泛關(guān)注和進一步的發(fā)展。

1.社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間分布的分析

目前國內(nèi)主要研究空間化的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)(人口密度)、社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)(人均GDP)等。此類研究早期一般由研究者們在社會學(xué)、地理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、生態(tài)學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)上進行調(diào)研和分析,總結(jié)出此類社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基本情況和變化規(guī)律,進而對其空間分布進行定性的綜合描述,來指導(dǎo)我們的生產(chǎn)實踐,比如,早在1933年,我國人口地理學(xué)家胡煥庸先生提出了著名的“愛琿—騰沖線”,對我國的人口分布格局進行宏觀的描述。可以看出,早期的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化主要是集中于人口數(shù)據(jù)的空間化,主要研究人口數(shù)據(jù)空間分布的規(guī)律、基本理論和影響因子等幾方面,且主要是以傳統(tǒng)的統(tǒng)計空間—行政區(qū)劃為基礎(chǔ),一般采用定性描述的手段,未能充分揭示人口空間分布的內(nèi)在機理。

2.社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化

隨著研究的逐步深入和地理信息技術(shù)的飛速發(fā)展,社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化已迅速成為GIS和社會交叉學(xué)科領(lǐng)域的焦點問題。近些年,很多學(xué)者利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合GIS技術(shù)反演出大尺度、高分辨率的地面參數(shù),RS和GIS技術(shù)也越來越多的應(yīng)用于社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化研究中。本文根據(jù)研究內(nèi)容、方法和研究深度的不同,將社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化研究歸納為以下幾方面:

(1)社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)與地理因子相關(guān)性的定量研究影響社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間分布的因素很多,如自然環(huán)境狀況、社會經(jīng)濟生活、歷史傳統(tǒng)、文化沉淀等等。諸多研究者從不同角度對各種地理因子與社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間分布的相關(guān)性進行研究,并取得了很好的研究成果。例如廖順寶[5]等人以土地利用、海拔高度、主要道路和河流作為影響青藏高原人口分布的主要環(huán)境因子,并以居民點信息作為人口分布的指示因子,進行了人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化,說明在青藏高原,居民點對人口分布有重要影響,而高程和主要河流以及土地利用、主要公路與人口的分布也密切相關(guān);王春菊[6]72等人分析了福建省各市縣平均人口密度與海拔高度、河網(wǎng)密度、土地利用以及與海岸線的距離和居民點密度之間的相關(guān)性,以居民點作為人口分布的重要指示因子,對福建省人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行了空間化。此類研究對于社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化過程中的影響因子分析以及參數(shù)設(shè)置有很大的借鑒意義,但是只能基于幾種特定的因子進行分析,研究的區(qū)域性明顯,而不具備普遍性,同時研究絕大多數(shù)集中于人口空間化的研究,并且對行政區(qū)劃的依賴性較強,難以真正實現(xiàn)地理空間上的空間化。

(2)集成遙感獲取的土地利用、土地覆被信息和其他信息估計社會數(shù)據(jù)主要是以高時空分辨率的遙感影響為基礎(chǔ),通過提取土地利用等空間信息,建立社會數(shù)據(jù)與對應(yīng)的土地利用類型所占面積之間的關(guān)系,從而實現(xiàn)社會數(shù)據(jù)的空間化。這種方法成功地應(yīng)用了高精度遙感影像的優(yōu)點。由于遙感影像具有較高的時間分辨率,并能做到及時更新,因此對社會數(shù)據(jù)的空間化的貢獻極大。國內(nèi)近幾年出現(xiàn)的許多人口估計模型都是基于遙感獲取土地利用信息和其他信息建立回歸方程進行的。例如廖順寶[7]等人通過對于四川省的151個市縣的人口密度與各種土地利用指數(shù)進行多元回歸分析,發(fā)現(xiàn)人口密度與土地利用之間具有非常密切的關(guān)系,其中與耕地、居民點—工礦用地之間的關(guān)系最為密切。同時基于人口密度與土地利用之間的定量關(guān)系對四川省市縣統(tǒng)計人口數(shù)據(jù)進行了空間化探討和實驗,取得了較好的研究結(jié)果;易玲[2]57等利用遙感影像信息獲取了土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)建立與統(tǒng)計型GDP數(shù)據(jù)的多元相關(guān)關(guān)系模型,計算了各種土地利用類型中的GDP系數(shù),嘗試以土地利用空間格局為GDP空間分布的主要影響因素,提出了統(tǒng)計型GDP數(shù)據(jù)空間化處理的研究思路和實現(xiàn)途徑,并生成了西部12省區(qū)1km2格網(wǎng)的GDP空間分布數(shù)據(jù);劉紅輝[8]等利用土地利用空間格局為社會經(jīng)濟要素空間化展布的主要因素,以遙感數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)最主要信息源,將統(tǒng)計型社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)展布到地理空間,對現(xiàn)有以行政區(qū)劃為單位的統(tǒng)計型社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫(GDP)進行了空間化處理,并實現(xiàn)了1km格網(wǎng)水平上的GDP空間數(shù)據(jù)集。經(jīng)濟—人口—土地是當(dāng)今世界普遍關(guān)注的焦點問題,而基于土地進行人口、GDP等社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化是土地和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)復(fù)合研究的最佳方式,同時也具有重要和簡明的地學(xué)意義。但在現(xiàn)有技術(shù)條件下,仍然存在很多問題,例如利用遙感影像提取土地利用/覆被信息時,不可避免地存在信息的丟失和損壞,由于影像數(shù)據(jù)自身分辨率限制,使得土地利用數(shù)據(jù)結(jié)果存在一定的誤差,尤其是某些影像無法識別的特定地區(qū),誤差則更大。同時,不同尺度不同類型的土地利用數(shù)據(jù),信息的丟失情況也不盡相同,因此,獲得高精度估計結(jié)果的前提是用于高精度、可靠性和時空一致性好的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息,而建立這樣的數(shù)據(jù)集也是目前急需進行的工作,同時,空間化的結(jié)果驗證有待于進一步提高,建議在實際使用土地利用/覆被數(shù)據(jù)進行社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的過程中,對信息的丟失和誤差情況作出相應(yīng)的精度檢驗分析和研究,而此類研究目前大多屬于定性描述,鮮見有定量分析。

(3)社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的技術(shù)方法分析社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化研究的目的是模擬社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)在地里空間上的真實分布情況,為環(huán)境規(guī)劃,資源的永續(xù)利用和行政管理提供決策支持。其方法有很多種,目前國內(nèi)應(yīng)用較多的方法可以總結(jié)為面插值方法和統(tǒng)計模型方法[9],而主要思想則是基于多元數(shù)據(jù)融合的思想[6]71[7,10]。金君[11]等人針對常用的表示人口分布方法的不足,提出了將人口數(shù)據(jù)分布到規(guī)則網(wǎng)格上的數(shù)字人口模型(DigitalPopulationModel,簡稱DPM),并詳細闡述了DPM建立的原理及實現(xiàn)的技術(shù)方法,以及目標(biāo)區(qū)域格網(wǎng)劃分的原則和方法,通過對具體樣區(qū)的實驗,得到較為理想的結(jié)果,有較高的準(zhǔn)確性;閆慶武[12]等人基于面積權(quán)重內(nèi)插法與領(lǐng)域平均法原理,提出人口密度空間化的一種方法———網(wǎng)格單元面積權(quán)重內(nèi)插法,并以江蘇省豐縣委研究區(qū)域進行例證,結(jié)果表明該方法有效的緩和了傳統(tǒng)方法直接生成的人口密度圖中的突變線,制作的人口密度GRID專題地圖能夠很好的反應(yīng)人口密度的平均性,生成的人口密度三維可視化地圖符合人口密度的空間分布特點;呂安民[13]等從GIS的角度研究如何解決人口內(nèi)插的問題,認為面積內(nèi)插和GIS中的疊加分析是一致的,在傳統(tǒng)的面積內(nèi)插方法的基礎(chǔ)上提出了基于人口真實分布的面積內(nèi)插方法,并推導(dǎo)出了共識,同時提出了人口密度的遞歸算法,即把居住區(qū)分為人口稀疏地區(qū)和人口稠密地區(qū),估計出人口稀疏地區(qū)的人口密度就可以求出人口密集地區(qū)的人口密度,再把人口密集區(qū)分為新的人口稀疏區(qū)和密集區(qū),由此反復(fù)直至求出接近于人口真實分布的人口模型。在GIS、RS、GPS等技術(shù)和多元數(shù)據(jù)的有效支持下,多級區(qū)劃、分區(qū)建模、空間分析、多元數(shù)據(jù)融合等研究方法和手段越來越多的應(yīng)用于多級社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化模擬研究,但是方法和技術(shù)發(fā)展的同時也存在很多的問題,社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的研究是要打破行政區(qū)劃單元,使得社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)最大限度的接近真實自然分布的情況,而格網(wǎng)單元具有其規(guī)則面積,并且在不同尺度的研究格網(wǎng)的面積也應(yīng)該有不同的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),同時,格網(wǎng)大小是否符合整個研究區(qū)的實際情況,更需要進一步的探討;另外社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分布也有其規(guī)律可循,是否能夠?qū)⑵湟?guī)律與新的技術(shù)手段進行結(jié)合,開發(fā)出更好的模型,也是我們需要探討的問題;在社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)影響權(quán)重的估算過程中,存在數(shù)據(jù)和方法的限制,使得研究的客觀性問題始終存在,同時,社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)分布的很多影響因素之間又存在著密切的相關(guān)和影響,在多因素融合計算綜合權(quán)值的過程中,如何消除信息的冗余也有待于進一步深入研究。

三、研究展望

基于GIS、RS和GPS等技術(shù)進行社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的研究已經(jīng)取得了很多成就,但是應(yīng)用于實際的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化還需要從以下幾個方面開展更為深入的研究:

(1)提高小尺度社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的精度相關(guān)研究大多認為,小范圍的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的研究不如大尺度的研究精確[9],其原因是復(fù)雜的,但主要是因為大尺度的空間化中的估計過高和過低的數(shù)值存在相抵,使得總體精度較高,而小尺度的格網(wǎng)確定較為困難,同時由于尺度小,影響因素也較為細化,這就給提高空間化的精度帶來困難,因此建議今后應(yīng)該在提高小尺度的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化精度上開展深入的研究。

(2)充分利用更新更精的遙感數(shù)據(jù)源當(dāng)前,隨著高分辨率遙感影像例如QUICKBIRD、IKONOS等的快速發(fā)展,人類應(yīng)用此類空間信息的對地觀測的能力有了很大的提高,這也為社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的研究提供了廣闊的前景,因此,今后應(yīng)加強更新更精的遙感數(shù)據(jù)源在社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化方面的應(yīng)用研究。

(3)加強對遙感影像提取精度的分析和驗證雖然遙感數(shù)據(jù)在社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的作用和影響日益顯著,但遙感信息的發(fā)展仍處于新興階段,不容忽視的是由于對遙感影像的解譯和判讀的誤差,通過遙感影像提取相關(guān)信息時,難以避免的存在信息的丟失和損壞。因此,在相關(guān)研究過程中對遙感影像的提取和分析過程中的精度分析至關(guān)重要,這直接關(guān)系到研究結(jié)果的可靠性。加強這方面的工作也是將來研究中亟待解決的問題。

(4)加強規(guī)則格網(wǎng)內(nèi)社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化的精度驗證目前的研究存在社會統(tǒng)計資料不足,無法對設(shè)計的規(guī)則格網(wǎng)內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)精度進行合理的驗證。對于空間化后的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù),如何尋找與其對應(yīng)的驗證數(shù)據(jù)集和模型,也是目前存在的問題,今后的工作應(yīng)加強格網(wǎng)內(nèi)空間化的社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的實地調(diào)查和采集工作,使其與遙感、GIS等技術(shù)充分結(jié)合,為空間化后的規(guī)則格網(wǎng)社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)提供充分的驗證數(shù)據(jù)集。

(5)注重對空間化結(jié)果的驗證社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)的空間化是一種間接獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化分布結(jié)果的過程,因此由于方法和技術(shù)手段的不同,空間化的結(jié)果也不盡相同,而該結(jié)果與實際情況是否相符,以及相符的程度都是衡量空間化精度的重要指標(biāo),建議結(jié)合幾個采樣點的實地調(diào)查結(jié)果進行分析和校正,提高結(jié)果的準(zhǔn)確性,同時為改進空間化方法提供依據(jù)。

(6)完善社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫和構(gòu)建綜合的理論體系目前國內(nèi)的相關(guān)研究已經(jīng)形成初步的研究成果,中科院知識創(chuàng)新工程重大項目《西部生態(tài)環(huán)境演變規(guī)律與水土資源可持續(xù)利用》的成果之一就是建立了我國西部1km格網(wǎng)GDP數(shù)據(jù)庫,為自然、人文科學(xué)的研究和政府決策提供了科學(xué)數(shù)據(jù)[2]。但建立和完善社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫的工作還在進行當(dāng)中,而相關(guān)的理論、方法、技術(shù)手段等還需要進一步的綜合,以構(gòu)建相關(guān)的理論體系,為下一步的研究工作提供更好的指導(dǎo)。