基于遙感的福建省GDP統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)空間化

(浙江師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 浙江 金華 321004)

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP，Gross Domestic Product)是衡量一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況的重要標(biāo)準(zhǔn)。因此，實(shí)現(xiàn)GDP數(shù)據(jù)空間化在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)研究中具有重大意義。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)空間化[1-4]是利用夜間燈光影像結(jié)合GDP統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)構(gòu)建GDP值在空間上分布的過(guò)程，其本質(zhì)是在一定的區(qū)域內(nèi)建立連續(xù)分布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。GDP統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)空間化將GDP以空間分布形式通過(guò)Defense Meteorological Satellite Program(DMSP)搭載的Operational Linescan System傳感器獲取。DMSP/OLS數(shù)據(jù)覆蓋面積廣、數(shù)據(jù)獲取方便、對(duì)光源敏感度高等特點(diǎn)[5]。該數(shù)據(jù)早期多用于氣象監(jiān)測(cè)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者將其運(yùn)用于城市化空間擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)[6,7-8]，人口密度監(jiān)測(cè)[6,10]，生態(tài)效益評(píng)價(jià)[11,12]，土地利用調(diào)查[13]。通過(guò)空間分布圖可以更好的體現(xiàn)GDP空間分布狀態(tài)，為政府的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，制定合理決策，提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)其科學(xué)發(fā)展。

一、研究區(qū)域和數(shù)據(jù)來(lái)源

該文以福建省為研究對(duì)象。并選取福建省2010年DMSP/OLS的夜間燈光數(shù)據(jù)。此外，還包括福建省2011年所發(fā)布的福建省統(tǒng)計(jì)年鑒所公布的2010年福建省各地區(qū)的GDP總值以及一、二、三產(chǎn)業(yè)的GDP值。

二、GDP的空間化建模

(一)區(qū)級(jí)燈光指數(shù)計(jì)算

燈光指數(shù)CNLI[2,14]即在一定區(qū)域范圍內(nèi)燈光強(qiáng)度值(I)同有燈光區(qū)域面積與研究范圍面積的比(S)的乘積其公式為：

CNLI=I×S

(1)

(2)

S=AreaN/Area

(3)

式中：DNM為最大可能灰度值(福建省影像最大取值為63)，DNi表示區(qū)域內(nèi)第i級(jí)像元灰度值,ni研究區(qū)域中同一灰度值像元總的數(shù)量之和，p為進(jìn)行校正后的閾值，NL、Arean分別為研究范圍內(nèi)達(dá)到要求的DNM≥DN≥P的像元和值和占據(jù)的總面積，Area是研究范圍的面積。

根據(jù)上述公式計(jì)算則分別求得福建省九個(gè)地區(qū)市的夜間燈光指數(shù)CNLI,燈光相對(duì)強(qiáng)度指數(shù)I，燈光面積相對(duì)比值S。

表1 2010年福建省各地區(qū)I,S,CNLI統(tǒng)計(jì)值

(二)燈光指數(shù)與GDP數(shù)據(jù)回歸模型建立

通過(guò)上述簡(jiǎn)要計(jì)算可得出不同區(qū)域范圍內(nèi)的燈光數(shù)據(jù)同不同產(chǎn)業(yè)值之間的相關(guān)性。同時(shí)計(jì)算出小尺度區(qū)域范圍內(nèi)的GDP總、GDP1、GDP2、GDP工、GDP3該五者同本研究區(qū)域夜間燈光強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)。排除不同產(chǎn)業(yè)之間誤差最大的燈光指數(shù)，選取最為適宜的指數(shù)，同時(shí)建立回歸模型。對(duì)福建省各地區(qū)進(jìn)行回歸分析得出以下的模型：

GDPi=PO+RI*(b*Qj)

(4)

式中：GDPi表示GDP總、GDP1、GDP2、GDP工和GDP3。PO及RI為上述所得的模型系數(shù)值，b為上述比較分析中聯(lián)系性最強(qiáng)的燈光指數(shù)的分析系數(shù)，Qj可取I、S或CNLI其中最為適宜的值。

(三)GDP密度圖的制作

依據(jù)模型把福建省GDP統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算結(jié)合到每個(gè)像元，利用福建省各地區(qū)的GDP統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)合到公式中進(jìn)行校正像元值(式(5))，最后制作得到福建2010年GDP水平連續(xù)分布空間密度圖。

GDPz=GDPi*(GDPt/GDPall)

(5)

式中：GDPz為使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)按地區(qū)糾正后的GDP密度，GDPi為預(yù)測(cè)研究區(qū)域的GDP密度，GDPt為該地區(qū)精確統(tǒng)計(jì)GDP，GDPall為該地區(qū)對(duì)未來(lái)預(yù)測(cè)GDP。

圖2主要為福建省各地區(qū)市GDP密度分布圖：從分布圖中不難看出福建省廈門(mén)地區(qū)、泉州地區(qū)、福州地區(qū)三地區(qū)的沿海部分及莆田地區(qū)的沿海大部分已形成一條經(jīng)濟(jì)線，且該經(jīng)濟(jì)線的GDP在福建省總GDP中占比基本大于68%，該經(jīng)濟(jì)線的經(jīng)濟(jì)密度基本大于350萬(wàn)元/km2；在南平地區(qū)、三明地區(qū)、龍巖地區(qū)、寧德地區(qū)的市轄區(qū)經(jīng)濟(jì)密度在300萬(wàn)元/km2左右。

圖2 GDP空間分布狀況分析

三、GDP空間化結(jié)果精度檢驗(yàn)

運(yùn)用GDP密度圖計(jì)算出預(yù)測(cè)GDP總值同現(xiàn)有GDP總產(chǎn)值進(jìn)行對(duì)比比較，運(yùn)用Excel軟件計(jì)算得出兩者的相關(guān)性，檢驗(yàn)GDP密度圖的準(zhǔn)確性。

圖3(a)中GDP模擬值與統(tǒng)計(jì)值的曲線大體相符，廈門(mén)市、龍巖地區(qū)、莆田地區(qū)、寧德地區(qū)的模擬值與統(tǒng)計(jì)值較近似，漳州地區(qū)、福州地區(qū)、南平地區(qū)誤差較大。

圖3(b)中GDP模擬值與統(tǒng)計(jì)值之間的誤差較小，相關(guān)系數(shù)較高，可以說(shuō)福建省的夜間燈光強(qiáng)度與福建省各地區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之間有明顯的聯(lián)系性，相關(guān)系數(shù)R2達(dá)0.97285，故不難發(fā)現(xiàn)夜間燈光數(shù)據(jù)可以用于小尺度區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)研究。

圖3 GDP模擬值檢驗(yàn)

四、結(jié)論與討論

通過(guò)地區(qū)的小區(qū)域尺度燈光指數(shù)與GDP總值的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn):福建省各地區(qū)的GDP密度分布狀況同燈光強(qiáng)度存在極高的聯(lián)系性，可展現(xiàn)福建省GDP空間發(fā)展的差異及各地區(qū)發(fā)展的差距。此外，本文還建立了直接利用DMSP/OLS燈光指數(shù)計(jì)算得出GDP的模擬值，同時(shí)統(tǒng)計(jì)值同模擬值線性相關(guān)性高達(dá)0.97825。

通過(guò)2010年福建省的GDP密度分布圖發(fā)現(xiàn)：福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平具有空間不平衡性,呈現(xiàn)出東高西低,逐漸減小的格局。GDP空間化可在極大程度上彌補(bǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)帶來(lái)的缺陷但是又由于燈光數(shù)據(jù)自身的不足及工作量的問(wèn)題必然會(huì)造成某些的缺陷。不足之處如：

(1)數(shù)據(jù)自身由于自身的屬性特點(diǎn)的不足，對(duì)自然界中如森林火災(zāi)，閃電等光源極易被影像捕捉且難以識(shí)別，對(duì)GDP的空間化建模造成一定偏差.

(2)此外，在福建的東部沿海部分地區(qū)例如廈門(mén)市由于自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快，燈光強(qiáng)度漸趨于飽和，但由于其經(jīng)濟(jì)已發(fā)生轉(zhuǎn)型易產(chǎn)生偏差。閩內(nèi)部山區(qū)又由于農(nóng)業(yè)及旅游業(yè)產(chǎn)值比重較大燈光較弱，難以為影像捕捉也易造成一定誤差。