本發(fā)明涉及人口密度分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

人口密度是單位面積土地上居住的人口數(shù)，它是表示區(qū)域人口的密集程度的指標(biāo)，可以用來衡量一個區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和城市建設(shè)水平等，也可以為國家和地方的宏觀調(diào)控、城市發(fā)展規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐，另外，精準(zhǔn)的人口密度分布數(shù)據(jù)有助于企事業(yè)單位和創(chuàng)業(yè)者其做出合理的選址、產(chǎn)業(yè)布局等決策。

目前，人口密度一般是以行政區(qū)劃為計算單位的，比如某一縣市的人口總數(shù)除以面積即作為該縣市的人口密度，精度很差，人口在該縣市內(nèi)具體一些的分布情況是不可知的。

綜上，目前迫切需要一種精度更高的人口密度分析系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)，以提高人口密度計算的精準(zhǔn)度，為國家和地方的宏觀調(diào)控、城市發(fā)展規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐，以及為企事業(yè)單位和創(chuàng)業(yè)者的選址和產(chǎn)業(yè)布局提供數(shù)據(jù)支持。

本發(fā)明提供的一種基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)，包括：遙感數(shù)據(jù)獲取模塊、地物類型確定模塊、人口系數(shù)確定模塊、格網(wǎng)劃分模塊和人口密度確定模塊；其中，

所述遙感數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的遙感數(shù)據(jù)；

所述地物類型確定模塊，用于根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)確定所述目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成；

所述人口系數(shù)確定模塊，用于確定所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)不同地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)，所述人口系數(shù)為人口數(shù)量與單位面積的比值；

所述格網(wǎng)劃分模塊，用于將目標(biāo)區(qū)域劃分為多個格網(wǎng)；

所述人口密度確定模塊，用于根據(jù)各個所述格網(wǎng)的地物類型組成和所述人口系數(shù)，計算各個所述格網(wǎng)的人口密度，以確定所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布情況。

可選的，所述地物類型確定模塊，包括：

雷達(dá)數(shù)據(jù)地物類型確定單元，用于基于不同地物類型對雷達(dá)信號的反射和散射特性，根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)獲取模塊獲取的雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)確定所述目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成。

可選的，所述地物類型確定模塊，包括：

多光譜數(shù)據(jù)地物類型確定單元，用于基于不同地物類型對不同波段光譜反射率的差異，根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)獲取模塊獲取的多光譜遙感數(shù)據(jù)確定所述目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成。

可選的，所述人口系數(shù)確定模塊，包括：

回歸計算單元，用于根據(jù)已經(jīng)明確地物類型組成和人口數(shù)量的區(qū)域的樣本數(shù)據(jù)，采用回歸算法計算各地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)。

可選的，所述人口密度確定模塊，包括：

人口密度確定單元，用于根據(jù)以下數(shù)學(xué)算法計算各個所述格網(wǎng)的人口密度：

其中，表示第i個格網(wǎng)對應(yīng)的人口密度，j為不同的地物類型編號，aj表示第j種地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)，xj為第j種地物類型的面積在所述格網(wǎng)中的占比，n表示該格網(wǎng)中地物類型的數(shù)量。

可選的，所述基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)，還包括：

第一人口密度優(yōu)化模塊，用于基于夜間燈光強(qiáng)度與人口密度的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)夜間燈光遙感數(shù)據(jù)對所述人口密度確定單元計算的各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化，以優(yōu)化所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布情況。

可選的，所述第一人口密度優(yōu)化模塊，包括：

第一人口密度優(yōu)化單元，用于根據(jù)以下數(shù)學(xué)算法對各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化：

其中，pi表示優(yōu)化后獲得的第i個格網(wǎng)對應(yīng)的人口密度，表示所述人口密度確定單元計算獲得的第i個格網(wǎng)對應(yīng)的人口密度；lj表示第j個格網(wǎng)對應(yīng)的燈光強(qiáng)度，表示所述目標(biāo)區(qū)域的平均燈光強(qiáng)度；pl表示單位燈光代表的人口數(shù)量；s為調(diào)整系數(shù)。

可選的，所述地物類型包括城鎮(zhèn)建設(shè)用地和農(nóng)村居民用地；

所述人口密度計算系統(tǒng)，還包括：

第二人口密度優(yōu)化模塊，用于基于城市熱島強(qiáng)度與人口密度的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)紅外遙感數(shù)據(jù)對所述人口密度確定單元計算的各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化，以優(yōu)化所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布情況。

可選的，所述第二人口密度優(yōu)化模塊，包括：

第二人口密度優(yōu)化單元，用于根據(jù)以下數(shù)學(xué)算法對各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化：

其中，pi表示優(yōu)化后獲得的第i個格網(wǎng)對應(yīng)的人口密度，表示第i個格網(wǎng)對應(yīng)的屬于城鎮(zhèn)建設(shè)用地的人口密度，表示第i個格網(wǎng)對應(yīng)的屬于農(nóng)村居民用地的人口密度；ii表示第i個格網(wǎng)對應(yīng)的城市熱島強(qiáng)度，表示平均城市熱島強(qiáng)度；pi表示單位城市熱島強(qiáng)度代表的人口數(shù)量；wiu城鎮(zhèn)建設(shè)用地對應(yīng)的人口系數(shù)，wir表示農(nóng)村居民用地對應(yīng)的人口系數(shù)；aiu表示城鎮(zhèn)建設(shè)用地的面積在第i個格網(wǎng)中的占比，air表示農(nóng)村居民用地的面積在第i個格網(wǎng)中的占比。

可選的，所述基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)，還包括：

人口密度分布圖生成模塊，用于根據(jù)人口密度與不同顏色的映射關(guān)系，將各所述格網(wǎng)對應(yīng)的位置填充與該網(wǎng)格人口密度相應(yīng)的顏色，以繪制所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布圖。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的一種基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)，包括：遙感數(shù)據(jù)獲取模塊、地物類型確定模塊、人口系數(shù)確定模塊、格網(wǎng)劃分模塊和人口密度確定模塊。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本申請?zhí)峁┑乃龌诟叻中l(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)，通過將目標(biāo)區(qū)域劃分為多個格網(wǎng)，然后以格網(wǎng)為單位分別計算每個格網(wǎng)內(nèi)的人口密度，從而能夠計算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)更加具體的人口密度分布情況，相較于現(xiàn)有技術(shù)更加精確。另一方面，本申請基于遙感數(shù)據(jù)可以較為準(zhǔn)確的確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地物類型組成，基于上述地物類型組成，可以較為準(zhǔn)確的確定不同地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)，從而保證最終計算的人口密度具有較高的準(zhǔn)確度。綜上，基于本申請可以更加精確、準(zhǔn)確的確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的人口密度分布情況，從而為國家和地方的宏觀調(diào)控、城市發(fā)展規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐，以及為企事業(yè)單位和創(chuàng)業(yè)者的選址和產(chǎn)業(yè)布局提供數(shù)據(jù)支持。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1示出了本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的一種基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)的示意圖；

圖2示出了一種遙感數(shù)據(jù)獲取模塊的示意圖；

圖3示出了各地物類型對不同波段光譜的反射率的示意圖；

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的某一區(qū)域的人口密度分布情況效果圖；

圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的某一區(qū)域經(jīng)城市熱島強(qiáng)度優(yōu)化的人口密度分布情況效果圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。

本發(fā)明提供一種基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。

圖1示出了本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的一種基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例提供的一種基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)包括：

遙感數(shù)據(jù)獲取模塊1、地物類型確定模塊2、人口系數(shù)確定模塊3、格網(wǎng)劃分模塊4和人口密度確定模塊5；其中，

所述遙感數(shù)據(jù)獲取模塊1，用于獲取目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的遙感數(shù)據(jù)；

所述地物類型確定模塊2，用于根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)確定所述目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成；

所述人口系數(shù)確定模塊3，用于確定所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)不同地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)，所述人口系數(shù)為人口數(shù)量與單位面積的比值；

所述格網(wǎng)劃分模塊4，用于將目標(biāo)區(qū)域劃分為多個格網(wǎng)；

所述人口密度確定模塊5，用于根據(jù)各個所述格網(wǎng)的地物類型組成和所述人口系數(shù)，計算各個所述格網(wǎng)的人口密度，以確定所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布情況。

其中，所述地物類型是根據(jù)地面覆蓋物的不同劃分的類別，可以根據(jù)實(shí)際需求靈活劃分，例如，可以劃分為藍(lán)頂建筑物、紅頂建筑物、水泥頂建筑物、裸地、湖泊、河流、農(nóng)田和林地等；本申請計算的是人口密度，由于人口分布于居民地，因此，也可以將地物類型直接分為居民地和非居民地；而考慮城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村的差別，還可以劃分為城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民用地和非居民用地；等等。以上均為本申請的變更實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以據(jù)此作出多種變更實(shí)施方式，其均應(yīng)在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。

隨著遙感技術(shù)及高分辨率數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)的分辨率越來越高，數(shù)據(jù)類型越來越豐富，因此，采用高分辨率遙感數(shù)據(jù)對地面的地物類型進(jìn)行區(qū)分已成為可能且辨識的準(zhǔn)確性越來越高，基于此，也可以將所述格網(wǎng)劃分得越小，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例計算較為精確、準(zhǔn)確的人口密度的目的。

由于不同的遙感衛(wèi)星采用的遙感方式不同，采集的遙感數(shù)據(jù)可能也不同，例如我國發(fā)射的高分3號衛(wèi)星及加拿大發(fā)射的radarsat-2衛(wèi)星是采用合成孔徑雷達(dá)采集遙感數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)形式為雷達(dá)數(shù)據(jù)，而高分5號衛(wèi)星和landsat系列衛(wèi)星采用的是全譜段成像儀等儀器采集遙感數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)形式為多光譜數(shù)據(jù)，以上雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)和多光譜遙感數(shù)據(jù)都可以用于對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行地物類型的確定，本發(fā)明實(shí)施例中，所述遙感數(shù)據(jù)獲取模塊1可以根據(jù)配置的所述地物類型確定模塊2的工作原理選擇相應(yīng)的遙感數(shù)據(jù)。

其中，利用高質(zhì)量的多光譜數(shù)據(jù)可以更加精確的確定目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成，但由于云雨霧雪等天氣會影響多光譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，采用根據(jù)天氣情況選擇采用不同的遙感數(shù)據(jù)的方式，晴空地區(qū)采用多光譜遙感數(shù)據(jù)，多云多雨地區(qū)則采用雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)，從而從數(shù)據(jù)源開始最大限度的保證后續(xù)計算的準(zhǔn)確性，具體實(shí)施方式為請參考圖2，其示出了一種遙感數(shù)據(jù)獲取模塊1的示意圖，所述遙感數(shù)據(jù)獲取模塊1包括：天氣判斷單元11、雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取單元12和多光譜數(shù)據(jù)獲取單元13；

所述天氣判斷單元11用于根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的天氣狀況選擇觸發(fā)雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取單元12獲取雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)或觸發(fā)多光譜數(shù)據(jù)獲取單元13獲取多光譜遙感數(shù)據(jù)；具體的，可以在晴朗的天氣條件下觸發(fā)多光譜數(shù)據(jù)獲取單元13獲取多光譜遙感數(shù)據(jù)，在云雨霧雪等天氣條件下觸發(fā)雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取單元12獲取雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)；

所述雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取單元12用于在所述天氣判斷單元11的觸發(fā)下獲取所述目標(biāo)區(qū)域的雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)；

所述多光譜數(shù)據(jù)獲取單元13用于在所述天氣判斷單元11的觸發(fā)下獲取所述目標(biāo)區(qū)域的多光譜遙感數(shù)據(jù)。

其中，所述天氣判斷單元11對天氣狀況的判斷依據(jù)，可以根據(jù)天氣統(tǒng)計結(jié)果預(yù)先設(shè)置各地區(qū)與常見天氣狀況對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，所述天氣判斷單元11根據(jù)需要實(shí)時從所述數(shù)據(jù)庫中調(diào)?。灰部梢允钦{(diào)取目標(biāo)區(qū)域指定日期的天氣記錄，根據(jù)記錄確定目標(biāo)區(qū)域指定日期的天氣狀況；其均為本申請的變更實(shí)施方式，均在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。

根據(jù)遙感數(shù)據(jù)的不同，所述地物類型確定模塊2也采用不同的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取，例如，對雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)，由于建筑物的布局、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境的差異，在sar圖像(即雷達(dá)遙感數(shù)據(jù))上呈現(xiàn)不同的紋理特征，如城市中建筑物分布整齊，樓房之間間距較大，大多為平頂整齊的高層樓房，使用材料大多具有良好反射率，在圖像上表現(xiàn)為強(qiáng)亮度區(qū)域，而建筑物之間的道路，粗糙植被如草坪等，由于表面散射，表現(xiàn)為暗區(qū)域，因此，城市居民地在圖像上表現(xiàn)為明暗相間的紋理，相似性較小；農(nóng)村居民地分布相對散亂，沒有明顯規(guī)律，且道路等區(qū)域在圖像上不明顯，因此呈現(xiàn)不規(guī)則亮斑狀，相似性較大。

因此，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，所述地物類型確定模塊2，包括：雷達(dá)數(shù)據(jù)地物類型確定單元，用于基于不同地物類型對雷達(dá)信號的反射和散射特性，根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)獲取模塊1獲取的雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)確定所述目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成。

具體的，以所述地物類型為居民地和非居民地為例，所述雷達(dá)數(shù)據(jù)地物類型確定單元，可以基于變差函數(shù)理論，在分析中高分辨率sar圖像中居民地紋理特征的基礎(chǔ)上，采用基于迭代p參數(shù)法的閾值確定方法，為滿足閾值范圍的像元點(diǎn)賦以權(quán)值，以加大居民地與非居民地的變差函數(shù)差，從而提取出居民地，不僅可以保證較高的檢測率，還可以顯著降低虛警率，上述從雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)中提取居民地的技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例不再贅述，由于地物類型的劃分不同，具體的實(shí)施方式也不盡相同，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以據(jù)此進(jìn)行變更實(shí)施以確定目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成。

而對于多光譜遙感數(shù)據(jù)，現(xiàn)有技術(shù)雖然公開了部分提取水面、建筑物的方法，但發(fā)明人在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其提取精度、準(zhǔn)確性并不理想，因此，本申請?zhí)岢隽烁鼮闇?zhǔn)確、精確度更高的方式，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，所述地物類型確定模塊2，包括：

多光譜數(shù)據(jù)地物類型確定單元，用于基于不同地物類型對不同波段光譜反射率的差異，根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)獲取模塊1獲取的多光譜遙感數(shù)據(jù)確定所述目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成。

具體的，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，所述多光譜數(shù)據(jù)地物類型確定單元，包括：

地物分類子單元，用于將地物類型劃分為藍(lán)頂建筑物、紅頂建筑物、水泥頂建筑物、裸地、湖泊、河流、農(nóng)田和林地；其中，藍(lán)頂建筑物、紅頂建筑物、水泥頂建筑屬于居民地，為本發(fā)明實(shí)施例的主要確定對象，其他地物類型可以統(tǒng)一劃分為非居民地，由于非居民地的人口數(shù)量可以認(rèn)為為零，因此，只需要根據(jù)所述遙感數(shù)據(jù)提取出居民地即可(其他區(qū)域直接確定為非居民地)；

地物確定調(diào)度子單元，用于根據(jù)所述地物分類子單元對地物類型的劃分結(jié)果，對屬于居民地的地物類型，分別調(diào)用以下提取指數(shù)構(gòu)建子單元、指數(shù)值計算子單元和二值化處理子單元從所述目標(biāo)區(qū)域中提取出該地物對應(yīng)的區(qū)域，從而確定所述目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成；

提取指數(shù)構(gòu)建子單元，用于根據(jù)待提取的地物類型與其他地物類型對不同波段光譜反射率的差異構(gòu)建能夠?qū)⒃摯崛〉牡匚镱愋团c其他地物進(jìn)行區(qū)分的地物提取指數(shù)；

指數(shù)值計算子單元，用于計算所述遙感數(shù)據(jù)中各像元對應(yīng)的所述地物提取指數(shù)的指數(shù)值；

二值化處理子單元，用于將各像元的所述地物提取指數(shù)的指數(shù)值進(jìn)行二值化處理，并根據(jù)二值化結(jié)果對所述遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，提取出該待提取的地物類型對應(yīng)的區(qū)域。

在上述實(shí)施例中，所述地物分類子單元根據(jù)不同類型的地物對不同波段光譜的反射率的差異以及居民地包含的地物類型，更為細(xì)致、準(zhǔn)確的將地物類型劃分為藍(lán)頂建筑物(主要為企業(yè)的廠棚)、紅頂建筑物(主要為紅頂房屋，部分為企業(yè)廠棚)、水泥頂建筑物(主要為城鎮(zhèn)居民區(qū)、道路等)、裸地、湖泊(人工湖、水庫等)、河流、農(nóng)田(作物覆蓋的)和林地，由于不同地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)不同，這樣細(xì)致的劃分有助于提高最終計算的人口密度的準(zhǔn)確性。

所述提取指數(shù)構(gòu)建子單元通過比較各地物類型對不同波段光譜的反射率，進(jìn)而根據(jù)待提取的地物類型與其他地物類型對不同波段光譜反射率的差異構(gòu)建能夠?qū)⒋崛〉牡匚镱愋团c其他地物進(jìn)行區(qū)分的地物提取指數(shù)，請參考圖3，其示出了各地物類型對不同波段光譜的反射率的示意圖，圖中，波段2表示藍(lán)光波段，波段3表示綠光波段，波段4表示紅光波段，由圖可知，藍(lán)頂建筑物在藍(lán)光波段的反射率明顯高于綠光波段的反射率，而其他地物類型則基本持平或者是綠光波段的反射率高于藍(lán)光波段的反射率，這樣，若計算藍(lán)光波段的反射率減去綠光波段的反射率，藍(lán)頂建筑物對應(yīng)的數(shù)值為較大的正數(shù)，而其他地物類型對應(yīng)的數(shù)值則為負(fù)數(shù)或接近于零的正數(shù)，據(jù)此可以將藍(lán)頂建筑物提取出來；采用同樣的理論，紅頂建筑物和水泥頂建筑物(包括裸土)在紅光波段的反射率明顯高于綠光波段的反射率，而其他地物類型則均是綠光波段的反射率高于紅光波段的反射率，這樣，若計算紅光波段的反射率減去綠光波段的反射率，紅頂建筑物和水泥頂建筑物(包括裸土)對應(yīng)的數(shù)值為較大的正數(shù)，而其他地物類型對應(yīng)的數(shù)值則為負(fù)數(shù)，據(jù)此可以將紅頂建筑物和水泥頂建筑物(包括裸土)提取出來。其中，可以在提取出藍(lán)頂建筑物后，再基于藍(lán)光波段的反射率和綠光波段的反射率提取出裸土，這樣扣除裸土即可提取出更為精確的紅頂建筑物和水泥頂建筑物。

由于裸土實(shí)際面積較少可以忽略，為了簡化計算，本發(fā)明實(shí)施例采用包含裸土的地物提取方法進(jìn)行示例性說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述說明的基礎(chǔ)上變更實(shí)施，進(jìn)一步提取出裸土后扣除，以提取出更為準(zhǔn)確的地物類型對應(yīng)的區(qū)域，其也在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。

以含裸土的地物提取為例，所述提取指數(shù)構(gòu)建子單元通過上述計算，即可根據(jù)各地物類型對不同波段光譜反射率的差異構(gòu)建能夠?qū)⒋崛〉牡匚锱c其他地物進(jìn)行區(qū)分的地物提取指數(shù)，例如，若待提取的地物類型為藍(lán)頂建筑物，則所述提取指數(shù)構(gòu)建子單元，可以根據(jù)藍(lán)頂建筑物對應(yīng)的第一反射率差與其他地物類型對應(yīng)的第一反射率差的差異，構(gòu)建以下針對藍(lán)頂建筑物的地物提取指數(shù)，其中，所述第一反射率差是指對藍(lán)光波段光譜的反射率與對綠光波段光譜的反射率的差：

式中，ndbib2-b3表示針對藍(lán)頂建筑物的地物提取指數(shù)，oli2表示對藍(lán)光波段光譜的反射率，oli3表示對綠光波段光譜的反射率。

又如，若待提取的地物類型為紅頂建筑物和水泥頂建筑物(不便于區(qū)分，可以一并提取)，則所述提取指數(shù)構(gòu)建子單元，可以根據(jù)紅頂建筑物和水泥頂建筑物對應(yīng)的第二反射率差與其他地物類型對應(yīng)的第二反射率差的差異，構(gòu)建以下針對紅頂建筑物和水泥頂建筑物的地物提取指數(shù)，其中，所述第二反射率差是指對紅光波段光譜的反射率與對綠光波段光譜的反射率的差：

式中，ndbib4-b3表示針對紅頂建筑物和水泥頂建筑物的地物提取指數(shù)，oli4表示對紅光波段光譜的反射率，oli3表示對綠光波段光譜的反射率。

采用上述兩個具體的地物提取指數(shù)，可以進(jìn)一步放大待提取地物與其他地物類型對應(yīng)的該指數(shù)的差異，從而有助于在后續(xù)處理中精準(zhǔn)的將待提取地物提取出來，在具體實(shí)施時，還可以對上述公式減去一個調(diào)整參數(shù)，以將較大的正數(shù)與較小的正數(shù)調(diào)整為正數(shù)與負(fù)數(shù)，以減少在后續(xù)二值化處理過程中產(chǎn)生的噪聲或誤差。

相應(yīng)的，所述二值化處理子單元在將各像元的所述地物提取指數(shù)的指數(shù)值進(jìn)行二值化處理，并根據(jù)二值化結(jié)果對所述遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分割后，即可根據(jù)對所述針對藍(lán)頂建筑物的地物提取指數(shù)的指數(shù)值的二值化處理結(jié)果提取出藍(lán)頂建筑物，根據(jù)對所述針對紅頂建筑物和水泥頂建筑物的地物提取指數(shù)的指數(shù)值的二值化處理結(jié)果提取出紅頂建筑物和水泥頂建筑物。

其中，所述人口系數(shù)是指指定地物類型單位面積上的人口數(shù)量，可以通過統(tǒng)計現(xiàn)有較為精確的數(shù)據(jù)確定，為了保證所述人口系數(shù)計算的精確性，在本發(fā)明提供的一個實(shí)施例中，所述人口系數(shù)確定模塊3，包括：

回歸計算單元，用于根據(jù)已經(jīng)明確地物類型組成和人口數(shù)量的區(qū)域的樣本數(shù)據(jù)，采用回歸算法計算各地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)。

例如，所述回歸計算單元可以獲取多個與目標(biāo)區(qū)域相似的區(qū)域的樣本數(shù)據(jù)，每個樣本數(shù)據(jù)包括樣本區(qū)域中明確的地物類型組成情況(包括各地物類型的實(shí)際面積)和人口總數(shù)，基于上述樣本數(shù)據(jù)，可以以各地物類型的人口系數(shù)為自變量，以人口總數(shù)為因變量，建立回歸模型，然后將樣本數(shù)據(jù)輸入所述回歸模型，經(jīng)過數(shù)據(jù)擬合確定各地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)。采用上述回歸算法可以獲得更為準(zhǔn)確的各地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)，從而有助于最終計算獲得更為精準(zhǔn)的人口密度。

所述格網(wǎng)劃分模塊4，用于將目標(biāo)區(qū)域劃分為多個格網(wǎng)，所述格網(wǎng)的劃分可以根據(jù)實(shí)際需求以及所述遙感數(shù)據(jù)分辨率的高低靈活設(shè)置，比如可以將目標(biāo)區(qū)域劃分為多個十米格網(wǎng)、百米格網(wǎng)或千米格網(wǎng)等等，其均在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。

根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成情況和人口系數(shù)，所述人口密度確定模塊5即可計算確定各格網(wǎng)(格網(wǎng)是將目標(biāo)區(qū)域劃分而得的，目標(biāo)區(qū)域的地物類型組成情況確定了，相應(yīng)的各格網(wǎng)的地物類型組成情況也就確定了)的人口密度，具體計算方法可以根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)置，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，所述人口密度確定模塊5，包括：

人口密度確定單元，用于根據(jù)以下數(shù)學(xué)算法計算各個所述格網(wǎng)的人口密度：

其中，表示第i個格網(wǎng)對應(yīng)的人口密度，j為不同的地物類型編號，aj表示第j種地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)，xj為第j種地物類型的面積在所述格網(wǎng)中的占比，n表示該格網(wǎng)中地物類型的數(shù)量。

由于格網(wǎng)是將目標(biāo)區(qū)域劃分而得的，各所述格網(wǎng)的人口密度確定了，那么目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布情況(即人口空間分布)也就確定了。

基于以上實(shí)施例說明，本發(fā)明第一實(shí)施例通過將目標(biāo)區(qū)域劃分為多個格網(wǎng)，然后以格網(wǎng)為單位分別計算每個格網(wǎng)內(nèi)的人口密度，從而能夠計算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)更加具體的人口密度分布情況，相較于現(xiàn)有技術(shù)更加精確。另一方面，基于遙感數(shù)據(jù)可以較為準(zhǔn)確的確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地物類型組成，基于上述地物類型組成，可以較為準(zhǔn)確的確定不同地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)，從而保證最終計算的人口密度具有較高的準(zhǔn)確度。綜上，基于本發(fā)明第一實(shí)施例可以更加精確、準(zhǔn)確的確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的人口密度分布情況，從而為國家和地方的宏觀調(diào)控、城市發(fā)展規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐，以及為企事業(yè)單位和創(chuàng)業(yè)者的選址和產(chǎn)業(yè)布局提供數(shù)據(jù)支持。

為了更加直觀的展現(xiàn)所述人口密度分布情況，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，所述基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)，還包括：

人口密度分布圖生成模塊，用于根據(jù)人口密度與不同顏色的映射關(guān)系，將各所述格網(wǎng)對應(yīng)的位置填充與該網(wǎng)格人口密度相應(yīng)的顏色，以繪制所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布圖。

作為上述實(shí)施例的變更實(shí)施方式，可以采用灰度圖代替彩色圖表征目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布圖，如圖4所示，其為本發(fā)明實(shí)施例提供的某一區(qū)域的人口密度分布情況效果圖，圖中，顏色越白表示人口密度越大，由圖可見，相較于現(xiàn)有簡單粗暴的采用行政區(qū)劃計算和表征人口密度分布情況的方式，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的方式，可以更加精準(zhǔn)的確定目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布情況。

考慮到，地物類型是反映人口分布的重要因素，但僅用地物類型來分析人口密度分布情況的分布情況時，難以區(qū)分相同地物類型之間的人口密度差異。而研究表明，夜間燈光數(shù)據(jù)與人口密度存在高度相關(guān)。因此，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，所述基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)，還包括：

第一人口密度優(yōu)化模塊，用于基于夜間燈光強(qiáng)度與人口密度的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)夜間燈光遙感數(shù)據(jù)對所述人口密度確定單元計算的各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化，以優(yōu)化所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布情況。

其中，所述夜間燈光強(qiáng)度可以從所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的夜間燈光遙感數(shù)據(jù)獲得，而夜間燈光遙感數(shù)據(jù)可以通過具有凝視全色相機(jī)或凝視多光譜相機(jī)的遙感衛(wèi)星采集獲得，例如我國發(fā)射的高分4號衛(wèi)星即可在夜間采集夜間燈光遙感數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的目標(biāo)區(qū)域的夜間燈光遙感數(shù)據(jù)和對目標(biāo)區(qū)域的格網(wǎng)劃分，即可確定每個格網(wǎng)對應(yīng)的夜間燈光強(qiáng)度以及目標(biāo)區(qū)域的平均燈光強(qiáng)度，據(jù)此可以對所述人口密度確定單元計算的各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化。

具體的，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，所述第一人口密度優(yōu)化模塊，包括：

第一人口密度優(yōu)化單元，用于根據(jù)以下數(shù)學(xué)算法對各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化：

其中，pi表示優(yōu)化后獲得的第i個格網(wǎng)對應(yīng)的人口密度，表示所述人口密度確定單元計算獲得的第i個格網(wǎng)對應(yīng)的人口密度；lj表示第j個格網(wǎng)對應(yīng)的燈光強(qiáng)度，表示所述目標(biāo)區(qū)域的平均燈光強(qiáng)度；pl表示單位燈光代表的人口數(shù)量；s為調(diào)整系數(shù)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以基于上述實(shí)施例說明對具體數(shù)學(xué)算法進(jìn)行多種合理變更，具體不再贅述，其均應(yīng)在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。

通過采用夜間燈光數(shù)據(jù)對所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化，可以將借助夜間燈光數(shù)據(jù)將相同地物類型之間的人口密度差異表征出來，從而使計算的人口密度更加準(zhǔn)確。

容易理解的是，對于對所述人口密度確定單元計算的各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化的情形，所述人口密度分布圖生成模塊可以利用優(yōu)化后的各個所述格網(wǎng)的人口密度繪制所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布圖。

考慮到城市熱島強(qiáng)度能夠有效的反映城鎮(zhèn)與農(nóng)村的人口密度差異，而實(shí)際上城鎮(zhèn)與農(nóng)村的人口密度差異較大，對于既包含農(nóng)村又包含城鎮(zhèn)的區(qū)域而言，如果地物類型不區(qū)分城鎮(zhèn)與農(nóng)村，利用上述回歸算法算得的各地物類型對應(yīng)的人口系數(shù)可能存在誤差，進(jìn)而導(dǎo)致最終確定的人口密度分布情況也存在誤差，因此，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，還可以采用城市熱島強(qiáng)度對各格網(wǎng)的所述人口密度進(jìn)行優(yōu)化，所述地物類型包括城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民用地和非居民區(qū)；所述人口密度計算系統(tǒng)，還包括：

第二人口密度優(yōu)化模塊，用于基于城市熱島強(qiáng)度與人口密度的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)紅外遙感數(shù)據(jù)對所述人口密度確定單元計算的各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化，以優(yōu)化所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布情況。

其中，所述城市熱島強(qiáng)度根據(jù)所述目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的紅外遙感數(shù)據(jù)計算確定，而紅外遙感數(shù)據(jù)可以通過具有全譜段成像儀的遙感衛(wèi)星采集獲得，例如我國發(fā)射的高分5號衛(wèi)星攜帶有全譜段成像儀，可獲得地表20m可見近紅外和40m中長紅外遙感數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的紅外遙感數(shù)據(jù)，即可通過陸地表面溫度反演技術(shù)推算出所述紅外遙感數(shù)據(jù)中各個像元對應(yīng)的地面溫度，而城市熱島強(qiáng)度定義為城市中心區(qū)溫度與郊區(qū)的溫度差值，用來表征由于城市結(jié)構(gòu)所造成的城市區(qū)域溫度高于郊區(qū)溫度的程度，因此根據(jù)所述地面溫度即可計算出所述紅外遙感數(shù)據(jù)中各個像元對應(yīng)的城市熱島強(qiáng)度，從而確定每個格網(wǎng)對應(yīng)的城市熱島強(qiáng)度(可以是格網(wǎng)內(nèi)所有像元的城市熱島強(qiáng)度取平均值)以及目標(biāo)區(qū)域的平均城市熱島強(qiáng)度，據(jù)此可以對所述人口密度確定單元計算的各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化。

具體的，在本申請?zhí)峁┑囊粋€實(shí)施例中，所述第二人口密度優(yōu)化模塊，包括：

第二人口密度優(yōu)化單元，用于根據(jù)以下數(shù)學(xué)算法對各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化：

其中，pi表示優(yōu)化后獲得的第i個格網(wǎng)對應(yīng)的人口密度，表示第i個格網(wǎng)對應(yīng)的屬于城鎮(zhèn)建設(shè)用地的人口密度，表示第i個格網(wǎng)對應(yīng)的屬于農(nóng)村居民用地的人口密度；ii表示第i個格網(wǎng)對應(yīng)的城市熱島強(qiáng)度，表示平均城市熱島強(qiáng)度；pi表示單位城市熱島強(qiáng)度代表的人口數(shù)量；wiu城鎮(zhèn)建設(shè)用地對應(yīng)的人口系數(shù)，wir表示農(nóng)村居民用地對應(yīng)的人口系數(shù)；aiu表示城鎮(zhèn)建設(shè)用地的面積在第i個格網(wǎng)中的占比，air表示農(nóng)村居民用地的面積在第i個格網(wǎng)中的占比。

其中，基于紅外遙感數(shù)據(jù)采用陸地表面溫度反演技術(shù)推算地面溫度為現(xiàn)有成熟的技術(shù)，此處不再贅述，將其應(yīng)用于本發(fā)明實(shí)施例中構(gòu)成的整體實(shí)施方案，均在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。所述城鎮(zhèn)建設(shè)用地對應(yīng)的人口系數(shù)和農(nóng)村居民用地對應(yīng)的人口系數(shù)可以參考上述實(shí)施例的說明變更由所述人口系數(shù)確定模塊3計算確定。

容易理解的是，對于對所述人口密度確定單元計算的各個所述格網(wǎng)的人口密度進(jìn)行優(yōu)化的情形，所述人口密度分布圖生成模塊可以利用優(yōu)化后的各個所述格網(wǎng)的人口密度繪制所述目標(biāo)區(qū)域的人口密度分布圖。請參考圖5，本發(fā)明實(shí)施例提供的某一區(qū)域經(jīng)城市熱島強(qiáng)度優(yōu)化的人口密度分布情況效果圖，圖中，顏色越白對應(yīng)的人口密度越高，由圖可見，經(jīng)過熱島城市強(qiáng)度優(yōu)化后，獲得的人口密度分布圖更加的精確、準(zhǔn)確。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

需要說明的是，附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個實(shí)施例的系統(tǒng)、方法和計算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實(shí)現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點(diǎn)上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個或多個用于實(shí)現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意，在有些作為替換的實(shí)現(xiàn)中，方框中所標(biāo)注的功能也可以以不同于附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地物類型的人口密度分析系統(tǒng)可以是計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括存儲了程序代碼的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述程序代碼包括的指令可用于執(zhí)行前面方法實(shí)施例中所述的方法，具體實(shí)現(xiàn)可參見方法實(shí)施例，在此不再贅述。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)、系統(tǒng)和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

在本申請所提供的幾個實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的系統(tǒng)、系統(tǒng)和方法，可以通過其它的方式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，又例如，多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點(diǎn)，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些通信接口，系統(tǒng)或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可以是個人計算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機(jī)存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。