利用卫星图像制作按领土分列的区域统计数据（英）2025

ECLAC统计简报 使用卫星图像生成按地区分解的区域统计数据 在信息时代，官方统计的生产从传统的古典统计操作方法发生了显著演变。非传统信息来源的利用在地区各国统计局中获得了相关性，因为它们能够提供更准确、及时和详细的数据。因此，除了传统来源之外，在寻找新信息来源方面已经出现了若干努力，其中包括： 内容 1. 使用卫星图像构建统计数据和指标的优势。……。……。 2 2. 从地球观测卫星获取的信息。 . . . 2 »卫星图像：主要用于监测土地利用变化、森林砍伐、城市扩张和农业。 3. 拉丁美洲和加勒比地区统计生成的不同卫星产品的应用。 . . . . . 5 »社交网络：分析以了解出行模式和消费偏好以及社会趋势。»数字交易记录：用于研究经济行为和电子商务。 4. 拉丁美洲和加勒比国家利用卫星影像制作官方统计的机会。...13 1. 使用卫星图像构建统计指标的优势 这些非传统来源之一是卫星图像，它为建立统计指标提供了独特而宝贵的视角，特别是基于地球观测的那些指标。其主要优势包括： »广域持续覆盖：卫星可以持续捕捉广阔地理区域的照片，从而实现长时间变化监测。 »高空间分辨率：卫星图像可以提供有关地形的精确细节，允许在国家以下和地方层面进行数据分解。 »进入偏远地区：卫星可以观测到传统数据收集方法无法进入的地区。 »频繁更新：获取定期更新图像的能力能够创建动态和及时的指标。 »空间背景和区域分析：地理数据允许分析空间中现象的分布、关系和动态，在同一区域框架内整合多种信息来源（环境、社会和经济）。这提供了对过程更全面的理解，并促进面向区域发展的决策。 在拉丁美洲和加勒比地区，卫星图像的使用在提高不同领域官方统计数据的质量和准确性方面具有巨大潜力： »环境监测：森林覆盖率的变化、河流和湖泊的水质变化、农业前沿的扩张等。 »农业：评估农业生产力、检测病虫害和作物规划。 »城市管理：城市扩张、土地利用规划和基础设施监控的分析。 »自然灾害：卫星图像在预防和减灾阶段的应用，包括备灾、响应和灾后恢复。例如，用于规划快速有效的响应以及评估地震、洪水和飓风造成的损失。 2. 从地球观测卫星获取的信息 地球观测是一组通过遥感地表测量获得的地理空间数据，包括全球范围内的气象、海洋和陆地信息，对于评估发展的各个方面至关重要。地球观测的地理空间信息的主要来源之一来自环绕行星的大量卫星。 这些数据是通过搭载在卫星上的传感器收集的，这些传感器捕捉地球发射或反射的电磁辐射（主要在可见光、红外线和微波范围内）（见表格1）。这些信息用于生成图像、地图和数据集，以帮助理解和监测地球表面和大气现象的各个方面。 卫星数据以网格或栅格的形式呈现（一个由单元格或像素组成的三维网格）。网格中的每个单元格代表地球表面上的特定位置（地理位置）（见图1）。 存在越来越多的卫星图像和产品可供分析和使用。选择适当的来源需要考虑图像分辨率，它指的是卫星传感器区分地球表面物体或特征的能力。分辨率有不同类型：空间、时间、光谱和辐射；然而，本文介绍了ECLAC关于前两种类型的结果。 空间分辨率是指网格中每个单元格的大小，它决定了数据中能够捕捉到的细节程度。更高的空间分辨率意味着更小的单元格，因此能够捕捉到地表更精细的细节。 时间分辨率与数据随时间捕获的频率有关，并直接与卫星的重访时间（卫星两次连续飞越地球同一点之间的时间间隔）相关。较高的时间分辨率意味着地表随时间发生的变化可以被更频繁地捕获。 卫星以多种格式和不同的时空分辨率提供各种地球物理参数的数据，在确定最适合目标需求的卫星产品时，需要考虑这些数据。一旦数据以网格格式获取，即可进行地理分解，这意味着将数据分解到感兴趣的地区。这些地理区域可以是行政单位或网格、城乡区域或流域/次流域。地理分解对于生成相关地理尺度的数据集是必要的。 3. 适用于拉丁美洲和加勒比地区统计生成的不同卫星产品的应用 如前所述，利用卫星数据衡量可持续发展具有显著优势，例如其可按固定频率获取、能够构建时间序列以评估变化、以及比较不同区域/国家结果的可能性等。此外，获取这些数据的成本相对较低，这有助于持续提供准确信息以推动可持续发展举措。 通过对卫星获取的原始数据实施各种处理、分析和转换技术，可以生成派生产品，进一步丰富可用信息。这种带有地理信息的数据的一个基本优势是它们提供了能够揭示变量之间模式和关系的空间背景，从而能够理解和设计有效的可持续发展策略。这使得能够在更详细和精确的尺度上进行分解，并创建新的统计指标。 为了提供更多基于卫星图像处理的地域分解统计和地理空间信息，已经将一套初始指标和地理图层整合到联合国拉丁美洲和加勒比经济委员会的数据平台CEPALSTAT和CEPALGEO中。这项举措使这些数据资产可用于用户，不仅支持区域分析，而且使该地区的国家能够使用并将它们整合到其国家数据存储库中。 在使用其第一批分析产品时，包括：夜光数据、土地利用与土地覆盖、城市区域和森林检测。在所有情况下，该流程涉及下载数据，开发概念验证（PoC）以确定适当的处理流程，创建用于指标计算的最终处理流程以确保时间上的可复制性，与感兴趣的管理单元矢量层相交，并将其存储在ECLAC的数据库中。这些流程使用了各种地理空间库和工具，例如Python空间库、GDAL、GRASS GIS以及PostgreSQL（PostGIS）的空间功能。Airflow平台用于对每个产品的ETL流程进行系统化执行。 以下是处理信息的详细描述、所使用的数据来源、统计指标以及构建的地理层。 夜间灯光 该卫星产品提供了关于夜间世界不同地区人造照明分布的宝贵信息。这类信息具有广泛的应用，例如： »人口分布分析：夜间照亮的区域通常是人口存在和人类活动的指标。这些图像可用于估算不同地区和城市的人口密度（例如，Alahmadi等，2021；Bagan & Yamagata，2015）。 »城市发展监测：夜间灯光影像能够揭示城市增长模式和城市区域随时间的变化。这对于城市规划和管理城市增长特别有用（张等人，2014；徐等人，2020）。 »环境变化检测：夜间光照强度的变化可以指示工业活动、基础设施和土地利用的转变。这些图像可用于检测工厂的开设或关闭、道路扩建以及其他相关变化（Roberts，2021）。 »经济活动监测：照亮区域也可以与经济和商业活动区域相关联。分析夜间灯光有助于评估不同地区的经济活动（Liu等人，2012）。 »灾害与危机应对：夜间灯光图像可用于评估自然灾害和人类危机的影响。照明变化可以指示损害程度和受影响区域 (Zhao et al., 2020)。 »安全和防御：监测夜间灯光也可用于安全和防御活动，例如检测未经授权区域内的可疑活动，例如识别限制区域内的渔船（Zhizhin等人，2018年）。 »光污染研究：夜间光照图像也可用于评估不同地区光污染的程度。这对于理解人造照明如何影响环境和野生动物（Bagheri et al., 2022）十分重要。 存在多个卫星平台提供不同类型的夜间灯光产品（具有不同的空间分辨率、分析频率等）供免费下载（通常需要注册，但没有服务费用）。从这些来源中，选择了VIIRS/NPP的Black Marble产品——Lunar BRDF-Adjusted Nighttime Lights Yearly L3 Global 15 arc second Linear Lat Lon Grid – VNP46A4（Suomi-NPP/NASA），因其高空间分辨率和多种可用的时间尺度。此外，图像的定期可用性、下载的便捷性以及可访问性使得能够获取用于长期详细分析的持续更新的数据，从而研究城市灯光模式和土地利用变化。 根据现有数据，可以生成表格3和表格4中所示指标和地理图层，如图1所示。 土地利用和土地覆盖 地表覆盖包含地球表面的生物物理要素，包括顶层和人工建筑。在过去的几十年里，人类活动导致地表覆盖发生了显著变化，这一现象是由持续的人口和经济增长所驱动。这些地表覆盖的变化不仅影响生态系统的结构和功能，也对温室气体排放、大陆和全球尺度的大气环流、营养和水分循环、生物地球化学循环以及生物多样性产生影响。 关于土地覆盖及其变化的信息对于理解当前状态、景观异质性、趋势、驱动力以及各种人类活动对自然和社会过程的影响至关重要。同样，这些信息在通过提高开发更精确模型和模拟的能力来规划向可持续发展转型的过程中也起着至关重要的作用。 从卫星数据中获取的土地利用信息是通过处理不同波段的电磁波谱和分类技术得出的。这类信息的使用包括： »监测城市扩张 (Gaur & Singh, 2023). »森林砍伐监测：可通过卫星图像追踪森林覆盖的变化，有助于预防非法砍伐森林和推广可持续的林业实践（Matosak等，2022）。 »气候变化监测：卫星图像可以揭示冰川、冰区和冻土的变化，提供关于气候变化影响的关键信息。 目前有数个卫星平台提供不同类型的土地覆盖/土地利用产品，这些产品相关且可免费下载（通常需要注册，但无需服务费用）。从这些来源中，选用了全球动态土地覆盖产品（与Sentinel-ESA兼容），因其高空间分辨率、免费使用和下载便捷性。该产品由光学图像（Sentinel-2）和雷达数据（Sentinel-1）生成。基于现有数据，生成了表格5和6中所示指标和地理图层，如图2所示。 城市扩张 监测城市扩张对于确保城市发展长期可持续性至关重要，促进经济增长、社会公平和环境保护之间的平衡。在城市扩张的影响中，我们可以提到： »自然资源消耗增加。»将绿地和自然区域转化为城市化区域，导致诸如自然栖息地丧失、生物多样性减少和土壤退化等后果。»空气污染加剧、固体和液体废弃物累积以及水资源枯竭。»该区域内流动性和可达性的变化。»如果某些人口群体被边缘化或排除在城市化发展的利益之外，社会不平等加剧。»公共服务压力更大。 使用卫星数据以及现代数据分析技术为监测城市扩张提供了重要可能性，能够提供关于城市发展详细且实时的信息。这些工具通过识别新城市化地区、土地利用变化及其随时间演变，促进了可持续发展战略的实施。 »监测人口增长：检测人口密度和城市地区的变化可提供有关该地区人口增长的信息。 »可持续城市规划：追踪城市增长、城市扩张，并识别未来发展的区域。这有助于防止无序城市化并优化土地利用。 »基础设施建设：规划道路、公共交通、能源系统和水资源网络等基础设施。它能够更有效地设计和开发服务网络，以满足日益增长的城镇化需求。 »风险管理：了解人口密度和城市分布对于自然灾害或极端事件的风险评估和规划应对措施至关重要。 所选指标来自GHSL-Built产品（欧洲航天局欧洲委员会的哥白尼计划），即哥白尼（欧洲航天局）全球人类居住层（GHSL）项目的一部分（Pesaresi M., Politis P., 2023），它是利用Sentinel卫星影像和现代数据分析技术、机器学习和人工智能开发的最前沿产品之一。 对原始产品进行处理以获取指标包括：重投影到WGS84，与感兴趣的管理单元相交，计算建成区总面积，当前时期与前期（5年前）之间的差异，并对每个管理单元的差异进行求和。对应于2020年以后的产品的指标基于机器学习模型进行预测。1根据现有数据，可以生成表格7和8中所示指标和地理图层，如图3所示。 森林检测 探测森林和理解这些生态系统中发生的变化对于可持续发展至关重要。保护森林不仅涉及保护生物多样性，而且对于维持气候平衡、确保土壤质量和为社区提供基本资源也至关重要。 卫星信息能够实现森林状况的更精确、高效的监测，识别其覆盖和结构的变化，并评估人类活动和自然现象的影响。这项技术能够便捷地提供全球范围的资料，具有广泛的可访问性，并能在时间上客观、一致地识别变化。获取森林监测及其随时间变化的信息有助于改善决策，并制定森林管理、保护与恢复的政策。 为了创建与森林检测相关的指标，选用了由GLAAD开发的可获得的产品，可在https: