Самая подробная в мире карта населения от компании Esriдоступна в ArcGISOnline
Чарли Фрай, ведущий картограф Esri
Esri‘sPopulationMap
Знание географического распределения людей на нашей планете важно для понимания их влияния на среду обитания и того, как природные явления, такие как ураганы, землетрясения, наводнения и пр., воздействуют на население. Компания Esri сформировала и предоставила доступ к базе данных по географии населения по всем странам мира и закартировала эти данные с помощью инновационной методологии. На этой основе можно проводить целевые исследования урбанизации и получать значения численности населения в любых выбранных областях. Унифицированные социодемографические данные и средства их анализа и наглядной визуализации в ГИС – это важнейший ресурс и инструмент для бизнеса, государственных органов и общественных организаций.
Знать, где живут люди, важно с разных точек зрения. Так, в случае стихийного бедствия информация о количестве и местонахождении людей в зоне поражения помогает оперативно реагировать и преодолевать его последствия. При вспышке заболевания информация о том, где заболели люди и какие населенные пункты могут оказаться на пути распространения болезни, имеет ключевое значение. В экологических исследованиях люди часто считаются главной угрозой для природных сред обитания, поэтому важно знать, где они живут. Это важно и в социально-экономических приложениях и исследованиях, и в других сферах, например, в страховании.
Для поддержки решения подобных и прочих задач компания Esri разработала базу данных и новый метод количественной оценки распределения мирового населения и предоставила к ним доступ в ArcGIS Online. Метод заключается в создании поверхности вероятности на основе информации о населении и наборов глобальных данных о земельных угодьях, растительном покрове, дорогах и географических названиях. Эта поверхность калибруется по данным переписи, а там, где их нет, – по оценкам численности населения стран, используемым для подсчета оседлого населения. Набор данных по географии участков переписи состоит из приблизительно 1,6 млн. полигонов, затем к нему была применена поверхность подобия для присваивания значений численности населения каждой ячейки сетки, находящейся на суше, по всему миру.
Подсчет нормализован по статистическим полигонам для более точной географической привязки данных. Точеные значения созданной поверхности моделировались по изображениям с разрешением 15 метров, детальному слою плотности дорог с пересечениями и данным о расположении жителей и населенных пунктов. Затем модель приведена к номинальному разрешению 250 м (размер ячейки 0.00221 градуса). На основе этой поверхности строится коэффициент урбанизационного подобия, который после нормализации по статистическим полигонам используется для распределения данных точечной статистики по территории. Поверхность позволяет выполнять сравнительные исследования и получать точное статистическое описание населения по любой произвольной области.
Соответствующая карта глобального распределения населения под названием World Population Estimate (WPE), впервые выпущенная в декабре 2014 года и периодически обновляемая, во многом является творением сотрудника Esri Эрла Нордстренда, имеющего 35-летний опыт работы в сфере географических наук и ГИС. Географ по образованию, Нордстренд всегда интересовался демографией и пространственным анализом. Он в течение многих лет возглавлял группу Esri по наборам данных, которая создала первые версии Business Analyst, полнофункциональной ГИС-программы, помогающей компаниям лучше понять клиентов, конкурентов и рыночные тренды. В последние несколько лет он работает над совершенствованием модели для оценки численности мирового населения.
Чем уникальна WPE
Карта WPE отличается от других подобных инструментов, хотя все они обладают своими достоинствами. Так, набор данных Gridded Population of the World (GPW), созданный Центром международной информационной сети наук о Земле (CIESIN) Колумбийского университета, показывает распределение населения во всем мире, но основан только на данных национальных переписей населения, поэтому неточно показывает его фактическое географическое распределение. А модель LandScan Национальных лабораторий Оак Ридж моделирует усредненное местоположение людей за сутки. Этот набор данных хорошо отображает местоположение людей днем, но не дает точной информации о том, где они находятся ночью.
Центры концентрации людей на континентах. Результаты картографического анализа данных в World Population Estimate с использованием суммарной оценки численности населения в радиусе 500 км показывают, что в мире наиболее плотно заселена северо-восточная Индия, за ней следует восточный Китай.
В то же время, модель WPE, удобная для анализа растровая поверхность, показывает, где живут люди, и идентифицирует места, где они не живут.
Как работает WPE
Подсчет населения начинается с анализа набора данных по земельному покрову и растительности из продукта NaturalVue компании МDA Information Systems LLC, спутниковых снимков земной поверхности в естественных цветах, позволяющих выявить области с поверхностной водой и вечными снегами и льдами, т.е. места, где не живут люди, и исключить их из оценки. В этом методе также используется модель детектирования текстуры, позволяющая найти области со сложной текстурой, часто указывающей на наличие зданий и сети дорог, а, следовательно, и людей.
Кроме того, Нордстренд использует дополнительные наборы данных, такие как пересечения дорог и области экстремальных климатических условий, чтобы усилить контраст между населенными и ненаселенными областями. Для предотвращения случайного исключения известных населенных пунктов он использует точечные данные «место-имя» из географической базы данных GeoNames, содержащей более чем 8 млн. географических названий. Однако эти данные не содержат информацию о географической протяженности мест, поэтому Нордстренд использует данные переписи там, где они есть. В некоторых случаях данные переписи позволяют идентифицировать аэропорты, промышленные комплексы и т.п. — места, где люди тоже постоянно не живут.
На основе этих данных и дополнительных источников информации каждой ячейке растра WPE присваивается оценка численности населения. На этом этапе для дополнения точечных и полигональных данных этой базы информацией, поступающей со всего мира, можно использовать инструменты геообогащения, входящие в состав ArcGIS.
Где живут люди
Используя данные за период с 1990 по 2013 гг., первая версия WPE дала оценку численности мирового населения 6,89 миллиарда человек в 2013 году, что совпадает с другими оценками для этого года. Анализируя данные в WPE, сотрудники Esri нашли, что при определении городской зоны по критерию плотности населения не менее 2500 человек на квадратный километр, 55,5% мирового населения является городским, а 41% – сельским.
Согласно данным Мирового банка, Земля имеет чуть более 129,7 млн. квадратных километров суши (без учета внутренних водоемов и Антарктики). WPE показывает, что люди живут на 7,9% площади суши, а города занимают только 0,56% земной поверхности. Другими словами, половина мирового населения живет менее чем на одной сотой части площади суши.
Дальнейшее развитие
База данных и карта WPE продолжают развиваться. Специалисты Esri нашли, что в первоначальной версии карты информация о 3,5% населения, проживающего, по всей видимости, в сельской глубинке, не надежна. Причина в том, что в районах, где в одной ячейке по оценке живет меньше 25 человек, данные о земном покрове не отличаются точностью, что затрудняет анализ текстуры. Например, в сельских районах присутствует много сараев и пристроек. Как текстуры, они указывают на большую вероятность того, что в этих местах живут люди; однако в данном случае эта вероятность может быть искусственно завышена.
Нордстренд признает, что в первой версии WPE присутствуют неопределенности при оценке населения в сельской глубинке. Он уже занялся этой проблемой, взвесив каждый класс земного покрова (например, поля, городская застройка или вода) с использованием базовой вероятности с тем, чтобы при детектировании текстуры понимать, когда наиболее вероятной причиной является человеческое поселение. Кроме того, за основу для классификации земного покрова теперь взят более качественный набор данных BaseVue от MDA. Новая оценка появилась летом 2015 года.
Как используется WPE
Данные и методология WPE позволяют по-новому посмотреть на мировое население. Например, они могут показать, какие места в мире являются самыми населенными при исключении административных границ и смещений оценки (систематических ошибок). Если не принимать во внимание административные городские границы, пятью наиболее населенными местами на Земле являются Джакарта (Индонезия), Дели (Индия), Дакка (Бангладеш), Токио (Япония) и Шанхай (Китай). Однако с учетом административных границ, самым большим городом является Токио, за ним следует Джакарта.
Фрагменты карты WPE с оценкой распределения населения в районах: Джакарты (Индонезия), Мумбая (Индия), Токио (Япония), Мехико (Мексика), Нью-Йорка (США).
Расчет плотности населения в WPE производится путем подсчета с помощью ArcGIS числа жителей в пределах определенного расстояния от каждой однокилометровой ячейки данных. Так, Лос-Анжелес, Калифорния, занимает лишь двадцать пятое место по численности населения в WPE, когда анализ выполняется с 40-километровым радиусом. Причиной является то, что внутри или рядом с WPE ячейками этого города не живет даже половины от числа людей, живущих в пределах 40-километрового расстояния от ячеек топ 5 городов.
Более полная картина
Объективные наборы данных о мировом населении, подобные WPE, имеют большое значение для понимания того, как влияют на окружающее пространство люди, потребляющие ресурсы и изменяющие облик нашей планеты. И в условиях, когда проблемам изменения климата уделяется все больше внимания и нужно решать задачи, сформулированные в инициативах по смягчению последствий глобальных климатических изменений, становятся очень важными несмещенные, сравнимые оценки мирового населения.
В дополнение к WPE, метод Нордстренда предусматривает создание из данных о населении набора точечных объектов. Учитывая, что количество учтенных местоположений достигает почти миллиарда, эти точечные объекты являются «большими» данными. Представленные в ArcGIS инструменты обогащения географических данных и насыщения их дополнительным тематическим содержанием, которые добавляют на карты данные по демографии и стилю жизни, используют эти точечные объекты для описания характеристик местного населения в странах, где нет достаточно актуальных данных переписи или не раскрываются подробные данные социально-экономических переписей и опросов. Esri использует эти точечные объекты в качестве фоновых в таких программных продуктах как Business Analyst Online, Community Analyst и приложениях Esri Maps.
Esri надеется, что люди будут широко использовать WPE и другие наборы данных, включенные в ArcGIS Online, чтобы лучше понять, как живет сегодня более 7 миллиардов человек на Земле.
Пользователи с учетной записью организации в ArcGIS Online имеют бесплатный доступ к World Population Estimate и могут использовать этот продукт во всех компонентах платформы ArcGIS для визуализации и анализа данных.
Наше примечание. Наш мир переполнен или практически пуст? И то, и другое справедливо. Человеческая популяция крайне неравномерно распределена на лике нашей планеты. В некоторых местах плотность населения значительно превышает 100 тысяч человек на квадратный километр, и это не только многоэтажные города, но многие другие территории практически безлюдны.
На заре земледельческой эпохи около 10 тыс. лет назад на Земле проживало порядка 5 миллионов человек. К началу нашей эры их число, по разным оценкам, увеличилось до 200-600 млн. Большие изменения произошли с наступлением промышленной революции, и к 1800-м годам население достигло 1 млрд. Для достижения второго миллиарда потребовалось лишь около 130 лет, третьего – 30 лет, четвертого и пятого соответственно 15 и 13 лет (1974 и 1987). В течение XX века население мира увеличилось с 1,65 до 6 млрд. В связи со снижением темпов прироста, для следующего удвоения потребуется еще 200 лет. По данным ООН, к концу 2016 года население Земли приблизилось к 7,5 млрд. человек (см. онлайн счетчик на www.worldometers.info).
