创建人口格网
人口格网是由形状和大小统一的像素组成的栅格图层，其中包含有关每个像素中居住人数的信息。 这些格网有助于了解人口分布和密度，并且可帮助政府在资源分配和规划方面制定明智的决策。 它们也是确定一个区域城市化程度的重要第一步。
首先，您需要下载本教程的数据。 您还需要下载并安装由欧盟委员会开发和使用的一套开放工具，该工具用于城市化的标准化分析。 然后，您将运行一个工具以创建新喀里多尼亚的人口格网。
下载数据
本教程的数据包含在 ArcGIS Pro 工程包中。
- 请下载 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization 工程包。
- 在计算机上找到已下载的文件。
注：
开始下载前，根据 web 浏览器的不同，系统可能会提示您选择文件的位置。 大多数浏览器将默认下载到计算机的 Downloads 文件夹下。
- 如果您的计算机上已安装 ArcGIS Pro，请双击 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization.ppkx 以打开该工程。 如果收到系统提示，请使用您获得许可的 ArcGIS 帐户登录。
注：
如果您没有 ArcGIS Pro 的访问权限或者 ArcGIS 组织帐户，请参阅软件访问权限选项。
该工程包含一张地图，其中显示了法属太平洋岛屿领土新喀里多尼亚。 该地图将使用摩尔维特（世界）等积投影。 在分析过程中使用等积投影进行精确的面积计算至关重要。
该工程包含创建人口格网所需的两个数据图层。 默认情况下，这两个图层均处于关闭状态。
- 在内容窗格中，选中 NC 2019 Population 旁的框以将其打开。
图层将显示在地图上。
此图层显示了新喀里多尼亚的 33 个公社。 公社类似于乡镇或市，是用于确定城市化的合适行政单位。 最小可用领土单位是创建人口格网的最佳选择。
- 在内容窗格中，右键单击 NC 2019 Population 并选择属性表。
图层的属性表随即显示。 将基于 2019 年人口普查列出每个公社及其人口。 精确的人口数据是创建人口格网的重要输入之一。
- 关闭表。 在内容窗格中，关闭 NC 2019 Population 并打开 GHS Built 2020 NC 100.tif。
此图层是覆盖新喀里多尼亚的构建表面栅格图层。 其中显示了构建（通常为人造）建筑物的位置。 深色像素为没有建筑物的位置，而浅色像素为存在建筑物的位置。
最大的浅色像素聚类位于该岛屿的西南部，新喀里多尼亚的首都和人口最多的城市努美阿就位于此处。 人口越多的地方，构建表面则越多，由此使得构建表面栅格成为人口密度和城市化程度的良好指标。
- 在内容窗格中，右键单击 GHS Built 2020 NC 100.tif 并选择属性。
随即出现图层属性窗口。
- 在图层属性窗口中，单击源选项卡。 展开栅格信息。
本部分将提供有关数据的重要信息。 像元大小 X 和像元大小 Y 均为 100。 此外，在数据源部分中，垂直单位为米。 此信息意味着图层的分辨率或者每个像素的大小为 100 平方米。 当使用栅格图层执行分析时，应确保不会创建分辨率小于输入图层的输出图层。
- 关闭图层属性窗格。 在内容窗格中，关闭 GHS Built 2020 NC 100.tif。
您已探索创建人口格网所需的两个图层。 尽管本教程的研究区域为新喀里多尼亚，但是只要您拥有以下数据集，即可对任何区域执行此工作流：
- Shapefile（通常为面 shapefile，虽然也可以使用点 shapefile）包含有关感兴趣区域人口的人口普查数据。
- 与同一区域相对应的构建表面或体积栅格。
注：
可以在 Global Human Settlement Layer (GHSL) 下载页面上下载世界上几乎任何人口密集地点的免费构建表面栅格。 通过将此图层与感兴趣区域的人口普查数据相结合，可以完成世界上任何位置的此工作流。
下载工具
接下来，您将下载并安装欧盟委员会开发的用于应用城市化程度方法的免费工具套件。
- 转至 GHSL 工具下载页面。
此页面包含 4 个城市化程度工具的下载链接。 可以单独或成组下载这些工具。 在本教程中，您将使用 4 个工具中的其中 3 个工具，因此您需要成组下载整个工具包。
注：
在下载和使用这些工具之前，建议您仔细阅读页面上链接的最终用户许可协议。
- 在 GHS-DEGURBA 工具包部分的选择版本和安装类型并单击下载下，对于版本，选择 ArcGIS。 对于安装类型，选择在线。
- 单击在线下载 GHS_DEGURBA_Toolkit ArcGIS 工具箱。
注：
下载大小为 333 MB，可能需要几分钟时间。
- 下载完成后，在计算机上找到已下载的文件。 双击 GHS_DEGURBA_Toolkit_arcgis_toolbox_installer。
随即出现一个向导以指导您完成安装过程。
- 请按照向导说明进行操作。 记下工具的安装位置并执行安装。
注：
安装过程可能需要几分钟时间。
- 完成安装后，请单击完成。
接下来，您需要将已下载的工具套件添加至 ArcGIS Pro。
- 在 ArcGIS Pro 的目录窗格中，右键单击工具箱并选择添加工具箱。
- 在添加工具箱窗口中，浏览至已安装工具的位置并打开 GHS DEGURBA Toolkit ArcGIS Toolbox 文件夹。 打开 application 文件夹并选择 GHS_Tools.pyt。
- 单击确定。 在目录窗格中，展开工具箱。
该工具箱将随工程的默认工具箱列出。
- 展开 GHS_Tools.pyt。
该工具箱包含 4 个工具，您将在此工作流中使用其中 3 个工具（您将不会使用 GHS 人口变形）。 您将使用 GHS 人口转格网工具 (GHS-POP2G) 以创建人口格网。
- 在快速访问工具栏中，单击保存工程按钮以保存工程。
运行人口格网工具
您将运行 GHS 人口转格网工具以将面人口普查数据和构建表面栅格转换为人口格网。 该格网将传达有关研究区域内人员分布的关键信息。
当基于领土单位（例如 NC 2019 Population 图层的公社）组织人口普查数据时，GHS 人口转格网工具可以将报告的人口与由构建表面栅格提供信息的人口地理分布相结合。
注：
要运行这些工具，您必须拥有 MATLAB Runtime 9.9 或更高版本。 您可以从 MATLAB Compiler 下载最新版本的 MATLAB Runtime。 安装最新版本后，请保存工程并重新启动 ArcGIS Pro，然后再运行该工具。
- 在目录窗格的 GHS_Tools.pyt 下，双击 GHS 人口转格网。
随即在地理处理窗格中打开该工具。 与大多数地理处理工具一样，您需要设置参数以确保该工具按照您希望的方式运行。 首先，您需要确定将保存输出数据集的输出工作空间。
- 对于输出工作空间，单击浏览按钮。
您将浏览至默认工程文件夹并将其用作输出工作空间。
- 在输出工作空间窗口的工程下，单击文件夹。 选择 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization。
- 单击确定。
- 确认输出投影设置为 World_Mollweide，输出像元大小设置为 1000。
默认输出投影为 World_Mollweide，与工程的投影相同。 此投影为等积投影，非常适用于任何基于面积的计算，因此您将保持其不变。
默认输出像元大小为 1000。 当探索构建表面栅格后，您发现其像元大小为 100 平方米。 输出像元大小不能小于输入栅格的像元大小，这一点非常重要，因为该工具无法添加原始数据集中不存在的详细信息。 由于 1000 大于 100，因此该数值是合适的像元大小。 可以将像元大小更改为 100 以与输入图层相匹配，但这不是必需的操作。 像元大小为 1000 平方米（即 1 平方千米）符合人口格网的国际标准。
- 确认已选中使用人口面。
您的输入人口图层 NC 2019 Population 为面图层，因此该选项是合适的。
注：
如果您的人口数据使用点图层，则应选中使用人口点并取消选中使用人口面。 如果您使用自己的数据运行此工作流，请务必选中最合适的选项。
接下来，您将添加人口面图层。
- 对于人口(面)图层，单击浏览按钮。
- 在人口(面)图层窗口的工程下，单击文件夹。 打开 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization、commondata 和 new_caledonia_degree_of_urbanization1。
- 选择 NC_2019_Population.shp。
注：
输入人口图层必须为 shapefile。 如果人口数据为文件地理数据库要素类，则可以使用要素类转 Shapefile 地理处理工具将其转换为 shapefile。
- 单击确定。
您将设置包含人口数据的字段。 当查看属性表时，仅存在 1 个人口字段。
- 对于人口(面)计数字段，选择 populati_1。
对于本教程，您将不会设置 Population (polygons) stepwise group 字段。 此可选参数可以基于更大的行政边界或其他条件对人口普查单位进行分组。 例如，人口图层属性表中的字段之一显示了每个公社的省份。 可以针对此参数设置该字段，以按省份对人口进行分组。 此参数对于管理大型数据集和优化计算效率非常有用。
- 对于构建栅格，选择 GHS Built 2020 NC 100.tif。
Built-up MINIMUM 值和 Built-up MAXIMUM 值对应于构建表面栅格中的最小值和最大值。 通过将其与内容窗格中构建表面栅格的最小值和最大值进行比较，可以确认其是否正确。
- 如有必要，请将 Built-up MINIMUM 值设置为 0，将 Built-up MAXIMUM 值设置为 9040。
- 确认已选中多核。
此参数用于调整软件设置以提高计算效率。 现在，所有参数均已设置。
- 单击运行。
注：
如果该工具失败，则可能未安装最新版本的 MATLAB Runtime。 可以从 MATLAB Compiler 下载最新版本。 安装最新版本后，请保存工程并重新启动 ArcGIS Pro，然后再次运行该工具。 要在重新启动后快速设置工具参数，请单击功能区上的分析选项卡，然后单击历史记录按钮。 在历史记录窗格中，双击 GHS 人口转格网以使用与之前相同的参数重新打开该工具。
该工具随即运行。 该工具完成后，将不会向地图添加任何输出。 您需要自行添加输出。
- 在目录窗格中，依次展开 Folders 和 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization。 右键单击 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization 并选择刷新。
该文件夹将刷新，并显示您使用该工具创建的新文件。
- 右键单击 GHS-POP2G_1000m.tif 并选择添加至当前地图。
- 如果 Calculate statistics for GHS-POP2G_1000m.tif 窗口随即出现，请单击是。
随即将人口格网添加至地图。
符号化人口格网
默认情况下，人口格网不会显示太多；仅努美阿周边区域存在明显差异。 您需要符号化人口格网，以便更好地查看人口分布。
- 在内容窗格中，右键单击 POP2G_1000m.tif 并选择符号系统。
- 在符号系统窗格中，确认主符号系统设置为拉伸。
- 对于拉伸类型，选择最小值 - 最大值。
- 选中编辑最小值/最大值。 将最大值设置为 1500。
接下来，您需要向数据添加掩膜，以使值 0 透明。 由此，地图上将仅显示人们居住的位置。
- 在窗格的下部，单击掩膜选项卡。 检查显示背景值并确认将 0 设置为该值。
地图随即进行调整，仅显示人们居住位置的数据。
- 关闭符号系统窗格。 在地图上，放大至人口密集的位置。
每个像素覆盖 1 平方千米。 浅色像素的人口数量较多，而深色像素的人口数量较少。 没有任何像素的区域根本没有任何人。
在缩放至首都努美阿的示例图像中，存在较大的白色像素聚类，指示人口密度较高。 这种分布对于岛上人口最多的城市来说是有意义的。 在城市外部，存在较暗的像素，表明存在更多农村区域。 大部分无人居住的区域均为人类难以居住的山区。
- 重新缩小至数据的全图范围。
- 保存工程。
您使用人口普查数据和构建表面栅格创建了人口格网，其中显示了居住在标准形状和大小单位内的人数。 接下来，您将使用此人口格网来确定城市化程度。
创建城市化程度格网
您将在人口格网的基础上创建城市化程度格网，也称为地理空间定居点分类格网。 根据人口密度和规模阈值，城市化程度格网将基于像元的定居点类型对 1 平方千米的像元进行分类。
存在两个级别的分类。 第一个级别仅包含三类：城市中心格网像元、城市聚类格网像元和农村格网像元。 第二个级别更加细化，包含八类：城市中心格网像元、密集城市聚类格网像元、半密集城市聚类格网像元、郊区或城郊格网像元、农村聚类格网像元、低密度农村格网像元、极低密度农村格网像元和水体格网像元。 您将在两个分类级别创建格网并对其进行比较。
运行城市化程度格网工具
您将使用人口格网和构建表面栅格作为输入来运行 GHS 城市化程度格网工具 (GHS-DUG)。 该工具将在城市化程度分类的第一个级别和第二个级别创建输出网格。 它还将创建表格，其中包含与城市化相关的统计数据。
- 在目录窗格中，展开工具箱和 GHS_Tools.pyt。 双击 GHS 城市化程度格网。
地理处理窗格随即出现，其中包含工具参数。 首先，您需要设置输出工作空间，方法与创建人口格网类似。
- 对于输出工作空间，单击浏览按钮。
- 在输出工作空间窗口的工程下，单击文件夹。 选择 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization，然后单击确定。
您需要将人口格网设置为输入人口栅格。
- 对于人口栅格，选择 GHS-POP2G_1000m.tif。
注：
对于此工具，输入人口栅格的像元大小必须为 1000 m 或 1 km。 您还必须使用等积投影对其进行投影。
接下来，您需要确保该工具使用可选参数以降低城市中心的碎片化。 执行此操作会导致该工具将建筑物高度集中的区域纳入城市，即使人口较少也是如此。 某些城市区域部分缺乏住宅，但包含工业建筑物或其他类型的建筑物；这些地方仍应被视为城市。 该工具可以使用构建表面栅格来解释这些区域。
- 选中降低城市中心碎片化。
用于选择构建表面栅格的选项变得可用。
- 对于构建栅格，选择 GHS Built 2020 NC 100.tif。
现在，该工具仍将考虑人口数量低于 1,500 但高于平均构建表面的像元。
可以使用自定义土地图层作为附加输入。 土地图层为连续栅格，其值范围为 0（表示水体）到 100（表示土地）。 该工具中已提供此图层的默认版本，但如果您拥有针对感兴趣区域定制的更加具体或自定义的土地图层，则可以通过选中使用自定义土地图层并设置后续土地栅格参数来使用它。
默认情况下，创建可视化输出处于选中状态。 此参数将根据可视化输出坐标系权限代码参数中的指定权限代码创建投影的定居点格网。 如有必要，您可以调整该代码以使用默认摩尔维特（世界）投影之外的投影来创建输出格网。 此输出仅用于可视化，不应用于进一步分析；GHS-DEGURBA 工具包工具的所有输入图层均应在摩尔维特投影中进行投影。
- 单击运行。
该工具随即运行并成功完成。
探索工具输出
与之前一样，不会自动将输出图层添加至地图，因此您需要添加这些输出图层。
- 在目录窗格的文件夹下，右键单击 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization 并选择刷新。
存在多个输出文件；有些为表格，有些为 shapefile，有些为栅格文件。
许多输出文件侧重于特定的类，例如密集的城市聚类、农村聚类等。 其中文件包括 GHS-DUG_GRID_L1.tif 和 GHS-DUG_GRID_L2.tif，这些文件同时包含第一个级别和第二个级别分类的城市化程度格网。 （在文件名中，城市化程度缩写为 DUG。） 您将首先调查这些文件。
- 右键单击 GHS-DUG_GRID_L1.tif 并选择添加至当前地图。 如果 Calculate statistics for GHS-DUG_GRID_L1.tif 窗口随即出现，请单击是。
1 级分类包含 3 个类：
- 类 1（绿色）：农村区域
- 类 2（橙色）：城镇和半密集区域
- 类 3（红色）：城市
根据此分类，新喀里多尼亚的大部分土地表面均为农村；唯一的城市中心为首都努美阿，周围环绕着一些城市聚类格网像元。 可以通过更多详细信息来改进此级别的分类，因此您将查看第二个级别的分类。
- 在内容窗格中，右键单击 GHS-DUG_GRID_L1.tif 并选择移除。
- 在目录窗格中，右键单击 GHS-DUG_GRID_L2.tif 并选择添加至当前地图。 如果计算 GHS-DUG_GRID_L2.tif 的统计数据窗口随即出现，请单击是。
2 级分类包含 8 个类：
- 类 10（蓝色）：水体格网像元
- 类 11（浅绿色）：极低密度农村格网像元
- 类 12（绿色）：低密度农村格网像元
- 类 13（深绿色）：农村聚类格网像元
- 类 21（黄色）：郊区或城郊格网像元
- 类 22（棕色）：半密集城市聚类格网像元
- 类 23（深棕色）：密集城市聚类格网像元
- 类 30（红色）：城市中心格网像元
注：
每个类的数量将显示在内容窗格中。
与以前一样，努美阿是唯一被列为城市中心的区域。 但是，此级别分类指示整个新喀里多尼亚存在多个较小的定居点类。
通过查看与其他工具输出一起创建的表格，您将了解有关每个类的统计细分的详细信息。
- 在目录窗格中，右键单击 GHS-DUG_L2_stats.xls 并选择在文件资源管理器中显示。
随即出现文件浏览器窗口，其中显示了输出文件的保存位置。
- 如果您拥有 Microsoft Excel 或者其他可读取 Microsoft Excel 文件的程序，请打开 GHS-DUG_L2_stats.xls。
电子表格显示了每个类的总人口和面积。 其中还显示了人口比例，或者每个类的人口百分比（以分数表示）。
注：
您的表格可能包含不同的数字。
正如预期的那样，无人居住水体中的人口为 0，尽管其占总面积的大部分。 大约 13.7% 的人口居住在极低密度农村格网像元中，与其他人口稠密的地方相比，这些格网像元的面积也很大。 虽然城市中心格网像元仅覆盖 56 平方千米，但其中居住着近 28% 的总人口，此人口比例高于任何其他类。
- 关闭电子表格。 在 ArcGIS Pro 中，保存工程。
您已使用人口格网以创建城市化程度格网，由此可了解新喀里多尼亚不同的定居点类。 接下来，您将使用城市化程度格网，按定居点类型对新喀里多尼亚的行政单位进行分类。
分类行政单位
创建城市化程度格网后，需要对领土单位进行分类。 起始人口数据 NC 2019 Population 包含新喀里多尼亚公社的边界。 您将使用此数据集创建一个地图，其中显示了每个公社的主要定居点类型。 该分类将结合公社的地理位置、人口格网和城市化程度格网以确定每个公社中大多数人居住的定居点类型。
运行领土单位分类器
您将使用人口普查数据、人口格网和城市化程度格网作为输入来运行 GHS Degree of Urbanisation - Territorial Unit Classifier (GHS-DU-TUC) 工具。 对于您拥有数据的任何领土单位，可以使用其来运行该工具，无论其为人口普查区域、行政区域，还是统计区域。
- 在目录窗格的 GHS_Tools.pyt 下，双击 GHS Degree of Urbanisation - Territorial Unit Classifier。
地理处理窗格随即出现，其中包含工具参数。 首先，您将设置输出工作空间。
- 对于输出工作空间，单击浏览按钮。
- 在输出工作空间窗口的工程下，单击文件夹。 选择 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization，然后单击确定。
接下来，您将选择包含要分类的领土单位的数据集。 在本例中，该数据集为 NC 2019 Population。
- 对于领土单位，单击浏览按钮。
- 在领土单位窗口的工程下，单击文件夹。 双击 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization、commondata 和 new_caledonia_degree_of_urbanization1。
- 选择 NC_2019_Population.shp 并单击确定。
Territorial stepwise group 字段为可选字段，可用于将单位分组为聚类以方便计算。 例如，您的公社数据具有一个省份字段；该字段可用于对省份进行分类。 对于此工作流，您仅对分类公社感兴趣，因此您将保持该字段不变。
将通过确定每个领土单位的大多数人口居住的定居点类型来完成领土分类。 默认情况下，该工具可以使用人口格网来估算每个领土单位的总人口。 要获得更加精确的结果，可以选择包含每个领土单位的人口的字段。 在 NC 2019 Population 数据中，populati_1 字段包含每个公社的人口。
- 对于领土人口计数字段，选择 populati_1。
Territorial cross tabulation 字段为可选字段，该工具可以使用此字段对原始数据集中的定居点分类字段（例如，国家/地区城市和农村分类）与城市化程度格网中的定居点分类进行比较。 例如，如果 NC 2019 Population 数据集中已存在一个字段，该字段将公社指定为农村或城市，则该字段可用于交叉制表。 由此不存在任何此类字段，因此您将保持此参数不变。
最后，您将添加输入人口栅格和城市化程度栅格。
- 对于人口栅格，选择 GHS-POP2G_1000m.tif。 对于城市化程度栅格，选择 GHS-DUG_GRID_L2.tif。
注：
如果需要，您可以使用 1 级分类来运行领土单位分类器。
- 单击运行。
该工具随即运行并成功完成。
可视化结果
与之前一样，不会自动将输出图层添加至地图，因此您需要添加这些输出图层。
- 在目录窗格的文件夹下，右键单击 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization 并选择刷新。
多个新文件随即出现该文件夹中。 其中包括两个包含有关分类统计数据的表、包含分类符号系统的 4 个图层文件以及包含分类本身的 shapefile。
- 右键单击 NC_2019_Population_GHS-DU-TUC.shp 并选择添加至当前地图。
该图层将显示新喀里多尼亚的公社。 目前，由于尚未对其进行符号化，因此您看不到分类。 您将使用该工具创建的图层文件应用符号系统。
- 在内容窗格中，确认已选择 NC_2019_Population_GHS-DU-TUC。
- 在功能区上，单击要素图层选项卡。 在绘制组中，单击导入。
- 在导入符号系统窗口中，对于符号系统图层，单击浏览按钮。
- 在符号系统图层窗口的工程下，单击文件夹。 双击 New_Caledonia_Degree_of_Urbanization。
- 选择 GHS-DU-TUC-L2.lyr 并单击确定。
- 单击确定。
随即按每个公社的城市化程度分类对其进行符号化。
在新喀里多尼亚，唯一的城市为首都努美阿。 但是，一些公社的大部分人口居住在村庄，而有些公社的人口主要居住在人口密集的城镇。 大多数其他公社均为分散的农村区域。
您还需要探索该工具创建的表中包含的分类统计数据。
- 在目录窗格中，右键单击 NC_2019_Population_GHS-DU-TUC.xlsx 并选择在文件资源管理器中显示。
- 在文件资源管理器中，如果您拥有可读取 Excel 电子表格的 Microsoft Excel 或软件，请打开 NC_2019_Population_GHS-DU-TUC.xlsx。
此文件将显示每个公社的每种类型定居点类内的人口和人口比例。 此数据用于确定每个公社的城市化程度分类。
- 关闭电子表格。 在文件资源管理器中，打开 NC_2019_Population_GHS-DU-TUC_statistics.xlsx。
这些汇总统计数据按 1 级分类和 2 级分类对每个定居点类内的总人口和人口百分比进行了细分。
- 关闭电子表格。 在 ArcGIS Pro 中，保存工程。
在本教程中，您按城市化程度对新喀里多尼亚进行了分类。 城市化程度是根据人口密度和构建表面标准化定居点分类的框架。 通过使用此分类方法，您生成了有关领土及其领土单位的富有洞察力的城市化统计数据。
可将此工作流应用于世界上任何人口位置，包括区域和全球级别。 通过对全球数据的分析，科学家观察到，世界上近一半的人口居住在城市。 如果包含城镇和半密集区域，则此数字将上升至 76% 左右。
城市化程度方法是监控和报告可持续发展目标进展的重要工具。 城市化将直接影响改善人类福祉的便利设施、机会、商品和服务的获取，同时也带来诸如空气污染和犯罪率上升等挑战。 借助标准化城市化程度分类方案，可以比较不同地区的城市化程度，并基于人口密度标识需要关键服务的区域。
您可以在教程库中找到更多教程。
