成渝经济区近20年城市扩展研究——基于DMSP/OLS夜间灯光数据

【目的】研究成渝经济区城市扩展基本状况以及未来城市可能的发展方向。【方法】采用1992—2012年DMSP/OLS夜间灯光数据,运用“影像自校正方法”和“动态阈值法”对城市扩展数据进行提取,采用重心偏移相关指数、灯光指数和城市化相关指数以及指数聚类分析等方法对成渝经济区近20年来城市扩展情况进行分析。【结果】结果表明:1)灯光数据提取误差在4%以内;2)成渝经济区扩展区在1997—2007年的增加面积比例最小,同时期四川部分增加比例下滑,重庆部分持续上升;3)成渝经济区城市区重心在1992—2012年时期向东南方向波动变化,四川部分城市区/扩展区重心均先靠向成都市区然后向绵阳方向转移,重庆部分城市化区/扩展区重心位置沿东北方向较快移动;4)成渝经济区近20年来城市发展以第i类为主,四川部分城市化呈现出加速提升—持续加速—减速提升—加速提升的态势,重庆部分城市化呈现出加速提升—减速提升—加速提升—持续加速的态势。【结论】成渝经济区呈现以成都市和重庆市为两极向外不断扩展的趋势,是一种非良性发展,应注重多极化发展。采用 DMSP/OLS夜间灯光数据对成渝经济区城市扩展进行分析结果较好,对充分了解区域内城市化区域发展类型有较好的参考价值。
     

基于Landsat数据和DMSP/OLS夜间灯光数据的城市扩展提取: 以天津市为例

以天津市为例, 将多时相的Landsat TM/ETM+影像与DMSP/OLS夜间灯光数据结合起来提取城市建成区扩展信息, 并进行验证和分析。首先, 利用DMSP/OLS夜间灯光数据得到城市建成区的大致范围, 利用这个范围内的Landsat TM/ETM+数据和多波段纹理进行图像分类, 得到城市建成区的空间分布。然后, 利用分类后比较法得到城市建成区的变化信息, 将提取的建成区变化结果与利用 DMSP/OLS数据得到的城市建成区扩展信息以及基于统计数据的城市建成区变化趋势进行对比, 验证方法的有效性。结果表明, 结合DMSP/OLS数据和Landsat 数据的光谱特征以及提取的多波段纹理特征, 可有效地减少裸土与城市建成区的混淆, 与只利用光谱信息的建成区提取及变化检测相比, 得到更高的精度。因此, 结合 Landsat TM/ETM+数据和DMSP/OLS夜间灯光数据提供了一种进行大型城市建成区扩展检测的有效方法。     

DMSP/OLS灯光数据在城市化监测中的应用

分析了DMSP/OLS夜间灯光数据在提取城市面积、构建城市化指标及评价城市化环境效应方面的应用研究进展.总结了DMSP/OLS灯光数据在城市化研究中存在的问题和未来应用前景.主要存在问题:1)DMSP/OLS遥感数据本身及处理过程引起的误差容易造成研究结果精度下降;2)已有研究重视数理统计结果,缺乏对城市化机制的解释;3)简单的线性回归模型无法准确表示城市扩张的时空异质性.需要进一步研究的问题:1)从城市化内在驱动力出发,选择合适的多要素变量构建非线性模型,监测和模拟城市化发展的时空动态过程;2)基于DMSP/OLS遥感数据及社会经济数据构建复合指标,以提高城市面积获取的精度;3)拓宽DMSP/OLS遥感数据在城市化监测领域的应用.     

基于多源灯光数据的中原城市群城市扩张时空变化分析

探究中原城市群的城市扩张时空变化规律,有利于重建其空间结构的发展过程,厘清发展脉络,把握未来发展趋势,优化城市群建设.通过整合DMSP/OLS、NPP/VIIRS夜间灯光数据和辅助数据,采用阈值二分法提取城市群城市建成区,进而统计夜间灯光数量、城市扩展动态度及景观格局指数,对城市扩张时空格局演变进行量化分析.结果表明:(1)研究期内中原城市群城市夜间灯光总量稳步提升,灯光距平值区域化明显,郑州大都市圈处于领先地位;(2)城市面积增长了2.15倍,扩展动态度稳定在5%～6%之间,处于城市化的前期阶段,呈阶段性波动增长趋势;(3)灯光数据提取的城市建成区斑块呈现出中心-外围圈层式空间扩张结构的特征,城市扩张在原有基础上填充连片发展;(4)城市建成区斑块数量增长了1.97倍,形状指数在8%～9%之间,复杂程度加深,中小城市兴起并不断发展壮大,中心城市郑州市的首位度不断提升,极化作用明显,辐射带动周围城市发展,城市群趋向集聚化、一体化.     

夜光遥感支持下的河南省城市规模结构演变

采用一种新的方法将NPP/VIIRS模拟为DMSP/OLS数据,构建1992—2018年河南省长期一致性夜间灯光数据集,运用夜间灯光统计、标准差椭圆和位序-规模法则等方法进行系统性分析。结果表明:灯光数据相关性由0.62提升至0.93,一致性有所改善;河南省各市灯光总规模和平均亮度均显著增长,南部区域灯光总量增加较多,中北部平均发展更好,西南地区灯光聚集度偏高;全省范围内灯光空间分布呈扩展趋势,空间增长率为21.33%,呈东北-西南走向,城市重心始终分布于几何中心北方,且逐步向东南方向转移但总体移动速度逐渐变缓;河南省城市正在形成较为合理的位序规模体系,在2000年前后城市规模分布分别呈现趋于分散和集中的趋势,存在高位序城市集聚效应不够突出,辐射带动能力偏弱的问题。     

基于夜间灯光数据的川渝城市建成区时空动态

通过研究川渝地区城市时空动态分布以及城市的发展趋势,以期缓解人地矛盾、优化城市空间布局。本文使用由NGDC下载的DMSP/OLS卫星F101993、F121998、F142003、F162008稳定灯光年度合成影像和NPP/VIIRS卫星2013、2018年7月的月合成影像两种夜间灯光数据。以五年为一周期,通过阈值二分法提取川渝地区城市建成区,并利用紧凑度与分形维数、标准差椭圆和城市建成区扩展时空分布特征分析川渝地区城市建城区近25年动态变化过程。结果表明：（1）两种夜间灯光数据拟合R2值约为0.7455,提取误差在3%以内,空间精度相对较高;（2）川渝地区紧凑度指数随时间推移而降低,分型维度大致呈上升态势;（3）城市建成区城市重心逐渐东移,城市拓展的方向性先降低后增强,扩展方向由西南-东北转为西北-东南方向;（4）川渝地区城市建成区不断扩展,扩展速度虽有波动但大致呈上升态势,成都、重庆的核心地位日益增强。可见在1993-2018年间,川渝地区城市群规模不断扩大,城市结构日益复杂,城市发展以外延式扩展为主,破碎程度较高;城市建成区重心呈现东移趋势,表明以重庆为核心的东部城市发展稍快于西部。     

基于DMSP/OLS数据的山西省典型城市发展状况的遥感动态监测

获取长时间序列的城市发展状况对于合理规划城市、解决城市化问题具有重要意义。美国国防部气象卫星DMSP上搭载的线性扫描业务系统传感器OLS可以获取一个城市多年的夜间灯光数据。基于DMSP/OLS夜间灯光数据,本研究以山西省典型城市(太原市、大同市和运城市)为研究区,按照5年为1个时期,分析了典型城市在1992-2013年期间不同时期的夜间灯光亮度变化状况,并与GDP变化进行对比,从而获取3个城市在过去20多年的发展状况。研究结果表明:太原市经济基础最强,在发展速度上呈现持续快速发展态势,是整体实力最强和发展态势最好的城市;大同市经济基础次之,在前3个时期发展速度缓慢,后2个时期开始快速发展;运城市经济基础最差,但呈现持续高速发展态势,是3个城市中整体发展速度最快的城市。     

新疆乌昌核心区城市空间扩张及格局变化

基于2000,2005,2010与2013年DMSP/OLS夜间灯光遥感影像、社会经济统计数据,以动态阈值法、植被指数、统计比较法提取城市建成区范围,结合GIS技术,对新疆乌昌核心区城市空间扩张与建成区格局动态变化进行研究.结果表明,乌昌核心区城市灯光灰度值7个等级呈逐年、逐级波动递增趋势;2000—2013年城市空间扩大2.9倍;城市空间扩展程度指数与非农业人口、人均GDP及二三产业产值呈显著正相关关系;2005—2010乌昌核心区扩展强度指数最大,城市空间整体呈扩张趋势,但建成区紧凑度不高且空间形态不规则.     

基于多源遥感数据的城市扩张测度研究——以厦门市为例

以2000、2005、2009、2013年的Landsat遥感影像数据和相应年份的DMSP/OLS夜间灯光数据为基础,结合厦门市的社会经济数据,运用GIS和RS分析手段,通过引入紧凑度、城市重心、城市扩张速度、城市扩张强度、全域空间自相关系数、弹性系数等指标,对城市扩展过程中的时空特征、形态演变及其与经济发展之间的协调性进行测度.结果表明,厦门城市扩展空间形态变化呈现明显的阶段性,城市扩张过程中空间形态趋向稳定,土地开发利用和城市功能配置还处于较低水平.     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的江西省城市化研究

城市化是衡量一个地区经济水平高低,社会发展程度的重要标志。寻找一种有效、综合、直观的表达城市化水平的方法对江西省在新形势下的发展具有深远意义。通过统计数据计算出城市化水平指数,在基于DMSP/OLS数据建立夜间灯光指数,并将两个指数进行拟合分析,确定这2个指数的相关性,利用夜间灯光指数对江西省21世纪的城市化进程进行分析,研究发现:江西省城市化水平出现"北高南低"的格局,区域差异较为明显;2000-2004年之间城市化水平增长明显;2000-2012年全省城市化水平增长率以"U"型为主;地势平坦、行政区划面积较小地区城市化水平较高。     

多源数据支持下南昌市2003—2021年城市扩张与植被变化分析

以Landsat数据、DMSP/OLS、NPP/OLS夜间灯光数据、土地利用数据为基础,运用辅助数据比较法提取南昌市城市建成区边界,并从城市空间扩张特征、扩张速度、动态度以及紧凑度4个方面对城市扩张特征进行分析;同时引入NDVI值,提取出城市建成区的平均NDVI值,从建成区NDVI的均值、NDVI比值以及稳定性3个方面...     

基于时间序列夜间灯光数据的EPC预测模型

为了利用夜间灯光数据来预测电力消耗量(EPC),采用增强植被指数(EVI)实现对美国国防气象卫星搭载的可见光成像线性扫描业务系统(DMSP/OLS)数据的校正,利用回归模型实现DMSP/OLS数据和美国国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射仪夜间灯光波段(NPP/VIIRS)数据的拟合,构建出2001-2018年的长时间序列的夜间灯光影像,并与EPC数据建立线性、二次项和乘幂回归模型,选择决定系数(R2)值相对较优、平均绝对相对误差(MARE)最小的模型为各自的最优模型.结果 表明:通过对夜间灯光影像进行校正,解决了DMSP/OLS影像数据不连续、像元饱和效应、与NPP/VIIRS影像不可比等问题;在国家尺度上,二次项模型是优选模型,校正后的夜间灯光数据与EPC的R2和MARE值分别为0.99和5.650％;在省级尺度上,基于省级单位与EPC建立的优选模型的R2值和MARE值分别为0.878和28.783％;在省级尺度上,基于时间序列建立的夜间灯光数据与EPC的R2和MARE值分别为0.972和7.286％;省级单位长时间建模精度高于基于省级单位建模的精度.     

基于 DMSP/OLS 数据的城市扩张研究

为研究太原市城市扩张动态变化,采用 DMSP/OLS(Defence Meteorological Satelite Program/Oprational Linescan System)夜间灯光数据结合统计数据法提取城市建成区,提出加权重心转移法提取城市重心,并从用地扩 张时空特征、城市扩张类型、基于灯光强度的城市重心迁移几个方面展开研究。结果表明,太原市城市建成区持 续扩张,且城市重心不断向南移动。1992 ～2002 年,太原市主要扩张走势为向西以及西南方向扩张,为填充增强 主导扩张类型; 2002 ～2012 年扩张强度尤其明显,主要扩张走势为正南、东南方向扩张,为外延主导扩张类型。     

基于夜间灯光数据的武汉市建设用地扩张规律研究

选取1997年到2012年间的6期DMSP/OLS夜间灯光数据,采用基于统计数据的二分比较法,对武汉市建成区进行提取.利用建设用地扩张幅度、建设用地增长类型、城市扩张速度、城市扩展方向、城市外围轮廓的紧凑度等指标分析了武汉建设用地扩张的规律和特点.结果表明:武汉市建成区总体扩张幅度为152.2%,增长速度经历了"慢-快-慢"的交替,城市分布中心主要向东南移动,建成区的紧凑度先减小后增大.此外,通过相关性分析证明经济发展、人口和城市化之间存在强烈正相关.     

基于DMSP/OLS数据的全国空气污染物时空演变研究

基于美国国防气象卫星搭载传感器DMSP/OLS的夜间灯光遥感影像，从2000—2013年选取4年进行影像采集、影像校正等操作后，提取了灯光总量、灯光面积数据，根据年份间夜间灯光数据的增长量开展了全国各区域间的差异分析，结合空气污染物排放量进行了相关度分析。研究结果发现：（1）整体上全国夜间灯光量增幅变大，且增幅受相关年份政策影响。（2）夜间灯光总量与空气污染物排放量呈现正相关性，且两者相关系数较高；工业空气污染物与夜间灯光量相关性不断降低，同时生活空气污染物与夜间灯光量相关性不断提高。（3）夜间灯光总量与空气污染的高/高集聚区域一致性稳步提升。结合夜间灯光影像数据与空气污染数据，通过比较夜间灯光数据差异探讨空气污染物的时空演变，为我国空气污染的综合治理提供了一个新的视角。     

基于DMSP/OLS数据的全国空气污染物时空演变研究

基于美国国防气象卫星搭载传感器DMSP/OLS的夜间灯光遥感影像，从2000—2013年选取4年进行影像采集、影像校正等操作后，提取了灯光总量、灯光面积数据，根据年份间夜间灯光数据的增长量开展了全国各区域间的差异分析，结合空气污染物排放量进行了相关度分析。研究结果发现：（1）整体上全国夜间灯光量增幅变大，且增幅受相关年份政策影响。（2）夜间灯光总量与空气污染物排放量呈现正相关性，且两者相关系数较高；工业空气污染物与夜间灯光量相关性不断降低，同时生活空气污染物与夜间灯光量相关性不断提高。（3）夜间灯光总量与空气污染的高/高集聚区域一致性稳步提升。结合夜间灯光影像数据与空气污染数据，通过比较夜间灯光数据差异探讨空气污染物的时空演变，为我国空气污染的综合治理提供了一个新的视角。     

基于DMSP/OLS数据的城市空间格局演变分析——以东北地区为例

提出利用最佳阈值的最小值作为统一阈值的新方法,在遥感与地理信息技术支持下,利用1993—2013年的DMSP/OLS夜间灯光数据,对东北地区城镇信息进行提取;基于提取的城镇信息,系统诊断东北地区的城镇发展格局、发展形态、发展强度、发展方向等.研究结果表明:东北地区城镇发展呈波动式变化,1997年、2003年存在明显的收缩现象,城镇发展的重心主要分布在南部辽宁省内,发展方向为北—南分布,东西部城镇发展相对落后.研究结果对东北地区城市空间格局优化和相关城镇发展的战略制定具有指导意义.     

成都市城市外延空间扩展与城市化质量协调研究

基于历年遥感影像提取成都市城镇建设用地范围,分析城镇扩展状况,建立城市扩展综合指数及城市化质量评价指标体系,利用熵值法、协调度模型分析城市空间扩展与城市化质量的协调耦合状况,研究成都市1990—2013年城市空间外延扩展及城市化质量变化趋势,并探索两者协调和耦合状况.研究结果表明:1)成都市城市外延拓展空间有限,扩展强度指数先增后降,拓展形态规则度和紧凑度普遍不高;2)研究期内成都市城市化质量提升明显,并已基本达到合理水平,2000—2009年成都市城市化质量提升最为迅速,2013年末城市化质量已经基本达到合理水平;3)研究期内成都市城市空间扩展与城市化质量协调耦合状况不断优化,从1992年的不协调状态发展为2013年末的高度协调状态.     

基于多源数据的福建省GDP空间网格化

采用DMSP/OLS夜间灯光数据结合土地利用类型数据、DEM数据等派生的多指标数据对福建省2008年GDP进行网格化.结果显示:利用DMSP/OLS数据、土地利用数据、DEM多源数据的多元逐步回归,较单一DMSP/OLS与GDP的一元回归模型增加了农林牧业对GDP的贡献,提高了GDP的预测精度,但从残差显示在预测区域经济发达程度高的区域比区域经济发达程度较低的区域GDP预测精度偏低;因此按多元回归的相对误差(δ=0.5)为界限将多源数据指标重新多元逐步回归,可提高GDP网格化的精度;最后借助统计数据进行调整得到福建省县域尺度零误差的GDP网格化分布图,为DMSP/OLS数据在县域尺度的应用提供了新的思路.生成的结果图能较全面地反映县域尺度下的福建省区域经济的空间分布特征,其结果对区域经济分析、资源环境研究等具有一定的实用价值.     

基于DMSP-OLS灯光数据的广东省城市人口估算

使用DMSP/OLS近20年数据对广东省城市的人口规模进行估算.首先,对广东省的DMSP/OLS数据进行校正.以2000、2010年人口普查数据与灯光数据为样本,构建"灰度密度-人口密度"模型,估算广东21个地级市常住人口.该模型既充分考虑灰度阀值的设定对人口估算结果的影响,又考虑城市人口数量变化在灯光灰度总值和灯光覆盖面积这2个变量上的体现.由于使用灯光数据指标与人口数据指标的比值作为估算基础,各城市的估算函数参数均不同,符合各城市经济发展状况和人口分布特点.通过2005年全国1%人口抽样数据检验,21个地级市平均估算相对误差为3.69%,全省总常住人口估算相对误差为5.02%,证明该模型能有效地估算广东省各地级市的人口规模.与已有的人口统计数据获取途径相比,该文构建的模型比传统的人口统计方法增强了时效性,又比其他遥感估算方法节省了地物判读和解译的步骤,且估算误差更小.基于DMSP/OLS数据的城市人口估算对研究中国城市人口规模具有重要的应用价值.