基于夜间灯光影像数据的黄河流域中心城市建成区空间扩展及动力因子分析

研究黄河流域建成区扩展特征有助于透视用地开发效果和践行中心城市高质量发展规划。基于1992、1997、2002、2007、2012、2018年6期夜间灯光影像与统计数据,提取建成区范围,采用扩展强度指数、紧凑度指数、协调发展系数与灰色关联分析,探究1992—2018年黄河流域8个中心城市扩展的时空格局、质量及动力因子。结果表明：（1）黄河流域中心城市建成区面积分化明显,中下游城市扩展规模和强度大,扩展形态呈紧凑度普遍下降趋势。（2）夜间灯光影像数据刻画的西安建成区综合水平高、西宁水平低,银川综合发展快、兰州慢;除西宁、呼和浩特与太原外,其他中心城市平均夜间灯光指数在1997—2018年呈下降趋势,反映城市扩展水平降低。（3）中心城市人口-土地协调发展系数均呈波动下降趋势,除呼和浩特、太原和济南外,人口-土地由基本协调型向土地过快扩展型转变;中心城市经济-土地协调发展系数呈波动下降趋势,经济年均增长率降低,建成区面积年均扩展率增加,基本由经济过快增长型向经济-土地协调发展型转变。（4）中心城市空间扩展主要受经济发展（地区生产总值）影响;从中心城市整体看,全时段（1996—2018年）行政力（固定资产投资）和内源力（人口规模）影响作用较大,分时段（1996—2002年、2002—2012年与2012—2018年）行政力影响系数亦较高,市场力（社会消费品零售总额）与外向力（实际利用外资额）影响作用程度随时间增加明显。新时期黄河流域中心城市空间扩展应注重内部提质增效,提高建设用地利用效率,促进城市高质量发展。     

城市夜间灯光强度空间衰减规律及应用

夜间灯光强度是城市社会经济活动强弱的直观表征,通常随到城市中心距离增加而逐渐降低。但其空间衰减过程是否可以定量化、模型化,以及空间衰减规律关于城市形态的指示意义仍不明确。论文获取32个中国主要城市2012年和2020年NPP-VIIRS夜间灯光年度合成数据,以城市中心为圆心,计算同心圆圈层内平均夜光强度;受建设用地密度空间衰减函数启发,采用反S函数拟合城市夜间灯光强度空间衰减特征。结果表明：反S函数可以很好地拟合夜间灯光强度空间衰减特征,模型参数D和α的变化分别反映了城市扩张过程和形态变化。2012—2020年间,各城市半径(参数D)增长到1.1~3.6倍;城市规模较小的长春、银川和西宁经历的夜光亮度增长幅度最大,而东部沿海城市增长幅度较小。参数α的变化说明中国主要城市由夜间灯光反映的空间形态趋于紧凑。反S函数为刻画夜间灯光强度空间衰减提供了新工具,为测度城市扩张和形态变化提供了新指标。     

基于夜间灯光数据的珠三角城市群城镇化空间过程重建

利用DMSP/OLS夜间灯光数据可以有效的研究区域尺度的城市化空间过程。通过利用1997、2002、2007和2012年的灯光数据,并计算灯光阈值,提取珠三角城市群的空间信息;经分析获取城市群地区点状、线状与面状的城市化空间模式,并研究了城市重心的转移情况;最后探讨了不同年份不同城市的用地主导类型。研究表明:珠三角城市群表现出面状、线状与点状的扩张模式;在研究时段内,城市重心基本维持在113.63°E、22.82°N左右,移动幅度不大;1997—2007年,珠三角城市群中除惠州市,其余城市均表现为外延主导型扩展;2007—2012年,各城市均表现为填充增强主导型。     

环塔里木盆地绿洲城市发展与水环境质量协调度

解决好新疆环塔里木盆地绿洲城市发展与水环境质量之间的关系,对"一带一路"倡议顺利实施及新疆社会稳定具有十分重要的作用。基于2004-2017年环塔里木盆地绿洲城市发展与水环境变化状况,构建城市发展与水环境质量的综合评价模型及二者的协调度模型,以探讨环塔里木盆地绿洲城市发展、水环境质量变化及二者的协调关系。结果表明：2004-2017年,（1）环塔里木盆地绿洲城市发展综合指数呈现出逐年稳定上升的趋势,经济发展和城镇空间规模扩大是环塔里木盆地绿洲城市发展的主要形式;（2）环塔里木盆地绿洲城市的水环境质量综合指数呈现出逐年降低的趋势,水环境质量形势严峻;（3）环塔里木盆地绿洲城市发展-水环境质量系统的协调度呈现倒U型的稳定发展趋势,但总体上两者的协调度较低,城市发展和水环境质量之间的矛盾日益突出。     

基于DMSP/OLS数据的河南省城市空间格局及动态扩张分析

在大尺度城市化发展进程研究中,DMSP/OLS夜间灯光数据可以客观提供独特的视角,已成为城市空间格局研究重要的数据源之一。该文以河南省为研究区域,利用1992-2012年河南省夜间灯光影像数据和空间信息,采用平均灯光亮度、平均灯光亮度增长速度、归一化总辐射值、总灯光强度等指标以及城市重心坐标、城市重心偏移距离、城市重心偏移速度等指标对河南省各个城市的空间格局现状和城市扩张过程进行研究。结果表明:1992-2012年河南省城市化水平不断提高,小城市建成区面积增长率大于大、中城市;中北部平原地区城市发展速度较快,西部、南部山脉覆盖地区的城市发展较缓慢;整体上形成以郑州市为中心的簇状城市群向外扩张格局,并沿京广铁路和陇海铁路形成南北、东西向的"十"字形城市链形态;各城市中心的移动呈现"北城南移,南城北移",并有向中部省会郑州市聚拢的趋势。     

基于夜间灯光影像的中国电力消耗量估算及时空动态

提出夜间灯光降饱和指数模型,以中国大陆为研究对象,基于DMSP/OLS夜间灯光数据、MODIS NDVI产品、基础地理信息数据及社会经济统计数据,构建电力消耗估算模型,定量估算了2000-2012年电力消耗量,并采用空间统计分析方法,从不同时间、空间角度对省级、地级和县级单元的电力消耗量变化趋势和空间集聚程度进行分析。结果表明：夜间灯光降饱和指数模型能较好地降低夜间灯光的数据饱和和溢出,其中MDNVI模型的效果最好。从县级尺度电力消耗变化趋势的显著性来看,无明显变化区域主要出现在青藏高原,迅猛增长型多数分布在京津冀、长三角、珠三角和中东部省会城市。     

中国城市体系等级结构及其空间格局——基于DMSP/OLS夜间灯光数据的实证

完善的城市体系可以不断优化各个城市的时空资源并强化区域城市的集聚效应,切实推动区域可持续发展与城市综合效益最大化。受惠于城市因素流与城市作用潜力的显著相关关系,节点体系研究可以准确测度城市体系内部各个城市之间的相互作用关系,又避免了功能体系研究所需矢量数据的难以获取与测算庞杂,而DMSP/OLS夜间灯光遥感数据可以综合地定量测度城市地区人类活动的广度与强度。基于夜间灯光指数的引力模型定量测度中国341个城市之间的相互作用关系,并通过二阶段聚类法综合分析其城市体系等级结构与空间格局。中国节点城市被划分为7 大国家节点城市（包括北京、天津、上海、广州、重庆、哈尔滨与沈阳）、26 个区域节点城市与107 个省域节点城市,而中国城市体系则被划分为2 个国家城市体系（北方城市体系与南方城市体系）、8 个区域城市体系（华北城市体系、东北城市体系、西北城市体系、黄河中游城市体系与华东城市体系、华南城市体系、西南城市体系、长江中游城市体系） 与31 个省域城市体系。城市体系的地域范围是相对的、局部的,没有明确的识别界线,不过通过对基于DMSP/OLS夜间灯光数据的中国城市体系等级结构与空间格局与顾朝林实证研究的分析结果进行进一步的综合比对评估,总体而言,基于DMSP/OLS夜间灯光数据对城市体系的等级结构与空间格局进行实证研究是可信的和可行的。     

利用MODIS产品和DMSP/OLS夜间灯光数据监测城市扩张

选用多时序MODIS数据产品和晚间灯光指数数据,采用CART数据挖掘方法和改进的Niblack 阈值分割技术,对2001-2010 年之间的浙江省城市扩张情况开展了动态监测。结果显示：在多时序数据信息挖掘的基础上,利用区域灯光指数局部阈值,可以有效地分割城镇和非城镇类型,从而提高城镇专题信息提取的精度;从2001 年到2010 年,浙江省城市扩张迅速,年平均扩张速度为297.35 km²/a,平均扩张速度以余杭、萧山和绍兴为中心,以宁波和瑞安为次中心递减;扩张强度最大的是衢县,其次是开化县和海宁市。以杭州为例分析城市扩张的空间特征,其城市空间紧凑度从0.38 上升到了0.48,空间结构趋于紧凑;城市中心向西北方向移动了约3km,揭示着其向西北方向扩展的主要趋势。     

新疆绿洲城市空间扩展特征及其驱动力分析

 绿洲城市是绿洲人类生产、生活的集聚中心,也是人地关系最为敏感的区域。研究绿洲城市空间扩展及其动力机制对掌握干旱区城市空间扩展规律,因势利导地引导城市向合理的空间形态模式演进,促进绿洲城市的可持续发展具有重要意义。以新疆17个绿洲城市为研究对象,利用1990、2000年和2007年Landsat遥感影像,运用GIS空间分析和统计分析,深入探讨了干旱区绿洲城市近20 a城市空间扩展特征及其驱动机制。结果表明:①天山北坡经济带绿洲城市空间扩展速度与强度较高,东疆和南疆地区绿洲城市相对较低。相对于中东部城市,新疆绿洲城市扩展强度较小,速度较慢。②位于山前凹陷带、山前盆地或地形复杂老绿洲城市分维数较高,紧凑度较低; 平原绿洲城市分维数较低,结构紧凑。③新疆绿洲城市空间扩展的主要驱动力是人口增长、经济发展、交通基础设施的建设、资源以及政策规划。     

闽南三市城镇发展与地表温度的空间关系

基于厦门、漳州、泉州三市1996—2017年的Landsat遥感数据与夜间灯光数据,应用总体耦合态势模型及协调性模型探讨了城镇发展与地表温度的时空耦合规律,并运用标准差椭圆、双变量空间自相关及景观指数分析两者之间的空间响应规律,结果表明：1996—2017年,闽南三市表征城镇发展变化的夜间灯光与地表温度的空间分布呈现出与地形、区位等因素的空间耦合性。三市夜间灯光与地表温度的总体耦合态势不断加强,协调类型逐渐增多;城镇发展早期,夜间灯光对地表温度的影响存在滞后性,在城镇发展后期,夜间灯光则对地表温度的影响呈超前性;夜间灯光与地表温度呈正相关关系,空间溢出效应明显。夜间灯光对地表温度的正向影响逐渐加强,其与地表温度的HH、LL聚集不断扩张;HH集聚连片趋势明显。厦门的城镇发展对地表温度的影响更显著,而在泉州、漳州则较弱。本文可为闽南三市热环境优化提供科学指导。     

基于夜光遥感影像的粤港澳地区城市发展时空格局演变

将VIIRS时间序列夜光遥感影像首次应用于粤港澳地区,结合LandScan ^TM人口分布图等辅助数据,采用夜间灯光统计、位序-规模法则以及由基尼系数构建的夜光发展指数等方法,在地市级、区县级2种尺度上对其城市发展空间格局进行分析,探究其城市规模的时空演变情况。结果发现,2012—2018年粤港澳地区所有城市的夜光总量均呈现出增长的态势,但中小城市的增速明显高于大城市,汕尾市的夜光增长率高达310.35%。在位序-规模分析中,地市级与区县级的q值在2012—2018年分别下降了16.86%和13.52%,城市规模分布趋于分散的力量大于趋于集中的力量,城市间规模发展日趋平衡。夜光发展指数同样随时间的变化逐渐降低,城市内部夜光与人口之间的分配水平差距正逐渐弥合,中小城市的发展相对更快。同时,夜光发展指数下降最为显著的几个地级市均位于粤东地区,说明粤东地区近年来正展现出强劲的发展态势。     

天山北坡经济带“组团”点轴城镇空间结构研究

以1990-2007年天山北坡城镇GDP、土地、人口、交通数据为资料,根据城镇空间分布“最近邻点指数”理论,空间相互作用和分形理论,分析了天山北坡城镇空间分布特征,构建了绿洲城镇相互作用强度判断模型,提出并论证了“组团”点-轴空间结构模式优越性。研究发现:①天山北坡经济带城镇人口规模和经济规模在空间结构呈现3个城镇高密集区,两个城镇稀疏区特征;②传统绿洲城镇空间结构下,城镇接受中心城市辐射差异很大,不利于城镇整体发展;③以“乌鲁木齐都市圈”为点的“组团”点-轴空间结构模式,有利于中心组团城镇对其他城镇的辐射;④以“５组团”为点的点-轴模式有利于组团之间的相互作用,有利于城镇发展;⑤天山北坡经济带向伊犁河谷延伸有利于中心组团城镇对其他组团城镇的辐射。     

青藏高原地区人类发展水平评估及其演变分析

通过夜光发展指数（NLDI）、文化多样性和城市位序规模法则3个维度进行分析,评估不同时期青藏高原地区的人类发展水平。研究表明：① 21世纪以来,青藏高原地区人类发展水平在逐年提升,但是人类发展水平整体上还处于中等偏下水平,区域内部人类发展水平存在一定的空间差异,东南部夜间灯光强度比较高,人口分布集中;② 青藏高原民族多样性较高区域主要沿着藏彝走廊和河西走廊延伸和扩展,多元文化交融地区的夜间灯光强度高,人类发展水平总体呈上升趋势;③ 采用位序规模法则分析由夜光强度构建的城市规模,最大城市规模太小仍然是青藏高原地区城镇体系的突出问题。     

环境外部性与污染企业城市内空间分布特征——基于深圳污染企业的实证分析

随着城市生态环境的恶化,发达地区环境管理力度不断加强,使得污染企业的空间分布表现出强烈的环境容量制约性和政府规制主导性。为应对这种制约与规制,在城市内部,污染企业向城市边界和环境准入门槛低的区域迁移,使得污染企业空间分布及其所形成的城市污染格局更加复杂。利用2007 年深圳市污染源普查数据,通过OLS和稳健回归分别探讨了废水、废气和固体废弃物污染企业环境外部性及其城市内空间分布特征。研究发现：深圳废水与固体废弃物污染严重企业具有明显地靠近城市外围边界但远离香港、经济特区分布的特征,以邻为壑的污染转嫁将辖区内的环境负外部性扩展到邻近城市,以避免对本城区的污染。同时,废水排放较多的污染企业也有明显的靠近城市环境功能较低的外流河分布的特征。企业所有制性质、经营时间等在一定程度上影响企业的排污能力,进而影响污染企业的空间分布。另外,不同排污类型的企业空间分布也具有显著的差异。本研究对于转型期正确制定城市产业结构空间调整政策,合理引导经济环境协调发展,尤其是避免跨界流域河道等成为转移负外部性的通道具有重要启示。     

A surface network based method for studying urban hierarchies by night time light remote sensing data

Urban hierarchies are closely related to economic growth, urban planning and sustainable urban development. Due to the limited availability of reliable statistical data at fine scales, most existing studies on urban hierarchy characterization failed to capture the detailed urban spatial structure information. Previous studies have demonstrated that night time light data are correlated with many urban socio-economic indicators and hence can be used to characterize urban hierarchies. This paper presents a novel method for studying urban hierarchies from night time light data. Night time light data were first conceptualized as continuous mathematical surfaces, termed night time light surfaces. From the morphology of these surfaces the corresponding surface networks were derived. Hereafter, a night time light intensity (NTLI) graph was defined to describe the morphology of the surface network. Then, structural similarity between the night time light surfaces of any two different cities was calculated via a threshold-based maximum common induced graph searching algorithm. Finally, urban hierarchies were defined on the basis of the structural similarities between different cities. Using the 2015 annual NPP-VIIRS night time light data, the urban hierarchies of 32 major cities in China were successfully examined. The results are highly consistent with the reference urban hierarchies.     

基于分形理论的新疆城市规模分布及异速生长特征研究

采用2005-2014年新疆非农业人口和城区建成面积数据,运用城市位序-规模法则、人口-面积异速生长等相关的分形理论,分析新疆城市体系规模结构的演化和异速生长规律。结论表明：新疆城市体系首位分布明显,新疆城市规模分布的集中力量高于分散力量,中间位序城市快速发展,使城市规模分布逐渐趋向合理;新疆城市人口-面积异速生长关系整体上呈现退化迹象,城市等级结构较为松散。     

信阳城市人口—城区用地异速生长分析

城市人口规模和用地面积随着时间的改变过程理论上服从异速生长定律,即在一定时空范围内表现为幂指数关系,并且标度指数小于1。但由于种种原因,中国的统计数据大多不满足纵向异速标度关系,或者标度指数严重异常。为深入研究这一问题,借助最小二乘法和对数线性回归分析技术,基于信阳的人口普查数据和城市用地现状图资料,开展城市人口和城市用地面积的标度分析,发现城市生长长期服从纵向异速生长定律,可用幂函数描绘,并且标度指数(约为0.86)接近于理论预期值(0.85)。然而,由于近年的“造城运动”,这种标度关系遭到破坏,城市人—地关系出现混乱。因此,揭示城市演化规律的前提是数据质量的保证,而人文系统的规律也会因为人为的因素而暂时破坏。本文提供了一个城市纵向异速生长及其标度破坏的简明案例,并给出了估计和预测信阳城市人口和用地的数学模型,其计算结果可以作为了解同类城市人—地关系的演化进程和未来趋势的重要参考。     

功能区视角下城市夜光与夜间“两抢一盗”犯罪的空间相关性——以H市市辖区为例

以H市市辖区为例,基于POI数据识别城市功能区,并结合NPP-VIIRS夜光遥感数据与夜间“两抢一盗”犯罪数据,构建双变量空间自相关分析模型,从整体及不同功能区角度探讨城市夜光与夜间“两抢一盗”犯罪的空间关系。结果表明：1）整体上,H市夜间“两抢一盗”犯罪形成“一主一副”的犯罪热点,且夜光与夜间“两抢一盗”犯罪存在空间异质性关系。2）大部分功能区在全局Moran’sΙ上表现为正相关。在局部LISA聚类上,只有居住用地、商业服务业用地和道路与交通设施用地呈现显著的空间异质性。商业用地的高-高聚类多数分布在一环及二环以内,低-低聚类多数分布在城市外围及边缘地带,高-低聚类与低-高聚类则零散分布在二者之间的区域;居住用地的聚类情况呈现南北区域差异;道路与交通设施用地则由于报警地点与实际案发地点可能有所出入,因而结果可信度降低。     

基于DEA方法对新疆城镇发展效率的空间差异研究

基于DEA方法,构建了新疆城镇发展投入产出效率的评价指标体系,应用Deap2.1软件测算了新疆87个县市的城镇发展效率,并分区域、城镇组群等视角分析了城镇发展效率的空间差异。结果表明:新疆城镇规模效率相对较高,但纯技术效率较低导致综合技术效率低于全国平均水平。城镇发展效率存在显著的区域差异,北疆和东疆区域的城镇发展效率明显高于南疆,天山北坡经济带和各区域性中心城市的效率相对较高。城镇组群的规模效率高于单体城镇,规模较大、发育程度较好的组群规模效率和纯技术效率较高。在此基础上,提出提高城镇单位投入产出效益、积极培育大中城市及绿洲城镇组群等促进城镇快速发展的对策建议。