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。     

基于夜间灯光数据的呼包鄂城市群空间扩张特征及驱动力研究

为了揭示呼包鄂城市群时空演化特征和主导因素并明确其所处发展阶段,利用夜间灯光数据提取城市群1997年、2002年、2007年、2012年和2017年5个时期建成区轮廓,运用规模扩张指数、重心偏移模型和景观格局指数对其扩张过程、扩张方向和空间格局特征进行量化描述,在此基础上构建驱动力模型,探究其时空扩张驱动力。结果表明:(1)呼包鄂城市群呈现“先快后慢、先强后弱”的中心圈层式扩张的空间形态演变特征;(2)扩张方向上呈现“顺势转移、逐心而动”和“大幅东进、加速南移”的空间重心迁移特征;(3)空间格局上呈现核心-边缘分布以及“由极化转向集聚”的组织结构特征;(4)动力机制上以行政力和内源力平行驱动为主,市场力和外向力对城市群空间扩张影响作用依次递减。区域城镇化进程较快,总体处于快速发展的低级一体化阶段。     

基于VIIRS夜间灯光的中国城市中心的分异特征及其影响因素

城市多中心是现代城市发展的重要趋势,精准识别城市中心和理解城市中心形成机制对推进以人为核心的新型城镇化具有十分重要的意义。基于VIIRS夜间灯光数据设计出城市中心识别方法,对全国286个地级以上城市的城市中心进行识别,从城市中心数和中心发展的均衡度两个方面对城市中心的分异特征及影响因素进行分析。结果表明：① 在全国286个城市中识别出181个多中心城市,所识别的城市中心与城市规划中心具有很大程度一致性,识别结果具有一定的可靠性。② 城市中心数表现为“东多西少”的空间格局,并随城市规模等级的增加呈现“S”型递增趋势。③ 城市中心发展的均衡度呈现“东高西低”的空间格局,并随城市规模等级的增加呈现稳定递增,到特大型城市基本保持稳定。④ 河流对市区的分割、市区是否临海以及市区平地占比等自然地理因素对城市中心发展具有影响,但是社会经济因素影响更大;社会经济因素中,轨道交通站点数、市辖区人口数、城市规模等级、地区生产总值、第三产业占地区生产总值比例、固定资产投资对城市中心发展具有显著影响。     

夜间灯光遥感数据应用综述和展望

在遥感应用研究中,夜间灯光遥感作为发展活跃的一个重要分支,近年来受到越来越多来自自然科学领域和社会经济领域的关注。与传统的光学遥感卫星获取地物辐射信息不同,夜间灯光遥感是获取夜间无云条件下地表发射的可见光-近红外电磁波信息。相比于普通的遥感卫星影像,夜间灯光遥感所使用的夜间灯光影像记录的地表灯光强度信息更直接反映人类活动差异,因而被广泛应用于城市化进程研究、不透水面提取、社会经济指标空间化估算、重大事件评估、生态环境评估等领域。目前,虽然基于夜间灯光数据的应用研究成果正在不断积累,但对成果的系统性总结、整理的研究目前存在着覆盖面不全、时效性不强等不足。基于此,论文通过对近几十年来有关夜间灯光数据的研究成果的详细梳理,从数据处理与技术方法、应用研究等方面进行归纳总结。最后,文章从多源数据融合、应用领域拓展和短周期地表灯光监测3个方面指出了未来的研究热点。     

一种面向城市收缩地区的DMSP/OLS夜间灯光影像多年连续校正方法

现有时间序列夜间灯光影像校正方法只适用于灯光亮度持续增长情况,对于城市收缩地区夜间灯光亮度的校正效果不佳.该文提出一种面向城市收缩地区的DMSP/OLS夜间灯光影像多年连续校正方法(Inter-annual Se-ries Correction for Shrinking Area,ISCSA),包括多传感器相互校正、多传感器年内融合、时间序列可比较校正和连续校正四方面,以东三省1992-2013年34期DMSP/OLS夜间灯光影像进行验证,并分析其与社会经济数据的相关性.结果显示:该方法校正后的夜间灯光影像不仅能反映东三省长时序的城市扩张现象,还能体现短时间的城市收缩现象;校正后的夜间灯光亮度与GDP和人口的相关性相比原始影像数据和传统连续校正方法均有一定提升,能更合理地反映东三省社会经济要素的发展差异.     

基于夜间灯光数据的黄河流域经济发展空间特征与影响机制分析

黄河流域作为中国重要经济地带和生态屏障,在全国经济社会发展格局中具有重要地位。探索黄河流域经济发展的空间特征与影响因素,对区域协调高质量发展具有重要意义。基于2013—2018年的NPP/VIIRS夜间灯光数据,采用经济重心、标准差椭圆、空间自相关和地理加权回归方法,对黄河流域市域经济发展的空间特征以及影响因素进行分析。结果表明：（1）2013—2018年黄河流域市域经济发展水平呈现一定的倒金字塔形结构特征以及下游>中游>上游板块递减特征;（2）经济发展重心位于陕西延安市,演变轨迹总体上朝着东南方向移动。标准差椭圆长轴有所增加,短轴则有所减少,椭圆方向与黄河流向大致相同;（3）黄河流域市域经济发展整体上不具有空间依赖性与溢出效应,高高（HH）集聚区集中于银川、咸阳、东营等地,黄河上游大部分地区以及一些省际交界区长期处于低低（LL）集聚区,低高（LH）集聚区大都位于省会城市或省域次中心城市附近,相应省会城市除银川外均处于HL聚集区;（4）从内外部影响机制来看,城镇化、产业结构、科技水平、交通条件均对黄河流域经济发展发挥着积极作用,而自然地理条件则产生了明显的地理环境约束作用。     

基于城市夜间灯光数据的中美两国城市位序规模分布对比

工业革命以来,人类开启了大规模的城市化进程。城市随着交通和通讯技术的发展不断突破原有的规模限制,城市规模不断变大。以人口为指标的城市规模分布服从齐普夫法则。不同城市化发展阶段,其城市位序规模分布存在差异。城市夜间灯光数据一般可用来衡量城市的经济活动、建成区面积、人口密度、发展水平等。本文以同源的城市夜间灯光数据代表城市规模,在国家尺度和省州尺度研究中美两国城市规模位序分布,并比较其异同。研究表明,在国家尺度,2013-2016年间,中美两国城市规模均变得集聚,而中国城市规模分布比美国更为分散,齐普夫指数相差约0.1。在省州尺度,不同省州的城市规模分布存在差异,中国和美国分别有44%和84%的省份或州的齐普夫指数大于1,中国城市规模分布分散型省份占一半以上,而美国的集中型的州则占有84%,总体而言,中国城市的规模分布更为分散。中美两国高位序城市实际值远低于拟合值,理论上仍然具备很大的发展潜力。中国高位序城市需要进一步提高城市经济活动的聚集程度,使得城市规模体系更趋完善与成熟。     

基于夜间灯光影像的云南省建成区时空演变及影响因素分析

利用2012年、2015年、2018年和2020年的夜间灯光数据与统计数据,在4期建成区提取结果相对误差均小于5%的基础上,采用局部空间自相关、标准差椭圆、地理探测器等方法进行建成区时空格局与影响因素分析。结果表明：建成区扩张速度分布由2012—2015年的从中央到四周递减转变为2015—2020年的四周增速较高而中央较低,2012—2020年扩张强度有所提升,中强度及以上州市占比由2012—2015年的31.25%增加到2018—2020年的50%;建成区扩张速度的高高聚集区与热点区域均分布在滇中与滇东北,且建成区3个时间段内重心呈西北—东北—东南迁移趋势;扩张速度演变的主导单因子为路网密度、用水总量和人口密度,且因子间的交互作用均大于单因子作用。因此,需采取多管齐下、因地制宜的合理调控与正向激励政策来促进平衡发展。     

转型期京津冀城市群空间扩展格局及其动力机制研究——基于夜间灯光数据方法

针对中西方城市群空间扩展路径研究的争论,以京津冀城市群为例,运用夜间灯光数据,采取扩展强度指数、空间关联模型、多维驱动力分析模型,定量揭示了城市群时空扩展路径及其动力机制。结果表明：① 1992-2012年,京津冀城市群时空扩展呈现以京津唐为核心的中心集聚扩展模式,保定—衡水—石家庄之间的“三角地带”成为城市群空间扩展的冷点区;② 城市群空间扩展虽然已经出现了扩散势头,但向心集聚的惯性作用力依然强大;③ 城市群时空扩展的动力机制表现出以市场力为主要驱动因子的特征,行政力、外向力和内源力对城市群空间扩展的影响作用依次递减,从城市群空间扩展的驱动力演化趋势看,市场力、行政力、外向力的影响呈现上升趋势,而内源力的影响系数则呈现下降趋势。最后,提出降低行政干预、构建市场主导机制、强化内外双向开放、推动产业升级政策建议,促进城市群空间结构持续优化。     

大都市城乡融合区空间演进及内在关联性测度——基于武汉市夜间灯光数据

大都市城乡融合区时空演变及其内在空间关联性研究对避免城市低效蔓延式发展、实现空间结构协同和精明增长有重大意义。论文以武汉市城乡融合区为研究对象,基于NPP/VIIRS夜间灯光强度表征都市要素配置及运行效率和效益,利用引力模型测度2016—2018年各城乡融合区空间关联强度,分析各城乡融合区空间联系势能时空演变趋势和社会经济区位度变化。研究结果表明：① 武汉市城乡融合区面积在2016—2018年间扩大了28.10%,小斑块区域逐渐整合,区域发展连续性增强,总体向西北方向扩展最为显著;② 武汉市城乡融合区之间的空间联系网络结构整体上趋向“多中心”分布,这一过程源于各城乡融合区的经济发展水平、城镇化发展规模和交通通达性变化,东湖新技术开发区、中法武汉生态示范城、武汉临空经济区等在此过程中是各城乡融合区的区域发展引擎;③ 武汉市城乡融合区空间联系强度整体上逐年上升,空间联系整体格局从武洪区和江夏区的“大小中心”结构过渡到江夏区—武洪区—蔡汉区—江黄区—江硚东区的“外围圈层式”结构,但洪山区和江夏区作为武汉市城乡融合区中心区域,未能形成多方向空间辐射力和吸引力,对其他地区的带动明显不足;④ 各城乡融合区社会经济区位度变化显示,现行武汉市都市发展区规划实施成效在北部、西部和东北部城乡融合区较为显著。     

基于灯光数据的京津冀城市多标度异速分析

城镇体系的时空演化是一个复杂的动力学过程,具有无尺度性,其特征可以采用异速标度指数定量描述。论文以京津冀为例,基于1992—2013年夜间灯光数据的校正结果,提取城镇夜间灯光信息,采用多标度异速分析方法,分析京津冀城镇体系的相对发展特征及其空间分异格局。研究发现：①京津冀大城市的增长空间局限日益显著。虽然大城市如京津唐的绝对发展水平高,但接近环境承载量的极限,22 a间增长快速的是大城市交接地带的小城市(如三河、迁安、廊坊等)。②相对增长速度快的城市从东北到西南呈现带状分布——政府选择发展的“雄安新区”就在这个轴带上。由此可以得出两个结论：其一,京津冀城市演化的趋势相对均衡化,空间结构异质性逐步减弱,整个城镇体系的发展趋于相对平衡状态;其二,大、小城市“两极”贯通或许是增强城镇体系功能的有效途径。京津冀的空间格局优化不能仅仅考虑主要的、规模大的中心城市,而应该基于等级结构协调整个城镇网络体系。     

Similarities and differences of city-size distributions in three main urban agglomerations of China from 1992 to 2015: A comparative study based on nighttime light data

Comparing the city-size distribution at the urban agglomeration (UA) scale is important for understanding the processes of urban development. However, comparative studies of city-size distribution among China’s three largest UAs, the Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration (BTHA), the Yangtze River Delta agglomeration (YRDA), and the Pearl River Delta agglomeration (PRDA), remain inadequate due to the limitation of data availability. Therefore, using urban data derived from time-series nighttime light data, the common characteristics and distinctive features of city-size distribution among the three UAs from 1992 to 2015 were compared by the Pareto regression and the rank clock method. We identified two common features. First, the city-size distribution became more even. The Pareto exponents increased by 0.17, 0.12, and 0.01 in the YRDA, BTHA, and PRDA, respectively. Second, the average ranks of small cities ascended, being 0.55, 0.08 and 0.04 in the three UAs, respectively. However, the average ranks of large and medium cities in the three UAs experienced different trajectories, which are closely related to the similarities and differences in the driving forces for the development of UAs. Place-based measures are encouraged to promote a coordinated development among cities of differing sizes in the three UAs.     

1990—2014年印度城市扩张时空特征对比分析

印度是人口仅次于中国的发展中国家,也是“一带一路”倡议的重要节点。印度正处于城市化快速发展阶段,分析印度城市化特征具有重要意义,而中国国内关于印度城市化和城市扩张的研究和报道相对较少。论文选取10个人口超过100万的印度城市,获取1990、2000和2014年基于Landsat影像的土地利用数据和人口数据,采用圈层分析法将城市划分为等间距的同心圆圈层后统计各圈层内建设用地密度,选取增长率、密度、强度以及景观指数指标对印度城市扩张进行多维度对比分析。研究发现：①城市土地扩张快于人口增长,1990—2000、2000—2014年土地年均增长率分别是人口年均增长率的3.27和2.43倍。②建设用地密度随着与城市中心距离增加而衰减,且在一定距离内快速下降;同圈层内建设用地密度随时间逐渐增加;城市以分散的方式向外扩张,城市形态变得更加松散,特别是在第二阶段(2000—2014年)。③建设用地斑块破碎化程度与城市扩张强度的空间变化相吻合。城市扩张最活跃区域与景观破碎度最严重区域都随时间不断向外推进,城市扩张对景观格局产生显著影响。在全球城市扩张背景下,研究结果将为理解城市扩张时空特征而提供印度样本,也将为研究其他地区城市扩张提供分析方法和思路。     

人口集聚对中国城市经济增长的影响分析

人口集聚是新经济地理学关注的焦点,由于连续年份城市建设用地数据难以获取等原因,目前仍无法明确人口集聚是否促进了中国城市经济增长。采用消除连续年份时空异质性的DMSP/OLS夜间灯光数据方法所提取的建设用地等数据,通过构建人口密度影响地均收入水平的理论模型,分析2005-2013年间人口集聚对中国35个大城市经济增长的影响。研究发现人口集聚对中国城市经济增长产生显著的正向影响,其影响程度沿东、中、西部依次递减;在解释机制上,人口集聚主要通过知识和人力资本促进中国城市经济的增长,而知识密集行业占比和高校师生比的空间分布及两者对城市收入的影响是沿东、中、西部依次递减的,是解释人口集聚促进城市经济增长存在空间差异的主要原因。     

Construction of an ecological resistance surface model and its application in urban expansion simulations

Urban expansion models are useful tools to understand urbanization process and have been given much attention. However, urban expansion is a complicated socio-economic phenomenon that is affected by complex and volatile factors involving in great uncertainties. Therefore, the accurate simulation of the urban expansion process remains challenging. In this paper, we make an attempt to solve such uncertainty through a reversal process and view urban expansion as a process wherein the urban landscape overcomes resistance from other landscapes. We developed an innovative approach derived from the minimum cumulative resistance (MCR) model that involved the introduction of a relative resistance factor for different source levels and the consideration of rigid constraints on urban expansion caused by ecological barriers. Using this approach, the urban expansion ecological resistance (UEER) model was created to describe ecological resistance surfaces suitable for simulating urban expansion and used to simulate urban expansion in Guangzhou. The study results demonstrate that the ecological resistance surface generated by the UEER model comprehensively reflects ecological resistance to urban expansion and indicates the spatial trends in urban expansion. The simulation results from the UEER-based model were more realistic and more accurately reflected ecological protection requirements than the conventional MCR-based model. These findings can enhance urban expansion simulation methods.     

中国大城市病典型症状诱发因素的实证分析

论文基于已有研究将大城市病细分为交通拥堵、资源短缺、环境污染3种典型症状,采用2013年全国204个地级市横截面数据,根据夜间灯光数据构建人口空间分布指标,首先运用OLS回归探讨城市规模、空间失衡、建设滞后、产业转型、体制弊病等5种主要致病因素对大城市病的影响;其次,建立门槛效应模型进一步考察不同因素与大城市病之间是否存在非线性关系。实证研究结果表明,大城市病作为一种“综合病”,具体到不同层面对应的主要致病因素也大相径庭。其中,城市总体规模较大、城区人口过度集中分布、交通基础设施不够完善等是造成交通拥堵的主要原因;大城市中并不普遍存在资源匮乏的问题,相反地,产业结构的改善、公共服务的增加、行政权力的集中均有助于吸引和调动资源;此外,不论是城区人口总量的增加,还是分布结构的集中化,均显著不利于消除环境污染,并且非农产业比重的上升和城市道路面积的扩张也会对城市生态环境系统造成破坏。     

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。