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。     

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。     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的1995-2009年中国地级市能源消费动态

能源是国民经济发展的重要支撑,便捷准确地获取能源消费时空动态信息,对于合理制定能源政策具有重要意义。基于DMSP/OLS 夜间灯光数据和能源统计数据之间的定量关联,在地级市尺度上模拟了中国1995-2009 年能源消费的空间格局,并采用空间自相关分析探讨其时空动态特征。研究表明：基于DMSP/OLS夜间灯光数据模拟中国各地市能源消费具有一定的可行性,该数据能够比较可靠地反映能源消费的时空动态;1995-2009 年中国大多数地市的能源消费量较低,中低强度能源消费区土地面积占全国72.66%,高能源消费强度区集中分布在中国东部地区;中国能源消费量存在显著的空间集聚性（历年Moran’s I 指数都大于0.4）,全国地级市能源消费“高-高”聚集和“低-低”聚集现象明显。     

基于EVI指数的DMSP/OLS夜间灯光数据去饱和方法

DMSP/OLS夜间灯光数据被广泛应用于表征人类活动强度及其生态环境影响的诸多研究中,但因OLS传感器设计的局限,在用电强度较高的城市中心,灯光信号存在明显的饱和,这一不足可能影响到一些基于夜间灯光数据研究成果的可靠性。针对这一问题,NOAA-NGDC研发了辐射定标算法,但因缺乏星上定标系统,算法较为复杂,且受较多条件限制等原因,目前只有部分时期的辐射定标数据产品（RCNTL）。近期有学者提出一种基于植被指数NDVI构建的城市灯光指数VANUI,为灯光数据去饱和研究提供了一个操作简单且结果良好的方法,但该方法在一些城市效果不佳。基于此,本文综合利用夜间灯光与EVI指数信息,通过对VANUI指数构建方法进行改进,建立了一个新的缓解夜间灯光强度饱和的EANTLI指数。为了评价指数的效果,将EANTLI与VANUI从三个方面进行比较：① 区分、识别饱和区内地物的能力;② 与RCNTL的拟合程度;③ 对用电量估算的效果。结果表明：EANTLI在三个方面均表现出优势,在潜在饱和区内对特征地物具有更高的可区分性,与RCNTL的线性相关程度更高,与用电量的相关性相比于NTL、VANUI亦明显提高。因此可以认为EANTLI在指数的设计上较为合理,不仅易于计算,而且能达到较好的缓解灯光强度饱和、凸现城市内部差异的目的,在用于反演城市发展指标时能获得更为准确的结果,因此具有较高的应用价值。     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据提取城镇建设用地的邻域分析法

为提高城镇建设用地提取的精度,文章提出一种基于DMSP/OLS夜间灯光数据邻近象元特征差异的提取城镇建设用地的邻域分析方法。该方法主要是通过栅格运算识别建设用地和非建设用地的突变,结合阈值法准确提取建设用地边界。将该方法应用于2009年中国大陆34个主要城市的建设用地提取,并与基于TM数据以及基于DMSP/OLS数据传统全局阈值法和局部优化法提取的建设用地进行比较。结果显示,该方法提取的建设用地象元数与TM影像提取的象元数呈较好的相关性(R2=0.966),均方根误差为191.64个象元,相对精度为82.79%,景观形状指数、聚集度指数、边缘面积比指数和连接度指数也具有较高的相似性(R2分别为0.475 4、0.366 2、0.858 9和0.915 3)。该方法不仅能准确识别大面积的城市建设用地斑块边界,而且不会漏掉小面积的城市建设用地斑块,克服了传统全局阈值法和局部优化法的缺点。     

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.     

黄河流域能源消费碳排放时空格局演变及影响因素——基于DMSP/OLS与NPP/VIIRS夜间灯光数据

科学估算并动态监测长时间序列区域能源消费碳排放发展态势,是制定、实施及评估地区碳减排策略的科学依据和基础保障。基于构建的长时间序列可相互比较的DMSP/OLS与NPP/VIIRS两种夜间灯光数据集,本文模拟了2000—2018年黄河流域能源消费碳排放的时空变化特征,并从流域地理分异的角度对其影响因素进行解析。结果表明：① 2000—2018年黄河流域能源消费碳排放呈现总量不断上升但增长速率下降的态势,整体表现出收敛趋势,但还未达到碳峰值;流域内部碳排放总量呈中游>下游>上游的地理分异特征。② 以黄河干流及主要支流为串联的核心城市形成了若干规模不一的高密度碳排放中心。③ 黄河流域碳排放呈显著的正的全局空间自相关,并形成了以晋陕蒙资源型城市为依托的中上游碳排放高-高集聚,以及上游甘青宁地区为主的碳排放低-低集聚。④ 经济发展水平对碳排放空间分异的影响力始终最强,其次为城镇化水平与人口规模,“GDP+”能源结构、能源强度与产业结构所主导的交互作用是导致碳排放持续增长的主要推动力。从构建流域生命共同体的视角出发,结合黄河流域自然环境特点与经济社会特征,并统筹上下游、左右岸、干支流之间的关系,分区施策与分时施策并行,对实现以碳减排为目标的黄河流域生态保护与可持续发展意义重大。     

基于DMSP/OLS稳定夜间灯光数据的中国1995-2008年电力消费量时空动态研究(英文)

Electric power consumption (EPC) is one of the basic indices for evaluating electric power use. Obtaining timely and accurate data on the spatiotemporal dynamics of EPC is crucial for understanding and practical deployment of electric power resources. In this study, an EPC model was developed using stable nighttime lights time-series data from the Defense Meteorological Satellite Program Operational Linescan System (DMSP/OLS). The model was used to reconstruct the spatial patterns of EPC in Chinese Mainland at the county level from 1995 to 2008. In addition, the spatiotemporal dynamics of EPC were analyzed, and the fol-lowing conclusions were drawn. (1) The EPC model reliably represented the spatiotemporal dynamics of EPC in Chinese Mainland with approximately 70% accuracy. (2) The EPC in most regions of Chinese Mainland was at low to moderate levels, with marked temporal and spatial variations; of high-level EPC, 58.26% was concentrated in eastern China. Six urban agglomerations (Beijing-Tianjin-Tangshan region, Shanghai-Nanjing-Hangzhou region, Pearl River Delta, Shandong Peninsula, middle-south of Liaoning Province, and Sichuan Basin) accounted for 10.69% of the total area of Chinese Mainland but consumed 39.23% of the electricity. (3) The EPC of most regions in Chinese Mainland increased from 1995 to 2008, and 64% of the mainland area showed a significant increase in EPC. Moderate increases in EPC were found in 61.62% of eastern China and 80.65% of central China from 1995 to 2008, whereas 75.69% of western China showed no significant increase in EPC. Meanwhile, 77.27%, 89.35%, and 66.72% of the Shanghai-Nanjing-Hangzhou region, Pearl River Delta, and Shandong Peninsula, respectively, showed high-speed increases in EPC. Moderate increases in EPC occurred in 71.12% and 72.13% of the Beijing-Tianjin-Tangshan region and middle-south of Liaoning Province, respectively, while no significant increase occurred in 56.34% of the Sichuan Basin.     

基于夜间灯光数据的中国人口密度模拟

人口密度网格化比人口密度行政单元化更接近人口的实际分布,而且是实现人口数据与其他社会经济统计数据、资源数据、环境数据复合,提高人口、资源、环境综合管理能力的重要途径之一。选用专门针对亚洲地区开发的DMSP/OLS非辐射定标夜间灯光平均强度遥感数据模拟了中国的人口密度：基于灯光强度信息模拟了灯光区内部的人口密度,基于人口-距离衰减规律和电场叠加理论模拟了灯光区外部的人口密度,是应用DMSP/OLS夜间灯光数据模拟人口密度研究的拓展和深入,研究结果与其他研究基本一致,但所需数据量较少,更适合于大尺度人口密度的快速估算,为决策提供参考依据。结果表明,DMSP/OLS夜间灯光强度数据具有实现人口以及其他社会经济数据空间网格化的巨大潜力。     

基于航空网络的中国城市体系等级结构与分布格局

航空运输已成为客货流动的重要交通工具和影响城镇体系的重要因素,城市在全球或国家航空网络中的地位直接反映了城市在全球或国家城市体系中所处的等级。由结点(航空港)和连接线(航线)所组成的航空网络代表了城市的空间可达性,直观地反映出国家城市体系的等级结构与分布格局。 本文收集了目前中国14家主要航空公司的航线数据,经相关分析证明航空网络中城市的航线数量与城市体系的规模等级基本上呈正相关趋势;在此基础上,通过基于航线图的航空网络分析,运用图表判别和聚类分析的方法,将中国128个通航城市划分为全国性中心城市、区域性中心城市、次区域中心城市和一般地方性中心城市四个等级,从航空网络的独特视角揭示了开放条件下中国城市体系等级结构与分布格局。     

基于夜间灯光数据的中国城市用地扩展类型

针对目前在城市用地空间扩展类型的划分与识别方面存在的问题,首次提出了基于夜间灯光图像像元灯光强度的时间变化特征对城市用地空间扩展类型进行分类/识别的方法, 并应用该方法将中国1992~1998年间的城市用地空间扩展类型分成了3级7大类,进而对这些扩展类型的区域结构、空间分布和开发强度进行了分析,揭示了1992~1998年间中国城市用地空间扩展的一些主要特征。提出以像元为分析对象、并采用多级分类的方法,不仅实现了大尺度上城市用地空间扩展类型的快速识别,而且还在保证分类结果与其他相关研究结果衔接一致的前提下,提供了更为详细且符合实际的城市用地空间扩展信息。     

基于夜间灯光数据的环渤海地区城市化过程

利用1992年、1996年和1998年的三期DMSP/OLS夜间灯光数据,提取了区域尺度的环渤海地区20世纪90年代的城市群空间信息,建立了城市群地区面状、线状和点状城市化空间模式,分析了环渤海城市群地区20世纪90年代的城市化过程。基本结论如下:①20世纪90年代环渤海城市群地区城市斑块数量增长较快,城市化过程明显,但小斑块所占比重较大,城市斑块破碎度增加。同时,区域内城市重心基本维持在经度117.93o和纬度38.49o附近,整体上表现出向西北方向移动的趋势。②20世纪90年代环渤海城市群地区城市化过程基本上可以从空间上概括为在中心城市和大城市周围的面状城市化过程、沿交通干线周围的线状城市化过程和广大区域内以新兴小城市或小城镇出现为特征的点状城市化过程三种基本过程。其中,面状城市化过程一直居于优势地位,但面状城市化过程的基本有效范围主要局限在面状城市斑块周围3￣4km范围。线状城市化过程和点状城市过程所占的比例相对较小,但表现出明显的增强趋势,在区域内的影响范围正逐渐扩大。     

基于引力模型的安徽城市空间格局研究

依据引力模型的原理,构建新型引力和断裂点公式,通过安徽省17个城市间引力值和断裂点距离的计算和分析,研究安徽省城市的空间格局,得出结论:安徽省内区域性城市群初步形成,合肥市已经成为区域中心城市,城市间锁定效应和屏蔽效应显现,城市发展偏心化以及城市分布东紧西松加剧。提出应建立一个以中心城市为主的城市空间格局,依托中心城市,实行联动发展,注重城市交通基础设施建设,强调政府在城市空间布局中的主导作用。     

基于铁路网络的中国城市等级体系与分布格局

铁路运输已成为客货流动的重要交通工具和影响城镇体系的重要因素,由铁路站点和铁路运输线构成的铁路网络在很大程度上影响着城市体系等级结构和空间格局特征。通过筛选出具有始发列车的186个地级以上城市作为研究对象,通过城市始发列车数据分析城市体系等级结构与分布格局。在证明铁路始发列车数量与城市体系的规模等级呈正相关关系的基础上,运用图表判别和聚类分析法,将中国186个具有始发列车的城市划分为四个等级,分别是全国性中心城市3个,区域性中心城市8个,省域性中心城市30个,地区性中心城市145个。结果表明,中国城市等级结构呈现金字塔型结构,并受行政级别、地形因子、经济发展水平影响显著。城市体系的分布存在明显的东西差异,高等级中心城市在中国东部均衡分布,构成了中国铁路运输网络的基本骨架,并与国家国土开发中的"T"型战略格局非常吻合。高等级中心城市由于铁路网络的紧密联系,形成了6对双核结构城市模式。     

基于夜间灯光数据的中国能源消费碳排放特征及机理

本研究基于DMSP/OLS夜间灯光影像实现了1992-2010年以市级为基础单元的我国碳排放估算,弥补了统计数据不全、统计口径不一的缺点。从全国、4个经济区和6大城市群3个层面的碳排放分析结果显示,我国CO2排放总量持续增长,各地区、省市增速各不相同,空间聚集程度越来越明显,基本形成了"东部沿海城市高高集聚,西部欠发达城市低低集聚"的格局。人均碳排放强度基本呈现为"东部>东北部>西部>中部",单位GDP碳排放强度则呈现为"东北部和西部较高"、"东部和中部较低"。GDP增长是决定CO2排放总量增长的主导因素,而能源结构、能源利用效率、产业结构是影响碳排放强度的主要原因。对于西部和东北部等以能源和重工业为主导产业的城市,其减排策略应着重能源结构优化和能源利用效率的提高。对于东部和中部等以技术、劳动密集型和轻工业为主导产业的城市,其减排策略应侧重于产业结构调整和转型升级。     

中国城市体系的空间格局研究评述与展望

构建科学合理的城市空间格局,是推进中国新型城镇化的重要内容.本文从中国城市体系的空间分布与空间结构、等级规模结构、职能结构与城市网络的空间格局等方面,对国家尺度城市体系的空间格局现状特征、演变过程及形成机理等方面的研究进展进行了梳理,并据此得出:当前基于社会经济发展的中国城市体系的空间格局研究虽较多,但仍需深化和完善;基于生态环境和自然资源安全的城市体系的空间格局研究较少,不能满足现实需要;而城市体系空间格局优化理论与合理性评价研究较为缺乏,系统模拟与优化模式研究则更为薄弱.因此,未来应在深化和完善现有研究内容的基础上,强化中国城市体系的生态安全格局、资源环境格局、经济社会发展格局的空间耦合研究,加强中国城市体系空间格局的优化理论、合理性评价方法、系统模拟方法、优化模式及优化对策研究,并形成综合集成体系.     

京沪高铁站点对周边地区的经济带动效应研究——来自DMSP/OLS和NPP/VIIRS卫星灯光数据的证据

随着中国高铁建设的全面铺开,高铁新城正在成为许多城市发展的“新引擎”。本研究以京沪高铁站点为例,分析沿线高铁站点对周边地区的经济带动效应。由于相关社会经济数据的匮乏,文章应用DMSP/OLS和NPP/VIIRS卫星灯光数据结合距离圈层法对京沪高铁站点的经济效应进行评估。研究结果表明,高铁开通后,中等规模城市所在的高铁站点周边地区受益最大,其次是大城市高铁站点的周边地区,而居于小城市的高铁站点对周边地区的带动效果不明显。     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的京津冀地区城市空间扩展与空间关联测度

对城市群空间关联的研究可以为城市群体系结构的优化提供理论依据,但如何破除行政单元的统计约束一直是关联定量化的难点。以京津冀城市群为研究对象,基于DMSP/OLS夜间灯光亮度表征城市综合实力,通过引力模型测算1993-2013年京津冀城市空间关联强度,分析城市社会经济区位度的时空变化趋势。研究结果表明:京津冀城市群发展极不平衡,北京与天津关联强度值是排序第三位廊坊市的3~5倍;保定市关联强度排序第4,且社会经济区位度呈上升趋势;除廊坊、保定与承德市外,河北省其余各市社会经济区位度呈下降趋势,京津冀地区的极化现象有所加剧。基于夜间灯光亮度的城市空间关联测度聚焦主城区范围,可为京津冀一体化提供定量化决策参考。     

基于多源遥感数据的武汉市人口空间分布格局演化

基于DMSP/OLS夜间灯光指数和SPOT-VEGETATION逐旬NDVI数据构建人居指数,模拟武汉市2000,2012年人口空间分布。采用空间自相关模型,从时空角度分析2000—2012年武汉市人口的空间分布格局及演变规律。结果表明:1利用夜间灯光强度估算方法可快速准确模拟武汉市人口空间分布。2人口空间分布格局有向武汉市中心城区集聚的趋势,具有"中间高周围低"的特征。3武汉市人口空间分布表现出较强的空间自相关性,根据局部自相关分析,"高-高"类型区主要分布在武昌、硚口、江汉、江岸等中心区,"低-高"类型区主要出现在江河流域附近;随着时间的推移人口分布的"高-高"类型区扩大,表明武汉市人口在向中心城区聚集的过程中远城区也形成了相应的人口集聚中心。     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的省域GDP统计数据空间化方法——以广西壮族自治区为例

针对省域小尺度资源环境研究领域对空间型社会经济数据的需求,以DMSP/OLS夜间灯光数据为依据,采用GIS与SPSS相结合的方法,分析广西生产总值、第一产业、第二产业、#工业和第三产业分别与夜间灯光指数的相关性,构建广西2010年GDP统计数据的空间化模型,并制作广西1km*1km GDP密度专题图。结果表明,DMSP/OLS夜间灯光数据与省域GDP的空间分布相关性明显,相关系数为0.9755。估算得到的GDP密度能够完整地反映广西GDP宏观分布现状,可为今后经济决策和产值估算提供一定的依据。