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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于夜间灯光数据的淮海经济区经济空间格局演化及中心性测度

基于1998年、2003年、2008年和2013年DMSP/OLS夜间灯光数据,选用加权标准差椭圆、引力模型与社会网络分析等方法,对淮海经济区经济空间格局演化与城市中心性进行测度。研究结果表明:1)淮海经济区经济总体水平较低,各地市经济发展水平差异显著,苏北和鲁南地区经济水平明显优于豫东和皖北地区,徐州市经济发展质量最优;2)城市间经济联系呈现以徐州市为中心,以济宁市、临沂市和枣庄市为重要节点的放射状分布,经济区边缘城市与外部的经济联系强度最弱;3)徐州市作为淮海经济区的中心城市,对周边城市有很好的经济引领作用,但尚不能对位于该区域边缘地带的城市形成较强的辐射和带动作用,其作为中心城市的带动力仍有较大提升空间。     

基于夜间灯光数据的河南省GDP空间化研究

对河南省DMSP/OLS夜间灯光数据和GDP统计数据进行相关分析,得到河南省GDP空间化模型,对模型精度进行验证,生成河南省GDP密度图以及河南省和郑州市GDP密度增长图。结果表明:河南省各区域GDP密度呈现出明显的从西北部至中部、再从中部至东南部逐步衰减的趋势; GDP密度增长速度最快的市县集中在北部、西北部,其中以郑州市周边区域最为突出,中部及偏东南部增长速度较快,豫东及豫南地区增长速度缓慢。夜间灯光数据与GDP统计数据有显著的相关关系,可以为区域经济的估算和预测提供依据。     

基于NPP/VIIRS夜间灯光数据的黄淮海地区城乡常住人口格局模拟

以黄淮海传统农区为研究区,利用NPP/VIIRS夜间灯光数据、土地利用数据和人口统计资料,基于城乡人口活动状态及其空间特征,构建城乡常住人口空间化模型,模拟区域城乡常住人口分布,探究城乡人口空间格局特征。结果表明:基于NPP/VIIRS夜间灯光数据和土地利用数据构建的人口空间化模型,拟合优度为0. 80,精度检验平均误差为15. 6%,模拟精度高,适用性较好;模拟结果能够直观反映黄淮海地区人口集疏特征及县域城乡常住人口分布差异特征,真实展现局地微观尺度城乡常住人口实际分布状况;黄淮海地区城乡常住人口在空间上呈现"总体差异显著、局地内部均衡"的特征,区域尺度上城市地区集聚显著,局地尺度上县域和乡镇内部人口分布相对均衡。模拟结果可为区域城镇村空间布局优化和城乡公共服务设施配置提供参考。     

基于夜间灯光数据的环渤海地区城市化空间模式和过程研究

1 Introduction Urban agglomeration is a system of cities, supporting by the modern transportation and information network in the system, these cities, with different characteristics, types, sizes and hierarchies, interact with each other, and one or two …     

基于重心-GTWR模型的京津冀城市群城镇扩展格局与驱动力多维解析

城镇用地扩展格局及驱动力研究对城市群发展规划与决策具有重要意义。以京津冀地区为例,基于城镇用地扩展强度指数、城镇用地扩展差异指数、分形维数、土地城镇化率和重心转移模型,多维解析了城市群城镇用地扩展格局特征,并耦合重心转移模型和时空地理加权回归（GTWR）模型构建重心-GTWR模型,在对空间格局进行长时间序列多维度指标分析的基础上,运用该模型依序对其特征进行驱动力解读,进而总结凝练京津冀区域发展的主导模式与城市核心驱动力。主要结论为：① 1990-2015年,京津冀城市群城镇用地扩展强度呈现“下降-上升-下降”的趋势,高峰时期在2005-2010年,在2005年之前高速发展城市集中在北京、天津、保定和廊坊,2005年之后集中在邢台和邯郸;② 城市群城镇用地重心虽呈现出发散态势,但城市之间的局部相互作用力逐渐增强,城镇用地扩展驱动力表现出空间溢出特征;③ 京津冀城市群空间发展模式由以北京和天津为中心的双核发展模式向多核发展模式转变,并出现北部资源运输核心、中部经济发展核心和南部投资发展核心三大功能核心组团,城市群趋向于多核功能协同发展模式;④ 重心-GTWR模型结合了时空非平稳性和城市空间相互作用,将城市群城镇用地扩展作为一个时空变化系统进行分析,经验证,该模型在城镇用地扩展格局驱动力分析研究中具有可行性。     

京津冀城市群县域尺度生态效率评价及空间格局分析

京津冀城市群地区是国家经济发展的战略核心区之一,其经济发展与资源环境关系是近年来地理研究的重点领域。本文以京津冀城市群县域为单元,利用PM2.5、NO₂遥感反演等数据,设计资源投入—经济效益—环境影响复合生态效率评价指标体系,构建县域单元生态效率评价模型,并利用非期望产出SBM模型对生态效率进行了评价,运用空间自相关分析方法对生态效率的空间效应与空间关联模式进行了检验与分析。结果显示：①资源投入、经济效益与环境影响格局存在明显时空分异,高值区主要分布在京津唐三市及周边部分县区;②2006、2010、2014年3个时期京津冀城市群县域单元生态效率均值分别为0.324、0.305、0.347,总体水平较低,并呈现先下降后改善态势,区位、自然本底条件是导致生态效率空间差异的主要原因。③全局Moran's I指数分别为0.2539、0.3007、0.3088,表明县域单元生态效率存在空间正向集聚趋势;④县域单元生态效率正向集聚程度越来越显著,邻域单元生态效率差距则有所缩减。     

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。     

基于多源夜间灯光数据的长江经济带三大城市群规模结构动态比较

比较分析长江经济带三大城市群规模结构演变,可为分区域优化我国城市群结构、促进长江上中下游协同发展提供参考。采用DMSP-OLS和NPP-VIIRS数据构建夜间灯光总量集成序列,运用标准差、变异系数、赫芬达尔指数、位序-规模法则、等级钟、马尔科夫转移矩阵对1995-2015年长江经济带三大城市群规模差异及规模结构演变特征进行比较分析,结果表明:1)各城市群内部绝对差异逐年扩大,相对差异和集聚度均逐年缩小;2)长三角城市群由首位分布向位序规模分布转变,长江中游城市群由首位分布向分散均衡分布转变,成渝城市群由强首位分布向弱首位分布转变,三大城市群规模结构均衡性自东向西依次减弱,首位城市均有待进一步提升;3)三大城市群规模等级锁定现象明显,跨等级转移特征差异显著;4)三大城市群中位序城市波动明显,长三角城市群位序波动最小,长江中游城市群位序波动最大。     

基于NPP/VIIRS夜间灯光数据的湘鄂赣省际交界区县域经济空间格局及影响因素

采用NPP/VIIRS夜间灯光数据表征经济发展水平,结合空间自相关分析方法对湘、鄂、赣省际交界区县域经济空间格局进行可视化分析,利用地理加权回归模型(GWR)分析相关影响因素的空间异质性。结果表明:湘鄂赣交界区县域经济存在明显的"金字塔"型等级特征,且低水平县(市)相对其他地区更靠近省界,边界效应特征表现突出;空间集聚性层次较低,具有"连片贫困"特征;热点地区大都位于湘、鄂、赣交界区外围地区,冷点地区位于广大的内部腹部地区,"内冷外热"两极分化的不平衡格局仍未能有效化解;劳动、资本、政府作用均具有积极作用,其中劳动投入与资本投入回归系数高值易集中于热点地区,低值则集中于冷点地区。政府作用影响效应一方面随着地区到中心城区距离的增加而依次递减,另一方面表现为省份间影响差异。交通水平与教育发展水平对经济发展差异影响呈现出正负两极分化特征。     

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。