中国城市标度律及标度因子时空特征

城市标度律刻画了城市系统中城市要素与人口数量之间的规模缩放关系,但标度律在中国城市系统中的适用性和意义尚不明确。本文采用中国275个地级及以上城市数据,探究不同城市要素与人口规模的标度关系,并从时空维度探究标度因子的时空演化规律。结果表明：作为典型的快速城市化发展中国家,中国城市发展符合标度律,且呈现出与发达国家不同的特征：中国城市人口集聚带来的经济产出集聚效应显著,而土地利用、基础设施与公共服务的规模经济效应还有待增强。部分基础设施、生活设施要素与人口规模呈超线性或线性关系,与预期的次线性相悖,基础教育、医疗等要素的标度因子则远低于发达国家的次线性阈值,反映了公共资源向大城市聚集、不同规模城市发展不平衡等快速城镇化进程中城市系统的独特性。标度因子的区域分异反映城市发展协调程度差异,其中东北地区不同规模城市差异最为显著。主要城市要素标度因子随时间的变化表明,中国大城市的经济产出集聚效应在2009年最为显著,而后略有下降;中国大城市土地扩张总体上自2000年以来持续加速,2008年以后仍维持在较高水平,管控城市特别是大城市的外延式扩张、提高土地利用效率具有紧迫性。中国城市标度律研究有助于认知快速城市化地区城市系统特征和演化规律,为实现区域协调发展与落实新型城镇化发展战略提供支持。     

基于NDVI的新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算经验模型研究

新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算模型十分缺乏,给荒漠化监测等相关工作带来很大不便,开展植被覆盖度遥感估算经验模型研究,对于促进和完善相关地区的生态监测及研究工作具有积极的现实意义。通过对阜康市北部沙漠南缘和克拉玛依市中部平原荒漠进行无人机航拍,利用无人机遥感提取（光合）植被信息,并将无人机航拍影像的植被覆盖度统计单元与高分辨率卫星影像像元在空间上直接相对应,获取在高分辨率卫星影像像元尺度上的植被盖度,然后通过植被覆盖度和空间上与其相对应的源自高分辨率卫星影像的NDVI数据的拟合关系,建立基于源自高分二号影像的NDVI的阜康北部沙漠植被覆盖度遥感估算线性模型以及基于源自ZY1-02C影像的NDVI的克拉玛依平原荒漠植被覆盖度遥感估算二次多项式模型。研究中所采用的无人机遥感与卫星遥感相结合、植被覆盖度统计单元与卫星像元在空间上直接对应的方法,可避免以往相关工作中常以点位测量数据代表卫星像元数据所带来的不确定性。由于所用卫星影像的NDVI数据稳定性相对不足等原因,所建立的遥感估算模型的估算精度尚相对偏低,有待于今后进一步的工作加以改进。     

乌兰布和沙漠东南缘湖泊群消涨与驱动因素

湖泊是对环境变化响应敏感的地理单元,湖泊消长与响应机制研究对维持区域生态系统稳定具有重要意义。基于1999—2018年Landsat、气象、水文和农业种植面积等多种数据,在ArcGIS平台中利用改进归一化差异水体指数(MNDWI)及目视修正方法提取了乌兰布和沙漠东南缘湖泊群空间信息,运用统计学方法对主要驱动因子与湖泊消涨的关系进行了分析。结果表明:1999—2018年乌兰布和沙漠东南缘大湖泊(面积大于100 hm²)在面积上占优势,小湖泊(面积小于100 hm²)在数量占优势。趋势分析表明大湖泊面积和数量呈显著性减少趋势(相关系数分别为R=0.624 > R_18,0.01=0.561和R=0.648 > R_18,0.01=0.561);小湖泊减少趋势不显著。在空间分布格局上,研究区中部是大湖泊稳定分布区,大湖泊数量11~23个,面积2 208~4 581 hm²。研究区湖泊消长主要受到年实际引黄水量、农田面积和地下水埋深的影响。其中,实际引黄(河)水量影响所有湖泊(P≤0.01),而农田面积和地下水埋深分别对大湖泊(P≤0.01)和小湖泊(P≤0.05)影响显著。用这3个因子分别构建的多元回归模型显示,在大、小湖泊面积和数量预测方面,精度分别达到75.7%和60.5%以上。     

成渝城市群城市建设用地扩张格局及规模体系分析

基于1990—2018年六期城市建设用地监测数据,本文利用城市用地年面积增长率指数、公共边测度、核密度估计、位序-规模法则等方法,刻画成渝城市群扩张演化特征及其发展规律,并对城市群规模体系进行分析。结果表明：成渝城市群城市建设用地扩张呈先快后慢的趋势,空间上呈“中部高速,南北低速”的特点,建设用地扩张密度高值主要集中在成都、重庆二市且城市群内部连片发展不明显。城市群新增城市用地呈现无序蔓延态势,并未趋于紧凑。2000—2010年,成渝城市群规模分布极化,呈现明显的双核首位特征,2010年后规模分布由非均衡趋于均衡。     

1985年以来中国大陆沿海集装箱港口体系位序-规模分布及其网络联系

21世纪以来,中国大陆众多沿海城市纷纷转型为港口城市,港口区域化态势明显,港口发展呈现新的竞合关系。运用位序-规模法则与复杂网络模型,从规模结构、航运网络两方面刻画1985年以来中国大陆沿海集装箱港口体系的区域化特征。结果表明：① 港口体系日趋完善,位序-规模分布更加明显;发展演化呈低级均衡,明显集中化及相对分散化三个阶段,围绕世界级枢纽港形成区域集聚和群内扩散的空间格局。② 港口航运网络小世界特征得到强化,不同类型港口航线网络特性变化差异明显。枢纽港以广度上升深度下降、中转功能上升为主;大型港口变化较为复杂,超过一半的大型港口腹地引致特征明显,中转功能较弱;地方港呈现两极分化态势,大部分港口在航线网络深度、广度与辐射能力等多方面得到提升,少部分港口则明显萎缩。③ 以班轮航线为载体的物流网络推动港口区域化内在联系更加紧密,轴-辐特征得到强化,整个网络效率大为提升。从社会网络分析软件（UCINET）呈现的最强联系航线看,沿海集装箱航运网络已由局部网络转变为统一的双层轴-辐网络,全国性的港口网络联系水平大幅提升,区域航运网络与港口群存在空间错位而非一一对应。     

中国中部地区城镇体系规模结构演变

基于城区常住人口指标,运用城镇体系规模分析的多种方法,分析1995—2017年我国中部地区多尺度的规模结构演变特征。结果表明:(1)地级市数目与人口金字塔均由较规则塔形结构演化成"纺锤型";建制市数目金字塔趋于完善,人口金字塔演化成"纺锤型";城镇数目金字塔变化不明显,人口金字塔演化为不规则形。(2)城市首位度指数呈现波动性下降趋势且逐渐偏离理想值,以武汉、郑州为首的高位序城市的辐射带动作用不理想。(3)整体城市规模体系符合分形规律但体系分布日益分散,拟合线不断向外偏离。地级市视角下拟合线斜率波动变化,建制市及城镇视角下斜率逐渐减小。(4)城镇密集区范围均不断扩大,且在同时间段内集聚程度由强至弱、集聚范围由大到小依次为县城、建制市、地级市。地级市和建制市的核心集聚区最终演变为以合肥为顶端,以郑州、太原为"撇",以武汉、长沙为"捺"的"人字型"结构;城镇密集区由以武汉、郑州为核心的"双星"格局演变成以武汉、郑州、合肥、长沙为增长极的"四核T字型"分布格局。     

建筑物侧面轮廓线约束的高分辨率遥感影像建筑物高度估算方法

针对现有利用阴影长度法提取建筑物高度时存在的阴影间相互遮挡问题,提出了一种基于建筑物侧面轮廓线进行建筑物高度估算的新方法。首先,利用RPC模型计算建筑物像点位移的方向与卫星成像角度,再将遥感影像进行旋转,使建筑物像点位移沿水平方向;然后,利用Canny算法进行轮廓检测,并构建一定长度的矩形形态学结构元素,对轮廓图像进行形态学开运算,以提取侧面轮廓线,再利用Hough变换与建筑物角点约束,对所提取的轮廓线进一步筛选;最后,根据卫星侧视成像时建筑物高度与像点位移的几何关系进行建筑物的高度估算。利用实际的高分辨率卫星影像对本文方法进行了验证,并与阴影法估算建筑物高度进行了对比。试验结果证明,利用建筑物侧面轮廓线进行建筑物高度估算平均误差可以达到0.7 m,且实际精度优于使用阴影法进行建筑物高度估算。     

京津冀城市用地形态的双分形特征及其演化

区域城乡一体化的标志之一是城镇体系结构的一体化,这个过程可以从标度的角度进行描述和评价。分形是标度分析的重要方法,地理空间无尺度分布特征的典型参数是分维。论文以京津冀城镇体系为例,利用遥感图像的解译数据和人口普查数据开展分形分析、位序-规模分布分析和异速标度分析,用以解释1995—2013年间京津冀城镇体系演化的过程。结果表明,京津冀城镇体系及其演化的特征有：①京津冀空间结构和位序-规模分布都表现为自仿射双分形结构;②京津冀区域的城市人口-城区面积异速标度退化为假线性关系;③随着城镇体系的演化,自仿射的双分形结构逐步向自相似分形结构演化。由此得出结论：其一,京津冀城镇体系存在结构性的不协调因素。其空间结构和等级结构具有二元化特征,但演化方向却呈现内在结构一体化的显著趋势。其二,大城市用地不够集约。城市边缘区的无序扩张导致土地利用铺张浪费。地方政府和规划专家可以有意识地利用城镇体系演化的这种特征和趋势制定管理措施和优化规划方案。