基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜光影像的中原城市群城市扩张的时空演变及驱动力分析

掌握城市扩张空间格局和驱动机制,有助于中原城市群可持续发展。基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光影像,采用统计数据比较法提取了中原城市群1993—2018年间建成区范围;并从整体和地级市2个尺度研究了1993—2018年城市扩张的时空演变特征;在此基础上构建驱动力模型,研究其时空扩张驱动力。结果表明:①空间上,以郑州为中心,东北至西南方向为参考,各城市建成区面积及扩张规模总体上呈现出“中间大、两边小”的分布格局;以2010年为分界点,扩张类型由边缘式转向飞地式,扩张模式由面状扩张向多中心的点状扩张和沿主要交通线路的线状扩张转变;②时间上,不同城市扩张面积、扩张速度、扩张强度差异显著,扩张速度和扩张强度均为正且大体呈“W”型波动式变化;建成区重心经历了“西南-东北-东北-西-西北-东南”的变动过程,重心在郑州市和开封市之间“徘徊游走”;③城市群扩张的主要驱动力来源于经济因素,其次是社会、交通和环境因素。对城市扩张影响前5的驱动指标依次为一般公共预算收入、GDP、实际利用外资额、教育支出和人口密度。

基于DMSP/OLS灯光数据的快速城市化过程的生态效应评价研究——以环渤海城市群地区为例

快速有效地评估城市化过程带来的生态环境后果,对于优化城市土地利用格局、降低和防范城市生态环境风险,非常必要。因此本文综合利用DMSP/OLS夜间灯光数据和SPOT/VGT时间序列数据等多源遥感信息,以NDVI与时间的积分值来表征一定时间段内的植被初级生产力,探讨了环渤海城市群地区城市化过程对植被初级生产力的季节性变化影响。发现:(1)研究区全年总的平均初级生产力总体表现为城市地区低于非城市地区的特征。(2)研究区平均初级生产力一般是在8月份最高,而在1月份最低;同时,一个生长季内,平均初级生产力总体呈现为4—11月城市地区低于非城市地区,而12月到次年3月则是城市地区要高于非城市地区的趋势,但这种趋势在各土地覆盖类型间也存在很大的不同。(3)研究区全年总的平均初级生产力,城市地区NDVI为110.23d/km2,而非城市地区为123.94d/km2,两者相差13.71d/km2,即城市化过程已经在一定程度上减弱了研究区的植被初级生产力。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的长江三角洲地区城市化格局与过程研究

利用1998、2003和2008年的DMSP/OLS夜间灯光数据,结合相关统计数据,分析灯光数据与城市化进程中经济、人口和土地利用等方面的关系,构建基于灯光数据的城市化水平指数,分析长三角城市群城市化进程和空间模式;通过与统计数据对比,按照最小误差原则确定市辖区建设用地信息提取的阈值,根据各城市在1998～2003年和2003～2008年两个阶段建设用地信息提取阈值的变化,划分城市建设用地的主导扩张类型。研究表明:长三角城市群表现为核心城市的面状扩张、沿交通网络的线状扩张和非核心城市的点状扩张模式,城市群的特征逐渐体现;区域内部城市化发展水平不均衡,但空间差异逐渐缩小;镇江、常州、扬州、无锡、苏州、南通、湖州、嘉兴、绍兴、舟山和台州等市属于填充增强主导扩展类型;南京、杭州和上海则属于外延-填充增强主导扩展类型;泰州和宁波属于填充增强-外延主导扩展类型。

DMSP/OLS稳定夜间灯光影像的校正方法

由于DMSP/OLS稳定夜间灯光遥感图像的不连续性和过饱和问题,该数据不具有直接可比性,使用前需进行影像校正。本文提出了一套新的稳定夜间灯光数据的校正方法,包括传感器间的依次校正、连续性校正和过饱和校正,系统校正了1992—2013年时间序列上的34期影像,并对得到的目标影像进行了目视评价、定量评价、相关评价和优势分析。校正后的图像连续性、稳定性大幅提高,与社会经济数据呈现更强烈的线性相关。同时避免了传统方法中的误差引入问题,得到了较好的校正结果。

NPP/VIIRS和DMSP/OLS夜光数据模拟社会经济参量对比

鉴于新一代夜间灯光数据NPP/VIIRS比传统DMSP/OLS数据具有更高空间分辨率和更宽的辐射范围,提出对比两种夜间灯光模拟社会经济参量的潜力。以环渤海区域为研究区,选取全市年平均人口、市辖区年平均人口、全市生产总值、市辖区生产总值、客运总量、全社会用电总量、工业用电、城乡居民用电、建设用地、居住用地、城市道路共11个社会参量指标,分别构建基于NPP/VIIRS和DMSP/OLS两种夜光数据夜光总值参量与11个社会经济参量的回归模型。结果表明:相比DMSP/OLS数据,NPP/VIIRS数据与除全市年平均人口外的10个社会经济指标相关性更高,模拟残差也小于DMSP/OLS数据,表明NPP/VIIRS在模拟社会经济参量上具有优势。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城乡结合部空间识别研究——以重庆市主城区为例

为解决经济、人口等城乡结合部空间识别指示要素不能反映行政区内部差异的问题,该文提出了一种基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城乡结合部空间识别技术方法。首先构建灯光亮度和灯光亮度起伏度特征组合值模型,分析灯光亮度和灯光亮度起伏度组合特征;其次通过断点法分类,对城乡结合部进行空间识别;最后以重庆市主城区为例进行了实证研究。结果显示:1)城市呈现"高灯光亮度、低灯光亮度起伏度"特征组合;城乡结合部呈现"中灯光亮度、高灯光亮度起伏度"特征组合;乡村呈现"低灯光亮度、低灯光亮度起伏度"特征组合。2)城乡结合部面积占重庆市主城区总面积的59.07%,主要分布在以江北区观音桥街道中部为圆心,以17km为内半径和37km为外半径构成的环带内。基于DMSP/OLS夜间灯光数据为城乡结合部空间识别提供了一种简便可行的方法。

基于DMSP/OLS影像的城市化水平遥感估算方法

提出了一种利用DMSP/OLS夜间稳定灯光影像定量估算区域城市化水平的方法。首先,从美国国防气象卫星计划的线性扫描业务系统(Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System,DM-SP/OLS)获取的夜间稳定灯光数据中提取了夜间灯光综合指数(Night Light Compositive Index,NLCI)。然后建立了基于社会经济统计数据的城市化水平指数(Urbanization Level Index,ULI)与NLCI间的统计学模型,并据此对中国大陆地区级尺度的城市化水平进行了估算。结果表明,ULI与NLCI间存在明显的线性关系,NLCI能较好地反映城市化水平,根据该模型得到的其他年份ULI估算值与基于统计数据的ULI实际值具有较强的一致性,故模型具有一定的可靠性和普适性。本文的创新之处在于对前人提出的NLCI公式进行了改进,并提出了公式中最优参数的搜寻算法。

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。

基于GDP格网的中国大陆城市DMSP/OLS稳定灯光数据饱和标定方法

DMSP稳定灯光数据产品因其灰度级较低(6bit),通常导致数据在城市中心区域达到饱和,限制了其对城市化进程(如建成区面积)、社会经济发展(如能耗)等关键指标的宏观统计与高精度应用。该文提出一种GDP格网数据辅助去饱和方法,以2010年中国大陆地区DMSP/OLS稳定灯光数据饱和最为严重的36个城市为研究对象,基于该年的GDP格网数据对稳定灯光数据产品进行饱和标定,标定后各城市灯光总和均得到合理提升。为了验证方法的有效性,对标定前后的城市灯光总和与城市建成区面积和能源消耗量两个社会经济指标进行了相关分析,结果表明,标定后的相关系数分别从0.63和0.57提高到0.67和0.61,说明基于GDP格网数据标定方法能够提高稳定灯光数据的应用精度。

基于DMSP/OLS夜间灯光影像的省际经济发展水平评估模型研究

采用2001年、2004年、2007年的DMSP/OLS夜间灯光数据提取中国31个省市的夜间灯光强度图,引入相对亮度和相对面积,通过相关分析和主成分分析法,构建了灯光指数和统计指数.以2001年、2004年的灯光指数与统计指数为样本,以2007年数据为检验值,建立线性回归模型,可决系数为0.872.最后,以灯光指数对中国省际经济发展水平空间格局进行分析.结果表明,引入相对亮度和相对面积构建的灯光指数能较准确地反映中国省际经济发展综合水平的时空格局变化.

大数据在社会科学中的价值:以DMSP/OLS夜间灯光数据为例

"学术思想和研究的演变过程受到特定历史条件下研究方法和分析手段的深刻影响",大数据时代的数据收集、统计分析和研究方法的跨越式变革成为社会科学发展的重大契机。本文以DMSP/OLS夜间灯光数据为例,说明了与传统统计数据相比,大数据带有的容易获取,高度客观性,应用范围广,以及与传统小数据有很好的匹配性等突出特征。目前,国内外社会科学界对大数据的研究和应用均刚刚起步,而现有少数在社会科学研究中的大数据应用充分展示了它的优势。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城镇化进程及格局研究——以杭州市为例

利用1992—2013年间覆盖杭州市的DMSP/OLS夜间灯光(nighttime light,NTL)数据,结合相关社会经济统计资料,采用分区阈值提取等方法提取杭州市各县、市的城镇区域面积,分析NTL数据与城镇化进程的关系及杭州市城镇化扩张模式;选取景观生态学相关研究方法,引入景观格局与斑块概念,结合主要交通线分布,对杭州市城镇化进程及格局进行分析。研究结果表明,利用NTL数据进行城镇化研究具有一定可行性。杭州市城镇化扩张表现为后期加速型,城镇化发展在2000年以前主要集中在主城区;2000年以后,随着经济社会的发展,城镇化开始沿主要交通线呈面状分散发展,城镇化速度及水平全面提升,发展方式及发展重心都呈现出一定的转变。运用DMSP/OLS NTL数据从市域层面展开城镇化相关研究,并引入景观生态学相关概念,对城镇化研究以及城市规划有一定的借鉴意义。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的陕西省城镇用地扩展研究

本文以陕西省10个地市和杨凌示范区为研究对象,选择2000~2013年DMSP/OLS夜间灯光数据,利用Arc GIS软件,从时空尺度、空间格局和扩张类型3个方面的统计数据,分析近14年陕西省城镇14个时期城镇用地情况。结果表明,从2000~2013年陕西省城镇用地面积持续增长,且表现出随时间的推移加速增长的态势;2000~2013年间陕西省在城镇化过程中出现众多新兴小城镇,但是原有城镇面积的扩张是该时期的城镇用地面积增加的主导因素;各市(区)提取阈值的变化具有一定的规律性,可以反映出城镇扩张的类型。

东北三省碳排放时空演变多尺度分析——基于DMSP/OLS夜间灯光数据

动态分析碳排放的演变趋势,对低碳经济的发展具有重要的科学依据和应用价值。基于DMSP/OLS夜间灯光数据,构建东北三省的碳排放模型,从栅格级、市级及县级模拟分析1994—2013年碳排放的时空演变特征。结果表明:(1)1994—2013年,东北三省CO排放量与夜间灯光DN总值间的相关系数均较高,平均相对误差均较小,估算模型有效。(2)碳排放总量逐年增长,形成以中心城市为核心,逐渐呈放射状向外扩张的态势;碳排放量较高的城市主要分布在盘锦、沈阳、辽阳和大连;高碳县域主要分布于盘锦、沈阳和大连的市中区。(3)碳排放具有显著的全局空间正相关,形成了以辽宁省的高碳集聚区和以黑龙江省的低碳集聚区为主的城市集聚态势;县域的高碳集聚区较稳定于辽宁省的6个县域,低碳集聚区主要在黑龙江省西北部和中部以及吉林省东部波动分布。

环境规制、技术进步与中国经济发展——基于DMSP/OLS夜间灯光校正数据的实证研究

本文以DMSP/OLS夜间灯光校正数据代替GDP衡量我国经济发展质量,运用空间面板数据回归模型对"波特假说"进行经验考察。研究结果表明,中国经济发展呈现典型的空间集聚与空间溢出特征,环境规制通过增加企业生产成本抑制地区经济发展,同时通过刺激技术进步提高地区经济发展质量。但环境规制对邻近地区的经济发展存在显著的负向空间溢出效应,且"创新补偿"的空间溢出效应并不明显。

DMSP/OLS数据去饱和处理与省域生产总值反演

针对DMSP/OLS夜光遥感影像像元的亮度值在城市中心区域普遍存在的饱和问题,提出了一种新的去饱和纠正方法,并利用纠正后的影像进行省域生产总值(gross regional product,GRP)反演。由于植被指数与夜光强度存在负相关关系,首先利用增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)对饱和地区的像元值进行去饱和纠正,非饱和地区的像元值保持不变,然后利用纠正后的夜光强度数据与省域GRP进行线性回归分析,建立GRP的反演模型。本文利用MODIS的EVI产品数据对中国大陆(不包括港澳台地区)2001年至2013年间的DMSP/OLS数据进行了去饱和处理,然后建立省域GRP线性回归模型。实验表明,该算法有效缓解了DMSP/OLS数据的饱和问题,提高了GRP的预测精度。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的环渤海城市群时空演变研究

城市群时空演变过程研究对优化城市群空间结构及促进城市间协调发展均具有重要意义。以1992—2013年DMSP/OLS夜间灯光数据为数据源,综合利用地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析技术、城市位序-规模法则、城市空间扩展速率指数及标准差椭圆等方法对环渤海城市群时空演变过程进行研究,结果表明:①1992—2013年间,该城市群各城市夜间灯光总量均呈显著增长,整体增长率为135.89%;②随时间推移,该城市群中心城市对周边地区的辐射带动作用逐步增强,城市规模分布由不均衡状态向均衡状态转变;③该城市群空间扩展呈中心城市圈层化特征,演变格局表现为由西向东,由北向南的趋势,重心向西南方向偏移,空间范围呈扩张态势。研究可为环渤海及我国其他城市群时空演变研究提供方法借鉴与数据支持。

基于DMSP/OLS数据的区域碳排放时空动态研究

选取IPCC碳排放核算方法并基于能源统计数据,核算了我国大陆30个省市的能源消耗碳排放量,利用纠正后的DMSP/OLS夜间灯光数据与相应空间单元的碳排放量进行回归分析,反演出1km×1km栅格的电力消耗碳排放量并分析其在地级市尺度上的时空变化.核算出2005年、2010年和2013年能源消耗排放总量分别为57.02,82.28和93.26亿t,其中电力碳排放量分别为23.03,35.62和42.07亿t.结果表明:校正后的DMSP/OLS夜间灯光数据能更好地估算碳排放,其DN总值与统计的省级能源消耗排放量、电力消耗排放量均存在较强的相关关系;整体而言,发达地区能源消耗排放量大但强度比较低.

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城市空间扩展研究综述

不同于传统的遥感探测器,DMSP/OLS可获取居民地、车流、渔船等夜间灯光信号,被广泛地应用于城市空间扩展研究中。目前,基于灯光数据的城市扩展研究很多,但缺乏对该领域研究进展的系统性分析与总结。基于此,分析比较现有研究实例,从阈值设定法提取城区和灯光数据城市监测两方面展开讨论,分析目前研究欠缺之处并探讨解决方案。同时,构建新型城市重心模型,进行实例分析,最后展望夜间灯光数据在城市空间扩展方面的研究趋势:1加强对数据本身处理方法的研究;2充分利用灯光强度信息;3构建新型指标反映城市扩展。

基于DMSP/OLS数据的安徽省城市空间动态扩张分析

对长时间序列DMSP/OLS夜间灯光影像进行连续性校正,结合改进的“动态阈值法”提取建成区范围,动态监测安徽省2000—2013年各城市空间格局演变特征和趋势。结果表明:13年间,安徽省城市夜间灯光亮度呈现明显动态扩张态势,形成了以合肥为圆心,沿交通廊道放射状辐射150km半径的合肥都市圈。各个城市建成区面积持续增长,受“中部崛起”和“承接产业转移”等重大战略实施影响,2007年和2010年为建成区面积增长率的高峰期。合肥、芜湖、滁州和马鞍山城市规模和增长面积较大,全省建成区重心分布于省域的中部,重心整体迁移方向是南偏东,体现了安徽积极融入长三角的主体发展战略。