利用夜间灯光数据的武汉城市空间格局演化

鉴于夜间灯光数据在市级尺度精度不足等问题,提出了一种基于NDVI修正的阈值提取法。在此基础上,采用空间扩展模式分析、景观格局指数、重心迁移模型方法,系统性分析近16年武汉市城市扩张时空特征,以期为武汉未来城镇建设用地布局及相关政策制定提供决策依据。研究结果表明,基于NDVI修正的阈值提取法,可用于地级市建成区提取及城市扩展研究;武汉城市扩张模式表现为以主城区为中心的面状发展为主,点状城镇发展所占比例相对较小,主要受黄陂区、新洲区的牵引;城镇发展经历了高度破碎化时期之后不断趋于集约化发展,破碎度逐步减小;武汉建成区重心移动幅度越来越大,城市化过程总体处于较快发展状态。     

基于图像分析的中国城市化空间过程研究

针对城市扩张的加速引起的一系列问题,利用DMSP/OLS夜间灯光图像采用图像处理技术分析了中国大陆在省级尺度上的城市化空间过程。基于区域标记的种子填充算法从全球夜间灯光图像中提取各省市灯光图像;以1992、1996、1998年为例基于统计数据,利用直方图结合二分法快速确定各省市城镇可用地面积的阈值,提取城镇可用地面积,证明与统计数据的相对误差不超过10%;分析1992—2010年夜间灯光图像亮度总值与地区生产总值、人口之间在省级尺度上的相关性,构建相应的模型,证明各省灯光亮度值与其地区生产总值、人口之间存在较强的相关性且不同城市化空间扩展模式的灯光亮度值与其地区生产总值、人口之间存在不同的相关性。     

2012-2017年呼包鄂城市群夜间灯光动态变化特征及其驱动因素分析

针对当前处于大发展变革阶段的新兴城市群时空变化及驱动因素不明的问题,文章基于2012—2017年夜间灯光影像数据,利用数值统计、标准差椭圆和线性回归等分析方法,结合高分遥感数据和其他辅助数据,研究了呼包鄂城市群夜间灯光在地理空间上的规模分布和变化,分析了夜间灯光的灯光变化与经济发展的关系,并进一步探究了城市群夜间灯光发展的扩张强度、方向以及主要驱动因素。研究结果表明:过去6年间,呼包鄂城市群夜间灯光强度呈现“V”型曲线,与其GDP的发展趋势是一致的;通过椭圆重心分析,显示整个城市群的夜间灯光重心向位于西南方向的鄂尔多斯市移动,鄂尔多斯市对整个城市群的经济发展有较强的拉动作用;利用夜间灯光驱动因子分析,并结合高分遥感光学影像以及灯光变化的区域,发现呼包鄂城市群的发展受能源因素的影响最大,是目前主导城市群发展的关键因素。     

基于VIIRS夜间灯光数据的山东半岛城市群发展特征研究

NPP-VIIRS夜间灯光数据是在中大尺度上开展城市发展变化研究的稳定数据源。基于2012~2018年NPP-VIIRS夜间灯光数据,以山东半岛城市群为研究对象,采用参考比较法提取城市建成区图斑,选取9个景观格局指数对山东半岛城市群的城市化发展特征进行定量分析。结果表明：①整体上,域内斑块总面积以4.5%的速度增长,边缘总长度和边缘密度年均增长3.15%,斑块数量和密度增长较快（分别为1.95%和1.98%）,表明山东半岛城市群整体城市面积增长迅速,城市范围持续扩张;②从不同指标变化趋势来看,各城市斑块总面积增长最快的是青岛市和东营市（分别为9.66%和6.01%）;青岛市的斑块数量和密度增速最快（分别为9.54%和8.55%）,日照市的斑块数量和密度均以3.65%的速率显著降低;景观形状指数整体增速缓慢;平均回旋半径在日照市具有较高的年均增长速度（5.99%）;③从各城市发展特征的差异性来看,青岛市的平均斑块面积和回旋半径分别以0.56%和1.53%的速度降低,其他各指标均显著增加,表明青岛市出现了较多的新兴城镇,城区面积不断扩大;济南、日照和东营市的城区面积增长较快,斑块数量、景观形状指数等指标增长缓慢,城市发展以旧城区的扩张为主;潍坊、淄博和烟台市在2015年和2016年前后经历了新兴城镇出现,城镇融合的阶段,城市发展较快。总体而言,山东半岛城市群城市化发展较快,但空间差异性明显。     

基于夜间灯光的2000—2018年成渝地区城市化过程研究

成渝城市群正逐步成为我国西部经济发展的增长极,探索其城市化时空格局对区域协调发展具有指引作用。基于2000—2018年整合夜光遥感数据提取城市群多期建成区空间范围,运用夜光规模统计、标准椭圆、位序—规模法则以及空间自相关等指标、模型定量分析了成渝区域城市化时空过程。结果表明：(1)灯光与统计数据配合下的建成区提取多年平均误差为1.27%,重庆、成都和绵阳市提取验证效果好;(2)19年间成渝各城市夜光规模显著增长,整体累计增长5.6倍,2010年后成渝城市群灯光规模扩张速度显著;(3)区域内各城市的位序—规模（rank-size）由高位序城市集中发展转向区域协调均衡发展,中小城市均有不同程度的扩张;(4)城市群规模重心位于四川资阳市安岳县,重心移动整体上以东南方向为主,空间格局整体呈现以“成都—重庆”为轴线沿西北向东南演变,空间范围逐渐扩张,说明以重庆为主的东南都市圈的社会经济形势更显著,对城市群发展更具影响力;(5)成渝城市群扩展的空间集聚程度逐渐加强,冷热点格局整体呈现冷点区占比大,热点区占比低的特征,热点区主要出现在位于成都与重庆主城区及其周边城镇。研究揭示了成渝城市群均衡发展的特...     

夜间灯光影像探究北京市城市发展空间特征

北京市作为中国首都,城市化发展迅猛导致诸多"城市病"问题出现。为避免城市用地的盲目扩张,给北京市未来城市用地合理规划和区域可持续发展提供科学参考,利用1992—2013年DMSP-OLS夜间灯光数据提取北京市建成区,从城市扩展的时空尺度、城市重心识别及其转移规律、城市空间形态变化及城市内部发展差异等方面对城市发展的空间特征进行研究。结果表明,近20年来北京市建成区面积不断增大,且从中心城区向外环状圈层式扩展。1992—2013年,建成区面积扩大了878km~2,21年内扩大为原来的3倍,且向东北方向扩展面积最大。城市扩展主要集中在1996—2007年,扩展面积占总研究时段的92%。整个研究时段,北京市重心向东偏北28°方向移动,城市重心从东城区转移到朝阳区,转移距离为5 000.71m。各市辖区的发展水平逐年提高,发展水平差距逐年减小;北京市空间形态在外延式和内涵式扩展之间交替变化。     

基于遥感的佛山市夜间灯光和植被指数空间关联分析

利用卫星数据分析生态环境及城镇化发展的研究较多，不同地区的结果差异较大。佛山市作为典型快速城市化区域，目前经济发展对其生态环境的影响研究较少。文章基于DMSP-OLS和NPP-VIIRS两种数据，通过模型拟合得到佛山1992—2019年夜间灯光数据集，分析佛山夜间灯光指数及城市建成区的时空变化特征，并进一步研究夜间灯光指数与植被指数的关系。结果表明：28年来，佛山夜间灯光指数持续增加，年平均增速为3.3%,与年平均GDP呈指数方式显著相关。佛山城市建成区面积增加约2.6倍，城市扩张现象显著。2000—2019年，佛山年平均NDVI显著增加，NDVI与夜间灯光指数在时间上呈二次多项式关系变化，在空间上正负相关性并存，具有显著正相关关系的像元占52.3%。研究表明，佛山城市高速发展的同时，生态环境得到了很好的保护。     

基于夜间灯光数据的西安市城市扩张及驱动因素研究

城市扩张信息的动态监测对了解城市社会经济活动以及城市规划的实施与反馈有重要意义。以DMSP/OLS夜间灯光影像为数据源,采用有理函数模型和阈值二分法对城市扩张数据进行校正和提取,运用灯光指数、城市空间扩展速率和强度指数以及重心迁移相关指数对1993～2013年西安市城市扩张情况进行分析。结果表明:西安市城市建成区面积从1993年的148 km~2增长到2013年的473 km~2,扩张了2.2倍;城市扩张方向从西南发展为南北同步扩展,空间扩张方式也从早期的单核同心扩展模式逐渐转变为多级核生长扩展模式;使用灰色关联度模型分析了2008～2013年西安市近郊四区(未央区、雁塔区、灞桥区和长安区)社会经济指标与城市用地的关联度,发现各区关联度最大指标分别为工业产值(0.474 7)、人口密度(0.731 2)、第三产业产值(0.425 8)和全社会固定资产投资(0.404 5)。     

VANUI指数监测京津冀城市群区域2001～2012年城市化过程

快速城市化改变了下垫面物理性质和地气相互作用,影响了气候及环境变化,如何通过合理的时空尺度对我国城市过程进行监测与认知是我国城市化发展战略的迫切需求。以京津冀城市群为研究区,利用改进的夜晚灯光指数(VANUI)对京津冀城市群2001~2012年的城市化发展过程进行了监测,对比了VANUI指数与传统夜间灯光指数对城市区域的监测能力差异及其优势所在,为京津冀地区未来城市化发展战略规划服务。结果表明,VANUI城市指数能很好地弥补夜晚灯光指数在城市区域饱和的缺陷,并能够较好地反映城市区域的空间格局及相应的细节信息。根据VANUI结果,2001~2012年间京津冀城市群扩张了约一倍,其中城市扩张速度最快的为河北省唐山市。从整个研究区域来看,在此10年间,VANUI以接近线性的发展趋势增加,从统计结果来看,2004~2007年及2009~2012年为研究区域VANUI普遍增长的时期。     

利用DMSP/OLS夜间灯光影像解析中美两国“锈带”空间特征撤回

针对较少有研究基于夜间灯光数据探究"锈带"的空间特征的现状,选取1992—2012年的夜间灯光数据对中美两国"锈带"的空间特征进行分析研究。通过波段融合产生多时相地图,并计算空间光基尼系数、平均灯光亮度值增长速率等指标,结合灯光重心演变和GDP数据进行分析讨论。结果表明:①中国东北地区区域中心城市与其余城市两极分化极为严重,灯光重心始终在哈大线上移动,该线上的城市在东北地区发展中起主导作用,但也因此造成两极分化严重,导致东北地区整体发展相对滞后;②美国"锈带"地区各大城市分散分布,区域间协调发展,新泽西州因其人口密度极高而显示出不同于其余各州的异常值,纽约州的实际GDP增长率增加最多,结合各州的GDP数据,发现纽约州在"锈带"地区较为突出;③借鉴美国"锈带"地区城市分布,东北地区应加强中心城市对周边小城市的带动作用,同时积极发展中小城市,促进区域协调发展。     

利用DMSP/OLS稳定夜间灯光数据提取城镇用地信息的分层阈值法研究

DMSP/OLS夜间灯光数据是提取大尺度城镇用地信息的有效数据手段。利用DMSP/OLS稳定夜间灯光数据,在传统二分比较法的基础上,发展一种提取城镇用地信息的新方法——分层阈值法。该方法采用分层分类的思想,不断地将灯光阈值相近的行政单元划分到相同的集合,直至集合内各行政单元的灯光阈值完全相同为止。基于分层阈值法,从2002年DMSP/OLS稳定夜间灯光数据中提取中国内地的城镇用地信息,并利用统计数据和Landsat ETM+数据分别从数量特征和空间格局上对提取结果进行精度评价。研究结果表明,分层阈值法不仅克服了传统二分比较法需要逐个行政单元求取阈值导致计算效率较低的缺陷,优化了阈值求解过程,提高了城镇用地信息提取效率,而且具有较高的可靠性和推广应用价值。     

中国中南半岛经济走廊重要节点城市发展状况遥感分析

针对发展中国家城市经济与环境发展不均衡的问题,以中国-中南半岛经济走廊沿线的7个重要节点城市为例,采用面向对象的随机森林分类方法提取2000—2015年间的土地利用结果。将不透水层空间扩展指数、景观格局指数、区域NO2柱浓度和夜间灯光指数相结合,从城镇化、经济发展和环境变化3个角度对节点城市的发展状况进行研究。结果表明,面向对象随机森林分类方法能够有效提取不透水层,总体精度高于81%,Kappa系数高于0.82;在过去的15年间,各城市以"中心-边缘"或"沿河-内陆"的方向扩张,表现为"先聚集再扩散""先扩散再聚集""聚集"的3种扩张模式;城市中金边的夜间灯光指数增速最快,年变化率为1.71;金边、吉隆坡和新加坡为NO2柱浓度呈现负增长,而南宁、万象、河内和曼谷的NO2柱浓度呈现正增长。     

中国-中南半岛经济走廊重要节点城市发展状况 遥感分析

针对发展中国家城市经济与环境发展不均衡的问题,以中国-中南半岛经济走廊沿线的7个重要节点城市为例,采用面向对象的随机森林分类方法提取2000—2015年间的土地利用结果。将不透水层空间扩展指数、景观格局指数、区域NO2柱浓度和夜间灯光指数相结合,从城镇化、经济发展和环境变化3个角度对节点城市的发展状况进行研究。结果表明,面向对象随机森林分类方法能够有效提取不透水层,总体精度高于81%,Kappa系数高于0.82;在过去的15年间,各城市以“中心-边缘”或“沿河-内陆”的方向扩张,表现为“先聚集再扩散”“先扩散再聚集”“聚集”的3种扩张模式;城市中金边的夜间灯光指数增速最快,年变化率为1.71;金边、吉隆坡和新加坡为NO2柱浓度呈现负增长,而南宁、万象、河内和曼谷的NO2柱浓度呈现正增长。     

利用夜光影像监测珠江三角洲建设用地扩张撤回

针对一般遥感影像监测城市扩张不够高效、不够准确的问题,提出了利用卫星夜间灯光影像对城市建设用地扩张动态监测的方法。运用DMSP卫星所获取的2001—2010年夜间灯光数据,提取珠江三角洲城市群区域的影像并进行预处理,采用基于不变目标区域法的校正方法,对所有的夜间稳定灯光影像中的饱和像元进行饱和校正以及所有影像间进行相互校正,再对影像间的连续性进行校正,并综合目视解译法、统计数据比较法、回归分析法对夜间稳定灯光影像的校正结果进行检验,最后以2001年城市建成区作为基础,通过自然断点分级法提取出2001、2004、2007、2010年的珠江三角洲各城市的建成区面积。结果表明,珠江三角洲城市建设用地存在由沿海的珠海市、中山市、广州市、东莞市和深圳市向内陆地区逐渐扩展的明显趋势。     

基于夜间灯光数据的兰西城市群时空演变特征

鉴于很少有系统探究夜间灯光与城市规模时空演变特征的研究,提出了以夜间灯光指数表征城市规模的评估方法,采用核密度分析、标准差椭圆、莫兰指数、热点分析等方法对2013—2018年兰西城市群时空演变特征进行分析。结果表明:1)兰西城市群城市规模整体增长明显,形成了以兰州、西宁2座城市为中心的两极空间格局,城市规模核密度集中连片程度不断增强,且兰州市附近的城市规模核密度形态由东西向转变为南北向;2)兰西城市群城市规模重心均位于甘肃境内,重心移动整体上以西北方向为主,2017年城市规模重心迁移距离最大,城市规模空间分布呈现出西北—东南方向格局,且在主次方向上都发生了分散现象,表明兰西城市群内部的城市规模差异在进一步拉大;3)兰西城市群城市规模存在正向空间分布特征,但空间聚集性不断减弱,冷热点空间格局呈现出热点区域不断降低,冷点区域相对稳定的特征。     

全色影像与珞珈一号在建设用地提取中的应用

鉴于基于建筑专题指数提取城镇建筑物用地方法已经无法适应月新日异的土地利用变化的问题,提出一种将Landsat-8 OLS遥感影像和珞珈一号夜间灯光数据构建UBLI进行城镇建筑用地提取的方法.将通过UBLI提取出的城镇建筑用地与通过NDBI、IBI和夜间灯光数据提取出的城镇建筑用地进行对比分析.以南昌市为例,进行城镇建筑...     

福清市城镇空间扩展规律及其驱动机制分析

福清市是福建省沿海经济发达的城市。特别是上世纪90年代以来,福清市的经济得到快速发展,其经济结构已由以农业为主逐渐转向以工业为主。随着经济的进一步发展,福清市的城市化水平有了稳步的提高,其城镇用地也发生了很大的变化。城市扩展的空间数据是评估城市化进程的一个重要指标。因此,综合应用遥感和地理信息系统技术分别提取了福清市1991年和1996年的城镇用地信息,并发现在这5年中福清市城镇用地面积增加了1.2倍。经过对城市区域扩展进行空间分
析,并结合社会经济统计数据,推断福清市城镇用地扩展的驱动力主要为工业大发展(工业区的成片建设)。     

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。     

长三角城市群城市扩张区环境质量变化遥感评价

加强城市动态扩张与环境质量变化监测对促进长三角城市群高质量一体化协同发展具有重要意义。基于DMSP/OLS夜间灯光数据、多源环境遥感数据等,运用趋势线分析、综合评价指数（Comprehensive Evaluation Index,CEI）构建等方法,对长三角城市群2001~2013年的城市扩张模式、扩张区内环境质量变化特征及二者的协调性情况进行分析。结果表明：①46.24%的城市显著扩张,上海—苏锡常城市化水平和一体化程度最高,其次为环杭州湾城市群和沿江发展带,此外未形成多区域规模化的城市高速扩张模式,经济总量、对外开放程度和用电水平是长三角城市高速扩张的主要驱动因素;②46.35%的显著扩张区环境逐步恶化,集中在江苏省和安徽省,环境恶化型集聚在合肥主城区周围,浙江省城市环境最优,上海市基本未变,多数城市环境变化主要由PM2.5增长所致;③城市扩张与环境变化叠加结果可反映区域城市发展与生态环境建设的协调程度。上海市嘉定区、浦东新区和崇明岛,苏锡常及沿江地区协调性较弱,浙江省城市的“渐变”分布模式体现其高协调性,合肥市城区表现为环境质量远落后于城市化进程的双系统非协调发展状态。谷歌影像定位结果表明结合DMSP/OLS与CEI可有效检测出区域内由人类活动所产生的环境破坏型地表覆盖类型变化情况。该研究成果可揭示区域可持续发展状况,对长三角双系统动态发展协调性的空间转移研究具有指示作用。     

基于TerraSAR-X和Landsat影像的城镇用地提取——以常州市为例

城市扩张作为一个重要的社会和经济现象,正以前所未有的速度和规模在世界各地不断推进。但是盲目的城镇扩张会对社会、生态及经济等产生一定的影响。因此准确高效地提取城镇用地,为城镇规划等提供决策依据变得尤为重要。以常州市为例,对基于单极化Terra SAR-X影像提取建成区方法进行了改进和完善,结合光学卫星影像辅助提取城镇范围,以提高这一类城市城镇提取的精度。该方法首先通过分析局部散斑特性和强度信息,采用基于阈值的方法提取城市和非城市区域,然后再利用Landsat8图像,采用最大似然法和分类后处理来提取城镇范围内的拆迁区域,最后结合提取的城市区域和拆迁区域来完成城镇用地的提取。最后,该研究中,利用Google Earth的遥感影像图进行交叉验证生成混淆矩阵来评价城镇用地的提取精度,其总体分类精度约为89%,表明该方法行之有效。