基于dmsp―ols夜间灯光数据的中国城市扩张规律研究

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1、-DMSP-OLS夜间灯光数据的中国城市扩张规律研究摘要：分别以1992年、1998年、2003年、2008年和2013年的DMSP-OLS稳定夜间灯光数据为基础，提取出我国八大综合经济区范围A的城市建成区范围，并从城市面积变化、扩张类型、扩张强度3方面对不同经济区城市扩张特征进行了分析研宂。结果表明：北部沿海、东部沿海、南部沿海综合经济区城市扩张相似，其中东部沿海综合经济区是城市扩张最快的综合经济区；东北综合经济区和黄河中游综合经济区在1992〜2003年城市扩张缓慢，2003〜2013年城市扩张开始加速；长江屮游、大西南和大

2、西北3大综合经济区城市扩张速度稳定，但扩张速度较沿海地区较为缓慢。关键词：DMSP-OLS稳定夜间灯光数据；八大经济区；城市扩张中图分类号：H299文献标识码：A文章编号：16749944(2017)100183021引言20世纪90年代以来，随着经济的快速发展，我国城市化进入高速发展时期，大量人口向城市聚集，城市占地面积不断向外扩张，中心城区建成区的扩张状况成为城市发展和城市用地变化的一个重要特征［1］。由于区域发展的不平衡性，我国经济和城市化发展存在很大的差异，并表现出明显的地域性特性。为了促进不同地区经济和城市化合理发展，

3、探索不同地区典型城市或城市群发展历程与规律具有重人的意义［2〜4］。遥感观测覆盖范围大及其时效性和重访周期特点，广泛地应用于时序空间监测方面。DMSP(theDefenseMeteorologicalSatelliteProgram)是美国于1976年发射的军事气象卫星，所搭载的OLS(OperationalLinescanSystem)传感器可以探测到夜间城市灯光甚至更小规模居民地、车流等发出的低强度灯光，使其明显地区别于黑暗的乡村背景，适合大尺度的人类活动和城市发展的动态监测［5,6］。目前，国内外很多研宄学者己经将DMSP

4、

5、OLS夜间灯光数据应用于城市空间格局和城市化过程、人类活动及效应、经济水平、生态环境影响、电力能源消耗量和灾害分析等多个领域［7］。依据我国新的经济区界线①，结合1992〜2013年时间序列DMSP-OLS夜间灯光数据，对我国八大经济区城市(群)扩张特点进行研究，分析近20年来我国城市发展规律。2数据来源与研究方法2.1数据来源与预处理研究区不包括香港、澳门、台湾及南沙诸岛，八大经济区边界來源于各区内省域界线(图1)。图1中国八大经济区2003年DMSP-OLS稳定夜间灯光数据DMSP-OLS线性扫描业务系统采集夜间灯光、火光

6、等辐射信号，结果处理后得到包括3种产品：稳定灯光数据、辐射标定夜间灯光强度数据和非辐射标定夜间灯光强度数据。其中，同一年若存在两颗上星同时工作则会存在两期数据［8］。研究采用稳定灯光数裾：1992(F10)、1998(F12,F⑷、2003(F14,F15)、2008(F16)、2013(F18)5年7期数据(来源于:https：//ngdc.noaa.gov/),并以多时相遥感影像图中的纹理信息相似的区域视为不变目标区［9,10］,利用8X8像元大小的视窗检索需要校正的两幅影像图，提取视窗内的不变像元点作①《地区协调发展的战略

7、和政策》：1986年由全国人大六届四次会议通过的“七五”计划将中国划分为东部、中部、西部，进入21世纪后这种划分方式已经不合时宜，为了明确经济发展思路，“十一五”期间国家将中国重新划分为东部、中部、西部、东北四大板块，并将四个板块划分为八大综合经济区（不包括香港、澳门、台湾h东北综合经济区、北部沿海综合经济区、东部沿海综合经济区、南部沿海综合经济区、黄河中游综合经济区、长江中游综合经济区、大西南综合经济区、大西北综合经济区。为校正的基础数据，以实现对整幅灯光影像数据的校正，从而减小对象数据误差［11］。此外，巾？?省级、地级市以

8、上主要居民点位置分布、主要公路、铁路分布等数据，均来自于国家基础地理信息系统1:400万数据集。2.2研究方法2.2.1城市边界提取由于DMSP-OLS探测城市夜间灯光产生的延拓效应［12］，使得传感器探测到的灯光光亮区域可能大于实际建成区的范围，利用灯光数据研究城区扩张需要提取建成区有效的边界信息，常用的力法包括：经验阈值法、突变检测法、辅助信息的空间比较法等。本研究使用辅助资料的空间比较法［13］,提取城市（乡镇）建成区面积，判别式为：Max~DN

9、值，即像元亮度值；range为灯光强度值范围。该公式表示以DMSP-OLS稳定夜间灯光亮度局部极大值为参照，邻域范围内像元灯光亮度值与Max之差小于range的像元，判断为建成区像元。其中range值的大小通过MODIS土地覆盖数椐的城市面积确定。2.2.2外部