基于夜间灯光数据城市化探究进展

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1、基于夜间灯光数据城市化探究进展摘要：城市化研究是当今城市发展研究的热点之一，受到社会各界的广泛关注。及时快速地获取城市化相关信息，无论对于城市的发展、城市化问题的研究，还是人与自然生态系统的相互作用研究都具有重要意义。文章不仅对DMSP/OLS夜间灯光数据的来源及特点进行了说明，而且对于国内外利用DMSP/OLS夜间灯光数据在城市边界提取、城市化进程、城市化模式等方面的研究进行了概述。文章还进一步指出夜间灯光数据应用范围不广泛，且主要集中在小尺度的城市化研究，中观和宏观尺度的研究相对较少，这也是今后夜间灯光数据用于城市化研究的方向之一。关键词：夜间灯光数据；城市化；城市边界提取；

2、城市化进程1引言城市化研究是一个涉及经济、人口、地域空间等诸多方面的复杂过程，由于各科学领域对城市化概念理解的不一，使得各学科对城市化过程进行测度的指标和方法差异较大，故不能全面、有效地反映城市化的性质和发展。因此，构建一个能够综合、全面刻划城市化发展及其特性，并能快速获取且具有较高可比性的城市化水平测度指标已成为迫切需要解决的问题。而DMSP/OLS夜间灯光数据为获取城市化信息提供了新的途径。DMSP/OLS夜间灯光遥感数据来源于美国军事气象卫星DefenceMeteorologicalSatelliteProgram(DMSP)搭载的OperationalLinescanSy

3、stem(OLS)传感器，它为大尺度的城市研究提供了新的数据源oDMSP/OLS传感器于70年代开始应用，其最大特点是可在夜间工作，且数据在夜间获取，不受光线阴影干扰，并能探测到城市灯光甚至小规模居民地、车流等发出的低强度灯光，使之明显区别于黑暗的乡村背景，比较适合大尺度上城市化过程的动态监测。而DMSP/OLS数据有两点优势：一是不依赖于高空间分辨率，因影像数据量非常小，且不到TM数据的1%,故对DMSP/OLS数据进行处理时更加简便；二是DMSP/OLS夜间灯光影像能反映综合性信息，它涵盖了交通道路、居民地等与人口、城市等因子分布密切相关的信息。因此，使用DMSP/OLS夜间

4、灯光数据时无需再单独考虑这些因素［1］。2国外研究进展2.1城市化的研究内容2.1.1城市边界提取1978年，Croft［2］首次提出DMSP/OLS影像具有城市建成区提取的潜力。但学者们经过早期研究发现：城区提取易受到云层覆盖、短暂性光源等多种因素的限制。而在Elvidge等［3］人的努力下，初步解决了云层覆盖与短暂性光源的问题。Henderson等［4］对DMSP/OLS灯光频率图像和DMSP/OLS辐射定标灯光强度图采用不同的阈值，分别提取了旧金山、北京、拉萨等发展水平不同的几个城市边界，并以LandsatTM图像提取的城市边界作为精度评价的标准，说明DMSP/OLS稳定灯

5、光和辐射定标图像均可作为城镇范围和城市化水平监测的有效数据源［1］。Sutton等［5］在对DMSP/OLS夜间灯光数据和人口分布数据对比分析后，提出以40%、80%和90%的阈值，分别提取低收入地区、高收入地区和一些特殊地区(如埃及尼罗河地区)的城市建成区［6］o2.1.2城市化进程研究Milesi等［7］首先利用DMSP/OLS1992—1993年、2000年的稳定灯光产品，在参考美国1992年基于LANDSATTM的土地覆盖分类图及统计数据的基础上，通过选取全局最优灯光频率阈值，做出了美国东南部地区1992年土地覆盖类型图和1992-2000年城市空间扩展图。并分析了该地区

6、1992-2000年因城市扩展造成的植被初级生产力损失量。Imhoff等［8］同样在利用DMSP/OLS1994—1995年的稳定灯光产品提取美国城市空间分布的基础上，结合土地覆盖分类图和NOAA/AVHRRNDVI等数据，采用CASA(CarnegieStanfordAmes)模型，对比分析了城市地区与非城市地区NPP的季节性变化规律，以此来定量化研究美国城市化过程对碳循环和粮食安全带来的影响。2.2其他研究2.2.1人口密度模拟1997年，Sutton等［9］以美国大陆为基础，将其人口密度栅格图像与DMSP/0LS数据图像进行比较，研究了其相关性，并显示出DMSP/0LS数据

7、在研究人口分布领域的未来应用前景。Sutton［10］同样以美国为研究区，利用DMSP/0LS数据，结合统计数据，建立城市人口密度衰减模型，分析了城市人口密度与灯光数据的相关性。2001年,Lo［ll］以中国1996年3月、1997年1-2月的辐射定标夜间灯光强度数据DMSP/0LS为基础数据，利用灯光面积，灯光体积，像素平均值和灯光密度作为独立变量，建立自动增长模型与线性衰减模型，在省、市、县3个行政单元尺度上估算了中国的平均人口密度。2.2.2热岛效应1995年，Gallo等