重慶城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變的內(nèi)在關(guān)聯(lián)分析
——基于DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)

李南錦，陳紀(jì)平

（重慶工商大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，重慶 400067）

一、引言

我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)自改革開放以來發(fā)生了較大的變化，三次產(chǎn)業(yè)間的比例關(guān)系有了明顯改善，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正向合理化方向發(fā)展。第一產(chǎn)業(yè)在保持基礎(chǔ)地位的同時比重持續(xù)下降，第二產(chǎn)業(yè)繼續(xù)擴(kuò)張，第三產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位日益提高，城市化也得到高速發(fā)展。與此同時，全國經(jīng)濟(jì)總量增長明顯，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，這一切得益于城市化的快速推進(jìn)，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化又大大促進(jìn)了城市化的發(fā)展。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的演變與城市化發(fā)展具有密切的關(guān)聯(lián)性，區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變和城市化進(jìn)程的互動發(fā)展成為我國區(qū)域和城市發(fā)展的必然趨勢。自1997年被劃為直轄市以來，重慶城市化發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)日趨變化。作為西部大開發(fā)的重要戰(zhàn)略支點，重慶市處于“一帶一路”和長江經(jīng)濟(jì)帶的聯(lián)結(jié)點，區(qū)位優(yōu)勢突出，戰(zhàn)略地位重要，在國家區(qū)域發(fā)展和對外開放格局中發(fā)揮著重要的作用。本文探究了中西部唯一直轄市重慶的城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，及其在促進(jìn)中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要意義。

關(guān)于城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變之間關(guān)聯(lián)性的研究主要有三類。第一類研究的是城市化水平與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(jìn)的互動機(jī)制，如閆樹熙基于榆林市統(tǒng)計數(shù)據(jù)采用時間序列分析法對榆林市城市化水平與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變的運行關(guān)系和動態(tài)機(jī)制進(jìn)行了定量分析[1]。第二類研究的是城市化進(jìn)程對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(jìn)的驅(qū)動效應(yīng)，如馬子量基于西北地區(qū)面板數(shù)據(jù)利用指標(biāo)測度了城市化進(jìn)程對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變的驅(qū)動效應(yīng)，并借助空間自相關(guān)檢驗及空間計量方法對其空間相關(guān)性和時空驅(qū)動路徑進(jìn)行了分析[2]。第三類研究的是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變的城市化響應(yīng)，如錢宏勝基于河南省統(tǒng)計數(shù)據(jù)采用城鎮(zhèn)化響應(yīng)強(qiáng)度模型和多元線性回歸方法研究了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變的城鎮(zhèn)化響應(yīng)的時間和空間特征及其影響因素[3]。以上三類研究均借助統(tǒng)計數(shù)據(jù)測度城市化水平，并采用相關(guān)分析方法研究城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變之間的關(guān)聯(lián)性，但對城市化水平的測度不夠精確。

城市化是城市人口增長和城市面積擴(kuò)張同時發(fā)生的過程[4]。大多數(shù)文獻(xiàn)對城市化水平的測度是通過把城市人口增長和城市面積擴(kuò)張相互分離進(jìn)行的[5-11]，并未體現(xiàn)出城市化過程中兩者發(fā)生時間的同步性。這具體表現(xiàn)在利用人口指標(biāo)或社會經(jīng)濟(jì)的復(fù)合指標(biāo)測度城市化和利用遙感數(shù)據(jù)解譯土地利用現(xiàn)狀，從而探測建設(shè)用地轉(zhuǎn)變的土地利用城市化。李陳等基于復(fù)合指標(biāo)法對淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)城市化水平進(jìn)行了測度[12]。蘇美霞用4期不同時相的遙感影像和統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及相關(guān)規(guī)劃圖等作為數(shù)據(jù)源，應(yīng)用RS和GIS技術(shù)處理遙感數(shù)據(jù)，建立了“差值建筑物覆蓋指數(shù)（DBI=TM7-TM4）模型”，采用該模型提取了綿陽市、涪城區(qū)、游仙區(qū)等建成區(qū)的用地信息，并進(jìn)行了后續(xù)分析[13]。由于難以獲得精確的人口空間分布數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)存在時滯性以及行政邊界的更新往往滯后于用遙感影像提取的土地利用變化信息，所以城市化指標(biāo)和土地利用城市化研究都存在缺陷。但目前有少部分文獻(xiàn)利用夜間燈光數(shù)據(jù)分析城市化水平，從而有效地解決了以上問題[14-17]。夜間燈光既體現(xiàn)了城市人口增長，又體現(xiàn)了城市面積擴(kuò)張。例如，楊洋等通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算出城市化水平，再基于DMSP/OLS數(shù)據(jù)建立了夜間燈光指數(shù)，對兩個指數(shù)進(jìn)行了相關(guān)分析，并利用夜間燈光指數(shù)對江西城市化進(jìn)程進(jìn)行了分析[18]。

有鑒于此，本文將采用DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)構(gòu)建夜間燈光指數(shù)，以測度城市化水平；基于城市化燈光指數(shù)，采用偏離度分析、協(xié)調(diào)分析和回歸分析的研究方法，研究經(jīng)濟(jì)體的內(nèi)部產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，探討城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。

二、研究區(qū)域及方法

（一）研究區(qū)域及數(shù)據(jù)

重慶市東面臨近湖北、湖南，南面與貴州相接，西面靠四川，北面連接陜西，地處長江上游經(jīng)濟(jì)帶核心地區(qū)、中國東西結(jié)合部、政府實行西部大開發(fā)的重點開發(fā)地區(qū)。重慶市面積8.24萬平方公里，包括38個區(qū)縣，是我國面積最大的直轄市。截止2017年底，重慶市生產(chǎn)總值為1.95萬億元，人口3075萬人，人口城鎮(zhèn)化率為64.08%①數(shù)據(jù)源泉于《2017年重慶市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，參見：http//www.cqtj.gov.cn/xwdt/201803/t20180317_447980.htm，2018-03-17。。

研究所用到的數(shù)據(jù)有重慶市產(chǎn)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)及DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)，這兩類數(shù)據(jù)分別來自于重慶市統(tǒng)計年鑒和美國國家海洋和大氣管理局網(wǎng)站（NOAA）。其中，DMSP/OLS數(shù)據(jù)源自由美國國防氣象衛(wèi)星Defense Meteorological Satellite Program（DMSP）搭載的Operational Linescan System（OLS）傳感器獲取的全球夜間燈光數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的時間跨度為1992—2013年，主要包括穩(wěn)定燈光數(shù)據(jù)、輻射標(biāo)定夜間燈光強(qiáng)度數(shù)據(jù)、非輻射標(biāo)定夜間燈光強(qiáng)度數(shù)據(jù)3種產(chǎn)品。本文選取針對亞洲地區(qū)特點開發(fā)、更適合亞洲區(qū)域研究的非輻射標(biāo)定夜間燈光強(qiáng)度數(shù)據(jù)（Average Lights x Pct）[19]。

（二）研究方法

1.夜間燈光數(shù)據(jù)預(yù)處理

將重慶市1997—2013年夜間燈光數(shù)據(jù)以及重慶市行政區(qū)劃矢量圖進(jìn)行亞爾勃斯（Albert）圓錐等面積投影，并將投影轉(zhuǎn)換完成的圖形進(jìn)行剪裁，即基于重慶市行政區(qū)劃圖剪裁夜間燈光圖像。

2.夜間燈光指數(shù)的構(gòu)建

基于DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)，本文從區(qū)域平均燈光強(qiáng)度屬性和區(qū)域燈光面積指標(biāo)屬性構(gòu)建反映其城市化水平的燈光指數(shù)，并配以相應(yīng)的權(quán)重。城市化夜間燈光指數(shù)為

式中，i表示時間，j表示區(qū)域，Lij表示城市化夜間燈光指數(shù)，Mij表示區(qū)域平均燈光強(qiáng)度，Aij表示區(qū)域燈光面積指標(biāo)，W1、W2分別表示Mij與Aij的權(quán)重。在參考前人工作的基礎(chǔ)上，將區(qū)域平均燈光強(qiáng)度權(quán)重確定為0.8，區(qū)域燈光面積指標(biāo)權(quán)重確定為0.2[20]。

區(qū)域平均燈光強(qiáng)度（Mj）為

式中，DNi為區(qū)域內(nèi)第i等級的灰度值（1≤DN≤63）。ni為區(qū)域內(nèi)第i灰度等級的像元總數(shù)。N為區(qū)域內(nèi)所有燈光像元總數(shù)，63為最大灰度等級。Mj表征了相對于最大可能燈光強(qiáng)度的比例關(guān)系。

區(qū)域燈光面積指標(biāo)Aj是區(qū)域內(nèi)所有燈光像元的面積占整個區(qū)域面積的比例，反映了燈光的空間延展特性。Aj為

式中，AN為區(qū)域內(nèi)所有燈光像元值大于0的總面積，A為整個區(qū)域面積。

3.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度指各國或各地區(qū)產(chǎn)業(yè)增加值的比重與相應(yīng)的勞動力比重的差異程度。計算公式為：

其中，Di表示第i產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度，Yi/Y表示產(chǎn)業(yè)增加值的比重，Li/L表示勞動力比重。Di值為0說明該產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與就業(yè)高度一致；Di小于0說明該產(chǎn)業(yè)存在失業(yè)，將會有勞動力轉(zhuǎn)出；Di大于0說明該產(chǎn)業(yè)勞動力不足，將會有勞動力轉(zhuǎn)入；偏離度越接近于0，就業(yè)結(jié)構(gòu)越合理。

4.協(xié)調(diào)度

協(xié)調(diào)度度量系統(tǒng)或要素之間協(xié)調(diào)狀況的好壞程度。協(xié)調(diào)度計算公式為[21]

式中，U表示協(xié)調(diào)度，M表示城市化水平，Ni表示第i產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平（i=1，2，3）。U值越大，則協(xié)調(diào)性越好；U值越小，則協(xié)調(diào)性越差。

5.回歸模型

借助Stata軟件，可構(gòu)建以城市化燈光指數(shù)為解釋變量的一元回歸模型。為得到最佳回歸函數(shù)形式，構(gòu)造了幾種常用的非標(biāo)準(zhǔn)線性回歸模型，并從中選取了調(diào)整擬合優(yōu)度為最優(yōu)的函數(shù)形式。幾種常用的非標(biāo)準(zhǔn)線性回歸模型經(jīng)濟(jì)意義如下。

第一，對數(shù)線性模型lnY=β0+β1lnX1+β2lnX2+…+βklnXk+u。在對數(shù)線性模型中，X1每變化1%，Y平均增長β1%（Y對X的彈性）。

第二，半對數(shù)線性模型lnY=β0+β1X1+β2X2+…βkXk+u。在半對數(shù)線性模型中，X1每變化1個單位，Y相應(yīng)變化100×β1%（增長率）。

第三，線性-對數(shù)模型Y=β0+β1lnX1+β2lnX2+…+βklnXk+u。在線性-對數(shù)模型中，X1每變化1%，因變量Y的絕對量會相應(yīng)變動β1/100。

三、結(jié)果及分析

（一）燈光數(shù)據(jù)處理結(jié)果

1.預(yù)處理

運用ArcGIS軟件，通過圖像預(yù)處理方法，得到1997—2013年17景重慶市夜間燈光圖，其中四景如圖1所示。由圖1可見，隨著時間增長，重慶市夜晚光點分布越來越多，這表明反映城市化發(fā)展的服務(wù)業(yè)數(shù)量增加，城市化得到發(fā)展。

圖1 重慶市1997年、2002年、2007年和2013年夜間燈光圖

2.城市化夜間燈光指數(shù)

根據(jù)公式（1）、（2）和（3）計算得到重慶城市化燈光指數(shù)，如表1所示。再據(jù)此繪制出如圖2所示的城市化燈光指數(shù)曲線圖。由圖2可見，城市化燈光指數(shù)上升趨勢明顯，從1997年的0.43上升為2013年的2.65，擴(kuò)大了大約6倍，并且2009—2013年城市化燈光指數(shù)趨勢圖明顯較1997—2009年陡峭。這表明，重慶城市化水平逐年提高，且近期發(fā)展速度明顯高于之前。

表1 重慶市城市化燈光指數(shù)

圖2 重慶市1997—2013年城市化燈光指數(shù)變化圖

（二）關(guān)聯(lián)分析

基于DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)測度城市化水平，然后通過偏離度分析、協(xié)調(diào)分析及回歸分析研究重慶市城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(jìn)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

1.偏離度分析

根據(jù)公式（4）計算得出三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度，并繪制出如圖3所示的折線圖。隨著城市化水平的提高，第一產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度一直為負(fù)數(shù)，這說明自被直轄以來重慶市第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)人員太多，存在失業(yè)現(xiàn)象，并且失業(yè)情況在惡化；第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度始終為正數(shù)，這說明第二產(chǎn)業(yè)勞動力不足，但是隨著時間的推移在逐漸改善；第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度隨著時間的推移趨于0，這說明重慶市第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員比較合理。

圖3 三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度變化趨勢圖

2.協(xié)調(diào)分析

在發(fā)展過程中，任何一個經(jīng)濟(jì)體都會尋求一種均衡，即協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)體各方面都達(dá)到最優(yōu)，因而研究經(jīng)濟(jì)體的協(xié)調(diào)程度有助于經(jīng)濟(jì)體的良性發(fā)展。根據(jù)公式（5）計算協(xié)調(diào)度（這里我們將協(xié)調(diào)度分為如表2所示的幾種類型），城市化水平M為城市化燈光指數(shù)指標(biāo)。同時，采用標(biāo)準(zhǔn)差的方法將三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值進(jìn)行無量綱化處理。處理辦法是X*=（X-X~）/S，式中X*是標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，X~為初始數(shù)據(jù)均值，S為初始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差。

表2 城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變協(xié)調(diào)類型及判定標(biāo)準(zhǔn)

計算得出重慶市1997—2013年三次產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度，具體如表3所示。第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)調(diào)程度大概經(jīng)歷了5個階段：1997—2001年城市化進(jìn)程與第一產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度滿足-1.414≤U＜0，這表明兩者處于嚴(yán)重不協(xié)調(diào)階段；2002—2003年協(xié)調(diào)度滿足0≤U＜0.5，這表明兩者處于不協(xié)調(diào)階段；2004—2008年協(xié)調(diào)度大概處在中級協(xié)調(diào)階段；2009—2013年協(xié)調(diào)度滿足1.2≤U≤1.414，但M≠N，這表明兩者處于良好協(xié)調(diào)型階段。第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展的協(xié)調(diào)程度同樣經(jīng)歷了5個階段：1997—2000年處于嚴(yán)重不協(xié)調(diào)階段，原因在于，成為直轄市以前重慶工業(yè)大面積虧損，1997—2000年經(jīng)過努力才扭虧轉(zhuǎn)盈，以致第二產(chǎn)業(yè)與城市化進(jìn)程之間有著嚴(yán)重的不協(xié)調(diào)性；2001—2005年重慶工業(yè)轉(zhuǎn)型，取得良好發(fā)展成效，從而使第二產(chǎn)業(yè)與城市化進(jìn)程的協(xié)調(diào)性轉(zhuǎn)好，協(xié)調(diào)度滿足0≤U＜0.5，屬不協(xié)調(diào)型；2006年后，第二產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度逐漸走好，其中工業(yè)由發(fā)力發(fā)展向優(yōu)化調(diào)整轉(zhuǎn)變。第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)調(diào)程度也經(jīng)歷了5個階段：1997—2001年處于嚴(yán)重不協(xié)調(diào)階段；2002—2004年處于不協(xié)調(diào)階段；2005—2008年由基本不協(xié)調(diào)型轉(zhuǎn)變成良好協(xié)調(diào)型；2009—2013年第三產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度滿足1.2≤U≤1.414，但M≠N，因此該時期處于良好協(xié)調(diào)型階段。

表3 重慶市1997—2013年城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)度

3.回歸分析

為借助夜間燈光遙感數(shù)據(jù)預(yù)測城市內(nèi)部產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，構(gòu)造了以城市化燈光指數(shù)為解釋變量，分別以三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重、三次產(chǎn)業(yè)就業(yè)比重、三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度、三次產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度為被解釋變量的一元回歸模型。一元回歸函數(shù)如表4所示。

表4 一元回歸函數(shù)

由表6可知，重慶市城市化燈光指數(shù)每增長1%，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重平均減少0.68%；重慶市城市化燈光指數(shù)每增長1個單位，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重平均增加7.79個單位；重慶市城市化燈光指數(shù)每增長1%，第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)比重減少0.18；重慶市城市化燈光指數(shù)每增長1%，第二產(chǎn)業(yè)就業(yè)比重平均增加0.46%；重慶市城市化燈光指數(shù)每增加1%，第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)比重增加0.08；重慶市城市化燈光指數(shù)每增長1%，第一產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度減少0.8×10-3，第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度減少0.55×10-2，第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度減少0.38×10-2；重慶市城市化燈光指數(shù)每增加1%，第一產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度增加1.31×10-2，第二產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度增加1.27×10-2，第三產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度增加1.27×10-2。

四、結(jié)語

本文借助DMSP/OLS夜間燈光遙感數(shù)據(jù)構(gòu)造了夜間燈光指數(shù)測度城市化水平，并通過偏離度分析、協(xié)調(diào)分析及回歸分析研究了重慶市城市化進(jìn)程與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演進(jìn)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。研究發(fā)現(xiàn)：第一，隨著城市化水平的提高，第一產(chǎn)業(yè)的失業(yè)現(xiàn)象持續(xù)上升；第二產(chǎn)業(yè)勞動力不足，但是隨著時間的推移逐漸改善；第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人員比較合理。結(jié)構(gòu)性失業(yè)是造成這種結(jié)果的主要因素。第二，城市化進(jìn)程與三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平間的協(xié)調(diào)度均經(jīng)歷了5個階段，逐步由嚴(yán)重不協(xié)調(diào)型發(fā)展到良好協(xié)調(diào)型，2000年以前為嚴(yán)重不協(xié)調(diào)型，2008年以后為良好協(xié)調(diào)型。第三，城市化燈光指數(shù)的增加對產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重、就業(yè)比重、結(jié)構(gòu)偏離度、協(xié)調(diào)度均有定量上的預(yù)測作用。這種方法的不足之處是，燈光遙感數(shù)據(jù)更新的速度較慢，不能對最新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)做出有效的預(yù)測，但是我們可以根據(jù)以前的經(jīng)驗對現(xiàn)今的產(chǎn)業(yè)政策制定提供參考。

研究結(jié)果將使人們對重慶市城市與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r有較深入的認(rèn)識，同時有助于政策制定者重新思考重慶市城市化與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)互動發(fā)展道路及相關(guān)政策的制定。相比其他研究，采用燈光數(shù)據(jù)測度城市化進(jìn)程可以使城市化水平的測度更加精確，且通過這一精確指標(biāo)可以分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展內(nèi)部產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變與城市化進(jìn)程的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與互動發(fā)展。借助3S相關(guān)技術(shù)手段，運用經(jīng)濟(jì)地理學(xué)、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)理論知識研究產(chǎn)業(yè)布局將是以后的一個研究方向。