基于夜間燈光數(shù)據(jù)的河南省城市時(shí)空變化研究

李培君（河南大學(xué)　環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南　開封　475004）

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基于夜間燈光數(shù)據(jù)的河南省城市時(shí)空變化研究

李培君
（河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南開封475004）

在研究城市化進(jìn)程時(shí)，基于DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)獲得的城市空間信息基本可以反映我國(guó)城市化發(fā)展的實(shí)際情況。以河南省為例，提取出2000-2012年的河南城市化空間信息，對(duì)河南省18個(gè)市級(jí)行政區(qū)的城市化空間擴(kuò)張進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析城市空間擴(kuò)張的格局變化及速率，得出影響城市空間擴(kuò)張的因素并預(yù)測(cè)城市空間擴(kuò)張的方向。

城市化；空間擴(kuò)張；DMSP/OLS；河南省

城市化涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口和空間地理等多方面的內(nèi)容，是社會(huì)發(fā)展的重要過程。城市化可以加快社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但同時(shí)又會(huì)觸及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等問題［1］。因此，需要對(duì)城市化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確把握，才能在城市化的道路上穩(wěn)步前進(jìn)。在研究城市化時(shí)，既可以借助遙感技術(shù)進(jìn)行小尺度土地利用分類研究，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，也可以利用宏觀尺度的數(shù)據(jù)進(jìn)行宏觀上的監(jiān)控和評(píng)價(jià)。夜間燈光數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間分辨率適用于大尺度的城市化進(jìn)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，基于燈光數(shù)據(jù)的城市空間信息基本能反映我國(guó)城市化發(fā)展的實(shí)際情況。

1　研究區(qū)域和研究思路

1.1研究區(qū)域概況

河南省位于我國(guó)中東部，地處黃河中下游地區(qū)，河南省的地形地貌特征東北與西南差異明顯，整體呈西高東低趨勢(shì)，北西南三面山脈沿省界呈半環(huán)形分布，中、東部為黃淮海平原。河南省是我國(guó)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省，也是重要的經(jīng)濟(jì)大省、迅速發(fā)展的新型工業(yè)大省，在城市化建設(shè)中河南省也有較快的發(fā)展速度。

1.2研究思路

本文先收集了2000-2012年間的河南省統(tǒng)計(jì)年鑒中的城市建成區(qū)數(shù)據(jù)和DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，證實(shí)燈光數(shù)據(jù)的可用性，進(jìn)而確定河南省誠征空間擴(kuò)張的動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)從時(shí)間上分析各個(gè)地市及河南省整體的城鎮(zhèn)擴(kuò)張的變化，從空間上對(duì)比分析河南省各市的擴(kuò)張?zhí)卣?，最終得出影響城鎮(zhèn)擴(kuò)張的因素，為以后的城市化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2　基于DMSP/OLS數(shù)據(jù)的河南省各市城鎮(zhèn)空間擴(kuò)張?zhí)卣鞣治?/h2>

2.1DMSP/OLS數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)源為美國(guó)國(guó)家地球物理數(shù)據(jù)中心提供的DMSP/ OLS夜間燈光數(shù)據(jù)，本文選擇2000、2004、2008、2012年的無云觀測(cè)疊加數(shù)據(jù)，對(duì)河南省城市化進(jìn)程進(jìn)行研究和分析。統(tǒng)計(jì)年鑒中的建成區(qū)面積由于缺乏空間信息，難以滿足對(duì)城市空間格局研究的需求，通過對(duì)比相鄰年份的DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)，可以直觀地看出城市空間格局的變化情況。本文先對(duì)DMSP/OLS數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，利用河南省邊界矢量數(shù)據(jù)將DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)在arcgis中進(jìn)行掩膜處理，根據(jù)相關(guān)學(xué)者所做的研究，本文采用燈光亮度屬性指標(biāo)作為基于DMSP/OLS數(shù)據(jù)的城市化水平指數(shù)。

2.2夜間燈光亮度的動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)

③河南省全境平均亮度：

④各市平均亮度距平值：

各市平均亮度距平值=各市平均亮度-河南省全景平均亮度

⑤各市平均亮度增長(zhǎng)速率：

各市平均亮度增長(zhǎng)速率

其中，DN為像元亮度，pi為像元亮度，ni為各市亮度為pi的像元個(gè)數(shù)，Nj為各市的像元個(gè)數(shù)，Nhn為河南省的總像元個(gè)數(shù)。

2.3河南省各市城市空間擴(kuò)張對(duì)比分析

圖1　河南各地市2000年（a）和2012年（b）夜間燈光亮度的距平值分級(jí)圖

從圖1可以看出，河南省各市級(jí)行政區(qū)2000年和2012年的夜景燈光亮度距平值。其中，顏色由淺及深分別代表各市平均亮度與全省平均亮度由高到低的差值。從圖1能夠看出，相較于2000年各市的平均亮度，2012年超過平均水平的市級(jí)行政區(qū)個(gè)數(shù)明顯增加，作為省會(huì)城市，以鄭州市為中心的大型市區(qū)的規(guī)模擴(kuò)大了很多，聚集度更加明顯，這也說明了河南省的城鎮(zhèn)空間增長(zhǎng)具有城市群聚集性的特點(diǎn)。從地形上看，高于燈光平均亮度的區(qū)域均為地勢(shì)平坦的平原地區(qū)，有利于城鎮(zhèn)建設(shè)和城市擴(kuò)張。洛陽市和南陽市等市區(qū)，雖然市區(qū)的燈光聚集區(qū)亮度較高，范圍較大，但河南省西南部為伏牛山脈，覆蓋了河南省洛陽、南陽、平頂山、三門峽和駐馬店5市的15個(gè)縣，受山脈地形影響，所處區(qū)位不利于城市化建設(shè)。因此，在圖1中所對(duì)應(yīng)的燈光亮度也較暗，受此影響，洛陽、南陽等市區(qū)的燈光平均亮度低于全省亮度平均值。信陽市的西部和南部是由桐柏山、大別山構(gòu)成的豫南山地，同洛陽等市區(qū)一樣，信陽市的燈光亮度也低于全省平均亮度值。

3　結(jié)論

河南省城市化的發(fā)展在2000-2012年間有加速發(fā)展的趨勢(shì)，基本模式是以鄭州市為中心城市，簇群式外擴(kuò)，各市自身放射性外擴(kuò)進(jìn)而軸線式蔓延進(jìn)行擴(kuò)散；受地形影響，西南部山區(qū)城市化進(jìn)程緩慢，以至于該市整體城市化水平不高；交通線路對(duì)城市空間擴(kuò)張也有很大影響，多數(shù)城市的擴(kuò)張都是沿著道路進(jìn)行的。在之后的若干年，城市化進(jìn)程中城市空間會(huì)繼續(xù)沿著道路兩側(cè)有一定的擴(kuò)張，以鄭州市為中心的城市群將進(jìn)一步擴(kuò)大，河南省東部如開封、商丘等市區(qū)因所處地形優(yōu)勢(shì)，城市空間擴(kuò)張相較于其他地區(qū)將會(huì)更明顯。

［1］Glaeser E L.Are Cities Dying［J］.The journal of Economic Perspectives，1998（2）：139-160.

Temporal and Spatial Variation of Henan Province Based on Night Lighting Data

Li Peijun
（College of Environment and Planning，Henan University，Kaifeng Henan 475004）

In the process of urbanization，the urban spatial information obtained by DMSP/OLS night light data can reflect the actual situation of China's urbanization development.Taking Henan Province as an example，this paper extracted Henan urban spatial information in 2000-2012，and monitored the urban spatial expansion of the 18 municipal administrative regions in Henan Province，the urban spatial expansion of the pattern of change and rate was analyzed，the factors that affect the expansion of urban space and the direction of the expansion of urban space were obtained.

urbanization；spatial expansion；DMSP/OLS；Henan province

TU984.2；F299.2

A

1003-5168（2016）04-0141-02

2016-03-19

李培君（1991-），女，碩士，研究方向：電子政務(wù)研究。