基于夜間燈光數據的河南省城市時空變化研究

李培君（河南大學　環境與規劃學院，河南　開封　475004）

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基于夜間燈光數據的河南省城市時空變化研究

李培君
（河南大學環境與規劃學院，河南開封475004）

在研究城市化進程時，基于DMSP/OLS夜間燈光數據獲得的城市空間信息基本可以反映我國城市化發展的實際情況。以河南省為例，提取出2000-2012年的河南城市化空間信息，對河南省18個市級行政區的城市化空間擴張進行監測，分析城市空間擴張的格局變化及速率，得出影響城市空間擴張的因素并預測城市空間擴張的方向。

城市化；空間擴張；DMSP/OLS；河南省

城市化涉及社會經濟、人口和空間地理等多方面的內容，是社會發展的重要過程。城市化可以加快社會經濟的發展，但同時又會觸及生態環境保護等問題［1］。因此，需要對城市化的現狀及發展趨勢進行準確把握，才能在城市化的道路上穩步前進。在研究城市化時，既可以借助遙感技術進行小尺度土地利用分類研究，并進行動態監控，也可以利用宏觀尺度的數據進行宏觀上的監控和評價。夜間燈光數據的時間和空間分辨率適用于大尺度的城市化進程的動態監測，基于燈光數據的城市空間信息基本能反映我國城市化發展的實際情況。

1　研究區域和研究思路

1.1研究區域概況

河南省位于我國中東部，地處黃河中下游地區，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，北西南三面山脈沿省界呈半環形分布，中、東部為黃淮海平原。河南省是我國傳統的農業大省，也是重要的經濟大省、迅速發展的新型工業大省，在城市化建設中河南省也有較快的發展速度。

1.2研究思路

本文先收集了2000-2012年間的河南省統計年鑒中的城市建成區數據和DMSP/OLS夜間燈光數據進行比較，證實燈光數據的可用性，進而確定河南省誠征空間擴張的動態變化指標，根據指標從時間上分析各個地市及河南省整體的城鎮擴張的變化，從空間上對比分析河南省各市的擴張特征，最終得出影響城鎮擴張的因素，為以后的城市化趨勢進行預測。

2　基于DMSP/OLS數據的河南省各市城鎮空間擴張特征分析

2.1DMSP/OLS數據預處理

數據源為美國國家地球物理數據中心提供的DMSP/ OLS夜間燈光數據，本文選擇2000、2004、2008、2012年的無云觀測疊加數據，對河南省城市化進程進行研究和分析。統計年鑒中的建成區面積由于缺乏空間信息，難以滿足對城市空間格局研究的需求，通過對比相鄰年份的DMSP/OLS夜間燈光數據，可以直觀地看出城市空間格局的變化情況。本文先對DMSP/OLS數據進行降噪處理，利用河南省邊界矢量數據將DMSP/OLS夜間燈光數據在arcgis中進行掩膜處理，根據相關學者所做的研究，本文采用燈光亮度屬性指標作為基于DMSP/OLS數據的城市化水平指數。

2.2夜間燈光亮度的動態變化指標

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各市平均亮度增長速率：

各市平均亮度增長速率

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

2.3河南省各市城市空間擴張對比分析

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圖

從圖1可以看出，河南省各市級行政區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行政區個數明顯增加，作為省會城市，以鄭州市為中心的大型市區的規模擴大了很多，聚集度更加明顯，這也說明了河南省的城鎮空間增長具有城市群聚集性的特點。從地形上看，高于燈光平均亮度的區域均為地勢平坦的平原地區，有利于城鎮建設和城市擴張。洛陽市和南陽市等市區，雖然市區的燈光聚集區亮度較高，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個縣，受山脈地形影響，所處區位不利于城市化建設。因此，在圖1中所對應的燈光亮度也較暗，受此影響，洛陽、南陽等市區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、大別山構成的豫南山地，同洛陽等市區一樣，信陽市的燈光亮度也低于全省平均亮度值。

3　結論

河南省城市化的發展在2000-2012年間有加速發展的趨勢，基本模式是以鄭州市為中心城市，簇群式外擴，各市自身放射性外擴進而軸線式蔓延進行擴散；受地形影響，西南部山區城市化進程緩慢，以至于該市整體城市化水平不高；交通線路對城市空間擴張也有很大影響，多數城市的擴張都是沿著道路進行的。在之后的若干年，城市化進程中城市空間會繼續沿著道路兩側有一定的擴張，以鄭州市為中心的城市群將進一步擴大，河南省東部如開封、商丘等市區因所處地形優勢，城市空間擴張相較于其他地區將會更明顯。

［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：電子政務研究。