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多中心城市空间结构的识别及绩效影响——基于夜间灯光遥感数据的分析

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多中心城市空间结构的识别及绩效影响——基于夜间灯光遥感数据的...

作者：伍亿真西南大学

学位级别：硕士

随着中国经济快速发展以及城市化进程推进,人口和产业不断向城市地区集聚,要素空间分布的变化导致城市空间结构发生了显著改变。由于城市地区的社会经济活动过于密集,造成城市发展与环境、经济、社会可持续性之间存在不同程度上的不协... 详细信息

随着中国经济快速发展以及城市化进程推进,人口和产业不断向城市地区集聚,要素空间分布的变化导致城市空间结构发生了显著改变。由于城市地区的社会经济活动过于密集,造成城市发展与环境、经济、社会可持续性之间存在不同程度上的不协调。基于此,多中心城市空间结构被视为未来城市可持续发展的一种重要空间战略方式,有望促进有效的经济和更公平的空间发展。然而,多中心城市空间结构是否符合城市发展规律,实现城市可持续发展还缺少有力的实证支撑。因此,理清与掌握多中心城市空间结构的环境—经济—社会绩效影响,可为我国更好地践行“可持续发展”理念,构建可持续的城市发展模式与优化城市空间结构提供科学的参考依据。当前,大多研究基于单一空间尺度或者单一维度的多中心城市空间结构的绩效影响分析,忽略了多中心城市空间结构对不同维度(环境—经济—社会)绩效影响以及不同尺度下绩效影响的差异性。基于此,本文以多中心城市空间结构的“识别—格局—效应”为研究主线,在融合多源夜间灯光数据构建长时序夜间灯光数据集的基础上,量化城市间形态/功能多中心城市空间结构,构建了涵盖环境—经济—社会三个方面的多维绩效影响分析框架。进一步地,在利用夜间灯光数据识别城市实体的基础上,结合多源数据识别城市中心边界,分析城市内多中心城市空间结构特征并进一步评估城市内多中心城市空间结构对环境—经济—社会绩效的影响。本文主要研究内容和结论如下:(1)提出了长时序异源夜间灯光数据校正分析框架,构建了长时序夜间灯光数据集,为多中心城市空间结构量化与分析提供必要的数据保障。本文在开展DMSP-OLS校准区域优化选取以及SNPP-VIIRS月度数据缺失像元预测修复的基础上,建立跨传感器校正模型生成模拟DMSP-OLS数据,扩展DMSP-OLS数据的应用年限并检查数据的可用性。研究结果表明,通过优化选择不变像元校准DMSP-OLS数据可以最大限度地降低数据的不连续性。SNPP-VIIRS数据经过预测修复合成年度数据提升了与2015～2016年官方SNPP-VIIRS数据的相似性。2013年改进的模拟DMSP-OLS数据像元空间格局与DMSP-OLS数据的相似程度优于已发布数据。2013～2019年改进的模拟DMSP-OLS数据灯光强度总和、平均灯光强度与2012年的DMSP-OLS数据之间也存在较强的相关性。此外,改进的类DMSP-OLS数据集与不同类型社会经济统计数据具有更强的线性相关性。(2)基于长时序夜间灯光数据,实现了城市间形态/功能多中心城市空间结构量化,揭示了不同维度多中心城市空间结构演变趋势;厘清了形态/功能多中心城市空间结构能的环境—经济—社会绩效影响异同。以省域灯光强度总和表征城市规模,进而量化形态多中心城市空间结构;利用辐射模型测度城市交互灯光指数反映城市间交互强度,进而量化功能多中心城市空间结构并验证其合理性。在此基础上,以省域为城市间尺度的研究单元,从形态与功能维度评估多中心城市空间结构对环境—经济—社会效率的影响及差异化效应。研究结果表明,夜间灯光数据具有量化城市交互强度的能力,与百度人口迁徙指数及传统重力模型构建的经济联系网络具有相似性,证明了采用夜间灯光计算的城市交互指数能够有效地表征省域内部城市交互联系状况。整体上,中国各省域形态城市空间结构呈现多中心化并存在从东向西的递进发展趋势,省域功能城市空间结构呈现多中心化。虽然部分省域的功能多中心城市空间结构指数存在波动,但整体呈现上升趋势。相比于形态多中心城市空间结构,功能多中心城市空间结构对于城市可持续发展更具有积极意义,因为功能多中心城市空间结构偏向网络化发展,这将促进溢出效应和借用规模的发生,使得中心城市周边的中小城市可以共享集聚经济,降低资源错配和低效率所带来的消极影响。(3)在提取城市实体基础上,实现了城市内多中心城市空间结构量化;证实了城市内多中心城市空间结构具有环境可持续性,但未发现其有助于实现经济—社会可持续发展的证据。在定义城市实体基础上利用K-means算法识别城市实体;进一步结合POI数据与SNPP-VIIRS数据,利用局部空间自相关自动识别城市中心聚类像元。采用多中心指标体系量化城市多中心程度,分析中国城市内多中心城市空间结构的时空特征。以市域为城市内尺度的研究单元,开展多中心城市空间结构的环境—经济—社会绩效影响分析。研究结果表明,“一主多次”的识别结果与城市规划方案一致性较高,并且与POI数据覆盖格网范围一致性较高;中国城市空间发展模式整体上倾向于向多中心化。城市内多中心城市空间结构可以有效降低城市碳排放,但是其损害经济效率以及无法缩小各中心之间的发展差距。因此,在城市内尺度鼓励城市空间结构趋向于多中心化发展的背景下,虽然对环境带来显著的积极影响,但很可能会同时损失区域整体的经济绩效和社会绩效。总体而言,多中心城市空间结构可以有效提升城市间尺度(省域)的三种要素的可持续性,而其仅能降低城市内尺度(市域)的碳排

关键词：多中心城市空间结构多维绩效夜间灯光遥感数据空间尺度

基于夜间灯光遥感数据的太原市城市扩张格局研究

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山西师范大学学报（自然科学版） 2020年第4期34卷 94-101页

作者：张慧张雪太原师范学院地理科学学院山西晋中030619

城市是人类重要的生活场所,城市化进程是一场影响社会生活变迁的重大变革,对城市扩张的研究是土地城市化进程中的一项重要内容.本文利用夜间灯光遥感影像数据,重建了1992年~2013年太原市的土地城市化进程,并通过标准差椭圆法对城市扩张... 详细信息

城市是人类重要的生活场所,城市化进程是一场影响社会生活变迁的重大变革,对城市扩张的研究是土地城市化进程中的一项重要内容.本文利用夜间灯光遥感影像数据,重建了1992年~2013年太原市的土地城市化进程,并通过标准差椭圆法对城市扩张的空间格局进行了研究.结果表明:(1)夜间灯光可以有效地进行太原市城市建成区扩张过程的重建;(2)太原市的城市重心呈现自西北向东南转移的趋势,东南方向是太原市城区的主要扩张方向;(3)在扩张轴向性上,22年来太原市的建成区在发育过程中呈现出明显的南北成长轴向,太原建成区呈现沿汾河谷地分布的长条状城市格局.综合认为,夜间灯光遥感影像可以有效应用于太原市城市扩张结果提取和演变格局的研究.

关键词：夜间灯光遥感数据太原市城市扩张格局重心转移

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基于夜间灯光数据的中国多维贫困空间识别

经济地理 2016年第11期36卷 124-131页

作者：潘竟虎胡艳兴西北师范大学地理与环境科学学院中国甘肃兰州730070

精准测度并识别贫困地区对于精准扶贫政策的制定和实施意义重大。引入新型夜间灯光数据NPP-VIIRS,借鉴脆弱性—可持续生计框架,构建了多维贫困测度指标体系。以重庆市各县区为样本,构建了平均夜间灯光指数(ANLI)与多维贫困指数(MPI)之... 详细信息

精准测度并识别贫困地区对于精准扶贫政策的制定和实施意义重大。引入新型夜间灯光数据NPP-VIIRS,借鉴脆弱性—可持续生计框架,构建了多维贫困测度指标体系。以重庆市各县区为样本,构建了平均夜间灯光指数(ANLI)与多维贫困指数(MPI)之间的线性回归模型。以陕西省各县区数据对模型进行了检验,平均相对误差为12.51%。利用检验后的模型,将MPI空间化,识别出848个多维贫困县(区),并与国家划定的14个集中连片特困地区中的扶贫重点县进行对比。多维贫困县中绝对贫困县数目为254个,相对贫困县数目为543个,有195个县区属于非收入贫困引起的多维贫困县。

关键词：夜间灯光遥感数据多维贫困贫困测度空间识别连片贫困区中国

基于随机森林和夜间灯光数据的建筑物尺度人口估算

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基于随机森林和夜间灯光数据的建筑物尺度人口估算

作者：连婷华东师范大学

学位级别：硕士

在快速城镇化的社会发展背景下,城市人口呈现持续增长的态势。实现城市内部精细化尺度的人口分布监测对于城市空间规划、资源配置、灾情预警等方面具有重要意义。本文在归纳总结前人研究成果的基础上,汲取现有研究的优势、分析现有研究... 详细信息

在快速城镇化的社会发展背景下,城市人口呈现持续增长的态势。实现城市内部精细化尺度的人口分布监测对于城市空间规划、资源配置、灾情预警等方面具有重要意义。本文在归纳总结前人研究成果的基础上,汲取现有研究的优势、分析现有研究不足,以快捷准确地获得建筑物尺度人口分布数据为研究目标,确立了基于随机森林和多源数据的建筑物尺度人口估算的方法。研究过程中,以上海市黄浦区为研究区,主要使用了POI(Point of Interest,兴趣点)数据、珞珈一号夜间灯光遥感数据、上海市实有人口数据、上海市建筑物轮廓数据。通过随机森林人口估算模型获得了上海市黄浦区建筑物尺度的常住人口分布数据,评价了模型精度,并对模型进行了详细解释分析。主要研究成果有以下两点:(1)提取POI数据、珞珈一号夜间灯光遥感数据、建筑物轮廓数据中的特征向量,并经过特征工程和特征筛选后得到模型多维特征库。基于随机森林回归算法和多维特征库建立随机森林人口估算模型,并对模型进行参数调整,获得了估计效果最优的人口估算模型。该模型输出上海市黄浦区建筑物尺度人口数据,与实有人口数据进行对比,R为0.68,模型精度较好。(2)在完成模型训练及结果输出后,通过基于决策路径估计的随机森林解译方法,运用特征重要性和特征贡献两个指标,定量分析各特征在人口估算模型当中的重要程度,以及各特征对人口估算结果的影响与贡献。从特征值与特征贡献的关系、个体样本的特征贡献构成、不同功能区的特征贡献组成等角度来对特征贡献进行深入分析,探究产生误差的潜在原因及模型改进的方向。本文提出的建筑物尺度人口估算方法可以基于容易获取的数据获得较为准确的人口分布数据,丰富了人口分布数据的获取途径,为人口分布监测提供了新方法、新思路。

关键词：建筑物尺度人口估算随机森林夜间灯光遥感数据特征贡献

基于CiteSpace的夜间灯光渔船遥感提取研究进展分析

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海洋渔业 2022年

作者：胡慧娟周为峰程田飞上海海洋大学海洋科学学院中国水产科学研究院东海水产研究所

为探明夜间灯光遥感技术在渔业研究中的应用现状和发展趋势，本文以四大中文期刊数据库（中国知网、维普、万方、百度学术）与“Web of Science”核心合集为数据源，结合CiteSpace知识图谱方法，对国内外利用夜间灯光遥感进行灯光渔业... 详细信息

为探明夜间灯光遥感技术在渔业研究中的应用现状和发展趋势，本文以四大中文期刊数据库（中国知网、维普、万方、百度学术）与“Web of Science”核心合集为数据源，结合CiteSpace知识图谱方法，对国内外利用夜间灯光遥感进行灯光渔业研究的发文量、发文机构、文献共被引及高频关键词等进行分析。结果显示：①发文量总体上呈现增长趋势，2013年以后热度明显增加，2018年后中国发文量与世界处于同一水平。②关键词聚类与频次分析表明，研究区域主要集中在太平洋、大西洋以及中国近海等海域，研究尺度呈现从大范围到精细化的变化特征；云层检测与影像去噪是关系到渔船提取精度的关键预处理步骤；灯光渔船提取方法朝着自动化、高精度、系统化的方向发展。③共被引时区图谱分析显示，研究经历了三个阶段，1997—2005年的初期阶段，2006—2013年的中期阶段，以及2013年至今的发展阶段，热点从单一数据支持下的渔船分布监测深化为研究渔场与海洋环境特征的相互关系，当前集中在基于多源数据融合的灯光渔船提取以及精细化处理。④机构与国家网络分析结果显示，美国和中国是此方向的主要研究国家，目前美国仍拥有最高的发文量与最活跃的研究机构和学者。本文梳理了研究进展脉络和热点领域，对今后夜间灯光遥感渔业研究具有一定的参考意义。

关键词： CiteSpace 夜间灯光遥感数据知识图谱海洋渔业

胡焕庸线两侧城镇建设用地变化及其碳排放差异

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资源科学 2019年第7期41卷 1262-1273页

作者：张梅黄贤金揣小伟朱振宇汪煜南京大学地理与海洋科学学院南京210023 南京大学金陵学院城市与土木工程学院南京210089

城镇建设用地在利用和扩张过程中承载和拉动着大量的碳排放。揭示胡焕庸线东西两侧城镇建设用地的碳排放差异,并探讨其驱动因素,能为东西部的协调发展、碳减排工作和新型城镇化提供重要参考。本文借助夜间灯光遥感数据和GIS技术,提出了... 详细信息

城镇建设用地在利用和扩张过程中承载和拉动着大量的碳排放。揭示胡焕庸线东西两侧城镇建设用地的碳排放差异,并探讨其驱动因素,能为东西部的协调发展、碳减排工作和新型城镇化提供重要参考。本文借助夜间灯光遥感数据和GIS技术,提出了边界阈值法,对胡焕庸线东西两侧的城镇建设用地进行了提取和分析,并综合相关文献中的碳排放估算方法对其所承载的碳排放进行估算和分析,在此基础上,对其关联性进行了剖析,并结合相关社会经济数据对研究结果进行深入讨论。研究表明:①边界阈值法提取结果的检验结果较好,优于经验阈值法和邻域分析法。②胡焕庸线存在被打破的可能性,2000—2013年东、西两侧城镇建设用地的面积比从95:5变为92:8,差异缩小。③西部地区的快速发展是以高碳排放为代价的,2000—2013年东、西两侧年碳排放量比值从93:7变为90:10,差异缩小。④东、西两侧的城镇建设用地每增加1 km2时,年均碳排放量分别增长1.79万t和2.58万t。因此,国家在继续重视碳排放量较大的东部地区的同时,也应重视西部地区加剧的高碳排放问题。可通过引导城镇建设用地的集约式扩张、优化产业结构和提倡绿色低碳的生活方式等手段促使西部地区走上集约低碳的新型城镇化道路。

关键词：胡焕庸线城镇建设用地碳排放时空差异边界阈值法夜间灯光遥感数据

基于DMSP/OLS数据的新疆城镇化进程研究

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湖北农业科学 2022年第17期61卷 69-80页

作者：陈瑞王一山新疆大学资源与环境科学学院/智慧城市与环境建模普通高校重点实验室/绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830046

基于DMSP/OLS夜间灯光遥感数据,采用“象限4分法”对新疆城镇化发展从整体-部分-局部的区域性差异展开分析,探究新疆维吾尔自治区(简称新疆)1992—2013年城镇化发展进程。结果表明,1992年新疆城镇化水平较低,城镇化基础薄弱,城镇面积为4... 详细信息

基于DMSP/OLS夜间灯光遥感数据,采用“象限4分法”对新疆城镇化发展从整体-部分-局部的区域性差异展开分析,探究新疆维吾尔自治区(简称新疆)1992—2013年城镇化发展进程。结果表明,1992年新疆城镇化水平较低,城镇化基础薄弱,城镇面积为4867 km^(2),城镇夜间灯光DN均值为19.2。1992—2013年发展迅速,城镇夜间灯光DN均值增长至35.5;按照天山山脉划分为南疆、北疆,发现北疆城镇化水平高于南疆;依据“奇策线”划分为东疆、西疆,发现西疆城镇化水平显著高于东疆。1992—2013年南疆、北疆城镇面积差由2831 km^(2)增长至4049 km^(2);东疆、西疆城镇面积差由3689 km^(2)增长至11329 km^(2),表明相较于天山山脉,“奇策线”对划分新疆城镇化发展水平效果更为显著;运用“象限4分法”对新疆城镇化水平对比分析,各象限城镇化水平差异显著,城镇化水平由高到低依次为第二象限、第三象限、第一象限、第四象限。综上所述,1992—2013年新疆城镇化发展速度较快,城镇化区域性差距较大,不同区域内城镇扩张速率有所差异,总体呈现区域内的发展不平衡。

关键词：新疆城镇化夜间灯光遥感数据象限4分法奇策线 DMSP/OLS

基于VIIRS的夜间PM_(2.5)浓度遥感估算

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新疆环境保护 2023年第2期45卷 1-8页

作者：吴坚陈军赵芳湖南省长沙生态环境监测中心湖南长沙410000

PM_(2.5)作为主要空气污染物之一,长期影响人类健康和生态环境。目前主流的大气PM_(2.5)遥感监测依赖于日间过境的气溶胶光学厚度AOD产品,夜间时效连续性受到限制。为此,本文在大气辐射传输原理的基础上,顾及气象、土地利用等与PM_(2.5... 详细信息

PM_(2.5)作为主要空气污染物之一,长期影响人类健康和生态环境。目前主流的大气PM_(2.5)遥感监测依赖于日间过境的气溶胶光学厚度AOD产品,夜间时效连续性受到限制。为此,本文在大气辐射传输原理的基础上,顾及气象、土地利用等与PM_(2.5)排放、传输相关的因素,构建基于VIIRS的夜间PM_(2.5)浓度遥感估算方法。以北京市2013—2014年大气重污染事件为例,定性分析、定量评估大气重污染过程下PM_(2.5)浓度与夜间灯光辐射强度的相关性,开展夜间灯光遥感数据融合多源地理要素的夜间PM_(2.5)浓度估算。结果表明:随着PM_(2.5)浓度的显著上升,夜间灯光遥感影像的同一个区域亮度明显下降,PM_(2.5)浓度值和夜间灯光辐射值的平均相关系数达-0.69(P夜间灯光数据与多源地理要素可以较好模拟夜间PM_(2.5)浓度,模型精度R2达0.83,RMSE为38.03μg/m3。利用VIIRS夜间灯光遥感数据估算区域夜间PM_(2.5)浓度具备可行性和有效性,可为制定空气污染防控措施提供支撑。

关键词：大气污染 PM_(2.5) 夜间灯光遥感数据 VIIRS

流域范围内县域生态系统服务价值库兹涅茨效应研究——以钱塘江流域为例

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生态经济 2021年第6期37卷 147-152,164页

作者：王迪谢慧明宁波大学商学院浙江宁波315211

以钱塘江流域范围内的38个县域作为研究对象,检验了生态系统服务价值和经济发展水平之间的库兹涅茨效应,发现单位面积生态系统服务价值和单位面积GDP之间存在倒“N”型的曲线关系,大部分县域处于生态系统服务价值和GDP呈负相关的第一阶... 详细信息

以钱塘江流域范围内的38个县域作为研究对象,检验了生态系统服务价值和经济发展水平之间的库兹涅茨效应,发现单位面积生态系统服务价值和单位面积GDP之间存在倒“N”型的曲线关系,大部分县域处于生态系统服务价值和GDP呈负相关的第一阶段。上城区1995年开始进入库兹涅茨曲线的第二阶段,2000年、2005年、2010年一直处在第二阶段的水平,滨江区在2018年进入生态系统服务价值和GDP呈正相关的第二阶段,上城区在经过第二个拐点之后,于2015年和2018年进入库兹涅茨曲线的第三阶段。最后,引入人口密度、二产占比、建成区面积三个协变量扩展库兹涅茨效应模型,发现库兹涅茨曲线没有发生明显变化,仍呈倒“N”型分布,但是达到拐点需要在更高的GDP水平上才能实现。

关键词：库兹涅茨效应生态系统服务价值当量因子表夜间灯光遥感数据