基于夜间灯光数据的河南省城市时空变化研究

李培君（河南大学　环境与规划学院，河南　开封　475004）



基于夜间灯光数据的河南省城市时空变化研究

李培君
（河南大学环境与规划学院，河南开封475004）

在研究城市化进程时，基于DMSP/OLS夜间灯光数据获得的城市空间信息基本可以反映我国城市化发展的实际情况。以河南省为例，提取出2000-2012年的河南城市化空间信息，对河南省18个市级行政区的城市化空间扩张进行监测，分析城市空间扩张的格局变化及速率，得出影响城市空间扩张的因素并预测城市空间扩张的方向。

城市化；空间扩张；DMSP/OLS；河南省

城市化涉及社会经济、人口和空间地理等多方面的内容，是社会发展的重要过程。城市化可以加快社会经济的发展，但同时又会触及生态环境保护等问题［1］。因此，需要对城市化的现状及发展趋势进行准确把握，才能在城市化的道路上稳步前进。在研究城市化时，既可以借助遥感技术进行小尺度土地利用分类研究，并进行动态监控，也可以利用宏观尺度的数据进行宏观上的监控和评价。夜间灯光数据的时间和空间分辨率适用于大尺度的城市化进程的动态监测，基于灯光数据的城市空间信息基本能反映我国城市化发展的实际情况。

1　研究区域和研究思路

1.1研究区域概况

河南省位于我国中东部，地处黄河中下游地区，河南省的地形地貌特征东北与西南差异明显，整体呈西高东低趋势，北西南三面山脉沿省界呈半环形分布，中、东部为黄淮海平原。河南省是我国传统的农业大省，也是重要的经济大省、迅速发展的新型工业大省，在城市化建设中河南省也有较快的发展速度。

1.2研究思路

本文先收集了2000-2012年间的河南省统计年鉴中的城市建成区数据和DMSP/OLS夜间灯光数据进行比较，证实灯光数据的可用性，进而确定河南省诚征空间扩张的动态变化指标，根据指标从时间上分析各个地市及河南省整体的城镇扩张的变化，从空间上对比分析河南省各市的扩张特征，最终得出影响城镇扩张的因素，为以后的城市化趋势进行预测。

2　基于DMSP/OLS数据的河南省各市城镇空间扩张特征分析

2.1DMSP/OLS数据预处理

数据源为美国国家地球物理数据中心提供的DMSP/ OLS夜间灯光数据，本文选择2000、2004、2008、2012年的无云观测叠加数据，对河南省城市化进程进行研究和分析。统计年鉴中的建成区面积由于缺乏空间信息，难以满足对城市空间格局研究的需求，通过对比相邻年份的DMSP/OLS夜间灯光数据，可以直观地看出城市空间格局的变化情况。本文先对DMSP/OLS数据进行降噪处理，利用河南省边界矢量数据将DMSP/OLS夜间灯光数据在arcgis中进行掩膜处理，根据相关学者所做的研究，本文采用灯光亮度属性指标作为基于DMSP/OLS数据的城市化水平指数。

2.2夜间灯光亮度的动态变化指标

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各市平均亮度增长速率：

各市平均亮度增长速率

其中，DN为像元亮度，pi为像元亮度，ni为各市亮度为pi的像元个数，Nj为各市的像元个数，Nhn为河南省的总像元个数。

2.3河南省各市城市空间扩张对比分析

图1　河南各地市2000年（a）和2012年（b）夜间灯光亮度的距平值分级图

从图1可以看出，河南省各市级行政区2000年和2012年的夜景灯光亮度距平值。其中，颜色由浅及深分别代表各市平均亮度与全省平均亮度由高到低的差值。从图1能够看出，相较于2000年各市的平均亮度，2012年超过平均水平的市级行政区个数明显增加，作为省会城市，以郑州市为中心的大型市区的规模扩大了很多，聚集度更加明显，这也说明了河南省的城镇空间增长具有城市群聚集性的特点。从地形上看，高于灯光平均亮度的区域均为地势平坦的平原地区，有利于城镇建设和城市扩张。洛阳市和南阳市等市区，虽然市区的灯光聚集区亮度较高，范围较大，但河南省西南部为伏牛山脉，覆盖了河南省洛阳、南阳、平顶山、三门峡和驻马店5市的15个县，受山脉地形影响，所处区位不利于城市化建设。因此，在图1中所对应的灯光亮度也较暗，受此影响，洛阳、南阳等市区的灯光平均亮度低于全省亮度平均值。信阳市的西部和南部是由桐柏山、大别山构成的豫南山地，同洛阳等市区一样，信阳市的灯光亮度也低于全省平均亮度值。

3　结论

河南省城市化的发展在2000-2012年间有加速发展的趋势，基本模式是以郑州市为中心城市，簇群式外扩，各市自身放射性外扩进而轴线式蔓延进行扩散；受地形影响，西南部山区城市化进程缓慢，以至于该市整体城市化水平不高；交通线路对城市空间扩张也有很大影响，多数城市的扩张都是沿着道路进行的。在之后的若干年，城市化进程中城市空间会继续沿着道路两侧有一定的扩张，以郑州市为中心的城市群将进一步扩大，河南省东部如开封、商丘等市区因所处地形优势，城市空间扩张相较于其他地区将会更明显。

［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，硕士，研究方向：电子政务研究。