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浅析基于DMSP\OLS夜间灯光数据对城市发展脉络研究以——西安市为例

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发表时间:2020-03-10 11:17来源:云南省城乡规划设计研究院网址:http://www.yncityplan.com



夜间灯光数据全称DMSP/ OLS夜间灯光遥感数据,来源于美国国家地球物理数据中心,自1976年9月DMSP卫星(美国国防气象卫星计划)首次搭载OLS传感器后开始获取夜间灯光数据。该数据是消除了云及火光等偶然噪声影响后对全年可见光和NVIR通道灰度值进行直接平均化处理得到的。夜间灯光数据精度较高,易获取,也是人类活动的直接反映,因此具有很高的应用价值。

作者:吴可



2016版全球夜间灯光分布图(来源于:NASA’s EarthObservatory官网)


夜幕骤至,灯光徐起,从高空俯瞰整个城市,万紫千红的霓虹灯让城市的夜空绽放出多姿多彩的光芒。近年来,夜间灯光数据被陆续应用于能源消耗估算、社会经济因子估计、环境评估、灾害评估、城市扩张监测等研究中。

信息时代来临,对于规划师而言,我们常规的人口、经济、社会、文化等前期分析是不是已经无法满足所需?那么面对易获取、质量较高、连续性强的DMSP /OLS夜间灯光数据在研究城市发展脉络方面又能做些什么呢?下面就选取了我的家乡——西安市为研究对象,来揭开那些隐藏在夜间灯光数据背后的秘密。

一、数据来源

1992年——2013年数据:https://www.ngdc.noaa.gov/eog/dmsp/downloadV4composites.html 2012年——2017年数据:https://ngdc.noaa.gov/eog/viirs/download_dnb_composites.html 2010年——2017年数据:https://www.lightpollutionmap.info

二、数据分析与处理

本文以西安市为研究对象,基于2003-2013年DMSP /OLS年夜间灯光数据,《中国城市统计年鉴》2003-2013年中西安市城市建设用地面积(市辖区面积)数据以及西安市行政边界数据。研究以两年为间隔,借助ArcGIS、Excel等软件对数据进行处理,找出夜间灯光数据的最佳阈值,从而得到2003-2013年西安市城市建成区范围。

(1)提取西安市夜间灯光数据



2003-2013年西安市夜间灯光图(作者自绘)


(2)提取西安市市辖区夜间灯光数据


2003-2013年西安市市辖区夜间灯光图(作者自绘)


(3)确定灯光阈值本次研究中使用参考比较法来确定最佳夜间灯光数据阈值。


2003- 2013年最佳灯光阈值表(作者自绘)


三、成果(1)提取建成区范围


2003-2013年西安市城市建成区范围图(作者自绘)

(2)城市建成区规模扩张分析

基于不同年份的夜间灯光数据,提取出2003-2013年西安市城市建成区范围,计算出扩展面积、扩展速度、扩展强度指标,从而对建成区的规模扩张进行研究。




2003-2013年西安市市辖区建设用地扩张图(作者自绘)




2003-2013年西安市城市建成区扩展面积、扩展速度、扩展强度图(作者自绘)



(3)城市建成区重心分析

基于ArcGIS软件分析出城市建成区重心位置,从而获取重心偏移距离、重心偏移速度、重心偏移角度等指标。通过重心的转移轨迹可以反映出建成区空间扩展方向的变化情况。


2003-2013年西安市城市建成区重心迁移轨迹图(作者自绘)




重心偏移距离、速度、角度表(作者自绘)



本文基于夜间灯光数据和统计数据,对西安市的城市建成区规模扩张、城市建成区重心进行分析。研究结果表明:① 在2003-2013年间西安市城市建成区面积经历了由增到减再到增的过程;② 在2003-2013年间西安市的城市扩张模式从单核同心圆扩展模式逐渐转化为多核心扩展模式, 2011-2013年出现以高陵区和临潼区为主的点状零散发展状态;③ 在2003-2013年间建成区重心呈现先西南后西北的发展态势。

DMSP-OLS夜间城市灯光数据与各种统计数据相比,夜间灯光数据能更直观的表现出城市或城市群的时空特征。此外该数据具有一定的综合性,能够从侧面反映出城市的经济发展水平、贫困程度、人口等情况。

四、结语

目前DMSP-OLS夜间城市灯光数据已被广泛应用在区域发展、GDP、人口、环境等领域。在城市规划方面,DMSP/OLS夜间灯光数据被普遍应用于城市空间扩展和城市化等研究中。相信随着技术日益成熟,基于夜间灯光数据对于了解城市或区域的扩展基本情况、未来趋势、未来发展方向,区域间城市发展差异等具有很好的参考价值,对于研究区域间城市发展定位具有很好借鉴意义。

大数据时代来临,希望能不断探索新兴数据在城市规划方面的应用,为解决城市发展中的问题提供技术支撑,为以后的规划提供更加科学的依据。




编辑制作:云南省城乡规划设计研究院
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