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基于多時相夜間燈光和光學(xué)遙感的廣西城市格局時空動態(tài)變化

時間:2021年03月06日 分類:科學(xué)技術(shù)論文 次數(shù):

摘要:以廣西桂林、柳州、南寧3個主要城市的建成區(qū)為研究區(qū),利用閾值分割法分別對DMSP/OLS、NPP/VIIRS、Landsat數(shù)據(jù)提取城市建成區(qū),根據(jù)燈光總強度指數(shù)(TNL)、平均燈光強度指數(shù)(ULL)以及綜合夜間燈光強度指數(shù)(CNLI)的燈光特性分析廣西三城城市化水平,通過

  摘要:以廣西桂林、柳州、南寧3個主要城市的建成區(qū)為研究區(qū),利用閾值分割法分別對DMSP/OLS、NPP/VIIRS、Landsat數(shù)據(jù)提取城市建成區(qū),根據(jù)燈光總強度指數(shù)(TNL)、平均燈光強度指數(shù)(ULL)以及綜合夜間燈光強度指數(shù)(CNLI)的燈光特性分析廣西三城城市化水平,通過計算光學(xué)影像的歸一化建筑指數(shù)(NDBI)、建筑用地指數(shù)(IBI)、仿建筑用地指數(shù)(SIBI)、綜合加權(quán)建筑指數(shù)G采用閾值法提取3個城市1992、2000、2009和2017四個時間段的建成區(qū),最后利用城市擴張速率、強度指數(shù)和空間重心位置轉(zhuǎn)移定量分析25年來廣西三大主要城市建城區(qū)時空演變特征。結(jié)果表明:(1)廣西城市化水平不斷提高。(2)利用陸地衛(wèi)星遙感與夜光遙感對城市建成區(qū)提取具有一定可信度。陸地衛(wèi)星提取的總體準確精度達到了93%,但提取的整體精度比夜光遙感低,夜間燈光數(shù)據(jù)的總體精度都在83%以上,總體精度達到了96%。(3)廣西三大主要城市的城市化進程速度在加快。南寧在1992—2017年城市擴展速度由11.88上升至34.4,柳州在1992—2017年期間由6.95上升至21.74,桂林在1992—2017年期間擴展速度由8.11上升至16.74。以上結(jié)果同時說明了廣西城市發(fā)展整體呈現(xiàn)上升趨勢,建成區(qū)的空間擴展范圍隨時間推移表現(xiàn)出高強度增長模式,這與廣西規(guī)劃的城市化進程發(fā)展趨勢一致。

  關(guān)鍵詞:城市格局;DMSP/OLS;NPP/VIIRS;建筑指數(shù);燈光指數(shù);動態(tài)分析

光學(xué)遙感

  0引言改革開發(fā)至今,我國一直處于城市化高速增長的階段,在1992—2017年的25年間,中國城鎮(zhèn)化率從27.46%增到58.52%,且呈現(xiàn)持續(xù)上漲的態(tài)勢。

  廣西城鎮(zhèn)之間發(fā)展不均衡現(xiàn)象顯著,2017年廣西城市人口城鎮(zhèn)化率為49.21%,處于全國中下水平,城市格局遠未成型。為了提高廣西城市化,合理規(guī)劃土地資源的利用,縮短廣西與全國城市化發(fā)展的差距,必須掌握廣西城市空間格局分布信息。應(yīng)用遙感技術(shù)做城市化研究具有較大的優(yōu)勢和便利性,彌補了統(tǒng)計數(shù)據(jù)不利于動態(tài)監(jiān)測的缺點。

  光學(xué)方向評職知識:光學(xué)sci論文發(fā)表需要潤色嗎

  20世紀80年代后期,成像光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,充分顯示了遙感技術(shù)的應(yīng)用前景和發(fā)展前途,尤其是光學(xué)遙感在城市化監(jiān)測的運用吸引了人們的高度關(guān)注[1-3],但大多數(shù)都是趨于多光譜遙感的城市化研究。直至夜間燈光遙感的出現(xiàn),國內(nèi)學(xué)者開始向夜光遙感的多元化如城鎮(zhèn)化研究[4]:程熙等[5]利用夜間燈光強度的分布特征與不透水面覆蓋的密切相關(guān)性集成夜間燈光數(shù)據(jù)與LandsatTM影像提取不透水面信息;馬瑞雪等[6-7]計算不同燈光指數(shù)構(gòu)建GDP的最佳回歸模型。夜間燈光遙感始于1997年,Imhoff等為了估計城市土地對美國土地資源的影響。

  首次選擇了夜間燈光數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù),開辟了夜間燈光數(shù)據(jù)的研究領(lǐng)域[8],國外關(guān)于夜光遙感技術(shù)發(fā)展十分活躍[9-12],而國內(nèi)夜間燈光的研究起步較晚,但是一批研究者已經(jīng)熟練地將夜光數(shù)據(jù)應(yīng)用于中國區(qū)域,宋善海等[13]對比不同地形背景下的山區(qū)與平原地區(qū)夜間燈光強度分布的空間特征;李景剛等[14]就DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)和SPOT/VGT時間序列數(shù)據(jù)等多源遙感信息,探討了環(huán)渤海城市群地區(qū)城市化過程對植被初級生產(chǎn)力的季節(jié)性變化影響;江威等[15]對比NPP/VIIRS數(shù)據(jù)和DMSP/OLS數(shù)據(jù)的特點,提出對比兩種夜間燈光數(shù)據(jù)模擬社會經(jīng)濟參量的潛力;王若曦等[16]提出結(jié)合DMSP/OLS和Landsat數(shù)據(jù)對江西省進行建成區(qū)提取研究,多源遙感數(shù)據(jù)的結(jié)合進行城市化研究具有更高可信度。

  本文從城市發(fā)展進程出發(fā),以廣西南寧、柳州、桂林為例,在1992—2013年DMSP/OLS、1994—2017年NPP/VIIRS夜光遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)與1991—2017年Landsat多光譜影像的支持下,綜合夜間燈光指數(shù)和光學(xué)建筑指數(shù)定量分析廣西1992—2017年城市格局時空演化特征,為廣西數(shù)字城市和生態(tài)城市建設(shè)提供技術(shù)和理論支撐,對揭示廣西城市化擴張規(guī)律、定量分析廣西城市化水平、結(jié)合多種遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用于城市化監(jiān)測等具有一定的參考價值和意義。

  1研究區(qū)概況

  南寧市(22°12′—24°02′N、107°19′—109°38′E)、柳州市(23°54′—26°03′N、108°32′—110°28′E)、桂林市(24°15′—26°23′N、109°36′—111°29′E)三城分別是廣西壯族自治區(qū)的首府城市、工業(yè)城市、旅游城市,其中南寧地處廣西中部偏南,全市面積為22112km2;柳州地處廣西中北部,全市面積為18618km2;桂林地處廣西東北部,全市面積為2.77萬km2。廣西是沿海唯一的自治區(qū),緊鄰廣東,該地區(qū)城市化水平在全國各個省中整體相對低下,根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù),2017年廣西城鎮(zhèn)化率低于全國城鎮(zhèn)率(58.52%)大約9%,處于全國中下水平,城市規(guī)模小,小城鎮(zhèn)難以發(fā)展成城市規(guī)模[17]。

  2數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

  2.1數(shù)據(jù)源

  (1)夜間燈光遙感數(shù)據(jù)。夜間燈光數(shù)據(jù)是由美國氣象管理局(NOAA)提供的全球大尺度范圍的燈光柵格影像。該數(shù)據(jù)有兩種不同傳感器的數(shù)字產(chǎn)品:

  1)1992—2013年的DMSP/OLS數(shù)據(jù)由DMSP衛(wèi)星搭載的線性掃描儀OLS拍攝,DMSP/OLS已經(jīng)經(jīng)過云及火光等偶然噪聲影響的消除,同時對全年灰度值進行了直接平均化處理,因此下載之后可直接應(yīng)用于相關(guān)研究;2)2013—2017年夜間燈光數(shù)據(jù)由NPP衛(wèi)星搭載的更高分辨率(500m)的可見光紅外成像輻射儀VIIRS提供,與DMSP/OLS探測器相比,解決了燈光值過度飽和從而溢裂的問題。

  兩種夜間燈光數(shù)據(jù)搭配使用對長時間序列的研究具有更高的應(yīng)用價值,因此被廣泛應(yīng)用于城市化和火災(zāi)的監(jiān)測研究。本文研究采用廣西1992—2013年F101992、F152000、F162009三期DMSP/OLS數(shù)據(jù)和2017年NPP/VIIRS月合成數(shù)據(jù)共4期燈光數(shù)據(jù)進行廣西三城城市空間格局研究。

  (2)光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)。本文Landsat系列光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云平臺,遙感數(shù)據(jù)下載了條帶號為125-44、125-43、124-43的12景Landsat衛(wèi)星影像,分別獲取時間為1992年的Landsat5TM影像、2000年的Landsat7ETM+影像、2009年Landsat5TM影像和2017年Landsat8OLI影像,且研究區(qū)城市上空無云覆蓋,圖像質(zhì)量良好,城市建筑識別率高。

  (3)輔助數(shù)據(jù):

  1)廣西行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。研究中所用到的掩膜數(shù)據(jù)是來自國家基礎(chǔ)地理信息中心的廣西省界、市界以及區(qū)縣行政區(qū)劃數(shù)據(jù),坐標系為WGS-84。2)統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)。所用到的1992、2000、2009和2017年的城市建成區(qū)面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別來自于國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計年鑒用于遙感提取建成區(qū)面積的對比驗證。

  2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理利用ArcGIS10.6軟件將1992—2017年夜間燈光數(shù)據(jù)坐標系轉(zhuǎn)換為WGS1984UTM投影坐標系,然后在全球夜間燈光數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,利用南寧、柳州、桂林行政邊界矢量圖層作為掩膜數(shù)據(jù)裁剪出3個城市的夜間燈光影像。

  利用ENVI5.3對1991年Landsat5TM、2000年Landsat7ETM+、2009年Landsat5TM、2017年Landsat8OLI4期光學(xué)遙感數(shù)據(jù)進行投影變換、幾何校正處理,同時為了提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可比性,消除光照和大氣等對地物反射的影響,對四期Landsat數(shù)據(jù)進行輻射定標、大氣校正操作,最后根據(jù)研究區(qū)域建立感興趣區(qū)域進行裁剪。針對DMSP/OLS燈光數(shù)據(jù)不同年份、不同傳感器之間缺乏可比性、連續(xù)性的問題,本文采用不變區(qū)域法[18]對1992—2009年3期DMSP/OLS夜間燈光影像進行相互定標。

  3研究方法

  針對該研究區(qū)域的兩種類型遙感圖像,基于Landsat系列影像的光學(xué)遙感建筑指數(shù)分割法和夜間燈光數(shù)據(jù)的二分迭代分割區(qū)域法提取研究區(qū)城市用地信息。對比夜間燈光數(shù)據(jù)和國家統(tǒng)計年鑒的建成區(qū)面積統(tǒng)計數(shù)據(jù),確定最佳閾值,通過二分迭代法設(shè)定最佳閾值進行城市化信息提取。Landsat構(gòu)建3個建筑指數(shù)來提取城市信息,包含歸一化建筑指數(shù)NDBI、仿建筑指數(shù)SIBI、建筑用地指數(shù)IBI。

  多個指數(shù)參與計算可以增強城市建成區(qū)信息,同時也會抑制由裸土、城市、水體等地物波譜信息相似而造成背景干擾噪聲的非城市區(qū)域信息,而閾值法則是需要通過設(shè)定合適閾值分離城市與非城市,即可輸出城市建筑用地信息提取結(jié)果。從空間角度出發(fā),重建廣西25年間城市化進程,即鄉(xiāng)村區(qū)域向城鎮(zhèn)區(qū)域轉(zhuǎn)化的過程,最后對廣西25年間城市空間演化過程進行系統(tǒng)分析。

  4基于夜光遙感與光學(xué)遙感的城市格局時空動態(tài)變化分析

  為了探究廣西南寧、柳州、桂林3個城市1992—2017年的城市建成區(qū)面積變化與擴張規(guī)模,定量分析了廣西城市空間格局變化特征。廣西的經(jīng)濟蓬勃區(qū)主要集中于廣西的首府城市、工業(yè)城市、旅游城市三者之間,因此研究南寧、柳州、桂林三城從1992—2017年的城市化水平,就能重建對廣西的城市格局時空演化特征。

  4.1廣西城市擴張模式分析

  根據(jù)夜間燈光數(shù)據(jù)提取的廣西三城1992—2017年的城市擴張對廣西的城市建成區(qū)進行擴張模式分析。廣西的發(fā)展模式以面狀發(fā)展模式為主,點狀和線狀發(fā)展為輔。從1992—2009年這個時期,擴張圖表現(xiàn)廣西城市發(fā)展的形勢為在原有城市發(fā)展過程的聚集效應(yīng)上向外延展,主要形式為面狀發(fā)展模式,但在2009—2017年這個時期,南寧除了主城區(qū)的面積不斷擴大外,相鄰地區(qū)的武鳴縣、賓陽縣、橫縣出現(xiàn)了點狀發(fā)展模式的趨勢。

  柳州和桂林也有相應(yīng)的城市擴張新增點,包括柳州的柳城縣、鹿寨縣、融水苗族自治縣和桂林的臨桂區(qū)、陽朔縣、荔浦縣、全州縣,柳州主要沿著工業(yè)區(qū)的搬遷升級而擴張,桂林則以旅游景點實現(xiàn)小區(qū)域發(fā)展。南寧、柳州、桂林的發(fā)展在地理位置上似乎呈直線趨勢擴張,說明交通發(fā)展也推動了城市發(fā)展。

  5結(jié)論

  本文利用1992—2017的LandsatTM/ETM+/OLI光學(xué)遙感數(shù)據(jù)和DMSP/OLS、NPP/VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)提取廣西南寧、柳州、桂林的城市建筑用地信息,并對兩種提取結(jié)果進行對比分析,定量闡述廣西城市空間格局時空演化特征。得到的結(jié)果表明:

  (1)廣西城市化水平逐漸提高。南寧綜合燈光指數(shù)由0.0012上漲至0.0071,柳州綜合燈光指數(shù)由0.0016上漲至0.0044,桂林綜合燈光強度由0.0004上漲至0.0015,對比3個城市同一年份的綜合燈光指數(shù)可以發(fā)現(xiàn),南寧的綜合燈光指數(shù)CNLI最高,說明南寧的城市化水平大于其它兩個城市的水平,是廣西城市化水平最高的城市,桂林的綜合燈光指數(shù)CNLI數(shù)值最小,說明桂林的城市化水平相對偏低。

  (2)利用陸地衛(wèi)星遙感與夜光遙感對城市建成區(qū)提取具有一定可信度。Landsat數(shù)據(jù)和夜間燈光數(shù)據(jù)提取建成區(qū)的結(jié)果的精度都達到了比較高的準確率,陸地衛(wèi)星提取的總體準確精度達到了93%,但提取的整體精度比夜光遙感低,夜間燈光數(shù)據(jù)的總體精度都在83%以上,總體精度達到了96%。

  (3)廣西三大主要城市的城市化進程速度在加快。南寧在1992—2017年城市擴展速度由11.88上升至34.4,柳州在1992—2017年期間擴展速度由6.95上升至21.74,桂林在1992—2017年期間擴展速度由8.11上升至16.74。在廣西城市擴張過程中,城市建成區(qū)整體處于極速擴張態(tài)勢,自2000年之后,城市擴張速率越來越快,擴展面積越來越大,各城鎮(zhèn)區(qū)域之間聚集程度越來越高,呈現(xiàn)同一發(fā)展的現(xiàn)象,城市與城市之間相互作用也越來越大,這個連續(xù)上升的趨勢也精確反映了廣西城市空間格局的發(fā)展規(guī)律。

  以上結(jié)果同時說明了廣西城市發(fā)展整體呈現(xiàn)上升趨勢,建成區(qū)的空間擴展范圍隨時間推移表現(xiàn)出高強度增長模式,這與廣西規(guī)劃的城市化進程發(fā)展趨勢一致。

  廣西區(qū)是多格局發(fā)展的區(qū)域,雖然目前廣西的發(fā)展能力處于全國各個省份的中下水平,但根據(jù)以上結(jié)果,可以推斷未來廣西的發(fā)展指日而待,目前廣西發(fā)展格局非常穩(wěn)定,其核心發(fā)展實力處于一個上升期。2019年,南寧的GDP為4506億元,柳州的GDP為3128億元,桂林的GDP為2105億元,依次位列廣西經(jīng)濟前三。

  參考文獻:

  [1]付仲良,陳靜.多時相Landsat數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)測城市土地利用變化——以上海市為例[J].地理信息世界,2016,23(6):26-30.

  [2]劉文鍇,楊磊庫,梁洪有,等.Landsat衛(wèi)星遙感影像在焦作市建成區(qū)擴展變化監(jiān)測中的應(yīng)用[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,28(4):445-448.

  [3]王卷樂,李銳,徐永芬,等.面向數(shù)據(jù)共享的城鎮(zhèn)化信息快速提取技術(shù)方法與應(yīng)用——以江蘇鹽城為例[J].地球信息科學(xué)學(xué)報,2010,12(3):399-405.

  [4]王海軍,孔祥冬,武克軍,等.利用夜光遙感影像進行城市化監(jiān)測[J].計算機工程與應(yīng)用,2018,54(12):235-239.

  [5]程熙,吳煒,夏列鋼,等.集成夜間燈光數(shù)據(jù)與LandsatTM影像的不透水面自動提取方法研究[J].地球信息科學(xué)學(xué)報,2017,19(10):1364-1374.

  作者:藍斐蕪,付波霖,何宏昌,劉曼,高二濤,范冬林