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利用VANUI指数监测成渝地区的城市化进程与分析.docx
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利用VANUI指数监测成渝地区的城市化进程与分析.docx
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摘要
由于城市近年来的高速发展,使其大气下垫面的物理性质和地气相互作用发生了改变,进而影响了
该地区的气候及环境的变化,如何通过合理的时空尺度对我国城市化进程进行监测和认知,这成为
我国城市化发展的迫切需求。本文对成渝城市群 2001 至 2012 年的城市化发展过程进行监测,建
立了改进的夜间灯光指数(VANUI),并且将 VANUI 指数与传统夜间灯光指数进行对比,分析它
们对城市化区域的监测能力的差异及优势所在,为川渝地区未来城市化的发展规划服务。结果表明:
(1)VANUI 指数能够很好地反映城市区域的空间格局以及相关的细节信息,弥补夜间灯光指数在
城市区域饱和的缺陷;(2)根据 VANUI 结果显示,2001 年至 2012 年间成渝城市群城市区域面
积扩张了约三倍,其中城市区域面积扩张速度最快的为四川省资阳市;(3)从整个成渝地区来看,
在研究的近十年中,VANUI 以接近线性的发展趋势在增加;(4)从总的统计结果来看,2009 年
至 2011 年为成渝城市群 VANUI 增长最为显著的时期。
Abstract
Due to the rapid development of the city in recent years, the physical properties of
the underlying surface of the atmosphere and the interaction of the atmosphere
have changed, which has affected the climate and environmental changes in the
region.This paper monitors the urbanization development process of Chengdu and
Chongqing urban agglomeration from 2001 to 2012, and establishes an improved
nighttime light index (VANUI), and compares the VANUI index with the traditional
nighttime light index to analyze their ability to monitor urbanized areas. The results
show that: (1) VANUI index can reflect the spatial pattern of urban areas and
related details, and make up for the shortcomings of nighttime light index saturation
in urban areas; (2)According to VANUI results, the area of the urban area has
expanded by about three times, and the fastest expansion of the urban area is
Ziyang City, Sichuan Province; (3) From the perspective of the entire Chengdu-
Chongqing area, VANUI has developed in a nearly linear manner in the past decade
of research. (4) The trend is increasing from the overall statistical results, 2009 to
2011 is the most significant period for the growth of VANUI.
译
关键词
城市化; 夜间灯光; VANUI
Keywords
process of urbanization; night lighting; VANUI
译
城市化进程的一个关键指标是城市区域面积的变化,它决定了社会、文化、经济等发展水平,是衡
量一个地区乃至一个国家的重要标志。星载遥感影像因其能够快速、实时获取其城市区域变化,受
到众多学者们的喜爱
[1]
。其中,夜间灯光遥感影像作为城市区域扩展研究的数据之一,学者们开展
了大量的研究。黄鸿建等
[2]
基于灯光遥感数据对广东省 1992 年至 2012 年间进行监测,并引入人
口城市华率、空间城市化率与经济城市化率进行拟合,从而更好地分析广东省的城市进程。万意等
[3]
利用灯光数据对河南省 1992 年至 2012 年城市扩展现状及过程进行分析,结果表明河南省具有周
围城市向省会城市聚拢的趋势。夜间灯光数据在宏观上能够很好的对城市区域进行识别,但是由于
夜间灯光数据限制了辐射测量范围,在城市区域内存在一定的饱和现象,无法体现城市中心的细节
信息
[4]
。
近些年来,许多学者提出了对夜间灯光数据的改进方法,来完善城市中心细节信息的监测
[5]
。柴宝
慧等
[6]
基于 1992、2001、2006 年的 LandsatTM/ETM+数据和夜间灯光数据,以天津市为研究
区,构造了一种基于多元变差函数的多波段纹理特征,该特征能够对城市地区的地表覆盖面进行分
类,但是计算结果相对复杂。陈征
[7]
等以浙江省为研究区,收集了 1995 年、2005 年、2010 年 3
个时期的 LandsatTM 图像,基于夜间灯光数据和其他辅助数据,构造 Breiman 提出的分类回归
树算法模型,对城市区域进行分类,该算法虽然能够有效提高城市区域的分类精度,但还是无法体
现城市区域的细节信息。
经过学者们不断研究发现,植被的覆盖度与城市地表不透水层有着很强的相关性,并且两者呈现相
反的趋势。根据这个发现,HISI(Hu-manSettlementIndex)和 VANUI(Vegetation Adjusted
NTL Urban Index)指标 被相继 提出, 它们将 归一化 植被指 数 NDVI(Normalized Difference
Vegetation Index)与夜间灯光数据相结合,达到提高城市中心识别精度的效果。其中,HISI 可
以一定程度对城市区域的饱和度进行校正,但是校正程度不明显;VANUI 不仅可以降低 NTL 数据
在城市区域的影响,还可以增强对城市强度的监测,使得结果更为准确
[8]
。
成渝地区位于我国的西南部,是西部地区发展最为快速的区域,在“一带一路”的建设中处于关键的
作用。成渝城市群(见图 1)在 2001~2012 年期间的快速发展,其中城市面积的不断增加使得
城市化 进 程 发 展 迅 速 。 本 文通过借助 GEE 平台的 海 量 遥 感 影 像 数 据 和强大的后台处理 器 , 建 立
VANUI 城市监测指标,在 GEE 平台中进行 VANUI 指标的计算和获取,对成渝地区 10 多年的发
展过程进行监测,分析成渝地区城市发展的时空变化规律,并且为下一步成渝地区绿色可持续发展
提供规划。
图 1 1 研究范围与区域
Fig 1 Scope and area of study
下载: 原图 | 高精图 | 低精图
1 数据
1.1 图像处理平台——GEE 平台
GEE(Google Earth Engine)平台是依托于谷歌强大的影像资源储备库与后台处理的功能,通过
编程的方式对资源进行下载和编辑。该平台下载影像的好处是,可以避免下载之后的预处理影像的
过程,GEE 平台中下载的影像已经经过几何校正、辐射校正等功能,更加节省时间与效率。国内外
学者们基于 GEE 平台已经开展了许多相关的研究,如 Tang 等
[9]
利用 GEE 平台和 Landsat 遥感影
像完成内布拉斯加州(Nebraska)1985 年至 2015 年的湿地洪水泛滥制图,并发现洪水泛滥导
致内布拉斯加州大部分的水文条件发生了改变。越来越多的学者们选择 GEE 平台进行数据获取,
但目前国内应用 GEE 平台所进行的研究并不多见。
1.2 DMSP/OLS 数据
美 国 国 防 部 极 轨 卫 星 项 目 发 射 了 国 防 气 象 卫 星 Defense Meteorological Satellite Program
(DMSP),该卫星主要用于监测云图、强风、微光与海况等内容。DMSP 卫星有能够在夜间条件
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