基于DMSP/OLS灯光数据的新疆天山北坡经济带城市化研究

论文摘要

城市化研究是当今城市发展研究中的热点之一,受到社会各界的广泛关注。及时快速地获取城市化相关信息,为相关政府部门提供科学决策的基础信息,无论对于城市的发展、城市化问题的研究,还是人与自然生态系统的相互作用研究都具有重要意义。本文选用DMSP/OLS非辐射定标夜间灯光强度数据以及社会经济统计数据等,综合运用遥感图像分析方法和GIS空间信息分析方法,把新疆天山北坡经济带作为研究区域,以1992-2003年为研究时段,分别以每个城市为研究对象逐一设定阈值进行城市化信息提取、城市化过程及驱动机制研究。利用DMSP/OLS夜间平均灯光强度图像,构建了一反映区域城市化综合水平的指标—灯光指数CNLI（compounded night light index）,来评价天山北坡经济带各县市城市化水平并分析其时空变化特征。对CNLI与基于统计数据的城市化水平指数做了相关性分析,结果表明CNLI与基于统计数据的城市化水平复合指数显著相关。CNLI克服了传统方法中存在的主观性、不确定性、滞后性、成本高和周期长等不足,为在较大范围上快速监测区域城市化水平提供了一个比较简单、客观、可靠和操作性强的新指标。基于DMSP/OLS灯光数据提取空间信息并估算区域城市化综合水平,结果表明:（1）在1992-2003年间,天山北坡经济带城市面积持续增加,由295Km2增加到329 Km2。斑块数量先减少后增加,但基本保持不变,城市破碎度先减小后稍有增大,但总体趋势减少。说明天山北坡经济带城市离散化程度降低。（2）在天山北坡经济带11个县市中石河子市的城市化综合水平最高;其次为奎屯市、乌鲁木齐市、米泉市、克拉玛依市;城市化综合水平相对较低的县市有乌苏市、沙湾县。（3）1992-2003年天山北坡经济带各县市城市化加速度均为正,说明2003年较1992年,各县市城市化综合水平都处于加速增长阶段,其中发展最快的为石河子市,相对较快的有奎屯市、乌鲁木齐市、克拉玛依市,相对缓慢的有阜康市、乌苏市。（4）1992-1998年,城市扩展面积仅为7Km2,而城市化速率及加速度却相对较大,说明这六年间天山北坡经济带城市化发展主要为纵向发展,即在水平扩张的同时,垂直方向上的发展更为显著;1998-2003年,城市扩展面积为27Km2,城市化速率及加速度也很大,说明这五年间天山北坡经济带城市化发展主要表现为横向发展,即水平方向上的扩张,垂直方向上的发展不显著。DMSP/OLS夜间灯光数据在大区域尺度城市化信息提取方面具有很大的优势和潜力,是目前反映并监测人类活动或城市化强度最好的数据源之一,有必要继续深入开发相关数据,并进一步开展其应用研究,以提高该数据产品的应用水平和实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景和研究目标
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 基本目标
• 1.2 国内外相关研究进展
• 1.2.1 城市化静态特征信息提取的研究进展
• 1.2.2 城市化动态变化信息提取研究进展
• 1.2.3 基于DMSP/OLS 数据的城市化研究进展
• 1.3 论文的研究内容和基本框架
• 2 DMSP/OLS 数据简介及特点
• 2.1 DMSP/OLS 卫星数据简介
• 2.2 OLS 弱光成像放大控制
• 2.3 三种类型的数据产品
• 2.3.1 稳定灯光图像（灯光频率图像）产品
• 2.3.2 辐射定标夜间平均灯光强度图像产品
• 2.3.3 非辐射定标夜间平均灯光强度图像产品
• 3 研究区概况及城市化理论、发展概述
• 3.1 天山北坡经济带区域概况
• 3.1.1 研究区域范围界定
• 3.1.2 自然条件概述
• 3.1.3 社会经济条件概述
• 3.2 城市化理论概述
• 3.2.1 城市化的内涵
• 3.2.2 城市化进程的规律性
• 3.3 城市土地概念及利用特征
• 3.3.1 城市土地概念
• 3.3.2 城市土地利用特征
• 3.4 研究区城市化发展概述
• 3.4.1 研究区城市化进程表现
• 3.4.2 研究区城市化发展的特点
• 4 基于夜间灯光强度数据的城镇建成区提取
• 4.1 引言
• 4.2 数据
• 4.3 方法
• 4.4 结果分析
• 4.5 结论和讨论
• 5 天山北坡经济带城市化空间过程研究
• 5.1 引言
• 5.2 城市空间格局特征分析
• 5.3 城市化过程分析
• 5.4 城市化过程驱动机制分析
• 5.5 结论和讨论
• 6 基于夜间灯光强度数据的区域城市化综合水平估算
• 6.1 研究框架
• 6.2 灯光指数CNLI 的定义与计算
• 6.3 灯光指数反映区域城市化综合水平能力的评估
• 6.3.1 基于行政统计数据的城市化水平复合指标的定义与计算
• 6.3.2 灯光指数与城市化水平复合指标的相关分析
• 6.3.3 基于灯光指数的区域城市化水平估算模型及其精度检验
• 6.4 结论与讨论
• 7 城市化时空变化和空间格局特征分析
• 7.1 城市化综合水平时空变化特征
• 7.1.1 城市化综合水平时间变化特征
• 7.1.2 城市化综合水平空间变化特征
• 7.2 城市化速度加速度空间格局特征
• 7.2.1 城市化平均速率空间格局特征
• 7.2.2 城市化加速度空间格局特征
• 7.3 结论与讨论
• 8 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.1.1 研究区城市化静态和动态信息
• 8.1.2 DMSP/OLS 灯光数据的优势与潜力
• 8.2 讨论与不足
• 8.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读硕士期间取得的主要学术成就
• 已发表的文章