基于DMSP/OLS 数据的成渝地区时空演化探究

骆鹏

（成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059）

1 概述

城市是社会发展的产物，自改革开放以来，中国城市化进程明显加快，以及经济全球化促成了具有产业聚集和规模经济的城市群的出现[1]。然而城市群的发展也伴随着如城市扩张失控失衡等可持续发展问题[2]。对成渝地区的研究有利于建立城市内部联系，优化产业布局，提升城市群整体竞争力，从而为区域可持续发展提供理论依据。

1978 年，Croft 首次利用夜光数据提取了城市建成区[3]。1997 年，Imhoff 等利用DMSP/OLS 数据，通过最佳阈值法提取了美国城市建成区[4]。随着夜光遥感数据在城市格局时空演化方面研究的不断深入，不少学者开展了城市群长时间序列时空演化研究。刘春霞等[5]基于DMSP/OLS 数据研究了成渝经济区近20 年的城市扩展。黄璐等[6]基于夜光遥感数据进行了南京市建成区扩展研究。美国国防气象卫星（Defense Meteorological Satellite Program, DMSP）搭载的业务型线扫描传感器（Operational Linescan System, OLS） 生产的DMSP/OLS 夜光遥感数据的易获取性等优势使之成为当前应用广泛的夜光遥感数据之一。

前人对于成渝地区已有较多的研究，但多聚焦于人口和经济等单一因素，本文基于夜间灯光亮度表征城市综合实力，夜光遥感数据和建成区统计数据提取城市建成区，结合产业布局，探究产业布局对城市夜光的影响。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

研究区地理范围为101.94°～110.19°E，27.66°～30.04°N,包括重庆、成都、自贡、泸州、德阳、绵阳、遂宁、内江、乐山、南充、眉山、宜宾、广安、达州、雅安和资阳。地理位置如图1。

图1 研究区地貌图

2.2 数据来源

2001-2012 年建成区统计数据来源于《中国城市年鉴》（https://www.cnki.net）；DMSP/OLS 数据来源于国家环境信息中心(https://ngdc.noaa.gov);城市行政区划矢量数据、地貌数据来源于中国科学院（http://www.resdc.cn）；产业布局数据来源于《成渝城市群发展规划》。

2.3 数据预处理

将影像投影变换为Krassovsky_1940_Albers，对影像进行重采样，使影像分辨率为1km。借鉴前人幂函数回归方程[7]对区域数据进行相互校正和饱和校正。参考曹子阳等[7]和卢秀等[8]的研究，影像的连续性校正分为年内融合和年际间校正。

3 研究方法

采用统计数据比较法[9]提取四个时期的成渝地区建成区时空分布，根据城市引力模型[10]测算成渝地区各城市间关联强度。计算公式如下：

式中，Fij为城市i、j 之间的关联强度；k 为常数取1；mi、mj分别为城市i、j 的建成区夜光亮度总和；r 为城市i、j 之间的时间距离。

4 结果分析

4.1 建成区提取结果

提取2001 年、2004 年、2008 年和2012 年城市建成区的空间分布，如图2。2001-2004（Ⅰ）、2004-2008（Ⅱ）、2008-2012（Ⅲ）年成渝地区建成区面积分别增长了44.4%、26.2%、42.4%，重庆、成都和泸州是成渝地区城市扩张面积最为明显的三座城市，相较于2001 年，扩张面积分别为768.44km2、287.35km2、73.92km2。从空间格局来看，重庆Ⅰ时期主城区不断向边缘扩张，Ⅱ时期各地有较多分散的小型建成区斑块的出现，Ⅲ时期小型建成区斑块和主城区不断向边缘扩张，呈现出边缘- 跳跃- 边缘的扩张格局；成都Ⅰ时期、Ⅱ时期程度模式遵循着其以环路扩张的单核心扩张模式，不断向外扩张，Ⅲ时期成都在不断向边缘扩张的同时逐渐出现多个小的卫星城，呈现出边缘-边缘- 跳跃的扩张格局。

图2 2001～2012 年城市建成区空间格局变化

4.2 城市关联强度

图3 是成渝地区空间关联强度图。成都关联强度总值远高于群内各市，总值在290 以上，如图4 所示。重庆受到地形的制约，以及相距成渝地区内各市相对较远，但其自身发展好且对周边城市的发展推动依然起着重要的作用，关联强度总值在110 以上。达州、宜宾、乐山和雅安，由于地理位置相对偏离城市群中心，且城市规模和经济水平相对较低，强度排名比较靠后。不同时间段内，城市关联强度总值也存在差异，在2001-2004 年，重庆关联强度总值低于德阳，存在两方面的原因：一是外部因素，地形地貌地理位置的制约，二是内部因素，重庆总的经济质量在这一时期占比不大。2004 年之后，重庆发展迅猛，经济体量大幅上升，其总引力质量提升。与成都相距较近的眉山、德阳和绵阳在城市群的关联强度总值排名中都比较靠前。成都、重庆作为成渝地区的“双城记”核心，发挥着重要的区域带动作用以及强大的辐射能力，各自朝着都市圈的国际大趋势发展。南充、遂宁是成渝地区北部重要的战略节点城市，在南遂广城镇密集区中影响着区域的发展。自贡、内江的关联强度总值也相对较大，在成渝地区南部川南城镇密集区中与泸州、宜宾联动协调发展，是向南开放，辐射滇黔的重要门户。

图3 2001～2012 年成渝地区空间关联强度变化

图4 空间关联强度与产业布局数量

4.3 产业布局

对四期城市关联强度取均值结合产业布局数量得到图4。关联强度大小前五分别是成都、重庆、德阳、绵阳、南充；产业布局数量排在前列的有重庆、成都、绵阳、乐山、宜宾、泸州、德阳、南充等。异常值对Pearson 相关性分析影响很大，将空间关联强度和产业布局数据导入SPSS 中，利用箱型图检验异常值，去除异常数据1。只有数据满足线性相关关系时，才能使用Pearson 相关性分析，将剩余两组数据做线性相关性分析，得到R2 为0.744，如图5 所示，可以看出，两组数据基本符合线性相关关系。在SPSS 中对数据做Pearson 相关性分析，得到相关性系数为0.885，双尾检验系数小于0.05，由此可以得出，城市关联强度与产业布局数量具有显著相关性，由于采用夜光总和表征城市综合实力，也可认为城市的发展与产业布局存在一定相关性，即产业布局数量多时，城市发展也相对较好。

图5 空间关联强度与产业布局线性相关性分析

5 讨论

蒋奕廷等[11]基于经济质量利用引力模型计算了成渝地区各城市间的经济引力，得出各城市与成都、重庆两市的经济引力存在着差距，即成都与德阳、眉山、绵阳、乐山等城市相互作用较强，形成了以成都为核心的成德绵乐城市带，这与本文引力模型计算结果基本一致。由引力模型可以看出，由于重庆较其他城市的空间距离较远，使得重庆对城市群发展的辐射能力弱于成都，但随着交通不断发展，时间距离不断缩小，会使得城市间相互联系不断紧密，所以应当加强城市群内基础交通设施的建设。成渝地区与京津冀、长三角、珠三角三大城市群的发展存在较大差异，主要受到地形的影响。三大城市群均位于平原地区，而成都和重庆之间存在广袤的丘陵地区，为了加速城市群集中连片发展，需加速交通基础设施建设。

6 结论

对成渝地区时空变化分析的结论如下：

（1）成渝地区城市扩张总体呈现逐年递增的发展态势，成都、重庆、泸州在最为明显。（2）成渝地区时空发展不平衡，并未集中连片发展，重庆发展速度高于城市群其他城市，但对周边城市的发展辐射能力不如成都。应当加强城市群各城市之间的联系，尤其是成都东部地区和重庆西部地区的城市联系，使城市群双核心城市之间实现集中连片发展，成为经济充满活力、生态环境优美、生活品质优良的国家级城市群。（3）布局产业数量城市的发展有促进作用，即产业布局数量多的城市总体发展较好。