基于DMSP/OLS 數據的成渝地區時空演化探究

駱鵬

（成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059）

1 概述

城市是社會發展的產物，自改革開放以來，中國城市化進程明顯加快，以及經濟全球化促成了具有產業聚集和規模經濟的城市群的出現[1]。然而城市群的發展也伴隨著如城市擴張失控失衡等可持續發展問題[2]。對成渝地區的研究有利于建立城市內部聯系，優化產業布局，提升城市群整體競爭力，從而為區域可持續發展提供理論依據。

1978 年，Croft 首次利用夜光數據提取了城市建成區[3]。1997 年，Imhoff 等利用DMSP/OLS 數據，通過最佳閾值法提取了美國城市建成區[4]。隨著夜光遙感數據在城市格局時空演化方面研究的不斷深入，不少學者開展了城市群長時間序列時空演化研究。劉春霞等[5]基于DMSP/OLS 數據研究了成渝經濟區近20 年的城市擴展。黃璐等[6]基于夜光遙感數據進行了南京市建成區擴展研究。美國國防氣象衛星（Defense Meteorological Satellite Program, DMSP）搭載的業務型線掃描傳感器（Operational Linescan System, OLS） 生產的DMSP/OLS 夜光遙感數據的易獲取性等優勢使之成為當前應用廣泛的夜光遙感數據之一。

前人對于成渝地區已有較多的研究，但多聚焦于人口和經濟等單一因素，本文基于夜間燈光亮度表征城市綜合實力，夜光遙感數據和建成區統計數據提取城市建成區，結合產業布局，探究產業布局對城市夜光的影響。

2 研究區概況與數據來源

2.1 研究區概況

研究區地理范圍為101.94°～110.19°E，27.66°～30.04°N,包括重慶、成都、自貢、瀘州、德陽、綿陽、遂寧、內江、樂山、南充、眉山、宜賓、廣安、達州、雅安和資陽。地理位置如圖1。

圖1 研究區地貌圖

2.2 數據來源

2001-2012 年建成區統計數據來源于《中國城市年鑒》（https://www.cnki.net）；DMSP/OLS 數據來源于國家環境信息中心(https://ngdc.noaa.gov);城市行政區劃矢量數據、地貌數據來源于中國科學院（http://www.resdc.cn）；產業布局數據來源于《成渝城市群發展規劃》。

2.3 數據預處理

將影像投影變換為Krassovsky_1940_Albers，對影像進行重采樣，使影像分辨率為1km。借鑒前人冪函數回歸方程[7]對區域數據進行相互校正和飽和校正。參考曹子陽等[7]和盧秀等[8]的研究，影像的連續性校正分為年內融合和年際間校正。

3 研究方法

采用統計數據比較法[9]提取四個時期的成渝地區建成區時空分布，根據城市引力模型[10]測算成渝地區各城市間關聯強度。計算公式如下：

式中，Fij為城市i、j 之間的關聯強度；k 為常數取1；mi、mj分別為城市i、j 的建成區夜光亮度總和；r 為城市i、j 之間的時間距離。

4 結果分析

4.1 建成區提取結果

提取2001 年、2004 年、2008 年和2012 年城市建成區的空間分布，如圖2。2001-2004（Ⅰ）、2004-2008（Ⅱ）、2008-2012（Ⅲ）年成渝地區建成區面積分別增長了44.4%、26.2%、42.4%，重慶、成都和瀘州是成渝地區城市擴張面積最為明顯的三座城市，相較于2001 年，擴張面積分別為768.44km2、287.35km2、73.92km2。從空間格局來看，重慶Ⅰ時期主城區不斷向邊緣擴張，Ⅱ時期各地有較多分散的小型建成區斑塊的出現，Ⅲ時期小型建成區斑塊和主城區不斷向邊緣擴張，呈現出邊緣- 跳躍- 邊緣的擴張格局；成都Ⅰ時期、Ⅱ時期程度模式遵循著其以環路擴張的單核心擴張模式，不斷向外擴張，Ⅲ時期成都在不斷向邊緣擴張的同時逐漸出現多個小的衛星城，呈現出邊緣-邊緣- 跳躍的擴張格局。

圖2 2001～2012 年城市建成區空間格局變化

4.2 城市關聯強度

圖3 是成渝地區空間關聯強度圖。成都關聯強度總值遠高于群內各市，總值在290 以上，如圖4 所示。重慶受到地形的制約，以及相距成渝地區內各市相對較遠，但其自身發展好且對周邊城市的發展推動依然起著重要的作用，關聯強度總值在110 以上。達州、宜賓、樂山和雅安，由于地理位置相對偏離城市群中心，且城市規模和經濟水平相對較低，強度排名比較靠后。不同時間段內，城市關聯強度總值也存在差異，在2001-2004 年，重慶關聯強度總值低于德陽，存在兩方面的原因：一是外部因素，地形地貌地理位置的制約，二是內部因素，重慶總的經濟質量在這一時期占比不大。2004 年之后，重慶發展迅猛，經濟體量大幅上升，其總引力質量提升。與成都相距較近的眉山、德陽和綿陽在城市群的關聯強度總值排名中都比較靠前。成都、重慶作為成渝地區的“雙城記”核心，發揮著重要的區域帶動作用以及強大的輻射能力，各自朝著都市圈的國際大趨勢發展。南充、遂寧是成渝地區北部重要的戰略節點城市，在南遂廣城鎮密集區中影響著區域的發展。自貢、內江的關聯強度總值也相對較大，在成渝地區南部川南城鎮密集區中與瀘州、宜賓聯動協調發展，是向南開放，輻射滇黔的重要門戶。

圖3 2001～2012 年成渝地區空間關聯強度變化

圖4 空間關聯強度與產業布局數量

4.3 產業布局

對四期城市關聯強度取均值結合產業布局數量得到圖4。關聯強度大小前五分別是成都、重慶、德陽、綿陽、南充；產業布局數量排在前列的有重慶、成都、綿陽、樂山、宜賓、瀘州、德陽、南充等。異常值對Pearson 相關性分析影響很大，將空間關聯強度和產業布局數據導入SPSS 中，利用箱型圖檢驗異常值，去除異常數據1。只有數據滿足線性相關關系時，才能使用Pearson 相關性分析，將剩余兩組數據做線性相關性分析，得到R2 為0.744，如圖5 所示，可以看出，兩組數據基本符合線性相關關系。在SPSS 中對數據做Pearson 相關性分析，得到相關性系數為0.885，雙尾檢驗系數小于0.05，由此可以得出，城市關聯強度與產業布局數量具有顯著相關性，由于采用夜光總和表征城市綜合實力，也可認為城市的發展與產業布局存在一定相關性，即產業布局數量多時，城市發展也相對較好。

圖5 空間關聯強度與產業布局線性相關性分析

5 討論

蔣奕廷等[11]基于經濟質量利用引力模型計算了成渝地區各城市間的經濟引力，得出各城市與成都、重慶兩市的經濟引力存在著差距，即成都與德陽、眉山、綿陽、樂山等城市相互作用較強，形成了以成都為核心的成德綿樂城市帶，這與本文引力模型計算結果基本一致。由引力模型可以看出，由于重慶較其他城市的空間距離較遠，使得重慶對城市群發展的輻射能力弱于成都，但隨著交通不斷發展，時間距離不斷縮小，會使得城市間相互聯系不斷緊密，所以應當加強城市群內基礎交通設施的建設。成渝地區與京津冀、長三角、珠三角三大城市群的發展存在較大差異，主要受到地形的影響。三大城市群均位于平原地區，而成都和重慶之間存在廣袤的丘陵地區，為了加速城市群集中連片發展，需加速交通基礎設施建設。

6 結論

對成渝地區時空變化分析的結論如下：

（1）成渝地區城市擴張總體呈現逐年遞增的發展態勢，成都、重慶、瀘州在最為明顯。（2）成渝地區時空發展不平衡，并未集中連片發展，重慶發展速度高于城市群其他城市，但對周邊城市的發展輻射能力不如成都。應當加強城市群各城市之間的聯系，尤其是成都東部地區和重慶西部地區的城市聯系，使城市群雙核心城市之間實現集中連片發展，成為經濟充滿活力、生態環境優美、生活品質優良的國家級城市群。（3）布局產業數量城市的發展有促進作用，即產業布局數量多的城市總體發展較好。