夜光遥感技术支持下的环鄱阳湖城市群发展轨迹分析

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夜光遥感技术支持下的环鄱阳湖城市群发展轨迹分析
胡干新，谢民民，夏益强
（江西理工大学土木与测绘工程学院，江西赣州341000）
摘要：利用NPP/VIIRS 夜光遥感影像，结合统计数据提取城市建成区范围的基础上，通过城市重心点和城市标准差椭圆
的变化轨迹及方向，分析了环鄱阳湖城市群发展轨迹与空间分布方向变化。

结果表明：通过比对重心迁移轨迹和标准差椭圆的分布方向可知，城市分布方向与重心迁移的方向具有较高的方向一致性；城市群内大部分城市的分布方向为西南-东北方向，且城市分布方向与行政区划的分布情况以及地理位置具有一定的关联；南昌市作为环鄱阳湖城市群的核心城市，是城市群的最大增长极，也是带动环鄱阳湖城市群周边均衡发展的关键所在。

关键词：夜光遥感；城市扩张；环鄱阳湖城市群；发展轨迹中图分类号：P237文献标识码：B 文章编号：2096-9759（2023）07-0023-03
Development trajectory analysis of Poyang Lake Urban Agglomeration supported
by night light remote sensing technology
HU Ganxin,XIE Minmin,XIA Yiqiang
（School of Civil and Surveying &Mapping Engineering,Jiangxi University of Science and T echnology ,Jiangxi Ganzhou,341000,China ）Abstract:Based on NPP/VIIRS night light data and statistical data extraction of urban built-up areas,the development trajectory and spatial distribution direction of Poyang Lake urban agglomeration were analyzed through the change trajectory and direction of urban center of gravity and urban standard deviation ellipse.The results show that,by comparing the distribution direction of the center of gravity migration trajectory and the standard deviation ellipse,the city distribution direction and the center of gravity mi-gration direction have high directional consistency.The distribution direction of most cities in urban agglomerations is southwest to northeast,and the distribution direction of cities has a certain correlation with the distribution of administrative divisions and ge-ographical location.As the core city of the Poyang Lake urban agglomeration,Nanchang City is the largest growth pole of the urban agglomeration and the key to promote the balanced development of the surrounding areas of the Poyang Lake urban agglomeration.Key Words ：Luminous remote sensing;Urban sprawl;Poyang Lake urban agglomeration;Development trajectory
0引言
随着城市现代化和经济社会的快速发展，中国的城镇化进程已经顺利渡过了初期和中期的快速成长阶段[1]。

以单个或多个城市为中心，协同周边城市发展的城市群模式已成为了世界发展的主流[2]，其空间发展模式以及发展经济总量可以极大地提升国家的经济贸易地位，俨然成为彰显国家综合实力的重要标志[3-4]。

城市群的协同发展机制以及演化规律日益成为国内外广大科研工作者重点关注的研究热点之一[5-8]。

夜光遥感的出现对于研究人类社会活动强度提供了新思路和新方法。

陈行等[9]利用夜光数据研究成都市城市化与生态环境之间的发展关联，研究发现生态环境发展较城镇化进程慢。

李德仁等[10]通过研究“一带一路”沿线城市的发现，大力发展经济的国家灯光增长明显。

随着研究的不断深入以及研究应用范围的扩大，城市空间结构的发展及城市扩张也是夜光遥感应用的重要领域之一[11]。

根据江西省2016年8月出台的《环鄱阳湖生态城市群规划（2015-2030）》（以下简称本规划）可知，环鄱阳湖城市群是江西落实“一带一路”战略、长江经济带战略的重要载体，是快速建立开放发展新格局的关键所在，积极推进环鄱阳湖城市群融入长江中游城市群，推动以南昌市为中心的南昌大都市区和流域上下地区之间的协同发展。

利用夜光遥感数据对环鄱阳湖城市群发展轨迹进行研究可以丰富环鄱阳湖城市群发展现状，为未来政府部门科学地规划和部署环鄱阳湖城市群提供理论基础。

1研究区概况
1.1研究区概况
环鄱阳湖生态城市群地处于江西省北部，长江中游城市群的东南部，地理位置介于东经113°21′~118°29′，北纬28°~30°04′之间，覆盖范围与长江中游城市群在江西省范围内的区域保持一致，涉及南昌市、九江市和宜春市等在内的10个地级市，总面积约为9.23万平方公里，约占江西省总面积的55.30%。

环鄱阳湖城市群是江西省政府贯彻国家“一带一路”战略、长江经济带战略，推进昌九一体化发展的重点发展区域。

研究区北部临近长江，整体呈现三面环山，向北开口的基本地势轮廓。

2数据源及处理
本文研究数据为2013年、2016年、2018年和2020年的NPP/VIIRS 夜光数据，空间分辨率约为500m ，来源于美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Adm inistration ，NOAA ）网站。

从NOAA 网站下载的原始NPP/VIIRS 夜光遥感影像月度数据，在使用之前需要进行一系列的数据预处理步骤，主要步骤是合成年度数据、去除极大值和负值、掩膜提取、坐标投影变换、连续性校正等。

3研究方法
3.1城市扩张强度
城市扩张强度指数[12]是表示研究区域在各研究时期的城市扩张面积与区域土地总面积的比值，是对城市整体的扩张
收稿日期：2023-03-28作者简介：胡干新（1996-），男，江西南昌人，测绘工程专业硕士研究生，研究方向：夜光遥感应用、遥感影像处理与分析。

2023年第07期（总第247期
）
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强度的量化。

为了体现不同研究时期内城市扩张的强弱或快慢，使其能够在多时段具有一定的可比较性，可用年平均扩张强度指数来表达。

年平均扩张强度指数具体计算公式如下所示
：
（1）
式中，U i 为第i 个城市的年平均扩张强度指数，S t+n 和S t 分别为某一研究时期的末期和初期的城市建成区面积，TLA i 为第i 个城市的土地总面积，本文为城市市区面积（包括县级市市区面积在内），n 表示为以年为基本单元的时间间隔。

3.2标准差椭圆
城市空间分布方向是表示城市空间规模分布方向，可用于表示城市分布的方位特征。

标准差椭圆是一种空间统计方法，其能够表现地理空间要素分布特点。

结合城市建成区范围内的夜光亮度值分布情况，利用建成区亮度值构建的标准差椭圆分布方向来表示城市的分布方向。

构建标准差椭圆所需要用到的指标有椭圆重心、方位角、椭圆长轴和椭圆短轴，其相关参数计算公式如下所示
：
（2
）
（3
）
（4）
式中，X 0和Y 0分别为椭圆重心的横坐标和纵坐标；DN i 为区域范围内每个像元的DN 值；X i 和Y i 分别为第i 个像元的中心点坐标横坐标和纵坐标；x 椭圆横轴标准差，y 为椭圆纵轴标准差；为方位角。

3.3城市重心转移
城市重心点代表城市社会经济中心的位置，而随着城市的发展，城市重心点的位置也会随之发生改变，重心点位置的变化轨迹即可认为是城市的变化轨迹。

利用上文所计算的环鄱阳湖城市群中各城市的城市重心点坐标，分别计算各时期城市重心点移动的距离以及迁移方位角度，以此来表达城市的迁移特征。

城市重心点迁移距离D 0计算公式如下所示
：
（5）
上述公式中D 0表示城市重心点迁移距离，X 1、Y 1表示城市初期重心点坐标，X 2、Y 2表示城市末期重心点坐标。

4结果与分析
4.1基于NPP/VIIRS 数据的城市扩张分析
从环鄱阳湖城市群整体扩张情况来看，在2014-2018年期间城市扩张强度最大，且2013-2020年期间扩张强度呈现先增大后减小的发展趋势。

在2013-2014年期间，南昌市的城市扩张强度为快速扩张，宜春市和新余市为中速扩张，萍乡市和鹰潭市为慢速扩张；2014-2016年期间城市扩张强度为快速的城市仍然
是南昌市，而九江市、上饶市和景德镇市的城市扩张强度已经超
过了宜春市，属于中速扩张强度；从2016-2018年城市群的年均城市扩张强度来看，九江市城市年均扩张强度最大；在2018-2020年期间，九江市和宜春市的城市扩张强度有所降低，期间南昌市的城市扩张强度最大，上饶市、景德镇市和鹰潭市等次之。

表1
环鄱阳湖城市群各时间段建成区扩张速度及扩张强度
城市
范围时期2013-2014年2014-2016年2016-2018年2018-2020年南昌市年均扩张强度0.32%0.84%0.39%0.48%九江市年均扩张强度0.07%0.32%0.61%0.02%上饶市年均扩张强度0.03%0.19%0.11%0.18%宜春市年均扩张强度0.15%0.08%0.07%0.05%抚州市年均扩张强度0.06%0.09%0.50%0.12%新余市年均扩张强度0.11%0.11%0.03%0.08%景德镇市年均扩张强度0.04%0.25%0.00%0.23%鹰潭市年均扩张强度0.00%0.10%0.15%0.21%萍乡市
年均扩张强度0.00%0.00%0.00%0.23%环鄱阳湖城市群
年均扩张强度
0.06%
0.21%
0.21%
0.15%
4.2环鄱阳湖城市群重心发展轨迹分析
从标准椭圆和重心的角度来看，如图1可知环鄱阳湖城市群的整体分布方位为西南-东北方向，重心点集中于城市群的中心位置，并且由重心轨迹可以明显看出，城市群的重心轨迹是往东北方向进行转移。

城市群内南昌市和上饶市城市空间分布情况为西北-东南方向，九江市、宜春市、鹰潭市、新余和抚州（部分）城市布局均呈现的是西南-东北方向，萍乡市城市分布倾向于东-西方向，景德镇由于其行政区划方位的独特性使得其城市分布方向与行政区划的形状相一致，具有南-北分布的特征。

本文以南昌市、九江市和上饶市为例，对环鄱阳湖城市群内部城市发展轨迹进行分析。

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2014年的重心点位置可知，城市重心先是往西南方向进行变化，。

而后又向东南方向转移，迁移距离值逐渐趋于稳定
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