基于多源夜间灯光遥感数据的多尺度城市空间结构时空演化研究

Due to the polycentric urban development strategy, analysis on the multi-scale dynamic trend of the polycentric urban structure is essential for further development of Chinese cities in a healthy and well-organized way. The census data was widely used in the traditional research of urban structure detection at a specific scale. However, the limitation of census data's acquisition unit, statistical caliber, and collection time makes it tough for traditional research to analyze the multi-scale evolution of urban structure for a long time. In this proposal, an inter-calibration model based on multi-source nighttime light remote sensing data is designed to obtain a new dataset of long-term time series nighttime light under a fixed reference for subsequent urban structure analysis and relevant urban research. At the meantime, a new multi-scale urban structure detection model is proposed to detect urban center's spatial and social attributes, reveal the hierarchy of urban structure, and analyze the evolution of urban structure and corresponding polycentric level. This study is capable of providing valuable theory and new data source for the future urban development plan design. And it is of vital importance for the execution of national new urbanization plan and optimization of urban structure.

立足于我国多中心化城市发展规划，在不同空间尺度下分析多中心城市空间结构现状及其演化趋势，这对我国城市的有序健康发展是非常重要的。由于传统城市空间结构识别分析研究所使用的统计调查数据受到统计单元、统计口径、统计时相等限制，往往只能选取部分城市进行单一尺度单一时序的研究，难以实现长时序的多尺度演化分析。本项目通过相互校正多源夜间灯光遥感数据，获取更长时序的夜间灯光数据，为城市空间结构演化分析提供数据基础，也为后续城市问题研究提供新的数据来源；建立一种基于夜间灯光数据的多尺度城市空间结构识别分析方法，以识别不同尺度下城市中心的空间属性和非空间属性，并揭示不同城市中心间的层级关系，从而实现更丰富的多尺度城市多中心结构时空演化分析。本项目将为未来城市空间布局以及城市发展规划制定提供科学的理论依据和数据支撑，对我国国家新型城镇化建设和城市空间结构布局优化具有重大研究意义。

城市作为人类生产生活的重要场所，时刻关注城市发展状态成为了我国新型城镇化建设和可持续发展的重要前提。夜间灯光遥感数据作为评估城镇化发展水平的重要数据来源，在城市空间结构研究领域具有十分重要的作用，因此如何获取更长时间序列且质量更优的夜间灯光遥感数据是充分了解城市空间结构亟待解决的问题之一。因此，本项目首先提出了一种可跨传感器校正夜间灯光遥感数据的方案，并由此生产了首套全球长时序夜间灯光遥感数据集，且具有更优的数据质量，有效解决了传统夜间灯光遥感数据不可比的问题。此外，针对不同空间尺度构建了相应的城市空间结构识别模型，其中包括全球城市建成区的提取、城市群空间范围的识别以及城市内部要素（路灯等结构）的探测，为多尺度的城市空间结构研究提出一套行之有效的研究范式。通过构建一系列评估城市空间结构的指标，例如兼顾发展体量和发展速度的城市发展动能、衡量城市多中心间的交互作用网络等，实现了对城市发展水平的科学刻画与分析。基于以上研究成果，本项目完成了所有原定预期研究目标：1）构建了2000-2020年类NPP-VIIRS夜间灯光数据集，并在Harvard Dataverse等多个数据平台上公开发布共享，数据下载次数超4万次；2）在城市群尺度、城市内部尺度提出了一系列城市空间结构识别以及发展水平评价指标；3）在国内外核心期刊发表（含录用）19篇论文，其中SCI/SSCI论文17篇。