多源数据支持的多尺度城市空间结构识别方法及应用
发布时间：2021-06-29 14:59
快速城市化使得中国城市规模与空间结构发生了深刻变革。基于多源数据开展多尺度城市空间结构特征识别及演化规律分析是地理信息科学领域的重要议题,开展相关研究有助于丰富空间分析内容,且对国土空间规划具有参考意义。本文以实体地域城市为基础,在地理信息系统、遥感技术的支持下,利用夜间灯光、腾讯迁徙、兴趣点、城市路网、微博签到等多源数据开展多尺度城市空间结构识别与特征分析:首先,使用归一化植被指数与Sigmoid模型对夜间灯光数据进行预处理,基于时空校正后的灯光数据,采用改进的面向对象分区阈值算法快速提取建成区,进而从实体地域视角识别城市空间范围;其次,基于人口流动网络,综合采用Infomap算法与K壳均值算法识别城市群空间范围;第三,在识别的实体地域城市基础上,利用位序-规模指数分析全国和城市群尺度城市空间结构特征与演化规律;第四,基于兴趣点、微博签到与城市路网数据,依托实体地域城市概念与方法,识别中国294个地级以上城市市辖区尺度与中心城尺度城市空间结构;第五,利用多中心指数系统分析中国市辖区、中心城空间结构发展状况与空间特征;最后在综合分析中国城市空间结构发展的基础上,对未来各尺度城市空间结构...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
多尺度城市空间结构关系示意图
中国地质大学（北京）博士学位论文学院地理科学与资源研究所自 90 年代初期以来，以 Landsat TM/ETM 卫星影像为主要数据源，并辅以其它卫星影像数据，采用土地资源信息全数字人机交互遥感快速提取方法，建立了覆盖中国陆地区域的土地利用/覆盖变化遥感监测数据集，通过实地考察建立全国范围的遥感影像判读标志，支持数据库的完善，使得解译结果具有 93%以上的准确率。在获取的 1980 年代末期（1990 年）中国土地利用数据库的基础上，每隔五年采用 LandsatTM/ETM、LandsatOLI 卫星遥感影像进行全国范围的数据更新，截止目前，已经建立了共计六期 1:10 万全国土地利用变化矢量数据库，并在此基础上转换形成中国土地利用变化 1km 分辨率栅格数据集(刘纪远等, 2003; Liu et al., 2010; 宁佳等, 2018)，数据（如图 2-1 所示）可以通过资源环境数据云平台网站进行申请下载（http://www.resdc.cn/）。
图 2-3 不同年份夜间灯光影像假彩色合成图以前文选定的三个地点为掩膜，裁剪参考影像以及待纠正影像。利用 ArcMap软件 Raster To Point 以及 Extract Multi Values To Points 功能将参考影像以及待纠正影像各像元灰度值统一到同一个数组中，数组中不同列代表不同卫星及年份影像的灰度值。利用各待校正影像与基准影像所对应的数组列向量进行回归分析，建立回归模型，即可获得各待校正影像对应的校正模型的相关参数。本文为得到最优的回归结果，将五种常用模型（线性模型、指数模型、对数模型、二次方程模型、幂函数模型）都纳入到回归方程中，根据其拟合 R2来选择最优的回归方程。如图 2-4 所示，指数函数与幂函数模型在拟合夜间灯光数据序列方面强于其它三种模型，其中又以指数函数模型拟合度更高，因此，本文使用指数函数建立夜间灯光数据的相对辐射校正模型，模型如下所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国城市行政地域与实体地域的空间差异及优化整合[J]. 戚伟,王开泳. 地理研究. 2019(02)
[2]2010-2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征[J]. 刘纪远,宁佳,匡文慧,徐新良,张树文,颜长珍,李仁东,吴世新,胡云锋,杜国明,迟文峰,潘涛,宁静. 地理学报. 2018(05)
[3]基于城市夜间灯光数据的中美两国城市位序规模分布对比[J]. 许伟攀,李郇,陈浩辉. 地理科学进展. 2018(03)
[4]中国城市群空间结构的演化与影响因素——基于人口分布的形态单中心——多中心视角[J]. 孙斌栋,华杰媛,李琬,张婷麟. 地理科学进展. 2017(10)
[5]1992–2015年中国三大城市群城市规模分布的异同——基于夜间灯光数据的比较研究（英文）[J]. 高宾,黄庆旭,何春阳,窦银银. Journal of Geographical Sciences. 2017(05)
[6]基于普查单位的北京市就业中心识别与功能定位[J]. 胡瑞山,王振波,仇方道. 人文地理. 2016(04)
[7]郊区化进程中的就业分散化及其空间结构演化——以北京都市区为例[J]. 孙铁山. 城市规划. 2015(10)
[8]中国大都市区多中心空间结构经济绩效测度[J]. 华杰媛,孙斌栋. 城市问题. 2015(09)
[9]多中心结构:我国特大城市的未来形态[J]. 孙斌栋,魏旭红. 人民论坛·学术前沿. 2015(17)
[10]中国城市规模体系及其空间格局Zipf-PLE模型的评价[J]. 王振波,方创琳,胡瑞山. 地球信息科学学报. 2015(06)
博士论文
[1]中国东部三大都市圈城市体系及演化机制研究[D]. 张蕾.复旦大学 2008
硕士论文
[1]武汉市就业分布的时空演变研究[D]. 张勤.华中师范大学 2014
[2]基于GIS支持的北京市就业空间结构研究[D]. 王玮.中国地质大学（北京） 2009
[3]中国城市规模等级体系的时间尺度效应研究[D]. 陈婕.同济大学 2008
本文编号：3256650
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
多尺度城市空间结构关系示意图
中国地质大学（北京）博士学位论文学院地理科学与资源研究所自 90 年代初期以来，以 Landsat TM/ETM 卫星影像为主要数据源，并辅以其它卫星影像数据，采用土地资源信息全数字人机交互遥感快速提取方法，建立了覆盖中国陆地区域的土地利用/覆盖变化遥感监测数据集，通过实地考察建立全国范围的遥感影像判读标志，支持数据库的完善，使得解译结果具有 93%以上的准确率。在获取的 1980 年代末期（1990 年）中国土地利用数据库的基础上，每隔五年采用 LandsatTM/ETM、LandsatOLI 卫星遥感影像进行全国范围的数据更新，截止目前，已经建立了共计六期 1:10 万全国土地利用变化矢量数据库，并在此基础上转换形成中国土地利用变化 1km 分辨率栅格数据集(刘纪远等, 2003; Liu et al., 2010; 宁佳等, 2018)，数据（如图 2-1 所示）可以通过资源环境数据云平台网站进行申请下载（http://www.resdc.cn/）。
图 2-3 不同年份夜间灯光影像假彩色合成图以前文选定的三个地点为掩膜，裁剪参考影像以及待纠正影像。利用 ArcMap软件 Raster To Point 以及 Extract Multi Values To Points 功能将参考影像以及待纠正影像各像元灰度值统一到同一个数组中，数组中不同列代表不同卫星及年份影像的灰度值。利用各待校正影像与基准影像所对应的数组列向量进行回归分析，建立回归模型，即可获得各待校正影像对应的校正模型的相关参数。本文为得到最优的回归结果，将五种常用模型（线性模型、指数模型、对数模型、二次方程模型、幂函数模型）都纳入到回归方程中，根据其拟合 R2来选择最优的回归方程。如图 2-4 所示，指数函数与幂函数模型在拟合夜间灯光数据序列方面强于其它三种模型，其中又以指数函数模型拟合度更高，因此，本文使用指数函数建立夜间灯光数据的相对辐射校正模型，模型如下所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国城市行政地域与实体地域的空间差异及优化整合[J]. 戚伟,王开泳. 地理研究. 2019(02)
[2]2010-2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征[J]. 刘纪远,宁佳,匡文慧,徐新良,张树文,颜长珍,李仁东,吴世新,胡云锋,杜国明,迟文峰,潘涛,宁静. 地理学报. 2018(05)
[3]基于城市夜间灯光数据的中美两国城市位序规模分布对比[J]. 许伟攀,李郇,陈浩辉. 地理科学进展. 2018(03)
[4]中国城市群空间结构的演化与影响因素——基于人口分布的形态单中心——多中心视角[J]. 孙斌栋,华杰媛,李琬,张婷麟. 地理科学进展. 2017(10)
[5]1992–2015年中国三大城市群城市规模分布的异同——基于夜间灯光数据的比较研究（英文）[J]. 高宾,黄庆旭,何春阳,窦银银. Journal of Geographical Sciences. 2017(05)
[6]基于普查单位的北京市就业中心识别与功能定位[J]. 胡瑞山,王振波,仇方道. 人文地理. 2016(04)
[7]郊区化进程中的就业分散化及其空间结构演化——以北京都市区为例[J]. 孙铁山. 城市规划. 2015(10)
[8]中国大都市区多中心空间结构经济绩效测度[J]. 华杰媛,孙斌栋. 城市问题. 2015(09)
[9]多中心结构:我国特大城市的未来形态[J]. 孙斌栋,魏旭红. 人民论坛·学术前沿. 2015(17)
[10]中国城市规模体系及其空间格局Zipf-PLE模型的评价[J]. 王振波,方创琳,胡瑞山. 地球信息科学学报. 2015(06)
博士论文
[1]中国东部三大都市圈城市体系及演化机制研究[D]. 张蕾.复旦大学 2008
硕士论文
[1]武汉市就业分布的时空演变研究[D]. 张勤.华中师范大学 2014
[2]基于GIS支持的北京市就业空间结构研究[D]. 王玮.中国地质大学（北京） 2009
[3]中国城市规模等级体系的时间尺度效应研究[D]. 陈婕.同济大学 2008
本文编号：3256650
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