1、城市扩张研究意义
城市的迅速扩张，使得城市空间不管是结构，还是特征都发生了一些变化。城市扩张研究可以更加全面、准确地把握城市的发展情况和城市空间的结构变化，进而为城市规划和管理创造有利条件，从而使城市规划、管理更加合理科学。城市扩张研究可以为城市空间布局提供指导，借助城市的科学规划和管理，促进城市的良好发展，指导城市的空间布局和经济发展。城市扩张研究可以针对城市空间的不同特征和城市居民的需求，提高城市居民的生活质量，促进城市社会进步。城市扩张研究对于城市规划和管理具有重要意义，能够推动城市的可持续发展和城市居民的生活品质提高。
2、夜间灯光数据概述
自电力革命序幕的拉开，人类改变了“日出而作，日落而息”的生活习惯。电力革命推动着夜间照明设备的普及。人造光源在满足人类夜间生产、生活照明需求的同时，也改变了夜间地球表面亮度分布。1970年美国启动了国防气象卫星计划(Defense Meteorological Satellite Program, DMSP)，主要目标是探索人类活动对地球表面亮度分布状况的影响，该计划在卫星搭载的加持下，通过应用线性扫描业务系统，来捕获到夜间地表微弱的灯光辐射，生成了一系列的满足应用的夜间灯光影像。正是得益于夜间灯光遥感影像在大尺度、长时间序列对地观测的能力，其开放性的数据成果能够有效支撑地表人类活动及城市化进程研究。DMSP/OLS夜间灯光数据的产生并投入应用研究，从而促进了夜间灯光遥感的进一步发展，传感器空间分辨率为3000 m，生产的夜光遥感数据空间分辨率约为1000 m，同时DMPS夜光遥感数据从1992年至2013年数据比较完整，是当前时间序列最长的夜光遥感数据。近年来随着灯光遥感数据产品的不断丰富，特别是新一代夜间灯光数据 NPP/VIIRS的出现有效地弥补了DMSP/OLS夜间灯光数据在空间分辨率、时间分辨率和辐射分辨率等方面的短板，不仅为夜间灯光数据提供了新的研究方向，还进一步拓宽了应用领域。该卫星搭载的可见光/红外辐射成像仪能够获取新的夜间灯光遥感影像，生产的夜间灯光遥感数据的空间分辨率约为500 m。2018年我国发射了搭载高灵敏度夜光相机的珞珈一号卫星，其空间分辨率达 130 m，是国际首颗专业夜间灯光遥感卫星，而该遥感卫星最为突出的特点和优势就是能够实现全球范围的高精度采集，而且所获得的夜间灯光遥感影像数据还拥有着非常高的分辨率。但是由于发射的时间相对较晚，所以还存在一定的局限性。而NPP-VIIRS 数据具有较高的辐射探测范围，所以与DMSP-OLS数据相比，其并不存在灯光饱和的问题，再加上时间序列也比较长，数据的质量也非常好，更适用于区域城市扩展空间格局演变规律的研究。
3、夜间灯光数据助力城市扩张研究
3.1 夜间灯光数据在城市扩张研究中的作用
夜间灯光数据是通过遥感技术获取的，可以反映城市空间的发展和变化。因此，在城市扩张研究中，夜间灯光数据具有重要的应用价值。夜间灯光数据可以反映城市夜间经济活动的状况，包括商业、文化、娱乐等方面的活动。夜间灯光数据也可以反映城市人口分布和社会经济状况，例如繁华商业区、居民聚集区等，这些数据可以为城市规划和社会经济发展提供参考信息。夜间灯光数据还可以与其他数据进行结合应用，以在此基础上进一步分析和研究城市的空间结构，而这些数据就包括：地形、人口、气候等。这些数据可以为城市规划和管理提供科学依据。通过对夜间灯光数据的变化趋势分析，可以监测城市的扩张和人口的迁移情况，可以为城市规划和管理提供参考信息。总的来说，夜间灯光数据可以反映出城市的分布、规模和形态，所以在城市扩张中有着非常高的研究价值，不仅如此，其还可以为城市规划和管理奠定基础，促进城市的可持续发展，并且随着遥感技术的不断发展和数据的积累，其应用前景也越来越广阔。
3.2基于DMSP与NPP数据的城市扩张研究
借助遥感影像与 GIS 技术综合进行城市扩张研究是近年来研究城市扩展的主要方法。起初，城市扩张强度以及扩张速度的研究大多是基于 Landsat、MODIS 等遥感影像数据，随着对城市扩张研究的深入，人们将城市扩张研究的数据源逐渐转向夜间灯光数据。Henderson 分别采用夜间灯光数据和 Landsat TM 数据对建成区面积进行提取，最终表明夜间灯光数据提取建成区的精度较高，推动了城市夜光数据的应用。Chen等，他们使用DMSP和NPP-VIIRS数据对中国地区的城市化过程进行了分析，发现中国的城市化过程呈现出梯度增长和快速崛起的特征。Cao等利用DMSP/OLS和MODIS数据对中国长江三角洲地区的城市扩张进行了监测和分析，发现该地区近年来的城市化速度非常快，人口和工业发展的区域差异显著。Ran使用DMSP数据研究印度东部地区的城市化效应，并发现城市化与地表温度之间存在着显著的正相关性。这些研究成果表明，DMSP与NPP数据在城市扩张研究中的应用已经取得了许多重要结论，而随着技术的不断进步，这些数据将继续为城市扩张研究提供有力支持。综上所述，夜间灯光数据在城市扩展研究中的有较好的应用前景，从研究内容来看，城市扩展研究主要集中在对城市或城市群扩张的时空变化及城市扩张的驱动力进行研究。
4、结论
卫星遥感技术为城市化过程中城市规模的扩张和生态环境效应的研究提供了宏观、快速的分析手段。卫星遥感影像数据具有覆盖范围大、时效快和以易获取等优势，所以越来越多的学者利用卫星遥感影像数据对城市扩张影响进行研究。目前基于夜间灯光数据的研究主要是 DMSP/OLS 和 NPP/VIIRS 两种夜间灯光影像。研究的热点主要集中在城市扩张、建成区提取、人口社会经济指标的空间化和电力消耗估算等领域。随着遥感技术在城市扩张监测中应用范围的拓宽，将有助于推动城市的发展和提高质量，进一步提高环境和生态保护水平，促进经济的可持续发展。
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[4]冯先超, 唐丽玉, 胡颖,等. 基于夜间灯光数据的河南省城市扩张及驱动力研究[J]. 测绘与空间地理信息, 2022, 45(1):79-83.
作者简介：孙丹丹（1984- ），硕士研究生，研究方向：地图学与地理信息系统。
通讯作者：费龙（1976- ），博士，研究方向：农业生产规划、大数据分析与应用、地学模型。
