一种基于夜光遥感的时空演变驱动力模型构建方法

1.本发明涉及城市规划领域，尤其涉及一种基于夜光遥感的时空演变驱动力模型构建方法。


背景技术：

2.城市化是现今社会发展的基本趋势，但快速的城市化扩展会导致资源枯竭和一系列的生态环境问题与灾难，加剧水资源短缺、空气污染及城市热岛效应等问题，给全球和区域的可持续发展带来压力。因此，随着大型城市群城市化加速，及时准确地确定城市群驱动机制是评估城市化进程的关键，也是优化城市时空发展模式和支持城市可持续发展、管理与规划的基础。
3.城市群的时空格局扩展是工业化、城镇化、全球化、分权化等多维复杂要素共同作用的结果，因此需要对其进行城市群空间扩展的驱动力机制研究，特别是在城市化速度较快的大型城市群，亟需对大型城市群的长时段时空演变驱动力模型进行分析与探讨。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提出了一种基于夜光遥感的时空演变驱动力模型构建方法。
5.具体方案如下：
6.一种基于夜光遥感的时空演变驱动力模型构建方法，包括以下步骤：
7.s1：采集待测区域的夜光遥感数据，并基于夜光遥感数据提取待测区域的城市建成区的面积；
8.s2：选择用于构建驱动力回归模型的各驱动力的指标，并采集待测区域中各驱动力指标的值；
9.s3：构建时空演变驱动力模型：
10.y＝a0+a1×
x1+a2×
x2+...+a
n
×
x
n
+ε
11.其中，y表示城市建成区的面积，a0、a1、a2、
…
、a
n
均表示回归参数，x1、x2、x3、
…
、x
n
分别表示各驱动力指标的值，ε表示误差项；
12.s4：通过采集的待测区域的城市建成区的面积和各驱动力指标的值对时空演变驱动力模型进行回归分析，确定回归参数和误差项后，得到最终的时空演变驱动力模型。
13.进一步的，步骤s2中用于构建驱动力回归模型的驱动力指标包括行政力、市场力、外向力、内源力和产业力。
14.进一步的，行政力、市场力、外向力、内源力和产业力五个驱动力的指标分别采用固定资产投资总额、社会消费品零售总额、外商直接投资、乡镇企业总产值和工业总产值表示。
15.本发明采用如上技术方案，基于多时相夜光遥感数据提取待测区域的空间扩展信息，创造了待测区域的时空演变驱动力模型，并提出基于行政力、市场力、外向力、内源力和
产业力共五个驱动力指标构建驱动力模型的方法，进行待测区域空间扩展的驱动机制研究。
附图说明
16.图1所示为本发明实施例一的流程图。
17.图2所示为该实施例中各驱动指标与建成区面积的回归结果示意图。
18.图3所示为该实施例中多驱动因子共同作用与提取建成区面积(因变量)的回归结果示意图。
具体实施方式
19.为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。
20.现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
21.实施例一：
22.本发明实施例提供了一种基于夜光遥感的时空演变驱动力模型构建方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
23.s1：采集待测区域的夜光遥感数据，并基于夜光遥感数据提取待测区域的城市建成区的面积。
24.本实施例中以粤港澳大湾区城市群作为待测区域进行研究分析。
25.由于夜光遥感数据可客观直接地反映人类活动，同时夜光遥感数据具有时效性和经济性，且具有较大的时间跨度和空间覆盖范围，因此，该实施例中选择夜光遥感数据来提取待测区域的城市建成区的面积。
26.s2：选择用于构建驱动力回归模型的各驱动力的指标，并采集待测区域中各驱动力指标的值。
27.该实施例中用于构建驱动力回归模型的驱动力指标优选采用行政力、市场力、外向力、内源力和产业力。其中，行政力是指对城市群时空格局演变的行政推动力量，主要表现为自上而下的固定资产投资、产业布局引导、基础设施建设等；市场力是通过促进城市工业化、土地市场化、倡导消费需求等方式驱动城市群的时空格局演变；外向力是指在经济全球化下的外商直接投资在各城市的资本，成为驱动城市群时空格局演变的重要力量；内源力是指本地乡镇企业的驱动力量、表现为自下而上的城市群时空格局演变动力；产业力主要是指各城市工业总产值的生产规模促进城市工业化，来驱动城市群的时空格局演变。
28.该实施例中行政力、市场力、外向力、内源力和产业力五个驱动力的指标分别采用固定资产投资总额(total fixed assets investment,tfai)、社会消费品零售总额(total sales of social consumer goods,tsscg)、外商直接投资(foreign direct investment,fdi)、乡镇企业总产值(gross output value of township enterprises,govte)，工业总产值(gross industrial output,gio)来表示。
29.s3：以城市建成区的面积y为因变量，以各驱动力指标的值x1、x2、x3、
…
、x
n
为自变量，构建时空演变驱动力模型：
30.y＝a0+a1×
x1+a2×
x2+...+a
n
×
x
n
+ε
31.其中，a0、a1、a2、
…
、a
n
均表示回归参数，下标n表示驱动力指标的序号，ε表示误差项。
32.该实施例中由于包括五个驱动力指标，则对应的时空演变驱动力模型为：
33.y＝a0+a1×
x1+a2×
x2+a3×
x3+a4×
x4+a5×
x5+ε
34.在其他实施例中也可以根据情况在五个驱动力指标的基础上增加其他驱动力指标。
35.s4：通过采集的待测区域的城市建成区的面积和各驱动力指标的值对时空演变驱动力模型进行回归分析，确定回归参数和误差项后，得到最终的时空演变驱动力模型。
36.本实施例中以五年为周期，共分五个时段开展多元线性回归模型分析：1995
‑
2000年、2000
‑
2005年、2005
‑
2010年、2010
‑
2015年、2015
‑
2020年。
37.通过spss对自变量数据进行空间分析时，发现存在多重共线性问题，本实施例采取各指标分别与因变量开展线性回归分析；再将各驱动力指标系数标准化，换算为原自变量表达的形式，来完成对时空演变驱动力模型的计算。
38.在开展对时空演变驱动力模型的分析前，首先计算各驱动力指标与因变量的相关性。通过计算1995年、2000年、2005年、2010年、2015年和2020年共六个年度总数据的时空演变驱动力模型，得出行政力(tfai)、市场力(tsscg)、外向力(fdi)、内源力(govte)、产业力(gio)与提取待测区域建成区面积的相关系数分别为0.7460、0.7587、0.6572、0.3512和0.7675，各个驱动力指标的具体回归模型结果，如图2所示。说明这五个驱动力指标与城市群时空格局演变具有较强的相关性。
39.通过回归分析得出各个驱动力指标与城市群时空格局演变具有较强的相关性。其次，计算行政力(tfai)、市场力(tsscg)、外向力(fdi)、内源力(govte)、产业力(gio)这五个驱动力指标全部作用于城市群时空格局演变的回归分析。得出待测区域时空格局演变的总进程(1995
‑
2020年)以及阶段i(1995
‑
2000年)、阶段ii(2000
‑
2005年)、阶段iii(2005
‑
2010年)、阶段iv(2010
‑
2015年)、阶段v(2015
‑
2020年)五个阶段的回归模型中的决定系数r分别为0.994、0.947、0.984、0.924、0.867和0.854(表2)，说明构建的各驱动力指标作用于待测区域时空格局演变分析的方程拟合优度非常好，f统计量分别为27.450、2.889、10.335、1.941、1.005和0.898，且均通过显著性检验。
40.为了更好评估各驱动力指标对待测区域时空格局演变强度的作用力大小，本实施例中采用计算得出的标准回归系数进行横向比较，最终构建1个总进程、5个分时段的阶段进程来分别构建时空演变驱动力模型。最终，计算得出待测区域时空演变驱动力模型分析结果，如表1所示。
41.表1
[0042][0043]
从表1的计算结果来看，在1995
‑
2020年中，行政力、市场力、外向力、内源力和产业力这五种驱动力对待测区域时空格局演变均具有明显的推动驱动作用。在全部的总进程阶段，从回归系数可得，行政力是推动待测区域时空格局演变最主要的驱动力，标准化后的回归系数为0.224；与行政力接近的是市场力，表明市场力要素在待测区域时空格局演变过程中发挥重要作用，标准化后的影响系数为0.222；其次，产业力对待测区域的时空演变也起到重要的推动驱动作用，其标准化后的回归系数为0.205；再其次，内源力对时空格局演变同样起到重要推动作用，其标准化后影响系数为0.180；最后是外向力，其标准化后影响系数为0.137。总体上，从1995
‑
2020年的总进程可得，行政力、市场力和产业力对待测区域时空格局演变的驱动影响力较大，而内源力和外向力对该待测区域时空格局演变的影响力相对较小。
[0044]
待测区域的驱动力指标作用力演变特征从上述分阶段进程分析可得，在阶段i(1995
‑
2000年)，行政力(0.249)、内源力(0.222)、产业力(0.216)、市场力(0.211)和外向力(0.200)对待测区域时空格局演变的影响强度依次减弱；其中行政力的影响系数是0.249，内源力是0.222，说明1995
‑
2000年，待测区域时空格局演变的处于行政力主导，内源力处于次主导的阶段。
[0045]
在阶段ii(2000
‑
2005年)和阶段iii(2005
‑
2010年)中，行政力依然是待测区域时空格局演变的主导力量，这两个阶段的行政力的影响系数分别为0.375与0.248；其中，在阶段ii(2000
‑
2005年)，产业力成为次主导力量，说明在2000
‑
2005年，待测区域的工业总产值等产业化不断加强，不断成为待测区域时空格局演变的重要推动力量。
[0046]
在阶段iv(2010
‑
2015年)和阶段v(2015
‑
2020年)。其中阶段iv(2010
‑
2015年)，行政力(0.394)和市场力(0.303)成为推动待测区域时空格局演变的主次要力量；在阶段v(2015
‑
2020年)，市场力(0.175)成为待测区域时空格局演变的首位力量；而产业力(0.167)成为次要主导力量。表明在阶段iv(2010
‑
2015年)和阶段v(2015
‑
2020年)，市场力(0.175)取代行政力(0.161)成为影响待测区域时空演变的最重要驱动力指标，外向力(0.166)对待测区域时空格局演变的驱动影响力对比阶段i有明显提高，而内源力(0.099)的驱动影响力相比阶段i则表现出显著地减弱。
[0047]
通过待测区域的驱动力指标综合分析可以得出五个驱动力指标的变动趋势具有以下影响：
[0048]
(1)市场力驱动力指标与行政力驱动力指标影响系数的变动趋势表明：待测区域在计划经济向市场经济转型加速的过程中，市场力逐渐取代行政力成为待测区域时空格局
演变最重要的驱动力指标。此外，待测区域时空格局扩展的聚集自相关性没有表现出明显显著性，而是表现出持续的“分散”态势。
[0049]
因此，在转型时期的待测区域存在空间格局结构发展不一致，部分区域发展动力不可持续的现象。
[0050]
(2)在待测区域的各个驱动力指标中，外向力驱动力指标持续增长的影响系数表明：经济全球化对待测区域时空格局演变的推动力和影响力度逐渐增长。
[0051]
(3)在待测区域的各驱动力指标中，产业力驱动力指标的决定系数不断持续上升表明：在经济全球化背景下，产业力驱动力指标对待测区域时空格局演变的推动力起着越来越重要的因素。随着待测区域社会经济的不断发展，工业也不断优化及升级，以及其工业总产值等产业技术力量的不断壮大，因此，产业力成为待测区域时空演变的重要推动力量。
[0052]
(4)在待测区域的各个驱动力指标中，内源力驱动力指标持续下降的决定系数表明：乡镇企业和民营企业对待测区域时空格局演变的驱动力呈现出不断减少的局面，同时，面临着在待测区域内实现产业群的集聚、扩散、整合及产业结构优化升级的重要任务。
[0053]
此外，本实施例中还比较多个驱动力指标的共同作用对待测区域时空格局演变的影响是否有显著的差异，通过计算比较得出结果如表2和表3所示，此外，多驱动因子共同作用与提取建成区面积(因变量)的回归结果如图3所示。结果表明：行政力和市场力的驱动力指标要显著强于其他驱动力指标，再次表明行政力和市场力对待测区域时空格局演变起到重要推动作用和力量。
[0054]
表2
[0055][0056]
表3
[0057]
[0058]
通过探讨不同驱动力指标对待测区域时空演变是否存在交互作用，即反映两驱动力指标或多驱动力指标作用下，是否会增强或减弱对待测区域时空演变的说明力。研究结果表明，对任意两驱动力指标或多驱动力指标进行共同作为驱动因素，均增强其对待测区域时空演变的说明力和解释力，这些也说明了待测区域的时空格局演变是工业化、城镇化、全球化和分权化等多个维度的复杂因素驱动力指标共同驱动作用的结果。
[0059]
本发明实施例基于多时相夜光遥感数据提取城市扩展空间信息，并创造性地提出了五大驱动力指标，构建了待测区域时空格局扩展的驱动机制。结果表明：(1)构建驱动力模型探索待测区域时空格局演变的驱动机制中，待测区域时空格局演变总进程的驱动机制表现出以行政力主要驱动力指标、市场力为次要驱动力指标的特征，产业力、内源力和外向力对待测区域时空格局演变的影响作用依次递减，从待测区域时空格局演变的驱动力模型可得，市场力、产业力、行政力、外向力的影响呈现增长趋势，而内源力的影响系数则呈现减少趋势。(2)转型期待测区域时空格局演变路径呈现出“分散”扩展为主的模式，其行政力、市场力、产业力、外向力、内源力表现出更为复杂交织的驱动机制。因此，对于待测区域时空演变发展政策的制定，还需要加强对城市群内部的个性化和独特性的研究和认知。(3)从1995
‑
2020年动态变化角度看，五大驱动力指标对待测区域的时空格局扩展的空间分布解释力依然很强，但影响作用均呈现减少趋势，表明随着城市化进程的不断扩展，经济社会因素对城市群扩展影响作用有所减弱，同时地理因子要素的影响作用在增强。
[0060]
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。