Page 165 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第10期

2100 武 汉 大 学 学 报 （信 息 科 学 版） 2025 年 10 月

2 研究方法 市经济人口总量估算等 ［27］ 。由于夜间灯光能够
较好地反映人口分布、经济发展、城市扩张等城
2.1 城市网络化空间增长测度方法 市人类活动，夜间灯光图像可以类比为反映人类
2.1.1 城市空间增长强度测度 活动的连续表面。在这个表面上，不同区域的人

本 文 运 用 邻 近 扩 张 指 数（proximity expan‑ 类活动存在着的联系沟通往往沿着最小的成本
sion index， PEI），从空间形态学角度描述城市空 路径进行，成本面为夜光值倒数。即夜光亮度值
间增长的强度和方向，以此来反映网络化发展过 越大，人类活动强度越大，成本越小，人类活动越
程 中 城 市 空 间 增 长 紧 凑 或 分 散 发 展 的 趋 势 ［26］ 。 容易进入；反之亦然。在此原则之下，将城市作
PEI 的计算公式为： 为 节 点 ，区 域 间 人 类 活 动 的 连 通 路 径 抽 象 作 为

( )
P = 1 （1） 边，构成了基于夜间灯光数据的城市网络 ［28］ 。
S t
N + 1 - 网络节点间的联系强度既可以采用引力模
S n
型构建的无向交互网络来测算，也可以采用辐射
式中，P 为 PEI 值；N 为每个新增城市斑块向外做
模 型 等 其 他 方 法 构 建 的 有 向 交 互 网 络 来 衡 量 。
缓冲区的数量； S n 为最外层缓冲区面积； S t 为最
本 文 采 用 的 是 改 进 的 引 力 模 型 测 算 ，计 算 公
外层缓冲区面积与旧斑块的相交重叠面积。根
式为：
据不同的 PEI 值定义不同的城市空间增长类型，
L i × L j
其中，PEI 属于（2/3，1］为填充型增长，属于（1/2， c ij = ( d ij ) 2 （4）
2/3］为 边 缘 型 增 长 ，属 于（0，1/2］则 为 跳 跃 型
式 中 ， c ij 表 示 城 市 i 和 城 市 j 之 间 的 网 络 联 系 强
增长。
度； L i 和 L j 分别为城市 i 和城市 j 的夜间灯光强度
平 均 邻 近 扩 张 指 数（mean proximity expan‑
最大值； d ij 表示城市 i 和城市 j 之间的最小成本路
sion index， MPEI）反映了整个区域的空间增长强
径的累计成本值总和。
度，MPEI 值越大，空间增长强度越小，具体计算
在网络当中，不同城市的夜光值大小反映着
公式为：
人类活动强度的大小，也表示吸引周围人类活动
n E i
M = ∑ n （2） 流入能力的大小，它们之间的距离就是城市间网
i = 1
络连通所要克服的总阻力值。以此来衡量不同
式中，M 为 MPEI 值； E i 为第 i 个新增城市斑块的
城市区域之间的网络联系强度。由此可见，夜间
PEI 值；n 为区域所有新增斑块的总数量。
灯光数据可以反映城市网络空间连通这一侧面。
面 积 加 权 平 均 PEI（aera weighted mean
相比较通常的采用人口迁徙、企业投资、交通班
PEI， AWMPEI）用来反映出整个区域的景观格
局。AWMPEI 值越大，格局越紧凑，具体计算公 次和信息关注等流要素构建的城市网络，基于夜
式为： 间灯光构建的城市网络也具有合理性，由于数据
n S i 本身属于现实人类活动情况的空间观测记录，具
A = ∑ E i × S （3） 有更多的地理空间实体特征，也为城市网络化发
i = 1
式中，A 为 AWMPEI 值； S i 为第 i 个新增斑块的面 展与区域生态系统的互动关系研究提供了基础。
积；S 为区域所有新增斑块的总面积。 同时，免费开源的夜间灯光数据有着时间跨度、
2.1.2 城市网络化过程测度 尺度覆盖等方面的特点，可以衡量不同城市间，
夜间灯光数据作为夜间地球光发射的观测 甚至城市内部不同区域间的空间连通交互，而且
记录，其来源主要是居民点建筑灯光和道路等基 其自身与传统流要素构建的网络的拟合程度较
础设施灯光，与经济发展、人口分布、城市扩张等 好 ［29］ ，具有适合反映城市网络的潜力和优势。
现象有着高度的相关性。也就是说，夜间灯光可 2.1.3 城市网络交互强度测度
以较好地表征地球表面的人类社会经济等活动， 以往分析城市网络生态外部性多从面板计
其亮度强度、空间分布与人类活动强度和范围有 量模型的角度入手，为从区域尺度更好地将网络
着高度的相关性。 化过程及其生态效应进行空间显式化表达，本文
城市是当今地球人类活动发生最为密集的 将基于城市节点的网络联系强度转换为覆盖整
区域，夜间灯光也多用于反映城市信息，如城市 个区域栅格层面的网络交互强度。参考数据场
实体范围的划定和提取、城市空间结构识别、城 理 论 ，测 算 出 长 江 中 游 城 市 群 全 域 网 络 交 互 场