夜间灯光遥感与城市问题研究：数据、方法、应用和展望

夜间灯光遥感是能够探测夜间微光的光学遥感技术,可获取白天遥感无法获取的信息。由于城市区域的人造光源是夜间稳定亮光的主要来源,夜间灯光遥感影像已被证明可以更直观地反映夜间人类活动差异,同时具有覆盖范围大、时效快和易获取等优势,可广泛应用于多尺度长时序的城市问题研究。目前,基于夜间灯光遥感数据的应用研究成果较为丰富,不少学者对夜间灯光遥感数据的数据预处理以及应用潜力等方面进行了归纳。但基于夜间灯光遥感与城市问题研究的整理和总结还有待进一步加强。基于此,本文通过对近几十年来有关夜间灯光遥感数据的研究成果进行了详细梳理,从多尺度城市空间结构分析、城市社会经济指标估算以及城市公共安全领域研究3方面入手,系统梳理夜间灯光遥感数据的应用能力。进一步根据数据应用过程中出现的问题,从夜间灯光遥感日数据应用、长时间序列数据集生产以及定量验证等角度探讨了夜间灯光遥感所面临的挑战与前景。     

DMSP/OLS夜间灯光数据的四川省GDP空间化分析

针对DMSP/OLS夜间灯光数据模拟省级格网GDP问题,该文选取2000、2006以及2010年DMSP/OLS稳定夜间灯光数据、辐射定标夜间灯光数据和四川省第二、三产业社会经济GDP数据,运用相关性分析、对比分析以及回归分析的方法,模拟出四川省GDP空间化密度图并分析与高程之间的关系。结果表明:在省级范围内,GDP与辐射定标灯光数据的相关性明显高于与稳定灯光数据的相关性,且前者的灯光指数CNLI与GDP相关性最高;运用3年的辐射定标灯光数据模拟得到四川省GDP密度图与GDP统计数据的拟合精度均达到0.99以上;2000—2010年四川省GDP呈现由成都市向四周不断扩张的趋势并随高程变化显著,四川省GDP高值区主要集中在高程1 000m以下的成都平原及周边区域,西部高原和山地地区GDP值较低。     

DMSP/OLS夜间灯光数据的四川省GDP空间化分析

针对DMSP/OLS夜间灯光数据模拟省级格网GDP问题,该文选取2000、2006以及2010年DMSP/OLS稳定夜间灯光数据、辐射定标夜间灯光数据和四川省第二、三产业社会经济GDP数据,运用相关性分析、对比分析以及回归分析的方法,模拟出四川省GDP空间化密度图并分析与高程之间的关系。结果表明:在省级范围内,GDP与辐射定标灯光数据的相关性明显高于与稳定灯光数据的相关性,且前者的灯光指数CNLI与GDP相关性最高;运用3年的辐射定标灯光数据模拟得到四川省GDP密度图与GDP统计数据的拟合精度均达到0.99以上;2000—2010年四川省GDP呈现由成都市向四周不断扩张的趋势并随高程变化显著,四川省GDP高值区主要集中在高程1 000 m以下的成都平原及周边区域,西部高原和山地地区GDP值较低。     

DMSP/OLS夜间灯光数据的四川省GDP空间化分析

针对DMSP/OLS夜间灯光数据模拟省级格网GDP问题,该文选取2000、2006以及2010年DMSP/OLS稳定夜间灯光数据、辐射定标夜间灯光数据和四川省第二、三产业社会经济GDP数据,运用相关性分析、对比分析以及回归分析的方法,模拟出四川省GDP空间化密度图并分析与高程之间的关系。结果表明:在省级范围内,GDP与辐射定标灯光数据的相关性明显高于与稳定灯光数据的相关性,且前者的灯光指数CNLI与GDP相关性最高;运用3年的辐射定标灯光数据模拟得到四川省GDP密度图与GDP统计数据的拟合精度均达到0.99以上;2000—2010年四川省GDP呈现由成都市向四周不断扩张的趋势并随高程变化显著,四川省GDP高值区主要集中在高程1 000 m以下的成都平原及周边区域,西部高原和山地地区GDP值较低。     

基于珞珈一号的岳麓区第二、三产业GDP公里网格空间化研究

现代化城市中,夜间活动一般需要黑暗环境中灯光照明的支持,从而使夜间灯光可以间接反映城市中的各类生产生活的活跃情况,而利用遥感手段从高空获得的夜间灯光遥感数据可以大面积地折射城市中的社会经济情况。对于研究城市中主要以非第一产业的GDP指标的二、三产业分布研究具有一定的参考价值。同时考虑到第二、三产业活动的特殊性,通过FROM-GLC10的土地利用数据可以过滤与第二、三产业无关的土地覆盖信息,从而为研究城市第二、三产业GDP分布提供更加合理的分析支持。本文通过对岳麓区不透水面的夜间灯光指数研究,完成对岳麓区第二、三产业GDP的公里格网化,实现更高精度的GDP格网化。     

DMSP-OLS与NPP-VIIRS夜间灯光遥感影像数据整合

DMSP-OLS夜间灯光遥感数据截至2013年,现已被NPP-VIIRS夜间灯光数据取代。因此,要获得长时间序列且稳定的夜间灯光数据集,需要整合两类夜间灯光数据。基于此,本文提出了基于重采样的两类数据整合方法,对2013—2020年NPP-VIIRS数据进行模拟,最终建立了1992—2020年长时间序列校正—模拟DMSP-OLS夜光遥感数据集。结果表明,基于重采样的整合方法效果良好(城市区域Pearson相关系数ρ=0.9852,RMSE=3.4607),整合数据集与相关社会经济参考量高度契合(影像DN值总和与GDP的相关系数ρ=0.946,与人口的相关系数ρ=0.971,二次多项式模型拟合R²≈0.98,RMSE<5.55),优于已有研究。因此,利用该方法整合后的数据集能更好地支撑基于夜间灯光影像的长时间序列研究。     

夜间灯光支持下江西省典型城市发展动态监测

夜间灯光遥感与城市空间结构和经济发展具有较强的相关性.本文采用2012—2019年精细处理的美国国家极轨业务环境卫星(National Polar-Orbiting Partnership,NPP)搭载的可见光红外成像辐射仪(Visible InfraredImaging RadiometerSuite,VIIRS)夜间灯光遥感数据,统计分析了我国中部地区重要省份-江西省的三大城市(南昌市、九江市和赣州市)的夜间灯光亮度情况,从夜间灯光亮度阐述了城市发展过程.具体结论如下:南昌、九江和赣州的市县城区灯光最亮,周围区域亮度较弱.平均亮度值在不同的年份会有一些波动,但整体呈快速发展的趋势.三个城市灯光较弱的面积在不断减少,灯光亮度较强的面积在不断增加,这也与当地的城市布局和经济发展相一致.     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城市空间扩展研究综述

不同于传统的遥感探测器,DMSP/OLS可获取居民地、车流、渔船等夜间灯光信号,被广泛地应用于城市空间扩展研究中。目前,基于灯光数据的城市扩展研究很多,但缺乏对该领域研究进展的系统性分析与总结。基于此,分析比较现有研究实例,从阈值设定法提取城区和灯光数据城市监测两方面展开讨论,分析目前研究欠缺之处并探讨解决方案。同时,构建新型城市重心模型,进行实例分析,最后展望夜间灯光数据在城市空间扩展方面的研究趋势:1加强对数据本身处理方法的研究;2充分利用灯光强度信息;3构建新型指标反映城市扩展。     

SNPP-VIIRS夜间灯光影像去噪方法研究

高精度的夜间灯光数据能够有效反映人类空间活动特征，传统的SNPP-VⅡRS夜间灯光影像去噪方法容易忽略新增加或消失的有效灯光，且未处理灯光异常值，随着时间推移，去噪误差会逐渐增大。因此，本文提出了利用中值滤波与低阈值去噪相结合的方法过滤SNPP-VⅡRS夜间灯光影像中的异常值及背景噪声，并将去噪后的夜间灯光总量与GDP进行相关性分析及精度验证。试验结果表明，通过中值滤波与低阈值去噪结合的方法提取的夜间灯光总量与GDP的相关性优于传统方法，利用该方法建立的模型估算出的亮度值精度更高，证明该方法具有更高的去噪精度。     

珞珈一号新型夜间灯光数据应用潜力分析

夜间灯光数据在人类空间活动相关领域表现出越来越广泛的应用能力。由武汉大学团队研制的珞珈一号新型夜间灯光遥感卫星，是目前国际上首颗专业夜间灯光遥感卫星。为了解其数据的特征信息及应用潜力，本文将其与SNPP-VⅡRS夜间灯光数据在卫星参数、数据特征、数据噪声及应用精度方面进行了多层次的对比分析。结果表明，珞珈一号新型夜间灯光影像具有更高的分辨率及更优异的细节特征，且在人类空间活动方面表现出更高的相关性，反映出珞珈一号夜间灯光影像具有较大的应用潜力，可为人类可持续发展作出更长远的贡献。