珞珈一号夜间灯光影像中国城市建成区提取能力综合评估

城市建成区是人类活动的物理空间,是监测城市化进程的重要指标,而夜间灯光影像是一种有效的城市建成区制图数据源。作为全球首颗专业夜间灯光遥感卫星,珞珈一号(LJ1)比可见光红外成像辐射仪NPP/VIIRS(NPP)的空间分辨率更高。目前关于珞珈一号城市建成区提取的研究尺度有限,缺乏系统性的大尺度评估。本文以NPP的表现为基准,首次评估珞珈一号在中国不同气候带及发展规模的城市建成区提取能力,并讨论集成LJ1和NPP两类夜灯数据的潜力。结果显示：一方面,LJ1百米制图结果的查全率一般都低于灯光溢出更明显的NPP;另一方面,得益于LJ1更高的空间分辨率和细节捕捉能力,除小城市外,LJ1提取结果的查准率均高于NPP。从F₁值来看,LJ1只在超大/大城市可取得优于NPP的表现。当制图分辨率为500 m时,LJ1的F₁值基本都低于NPP。两个分辨率的城市建成区制图结果均表明珞珈一号和NPP/VIIRS的联合利用优于单一夜灯影像。     

珞珈一号夜间灯光影像在建设用地提取中的应用:以武汉市为例

城市建设用地能够反映城市建设发展在地域空间上的分布形态,是规划主管部门监测城市建设和扩张的关键指标。2018-06-02发射的珞珈一号卫星可提供130 m分辨率的夜间灯光数据,在城市建设用地的提取方面具有较大潜力。首先整合珞珈一号夜间灯光影像与Landsat 8多光谱影像以及网络地图兴趣点数据;然后分别采用人类居住合成指数和阈值法对武汉市进行建设用地提取;最后与可见光红外成像辐射仪(visible infrared imager radiometer suite,VIIRS)夜间灯光影像采用相应方法得到的结果进行对比。结果发现,珞珈一号影像与Landsat影像整合后采用人类居住合成指数的方法提取的建设用地最准确,其Kappa系数为0.769;VIIRS与Landsat 8影像整合后采用相同方法得到的建设用地,其Kappa系数为0.702;夜间灯光影像与兴趣点数据结合进行建设用地提取的精度有所下降,兴趣点数据分别与珞珈一号、VIIRS夜间灯光影像结合得到的建设用地,其Kappa系数分别为0.618、0.574;珞珈一号、VIIRS夜间灯光影像采用简单阈值法进行建设用地提取,其Kappa系数分别为0.503、0.482。该实验结果表明,珞珈一号夜间灯光影像数据具有更高的空间分辨率和更加丰富的空间细节,是进行城市建设用地提取的理想数据源。     

夜间灯光数据支持下的广州市人口空间化

了解区域人口的空间分布,能够为城市精细化管理和城市规划提供有力的支撑数据,对提高城市发展水平有重要的现实意义。为此,本文以“珞珈一号”(LJ-1 01)夜间灯光(NTL)影像为基础数据,以广州市为研究区,结合人口估算模型等方法,开展基于NTL数据的人口空间化研究。结果表明:LJ-1 01 NTL数据能够有效地应用于人口空间化研究。人口空间化后,广州市人口分布具有显著的“一主中心,多核心”的特征,各区域内部的人口分布差异可被清晰地展示与区分。本文结果对城市规划与城市管理具有一定价值的辅助支撑作用。     

基于CiteSpace的国内夜间灯光数据研究知识图谱分析

借助CiteSpace软件工具梳理国内夜间灯光数据研究进展与热点.研究发现:1)大数据时代的来临助推了夜间灯光数据研究,国内夜间灯光数据研究成果主要集中于地理类、测绘类、经管类三大类期刊,作者间表现出“大分散、小聚合”特征,彼此间联系较为分散,国内研究机构间成果差异比较明显;2)DMSP/OLS是目前夜间灯光数据研究领域中的主流数据源,当前夜间灯光数据主要集中于城市发展、社会经济指标、人口发展、生态环境评估等领域,但研究方法比较单一,尤其是在技术处理上有待加强.NPP/VIIRS数据源对DMSP/OLS数据源有替代与延续的意义,未来应注重学科间的交叉融合,回归于数据技术处理,加强DMSP/OLS与NPP/VIIRS等其余夜间灯光数据源的融合.     

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。     

基于珞珈一号和OSM数据的呈贡区建筑密度估算

建筑密度是城市规划布局的一个重要指标。为了提高建筑密度的获取效率,本文提出一种结合珞珈一号数据和OSM数据的估算城市建筑密度的方法。基于珞珈一号数据,文中以固定大小的网格为单位采样分析了昆明市呈贡区灯光强度和建筑密度的拟合关系;基于OSM数据,利用GIS提取分析、数学分析等方法去除道路灯光对估算结果的影响。然后利用非线性拟合模型估算了昆明市呈贡区的建筑密度,得到其空间分布情况;并验证分析了估算模型的精度。结果表明,昆明市呈贡区的建筑密度与夜间灯光强度有较高的相关性,可以结合珞珈一号夜光影像数据和OSM道路数据估算城区的建筑密度。     

基于DMSP/OLS和NDVI数据的浙江省城市建成区扩张研究

城市建成区是城市化建设的主要区域,以DMSP/OLS夜间灯光数据为主要数据源,首先利用NDVI数据和土地利用现状数据对夜间灯光数据进行预处理,以减小灯光溢出的影响;再提取浙江省各市的城市建成区域,并从建成区扩张速度、扩张强度、土地利用变化以及与城区人口增长的协调性等方面对各市的建成区发展演变情况进行了分析.结果 表明,...     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的长江三角洲地区城市化格局与过程研究

利用1998、2003和2008年的DMSP/OLS夜间灯光数据,结合相关统计数据,分析灯光数据与城市化进程中经济、人口和土地利用等方面的关系,构建基于灯光数据的城市化水平指数,分析长三角城市群城市化进程和空间模式;通过与统计数据对比,按照最小误差原则确定市辖区建设用地信息提取的阈值,根据各城市在1998～2003年和...     

基于珞珈一号与DMSP/OLS数据的辽宁省城市空间扩张分析

基于珞珈一号和DMSP/OLS夜间灯光数据,提取辽宁省城市空间用地信息并监测分析了2003—2018年城市空间扩张特征。结果表明:1)利用辽宁省DMSP/OLS长时间序列夜间灯光数据提出了一种适合校正长时间序列DMSP/OLS数据的校正方法,提高了数据的连续性和可对比性;2)弥补了统计数据在空间属性的不足,消除了过去单纯依靠统计数据分析城市空间扩张的弊端,为其他省市分析城市扩张提供新的遥感监测分析方法;3)在2003—2018年间,辽宁省城市空间扩张存在城市空间扩张与南方省份相比发展比较缓慢及协调性欠佳等问题。     

基于夜间灯光数据的哈大齐工业走廊城市空间扩展特征分析

随着改革开放的深入,为了推动东北地区经济发展,对哈大齐工业走廊城市空间格局演化进行研究有重要意义.利用2005—2019年美国国防气象卫星计划线性扫描系统(Defense Meteorological Satel-lite Program-Operational Linescan System,DMSP-OLS)和夜光传感器可见光近红外成像辐射搭载国家极轨卫星(Nation Polar Orbiting Partnership-VisibleInfraredImaging Radiometer Suite,NPP-VIIRS)夜间灯光数据进行研究.首先,通过回归分析建立校正模型,其次利用最佳灯光阈值提取城市建成区范围,最后引入扩展速度、紧凑度、分形维数、城市重心等相关数学模型,定量研究空间扩展规律.分析城市空间扩展的驱动力主要为人口因素、经济因素、政策规划因素,为东北地区经济发展提供理论依据.     

基于夜光遥感的宁夏沿黄城市群时空演变

为分析宁夏沿黄城市群时空演变特征,基于1998—2018年5期DMSP/OLS及NPP/VIIRS夜间灯光数据,辅以相应年份的Landsat影像数据,采用较高分辨率数据比较法提取出20 a间研究区5个年份的城市建成区范围,从形态、规模、结构3个方面进行分析.结果表明:①宁夏沿黄城市群在1998—2018年间迅速扩展,其...     

中巴经济走廊DMSP/OLS与NPP/VIIRS夜光数据辐射一致性校正

由美国国防气象卫星搭载的可见光成像线性扫描业务系统(DMSP/OLS)和国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射仪(NPP/VIIRS)获取的夜间灯光影像是监测人类社会经济活动和自然现象(如林火、油气燃烧等)的主要数据源。然而,现有的夜间灯光数据存在缺乏星上的辐射定标、像元饱和、时间尺度不连续、多源夜间灯光影像辐射不一致等问题。基于此,本文以中巴经济走廊区域为研究区,提出了一种基于线性拟合提取不变目标区域的方法,实现了DMSP/OLS影像间、DMSP/OLS与NPP/VIIRS两种数据间的相互校正。然后对中巴经济走廊的校正结果在不同空间尺度上选用区域灰度总量、标准化差异指数以及标准化差异指数和作为评价指标进行检验。结果表明:两种校正模型的拟合优度均在0.78以上,校正后的DMSP/OLS影像灰度总量与GDP和人口数据的相关性显著提高(GDP:R~2=0.7689;人口:R~2=0.9033),且标准化差异指数明显降低;NPP/VIIRS影像经过与DMSP/OLS互校正后在辐射亮度、时空分布上与DMSP/OLS更加一致,空间细节信息更加突出,从而增强了多源夜间灯光影像的一致性,更加适合用于长时间序列社会经济要素发展趋势的分析。     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的武汉城市圈拓展研究

选取2001年到2011年的DMSP/OLS夜间灯光数据,采用二分比较法,确定历年武汉城市圈各城市建成区面积的提取阈值,提取建成区,平均误差仅为2.98％.分析了武汉城市圈城市化进程和空间拓展特点,研究表明,近十年来,武汉城市圈城镇用地拓展速度不断加快,武汉市的城镇扩展强度最大.此外,通过相关性分析了经济发展和人口城市化率对拓展的影响.     

基于DMSP/OLS数据的我国省级经济发展水平研究

基于2000~2009年的DMSP/OLS夜间灯光数据,提取了同期中国省级行政单元的夜间灯光遥感信息;将灯光遥感亮度信息与各省市GDP数据进行曲线拟合回归分析,建立了基于灯光遥感数据区域亮度信息的GDP估算模型;以全新的视角利用夜间灯光遥感数据进行了中国省级尺度上经济发展水平分析,取得了很好的实际效果。     

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.     

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。     

利用NPP/VIIRS微光数据反演夜间气溶胶光学厚度

大气气溶胶具有气候环境和健康效应,且具有明显的时空和昼夜变化特征。因此探测夜间气溶胶光学厚度（AOD）具有重要的意义。NPP/VIIRS上的昼夜通道DNB（Day Night Band）为夜间反演AOD提供了有效的数据。基于大气辐射传输理论对夜间AOD进行反演,首先,利用“背景合成法”获取夜间城市灯光真实辐射值;然后,利用改进的“消光法”反演夜间AOD。选取华北地区作为研究对象,获得了2016-03—2017-02新月日期的夜间城市灯光真实值,选择其中的2016年7月和10月的2次污染天气过程,反演了夜间AOD分布。通过北京、天津和郑州的太阳光度计地基观测结果和北京市环境质量监测站空气质量指数（AQI）对反演结果进行验证,结果表明反演结果和观测结果有较好的一致性,展示了卫星微光数据在夜间城市污染空间分布监测中的应用潜力。     

基于多源夜间灯光数据的成渝地区近15年城市扩展监测

针对成渝地区双城经济圈建设前期对成渝地区城市扩展监测的需求,本文研究了利用多源夜间灯光数据进行城市扩展监测的方法,并优化了多源夜间灯光数据整合过程中拟合样本选取的方法.本文利用2004—2018年成渝地区多源夜间灯光数据进行示范应用,围绕夜间灯光总量、夜光标准差椭圆和首位度等指标,开展了成渝地区近15年城市扩展监测.研究结果表明:整合后的多源夜间灯光数据一致性明显上升,可提高宏观尺度上长时间序列的城市扩展监测的可靠性;近15年,成渝地区"成都-重庆"双核发展趋势增强,重心逐渐东移,建成区夜间灯光总增长率超过154％.     

佛冈县农村空心化判别与宅基地优化设计

以清远市佛冈县为典型分析区进行空心化程度研究,并提出了空心化治理的优化设计方案.基于农村地籍调查数据和较高分辨率的珞珈一号夜间灯光数据,利用熵值赋权法判别了佛冈县村庄的空心化情况;提出了农村空心化治理方案和农村宅基地优化设计体系;并为农村空心化集约发展给出了改造策略和建议,为广东省农村宅基地调查成果深度挖掘提供了应用示范,进一步推进了乡村振兴战略的实施.     

黄河流域夜间灯光数据与社会经济发展指标的时空耦合关系研究

本文通过对1992—2013年全国夜间灯光数据的校正和处理,获得全国及流域夜间灯光数据影像,进行经济空间聚合分析,以及与相关因子进行对比分析。研究结果表明：经济空间聚合高的区域分布在黄河河道附近,从黄河上游到下游,热力强度逐渐增强,并且以省会城市为核心区向外扩散,即呈现为在旧聚合点聚合度加剧的情况下,聚合区域有向周边分散的趋势;夜间灯光数据的变化趋势与GDP的变化趋势具有一定的相似性,并且与城镇化率、人口数量、第三产比例、人均公园绿地面积、流域发展指数（BDI）具有一定的相关性;流域9省（自治区）的夜间灯光数据整体变化趋势与全国灯光数据的变化趋势基本一致,呈稳定上升的趋势,但整体值均低于全国的夜间灯光数据,并且差距有所扩大,黄河流域高质量发展迫在眉睫。