中国区域DMSP/OLS夜间灯光影像的校正

美国国防军事气象卫星（DMSP）搭载的线性扫描系统（OLS）获取的夜间灯光影像具有很强的光电放大能力,存储量小,可直观反映人类活动,被广泛应用于城镇化监测、社会经济因素估算等方面。但是获取这些数据集的各传感器均未经过星上定标,存在像元饱和问题,并且传感器获得的1992—2013年的各数据之间缺乏可比性、连续性,无法直接用于长时间序列的研究,因此需要对长时间序列的DMSP/OLS夜间灯光影像进行校正处理。校正内容包括中国区域各灯光影像间的相互校正、饱和校正、年内融合、年际间校正等;并对校正后的DMSP/OLS夜间灯光影像进行合理性检验,检验结果表明该校正方法是可行的。     

单元路网长度的DMSP/OLS夜间灯光数据去饱和方法

近年来DMSP/OLS夜间灯光数据被广泛应用到人类活动强度及城市化进程的研究中,但由于OLS传感器的限制导致,在夜间灯光强度过高的城市中心区,NTL数据存在较为明显的饱和现象。这种饱和现象直接掩盖了城市中心区内部的灯光差异、细节,限制了DMSP/OLS数据在城市中心区的应用。目前缓解灯光数据饱和的方法主要分为:辐射定标法和非辐射定标法。其中辐射定标法虽精度较高,但定标算法复杂,干扰因素多,目前只有部分定标产品;非辐射定标法利用辅助数据(包括自然因素指标、社会经济指标)构建函数模型,对饱和区稳定灯光数据进行去饱和处理,具有较好修正效果。本文在总结VANUI(基于NDVI所构建)、EANTLI(基于EVI所构建)等去饱和指数的基础上,利用地理探测器对NDVI、EVI和UNL(单元路网长度)进行因子探测,量化对稳定灯光数据的解释力,提出了UNLI指数。为了验证UNLI、EANTLI及NTL数据之间的差异,通过"饱和区灯光强度细节刻画程度"、"UNLI、EANTLI与辐射定标数据RCNTL相关性分析"、"耗电量及GDP等经济指标回归拟合优度"3个方面进行比对分析,可以看出:(1)UNLI、EANTLI在修正过饱和灯光数据上均有较好的效果,但UNLI对饱和区灯光强度差异的刻画更加准确;(2)UNLI较之VANUI、EANTLI,可以突破空间分辨率的限制,增加灯光强度细节差异;(3)在灯光强度最高的饱和区,UNLI在与RCNTL的相关性最高,但随着灯光强度的减弱,UNLI、EANTLI与RCNTL的线性回归判断系数R~2逐渐接近,UNLI与RCNTL相关性优势正逐渐丧失;(4)在对耗电量、GDP的拟合分析中,引入UNLI指数的"EANTLIUNLI"的分段式修正模型,充分发挥EVI、UNL各自的优势,具有最优的拟合效果(R~2)_(Adj)=0.873)。实验结果表明,本文引入的修正夜间灯光饱和方法,能够有效的缓解城市中心区的灯光数据饱和问题,并在细节刻画和空间分辨率上有较为明显的提升,可以更精确的从灯光强度的角度反映城市结构的特征。     

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夜光数据的珠三角碳排放时空差异性分析

碳排放时空分布及其异质性是生态环境保护和气候变化监测研究的重要课题。本文针对珠三角城市群碳排放空间分布的精细分析,基于DMSP/OLS夜间灯光影像与土地利用数据,研究了2000年—2013年珠三角城市群碳排放时空差异性,揭示了不同地市不同用地类型的碳排放时空分布特征、碳排放增长趋势和强度趋势。结果表明：（1） 2000年—2013年珠三角城市群碳排放总量一直处于增长阶段,但受2008年金融危机影响由高速增长转为缓慢增长阶段;（2）人均碳排放强度在2008年金融危机后增长速度减缓;（3）单位GDP碳排放强度在经历了2005年—2008年小幅增长阶段之后,整体呈现降低趋势;（4）地均碳排放强度方面,工矿用地的地均碳排放强度由2008年金融危机前的增长阶段过渡到危机后的降低阶段,而城镇用地的地均碳排放强度一直处于持续增长阶段。研究发现,珠三角城市群碳排放在2008年金融危机前后具有明显的时空差异性,城镇用地碳排放持续增长将成为碳减排的关键问题,本研究可为碳排放估算预测、节能减排及生态环境保护提供科学参考。     

基于DMSP/OLS数据的中国大尺度城镇用地信息提取

DMSP/OLS夜间灯光数据已在城镇用地信息提取中得到较多应用,其中,较高分辨率数据比较法是一种较为客观的方法,但现有研究主要通过逐个城市确定灯光数据的阈值提取城镇用地信息,这对于大尺度的城镇研究所需成本较大、处理效率较低.为此,提出了一种基于分区的较高分辨率数据比较法,将中国按经济发展程度划分为7大区,分别对各区提取城镇用地信息,并对提取结果进行真实城镇像元判定,得到1992,1995,2000年中国的城镇用地信息.结果表明,采用分区的方法不仅提高了较高分辨率数据比较法的提取效率,反映了特定区域的城镇整体状况,而且在总体区域上保证了提取精度.     

World energy consumption pattern as revealed by DMSP-OLS nighttime light imagery

Remotely sensed nighttime light (NTL) from the Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) Operational Linescan System (OLS) provides a spatially consistent and cost-effective mean to estimate energy consumption pattern. While previous researches have documented the application of NTL to predict electric power consumption (EPC) with varying degrees of success, few have systematically studied the possible factors affecting the EPC-NTL relationship. Moreover, no substantial research effort has been made to relate overall energy consumption (OEC) to NTL. This study investigated key factors governing the EPC/OEC-NTL relationship by examining the influences of affluence, urbanization, technology, temperature, and NTL pattern. Results show that EPC increased with higher per capital GDP, urbanization rate, and high-technology exports, and lower agricultural development, both globally and regionally. Meanwhile, EPC generally reduced with higher temperature and more agglomerate human activities. A strong OEC-NTL relationship was found; but the influencing factors to the OEC-NTL relationship varied across regions due to the natures of energy use. These factors must be considered especially for the studies of less-affluent regions where NTL was undetectable by the DMSP-OLS sensor.     

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。     

Use of an inside buffer method to extract the extent of urban areas from DMSP/OLS nighttime light data in North China

Defense Meteorological Satellite Program (DMSP)/Operational Linescan System (OLS) nighttime imagery provides a valuable data source for mapping urban areas. However, the spatial extents of large cities are often overestimated because of the effect of over-glow from nighttime light if a fixed thresholding technique is used. In the work reported here, an inside buffer method was developed to solve this issue. The method is based on the fact that the area overestimated is proportional to the extent of the lit area if a fixed threshold is used to extract urban areas in a region/county. Using this method, the extents of urban areas in North China were extracted and validated by interpretations from Landsat Thematic Mapper images. The results showed that the lit areas had a significant linear relationship with the urban areas for 120 representative cities in North China in 2000, with an R² value of over 0.95. This demonstrates that the inside buffer method can be used to extract urban areas. The validation results showed that the inside buffer model developed in 2000 can be directly used to extract the extent of urban areas using more recent nighttime light imagery. This is of great value for the timely updating of urban area databases in large regions or countries.     

基于DMSP/OLS数据的中国城市化过程研究——反映区域城市化水平的灯光指数的构建

基于DMSP/OLS非辐射定标的夜间灯光平均强度数据构建了一个反映区域城市化水平的灯光指数 ,并分析了该灯光指数与城市化水平在省级尺度上的相关性。研究表明 ,灯光指数与反映城市化水平的复合指数存在较高的相关关系 ,可以用于我国城市化水平及其时空分异分析和城市化进程监测     

基于夜间灯光数据的南京城镇用地提取

针对多时相夜间灯光影像无法直接对比的问题,该文提出了一种基于不变目标进行不同年份不同卫星夜间灯光数据的校正方法。在系统校正多时相夜间灯光数据的基础上,应用支持向量机分类算法提取城镇用地信息,并分析1992—2013年南京城镇扩张动态变化规律。结果表明:该数据校正方法可以有效减少年际夜间灯光影像之间的异常差异,提高不同年份数据间的连续性和可比较性;支持向量机分类算法提取的4个样区城镇用地信息总体精度和Kappa系数平均值分别为88.35%和0.56,能够准确反映区域城镇发展的实际情况;1992—2013年南京城镇经历先缓慢后快速的扩张过程,主城区在1992年城镇基础上往四周扩张,并沿长江及南北交通走廊发展。     

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...