基于夜间灯光数据的环渤海地区城市化过程

利用1992年、1996年和1998年的三期DMSP/OLS夜间灯光数据,提取了区域尺度的环渤海地区20世纪90年代的城市群空间信息,建立了城市群地区面状、线状和点状城市化空间模式,分析了环渤海城市群地区20世纪90年代的城市化过程。基本结论如下:①20世纪90年代环渤海城市群地区城市斑块数量增长较快,城市化过程明显,但小斑块所占比重较大,城市斑块破碎度增加。同时,区域内城市重心基本维持在经度117.93o和纬度38.49o附近,整体上表现出向西北方向移动的趋势。②20世纪90年代环渤海城市群地区城市化过程基本上可以从空间上概括为在中心城市和大城市周围的面状城市化过程、沿交通干线周围的线状城市化过程和广大区域内以新兴小城市或小城镇出现为特征的点状城市化过程三种基本过程。其中,面状城市化过程一直居于优势地位,但面状城市化过程的基本有效范围主要局限在面状城市斑块周围3￣4km范围。线状城市化过程和点状城市过程所占的比例相对较小,但表现出明显的增强趋势,在区域内的影响范围正逐渐扩大。     

蒙古国夜间灯光数据的适用性分析

夜间灯光数据为城镇化和区域发展监测提供了强有力的数据和技术支撑,但其具体适用性还有待进一步探讨。基于GIS及遥感技术,通过对DMSP/OLS和NPP/VIIRS数据进行校正获取1992―2018年蒙古国夜间灯光数据,分析了夜间灯光数据对欠发达国家研究的适用性。研究结果表明：(1)蒙古国夜间灯光在首都城市群集聚效应明显,呈现“中北部集中,铁路沿线增长较快”的空间格局;灯光总值在2010年之后呈现明显增长的趋势,表明电力供应实现快速、稳定增长。(2)空间尺度越大,夜间灯光数据适用性越强、对社会经济活动的估算精度越高;在同一省级尺度上,只有当城镇化率大于30%并且人口未大量流失时夜间灯光数据才与人口数量有正相关性,否则呈负相关或不相关。(3) NPP/VIIRS监测到的定居点数量多于DMSP/OLS,稳定的电力供应是定居点是否被监测到的关键。     

基于夜间灯光数据的中国城市用地扩展类型

针对目前在城市用地空间扩展类型的划分与识别方面存在的问题,首次提出了基于夜间灯光图像像元灯光强度的时间变化特征对城市用地空间扩展类型进行分类/识别的方法, 并应用该方法将中国1992~1998年间的城市用地空间扩展类型分成了3级7大类,进而对这些扩展类型的区域结构、空间分布和开发强度进行了分析,揭示了1992~1998年间中国城市用地空间扩展的一些主要特征。提出以像元为分析对象、并采用多级分类的方法,不仅实现了大尺度上城市用地空间扩展类型的快速识别,而且还在保证分类结果与其他相关研究结果衔接一致的前提下,提供了更为详细且符合实际的城市用地空间扩展信息。     

基于夜间灯光数据的中国能源消费碳排放特征及机理

本研究基于DMSP/OLS夜间灯光影像实现了1992-2010年以市级为基础单元的我国碳排放估算,弥补了统计数据不全、统计口径不一的缺点。从全国、4个经济区和6大城市群3个层面的碳排放分析结果显示,我国CO2排放总量持续增长,各地区、省市增速各不相同,空间聚集程度越来越明显,基本形成了"东部沿海城市高高集聚,西部欠发达城市低低集聚"的格局。人均碳排放强度基本呈现为"东部>东北部>西部>中部",单位GDP碳排放强度则呈现为"东北部和西部较高"、"东部和中部较低"。GDP增长是决定CO2排放总量增长的主导因素,而能源结构、能源利用效率、产业结构是影响碳排放强度的主要原因。对于西部和东北部等以能源和重工业为主导产业的城市,其减排策略应着重能源结构优化和能源利用效率的提高。对于东部和中部等以技术、劳动密集型和轻工业为主导产业的城市,其减排策略应侧重于产业结构调整和转型升级。     

夜间灯光遥感数据应用综述和展望

在遥感应用研究中,夜间灯光遥感作为发展活跃的一个重要分支,近年来受到越来越多来自自然科学领域和社会经济领域的关注。与传统的光学遥感卫星获取地物辐射信息不同,夜间灯光遥感是获取夜间无云条件下地表发射的可见光-近红外电磁波信息。相比于普通的遥感卫星影像,夜间灯光遥感所使用的夜间灯光影像记录的地表灯光强度信息更直接反映人类活动差异,因而被广泛应用于城市化进程研究、不透水面提取、社会经济指标空间化估算、重大事件评估、生态环境评估等领域。目前,虽然基于夜间灯光数据的应用研究成果正在不断积累,但对成果的系统性总结、整理的研究目前存在着覆盖面不全、时效性不强等不足。基于此,论文通过对近几十年来有关夜间灯光数据的研究成果的详细梳理,从数据处理与技术方法、应用研究等方面进行归纳总结。最后,文章从多源数据融合、应用领域拓展和短周期地表灯光监测3个方面指出了未来的研究热点。     

基于EVI指数的DMSP/OLS夜间灯光数据去饱和方法

DMSP/OLS夜间灯光数据被广泛应用于表征人类活动强度及其生态环境影响的诸多研究中,但因OLS传感器设计的局限,在用电强度较高的城市中心,灯光信号存在明显的饱和,这一不足可能影响到一些基于夜间灯光数据研究成果的可靠性。针对这一问题,NOAA-NGDC研发了辐射定标算法,但因缺乏星上定标系统,算法较为复杂,且受较多条件限制等原因,目前只有部分时期的辐射定标数据产品（RCNTL）。近期有学者提出一种基于植被指数NDVI构建的城市灯光指数VANUI,为灯光数据去饱和研究提供了一个操作简单且结果良好的方法,但该方法在一些城市效果不佳。基于此,本文综合利用夜间灯光与EVI指数信息,通过对VANUI指数构建方法进行改进,建立了一个新的缓解夜间灯光强度饱和的EANTLI指数。为了评价指数的效果,将EANTLI与VANUI从三个方面进行比较：① 区分、识别饱和区内地物的能力;② 与RCNTL的拟合程度;③ 对用电量估算的效果。结果表明：EANTLI在三个方面均表现出优势,在潜在饱和区内对特征地物具有更高的可区分性,与RCNTL的线性相关程度更高,与用电量的相关性相比于NTL、VANUI亦明显提高。因此可以认为EANTLI在指数的设计上较为合理,不仅易于计算,而且能达到较好的缓解灯光强度饱和、凸现城市内部差异的目的,在用于反演城市发展指标时能获得更为准确的结果,因此具有较高的应用价值。     

中国城市体系等级结构及其空间格局——基于DMSP/OLS夜间灯光数据的实证

完善的城市体系可以不断优化各个城市的时空资源并强化区域城市的集聚效应,切实推动区域可持续发展与城市综合效益最大化。受惠于城市因素流与城市作用潜力的显著相关关系,节点体系研究可以准确测度城市体系内部各个城市之间的相互作用关系,又避免了功能体系研究所需矢量数据的难以获取与测算庞杂,而DMSP/OLS夜间灯光遥感数据可以综合地定量测度城市地区人类活动的广度与强度。基于夜间灯光指数的引力模型定量测度中国341个城市之间的相互作用关系,并通过二阶段聚类法综合分析其城市体系等级结构与空间格局。中国节点城市被划分为7 大国家节点城市（包括北京、天津、上海、广州、重庆、哈尔滨与沈阳）、26 个区域节点城市与107 个省域节点城市,而中国城市体系则被划分为2 个国家城市体系（北方城市体系与南方城市体系）、8 个区域城市体系（华北城市体系、东北城市体系、西北城市体系、黄河中游城市体系与华东城市体系、华南城市体系、西南城市体系、长江中游城市体系） 与31 个省域城市体系。城市体系的地域范围是相对的、局部的,没有明确的识别界线,不过通过对基于DMSP/OLS夜间灯光数据的中国城市体系等级结构与空间格局与顾朝林实证研究的分析结果进行进一步的综合比对评估,总体而言,基于DMSP/OLS夜间灯光数据对城市体系的等级结构与空间格局进行实证研究是可信的和可行的。     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的1995-2009年中国地级市能源消费动态

能源是国民经济发展的重要支撑,便捷准确地获取能源消费时空动态信息,对于合理制定能源政策具有重要意义。基于DMSP/OLS 夜间灯光数据和能源统计数据之间的定量关联,在地级市尺度上模拟了中国1995-2009 年能源消费的空间格局,并采用空间自相关分析探讨其时空动态特征。研究表明：基于DMSP/OLS夜间灯光数据模拟中国各地市能源消费具有一定的可行性,该数据能够比较可靠地反映能源消费的时空动态;1995-2009 年中国大多数地市的能源消费量较低,中低强度能源消费区土地面积占全国72.66%,高能源消费强度区集中分布在中国东部地区;中国能源消费量存在显著的空间集聚性（历年Moran’s I 指数都大于0.4）,全国地级市能源消费“高-高”聚集和“低-低”聚集现象明显。     

基于夜间灯光影像的中国电力消耗量估算及时空动态

提出夜间灯光降饱和指数模型,以中国大陆为研究对象,基于DMSP/OLS夜间灯光数据、MODIS NDVI产品、基础地理信息数据及社会经济统计数据,构建电力消耗估算模型,定量估算了2000-2012年电力消耗量,并采用空间统计分析方法,从不同时间、空间角度对省级、地级和县级单元的电力消耗量变化趋势和空间集聚程度进行分析。结果表明：夜间灯光降饱和指数模型能较好地降低夜间灯光的数据饱和和溢出,其中MDNVI模型的效果最好。从县级尺度电力消耗变化趋势的显著性来看,无明显变化区域主要出现在青藏高原,迅猛增长型多数分布在京津冀、长三角、珠三角和中东部省会城市。     

基于DMSP/OLS稳定夜间灯光数据的中国1995-2008年电力消费量时空动态研究(英文)

Electric power consumption (EPC) is one of the basic indices for evaluating electric power use. Obtaining timely and accurate data on the spatiotemporal dynamics of EPC is crucial for understanding and practical deployment of electric power resources. In this study, an EPC model was developed using stable nighttime lights time-series data from the Defense Meteorological Satellite Program Operational Linescan System (DMSP/OLS). The model was used to reconstruct the spatial patterns of EPC in Chinese Mainland at the county level from 1995 to 2008. In addition, the spatiotemporal dynamics of EPC were analyzed, and the fol-lowing conclusions were drawn. (1) The EPC model reliably represented the spatiotemporal dynamics of EPC in Chinese Mainland with approximately 70% accuracy. (2) The EPC in most regions of Chinese Mainland was at low to moderate levels, with marked temporal and spatial variations; of high-level EPC, 58.26% was concentrated in eastern China. Six urban agglomerations (Beijing-Tianjin-Tangshan region, Shanghai-Nanjing-Hangzhou region, Pearl River Delta, Shandong Peninsula, middle-south of Liaoning Province, and Sichuan Basin) accounted for 10.69% of the total area of Chinese Mainland but consumed 39.23% of the electricity. (3) The EPC of most regions in Chinese Mainland increased from 1995 to 2008, and 64% of the mainland area showed a significant increase in EPC. Moderate increases in EPC were found in 61.62% of eastern China and 80.65% of central China from 1995 to 2008, whereas 75.69% of western China showed no significant increase in EPC. Meanwhile, 77.27%, 89.35%, and 66.72% of the Shanghai-Nanjing-Hangzhou region, Pearl River Delta, and Shandong Peninsula, respectively, showed high-speed increases in EPC. Moderate increases in EPC occurred in 71.12% and 72.13% of the Beijing-Tianjin-Tangshan region and middle-south of Liaoning Province, respectively, while no significant increase occurred in 56.34% of the Sichuan Basin.     

DMSP/OLS数据应用研究综述

DMSP/OLS夜间灯光数据主要包括稳定灯光数据、辐射标定夜间灯光强度数据、非辐射标定夜间灯光强度数据3种产品。该数据产品具有获取容易、能够探测低强度灯光、不受光线阴影影响、方便为城市化强度及其时空分异分析提供条件等优点。目前,关于DMSP/OLS数据的研究成果已有很多,主要集中于城市发展研究、人类活动及效应研究、生态...     

1995-2008 年中国大陆电力消费量时空动态

电力消费量是定量衡量电力消费状况的一个基本指标。及时、准确地获取电力消费量的时空动态信息,对于合理配置中国电力资源具有重要的理论和现实意义。利用DMSP/OLS 稳定夜间灯光时间序列数据,在县级尺度上模拟重建了中国大陆1995-2008 年电力消费的空间格局,揭示了中国大陆同期电力消费量的时空动态过程。结果表明：① 利用DMSP/OLS数据能够比较可靠地反映中国大陆1995-2008 年电力消费量的时空动态,精度达到70%左右,具有一定的可行性。② 中国大陆1995-2008 年电力消费量以中低消费级别为主,但空间分布差异明显,占全国总面积10.69%的京津唐、沪宁杭、珠三角、山东半岛、辽中南地区、四川盆地等六大城市群地区是中国电力消费最为集中的区域,共消耗了中国39.23%的电力资源。③ 中国大陆1995-2008 年电力消费量表现出比较明显的增长趋势,电力消费量呈明显增长趋势的区域面积占全国总面积的64.00%。     

20世纪90年代中国城市时空变化特征——基于灯光指数CNLI方法的探讨

用DMSP/OLS夜间平均灯光强度图像在区域上的扩展特征和聚集特征构建了一反映区域城市化综合水平的灯光指数CNLI (compounded night light index) , 并分别在省级和县级尺度上对CNLI与基于统计数据的城市化水平指数做了相关分析,结果表明CNLI与基于统计数据的城市化水平复合指数显著相关,最后用CNLI分析了中国省际城市化水平的时空特征。CNLI为客观、实时监测城市化水平的空间格局及其发展变化提供了新的指标和方法。     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据提取城镇建设用地的邻域分析法

为提高城镇建设用地提取的精度,文章提出一种基于DMSP/OLS夜间灯光数据邻近象元特征差异的提取城镇建设用地的邻域分析方法。该方法主要是通过栅格运算识别建设用地和非建设用地的突变,结合阈值法准确提取建设用地边界。将该方法应用于2009年中国大陆34个主要城市的建设用地提取,并与基于TM数据以及基于DMSP/OLS数据传统全局阈值法和局部优化法提取的建设用地进行比较。结果显示,该方法提取的建设用地象元数与TM影像提取的象元数呈较好的相关性(R2=0.966),均方根误差为191.64个象元,相对精度为82.79%,景观形状指数、聚集度指数、边缘面积比指数和连接度指数也具有较高的相似性(R2分别为0.475 4、0.366 2、0.858 9和0.915 3)。该方法不仅能准确识别大面积的城市建设用地斑块边界,而且不会漏掉小面积的城市建设用地斑块,克服了传统全局阈值法和局部优化法的缺点。     

The desaturation method of DMSP/OLS nighttime light data based on vector data: taking the rapidly urbanized China as an example

The saturation of night light data caused by sensor defects conceals the differences and details of light luminance in the urban area, which greatly limits the application of Nighttime Light (NTL) in the study of urbanization. Although some methods have been proposed to mitigate the saturation of NTL data, the research of desaturation is worth further advancing due to its shortcomings in highlighting light differences and spatial resolution. Therefore, we propose a new spectral index, the Vector Data Adjusted NTL Index (VDANTLI) after analyzing the influence of different auxiliary parameters on saturation elimination. Then, we select the three most developed urban agglomerations in China and make a series of qualitative and quantitative analysis. The results of various assessments confirm that VDANTLI can effectively alleviate NTL saturation and enhance urban lighting differences. Moreover, by dynamically adjusting the length of the grid and single-phase vector data modified time-series NTL data, we further achieve the resolution-series and time-series VDANTLI. Therefore, compared with previous desaturation models, the VDANTLI can be used as an effective indicator and even an indispensable basic data for urbanization research and socio-economic spatial analysis because of its unique advantages in spatial resolution and the capability in time-series native NTL desaturation.