基于长时序夜光遥感数据的长三角区域GDP预测研究

融合了DMSP/OLS(Denfense Meterological Satellite Program/Operational Linescan System)和NPP/VIIRS(Suomi Nation Polar-orbiting Partnership/Visible infrared imaging radiometer suite)两种常见的夜光遥感数据,延长了夜光遥感数据的时间跨度,以长三角区域的三省一市为例,对比了一元ARIMA模型、加入了NPP/VIIRS数据夜光总量ARIMAX模型和加入本文融合两种夜光数据的夜光总量ARIMAX模型,对研究区域的GDP进行了研究,以2019—2021年作为预测年份,与真实值进行对比。实验结果表明,不同经济结构在GDP预测结果的精度不同,加入夜光遥感数据的模型在预测经济发达并且面积较小的区域GDP时精度会显著降低,融合后的夜光数据GDP平均预测精度相比之前有了大幅度提高,可以很好地改进GDP预测结果。     

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。     

基于多源遥感图像和复杂网络的城市主城区识别方法

针对现有的采用遥感图像的城市主城区提取方法仅利用数据光谱特征,未考虑城市的空间结构特征的情况,本文提出了一种基于多源遥感图像和复杂网络模型的城市主城区提取新方法。首先,采用八邻域极值法识别夜光图像的特征点,通过最佳路径成本法识别特征点的连接边,从而构建夜光图像复杂网络;其次,利用特征向量中心度改进复杂网络模型核心边缘结构识别方法,弥补其无法顾及节点邻域特征的不足;最后,依托分形网络演化算法获取Landsat-8图像的图像对象,构建夜光图像复杂网络节点与图像对象的空间映射关系,实现城市主城区提取。本文以沈阳、成都、西安3个城市为研究区域,以2019年的NPP/VIIRS夜光图像和Landsat-8图像为数据源,实验结果表明本文识别方法的总体精度为0.880 0,Kappa系数为0.741,较传统方法分别提高了0.119 8和0.255 9。     

POI与NPP/VIIRS夜光数据空间耦合关系下的城市空间结构分析——以武汉市主城区为例

城市兴趣点（POI）和夜光遥感影像能够直观反映城市社会经济等实体要素的空间分布特征,在城市空间结构研究中发挥着重要作用。本文首先选取长江中游城市群的典型城市代表——武汉市作为研究区,选用研究区2016年POI和NPP/VIIRS夜光遥感数据作为基础研究数据,采用GIS分析工具对POI数据进行了空间核密度分析;然后分别对POI核密度分析结果和NPP/VIIRS夜光遥感数据进行了空间网格化处理;最后采用双因素制图和栅格叠加分析方法对两类数据的空间耦合关系进行了探讨,并在此基础上进一步分析了城市空间结构特征。研究表明,武汉市POI数据和夜光遥感数据的空间耦合性整体较好,空间耦合相一致区域占比为82.15%;但POI数据和夜光遥感数据的空间耦合性在长江沿岸地区也存在部分差异,如硚口区、汉阳区夜光遥感数据和POI数据多以低—中的空间耦合模式为主,而青山区、武昌区和汉口区则多以中—低的空间耦合模式为主。武汉市作为中原城市群的核心城市之一,其城市内部空间结构与长江经济带发展关联密切,通过对POI和夜光遥感数据的空间耦合关系探讨,能够对武汉市空间实体要素的空间结构特征有更加深入的了解。本文结果可为沿江城市内部空间结构的研究提供一种崭新的视角。     

基于高光谱数据日本温带地区植被净初级生产力估算模型应用研究

为了有效的利用高光谱卫星数据获取植被信息,Furumi等在模式分解方法(PDM)的基础上,建立了一种新的植被指数(VIPD).根据地面实验建立的相应光合成曲线植被净初级生产力(NPP)遥感估算模型,利用2001年前后多个月份的MODIS影像数据,对日本纪伊半岛地区的植被净初级生产力进行了估算.研究表明,根据地面实验建立估算模型估算得到的温带常绿植被净初级生产力年均值,与2001年IPCC调查报告上的估算值,在误差范围内一致.地面实验结果证明该光合成曲线NPP估算模型能够较好的应用于温带植被研究.在北纬32°30'-36°24',东经134°30'-137°06',面积3.94×104 km2研究区域内,2001年NPP约为6.11kg CO2/a.从NPP的空间分布上而言,纪伊半岛范围内单位面积NPP以三重和奈良县山地林地带最高,达2.56kg CO2/m2/a.在纪伊半岛植被分类中,温带落叶植被的年均NPP最大,约为2.23 kg CO2/m2/a,水田的年均NPP最小,仅约为1.42 kg CO2/m2/a.     

基于夜间灯光数据的连片特困区GDP估算及其空间化

国内生产总值(gross domestic product,GDP)能反映一个国家或地区的经济发展状况,构建高精度的特困区GDP空间数据库对扶贫工作的开展具有重要意义。首先通过建立DMSP/OLS夜间灯光数据与连片特困区GDP的回归模型,实现利用夜间灯光数据估算特困区GDP;然后分别对第一和第二、三产业GDP进行空间化建模:第一产业GDP与土地利用数据相结合建模,第二、三产业GDP与夜间灯光数据相结合建模。研究结果表明,大部分特困区GDP的估算结果较为准确,县级尺度的估算精度达到87.38%;连片特困区多为GDP低密度区,GDP基本处于50万元/km2以下,西北地区甚至出现大片低于5万元/km2。因此,高精度的连片特困区GDP密度分布图能够准确地反映特困区经济分布状况,为扶贫工作的开展提供数据支持。     

基于珞珈一号夜间灯光数据的人口空间化研究

夜间灯光数据被越来越多地应用于人口空间化领域的研究中.珞珈一号夜间灯光数据是最新一代的夜间灯光数据,为探究其在人口空间化方向的应用价值和潜力,以珞珈一号夜间灯光数据和土地利用数据为源数据,在乡镇(街道)尺度上分区建立了渐进回归模型,进而得到北京市人口空间化结果,并与NPP/VIIR的结果进行对比.结果表明,珞珈一号夜间灯光数据回归结果的拟合程度和精度均优于NPP/VIIRS回归结果,且这种优势在人口密度小的区域更明显;基于珞珈一号夜间灯光数据的人口空间化结果能清晰展示城市内部人口空间分布的差异,对城市资源、环境管理具有实际意义.     

突发公共卫生事件后城市活力恢复影响因子探究

针对现有研究数据的代表性和开放性不足的问题,利用NPP/VIIRS夜光遥感数据构建城市活力恢复指数及恢复比率两类指标,对2020年突发性公共卫生事件后的武汉中心城市活力恢复力和恢复稳定性两方面进行考察,并通过模型探索性分析影响活力恢复的因素。结果表明,卫生事件后一个月武汉市中心城区各街道城市活力得到不同程度的恢复,城市建成环境对活力恢复有密切关系,其中对城市活力恢复力起着重要作用的是宜居性相关因素,而对城市活力恢复稳定起着关键作用的是功能多样性。     

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。     

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.     

基于多源数据与随机森林方法的城市建成区提取——以郑州市为例

基于夜间灯光数据的阈值分割法在城镇建成区提取研究中被广泛应用,但由于夜间灯光数据分辨率低、灯光溢出和阈值分割法无法顾及区域差异等问题,一定程度上影响了该方法的提取精度。以郑州市为例,以LJ1-01与NPP/VIIRS两种夜间灯光影像为主要数据源,结合Landsat8中分辨率遥感影像、网络城市兴趣点(POI)及路网数据,利用随机森林分类方法对郑州市2018年建成区进行提取,参考土地利用数据,对RF分类法与NTL、VANUI、BANUI、PANUI、RANUI指数等阈值法进行对比实验和精度评价,评估基于多源数据的随机森林分类方法在城市建成区提取中的优势。实验表明,RF比阈值法提取的建成区更接近真实建成区且提取精度更高,具有更好适用性;LJ1-01数据提取的效果和精度总体优于NPP/VIIRS数据;在采用RF分类时,各类特征的重要性在不同夜光数据源中表现差异较大。     

国产高分数据在草原露天煤矿植被监测中的应用

利用高分一号卫星数据建立小尺度CASA－NPP估算模型,反演及监测草原露天煤矿区草地NPP空间分布格局,以及煤矿区内部复垦植被的NPP与表层土壤之间的关系。利用归一化植被指数、归一化水体指数等获取CASA模型有效光辐射参数、水分胁迫系数等,从而简化并改进小尺度CASA模型,遥感反演数据与实测样点数据拟合度达到0．94。结果表明,该模型能够高精度地完成小区域NPP估测。从利用CASA模型反演得到的NPP空间格局可以看出,这一地区的植被退化以采矿、放牧等人类活动为主导,原地貌区域围栏的典型草甸草原NPP在300～400 gC／m2· yr 之间,高于放牧区域 NPP,矿区内 NPP 空间变化显著,矿区内部 NPP 低于100 gC／m2· yr,明显低于周边原地貌地区。对于矿区复垦排土场区域,复垦年限和表土的养分是决定植被生长和NPP的主要因素。研究得出国产高分卫星数据可以高精度地完成小尺度NPP的估测,从而为其在草原地区以及矿山环境中监测提供了研究基础。     

基于夜光遥感的城市空间发展格局研究——以海口市为例

利用DMSP/OLP和NPP/VIIRS夜光遥感影像对海口近30年城市空间发展进行了研究,结果表明:海口城市化扩展速度在2008—2012年处于高峰期,扩展方向驱动力为西海岸、江东片区,当前多为内涵式填充发展.结合社会经济数据分析,发现固定资产投资额为促使建成区扩展的主要动力之一,该研究对海南省的城市规划建设具有重要的指导意义.     

基于改进的METRIC模型的农田潜热通量估算

基于热红外遥感的潜热通量估算在农业干旱和水资源管理方面具有重要意义。利用Landsat卫星遥感热红外数据和单窗算法来获取地表温度,再通过改进地表粗糙度参数,提出基于地表粗糙度改进的基于高分辨率和内在校准的蒸散估算法(mapping evapotranspiration at high resolution and with internalized calibration,METRIC)估算农田潜热通量,并利用海河流域怀来和密云2个农田通量观测站的通量观测数据验证估算结果,实验结果表明:改进的METRIC模型模拟值与观测值相关系数平方(R~2)为0. 97,优于传统的METRIC模型(R~2=0. 89),改进后模型具有更高的农田潜热通量估算精度;此外,空间分布也表明改进后的模型估算值空间格局更加合理。由于数据获取的局限性,仅采用了北京2个站点数据对模型进行验证,在其他区域仍需要进一步验证。     

基于夜光遥感的城市用电量预测研究

随着智能电网的不断普及,对城市用电量数据进行快速准确预测对于电网规划和经济部门的管理决策具有重要的指导意义.本文研究了一种基于可见光红外成像辐射仪(Visible Infrared Imaging Radiometer System,VIIRS)城市夜光遥感数据和市县公开统计年鉴的城市用电量预测模型.该模型首先结合改进通用矩阵应用城市GDP和人口数据对城市进行分类;接着按城市类型构建了一种顾及滞后效应的城市用电量优化预测模型,该模型考虑了城市夜光遥感数据反映出的用电量消耗存在的滞后效应.随后采用长三角地区城市用电量数据进行模型训练及实验,实验结果表明:引入夜光遥感数据作为城市用电量模拟量,能够快速准确反映出城市用电量空间分布;利用改进通用矩阵方法对不同发展状态的城市分类建模,并引入滞后项进行模型优化,使得用电量预测模型有较好的预测精度和稳定性,总体上实现了基于夜光遥感数据和统计年鉴的公开数据源支持下的城市用电量预测.     

融合高时空分辨率数据估算植被净初级生产力

植被净初级生产力NPP(Net Primary Production)遥感估算与分析,有赖于高时空分辨率的遥感数据,但目前中高分辨率的遥感数据受卫星回访周期及天气的影响,在中国南方地区难以获取连续时间序列的数据,从而影响了高精度的区域植被净初级生产力的遥感估算。为此,提出一种基于多源遥感数据时空融合技术与CASA模型估算高时空分辨率NPP的方法。首先,利用多源遥感数据,即Landsat8 OLI数据与MODIS13Q1数据,采用遥感数据时空融合方法,获得了时间序列的Landsat8 OLI融合数据;然后,基于Landsat8 OLI时空融合数据,并采用CASA模型,以长株潭城市群核心区为例,进行区域植被NPP的遥感估算。研究结果表明,基于时间序列Landsat融合数据估算的30m分辨率的NPP具有良好的空间细节信息,且估算值与实测值的相关系数达0.825,与实测NPP数据保持了较好的一致性。     

DMSP-OLS与NPP-VIIRS夜间灯光数据测算统计指标能力评估——以京津冀地区县域GDP、人口及能源消耗为例

夜间灯光数据记录了地球表面的人造灯光强度,是估计社会统计指标的有效手段之一。为了评估DMSP-OLS和NPP-VIIRS 2种夜间灯光数据对社会统计指标的模拟潜力,采用4种常用的灯光校正方法分别对2种夜间灯光数据进行灯光饱和性校正,根据校正后的夜间灯光数据分别建立与京津冀地区县域GDP、人口和能源消耗3种社会统计指标间的线性回归模型,从模型拟合的相关系数、F统计量值与概率p值中分析并评价了2种夜间灯光数据对GDP、人口和能源消耗3种社会统计指标的测算能力。本文研究结果表明：EANTLI法是2种夜间灯光数据的最佳校正方式,而HSI法不适用于夜间灯光数据校正后与县域社会统计指标的线性关系拟合2种夜间灯光数据对GDP的拟合效果都较好,NPP-VIIRS夜间灯光数据估算社会统计指标的拟合能力要优于DMSP-OLS数据。     

川西北江河源区植被净初级生产力时空动态演变

基于CASA模型,采用MOD13A3卫星数据和气象数据估算了2006~2009年川西北江河源区植被净初级生产力(NPP)的变化情况。研究结果表明,研究区年均植被NPP的空间分布基本呈由东向西逐级递减趋势,NPP的空间分布与水热条件差别和不同植被类型的地带性分布关系紧密;研究区月均NPP基本呈正态分布,植被月均NPP呈先升后降的趋势,且NPP值基本在7~8月达到峰值,在12月、1月降到最低;植被NPP积累时期主要是夏季,但秋季NPP积累量也存在上升趋势。     

多源数据融合下的城市化与生态环境耦合协调研究

利用DMSP/OLS、NPP/VIIRS和Landsat遥感影像数据分别提取平均夜间灯光指数(ANLI)和生态环境指数(RSEI),构建城市化与生态环境耦合协调度模型,定量分析研究区在2000—2015年的城市化与生态环境耦合协调发展状况.结果表明:①2000—2015年的乌鲁木齐城市化水平持续上升,一带一路倡议和生态...     

基于GIS和RS的区域陆地植被NPP估算——以中国内蒙古为例

在GIS的支持下,利用地面气象数据和MODIS数据,考虑到最大光利用率在不同植被类型中的差异,构建了一个区域陆地植被NPP估算模型,并以2002年的内蒙古植被为例,研究了植被净初级生产力及其时空分布。结果表明:(1)该模型在数据获取了上比较容易,仅利用地面气象数据和遥感数据就可以对陆地植被NPP进行估算,使其实际的可操作性得到加强。(2)通过与NPP的实测资料及其他模型的对比研究表明:该模型对区域陆地值被NPP的模拟效果较好,与Chikugo模型相比,它更能反应森林NPP的实际情况。(3)2002年内蒙古植被净初级生产力为390.8MtC/a,总体分布趋势是由东北向西南递减,其季节变化也非常明显,在6月中旬至9月中旬的3个月时间里,NPP占了全年的72.7%,而1—2月份植物基本停止生长,净初级生产力极低,每月仅为3.59MtC。