基于灯光数据的人口空间化

社会经济数据是研究城市发展的重要因子,而传统的社会经济数据由于与空间坐标不统一,对城市发展的空间变化难以提供有力的支持。本文利用DMSP/OLS灯光数据,基于生态控制线,通过回归运算制定深圳市2010年人口指数模型,得到深圳市2010年1 km~2人口空间化图,有利于对深圳市人口的空间分布特征进行分析,为城市的绿色发展提供依据。     

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。     

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。     

NPP-VIIRS夜间灯光数据的县级电力消费空间化研究

以NPP-VIIRS夜间灯光数据和Landsat-8影像为数据源,通过CART算法将Landsat-8影像分为人工表面地类和非人工表面地类,为非人工表面地类对应的夜间灯光区域赋值0,将人工表面地类对应到夜间灯光区域,并求取各个县级行政区域内的灯光值总和,结合廊坊市的电力消费统计数据建立夜间灯光总量与电力消费量之间的二次多项式回归模型。根据模型生成廊坊市500 m格网大小的电力消费空间分布图。研究结果表明:模拟的各县电力消费量的绝对误差和相对误差较小,相对误差最大为0.03%,这说明夜间灯光结合Landsat-8土地利用分类方法模拟的县级电力消费量的精度较高。全局Moran's I指数为0.63,表明廊坊市电力消费在空间分布上呈现较显著的聚集性;局部空间自相关分析表明廊坊市的电力消费具有一定的差异性。     

夜间灯光遥感数据一致性校正下成渝城市群扩张分析

针对DMSP/OLS和NPP-VIIRS两种数据不一致、不可比的问题,该文提出一种基于夜间灯光遥感数据一致性校正应用下的小面积城镇剔除方法,对1992—2019年成渝城市群进行城市区域提取,并对城市面积、扩张强度、景观格局指标及扩张方位进行综合分析。结果表明：成渝城市群在1992—2019年,新兴城镇数量较少,相邻区域逐渐连接成片,城市区域的形状复杂度不断上升。城市扩张主要经历了由低速到中、快速再到低速的变化趋势。研究结果揭示了成渝城市群的城市时间发展规律及空间发展特征,可为成渝城市群的发展规划及政策制定提供有价值的参考。     

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...     

基于夜间灯光数据的土地开发延期分析

基于DMSP/OLS夜间灯光数据,通过提取成熟像元增量指标,利用交叉相关系数法估算土地开发滞后期。该滞后期数据与2000~2010年间我国省级区域的土地价格涨幅和商品房价格涨幅呈现出很好的印证关系。     

能源碳排放的空间估算研究进展

针对传统基于行政区域的能源碳排放估算方法难以提供行政区域内部的碳排放空间分布信息的问题,该文在已有研究的基础上,根据依托数据、空间尺度和空间化方式的不同,总结出了三种能源碳排放的空间估算方法和其相关应用,并对不同数据和方法的优缺点进行了比较分析。现有研究的不足主要体现在碳排放数据的缺失和估算方法的有效性上,该文针对这些不足进行了讨论,并对这一领域的未来发展进行了思考和展望。     

夜间灯光数据的东三省城市群发展特征研究

针对东北地区面积辽阔,传统的城市化研究方法耗时耗力的问题,该文基于DMSP/OLS数据,采用Elvidge校正模型,提出相对误差最小准则的阈值分割方法,结合景观指数,分析了1992—2012年东三省主要城市群的城市化发展演变特征。结果表明:东三省主要城市群在1992—2006年,原有城市面积的扩张以及合并小城镇是城区面积快速增加的主导因素,在2006年以后,新兴小城镇的不断涌现和相连成片是加快该区域城市化进程的主要因素,部分小城市区域逐渐连接在一起是导致面积扩张的另一因素。典型城市沈阳、长春、鞍山等持续扩张是因为主城区扩张以及与不断融合周边新兴小城镇。此外,以沈阳为中心,周边城市的连通性增加,形成密集城市群。大连等沿海城市的发展远快于鞍山、大庆等能源城市以及发展最慢的伊春等农业城市。     

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.     

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。     

Modeling the spatiotemporal dynamics of electric power consumption in Mainland China using saturation-corrected DMSP/OLS nighttime stable light data

Obtaining timely and accurate data on the spatiotemporal dynamics of electric power consumption (EPC) is crucial for the effective utilization of electric power in China. The Defense Meteorological Satellite Program's Operational Linescan System (DMSP/OLS) nighttime stable light (NSL) data have good potential for estimating EPC effectively at large scales. However, saturated lighted pixels contained within the NSL data limit the accuracy of EPC estimation. We developed a new method to correct the saturated lighted pixels, using the SPOT VEGETATION (SPOT/VGT) 10-day synthesis product (S10) normalized difference vegetation index (NDVI) data and then modeled the spatiotemporal dynamics of EPC in Mainland China from 2000 to 2008. The results demonstrated the reliability of our approach with an average R value of 0.93 (P<0.001) and an average relative error of ?28.92%. EPC in Mainland China showed an average annual growth rate of 13.46% during the study period from 1198.23 billion kWh in 2000 to 3290.51 billion kWh in 2008. EPC in Mainland China also showed clear regional variation. Northern coastal China and eastern coastal China consumed 37.61% of the total EPC in Mainland China, with only 25.96% of the population and 6.11% of the area.     

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。     

夜间灯光遥感数据应用研究的文献计量分析——以美国国防气象卫星计划运行线扫描系统为例

为清晰了解国内外美国国防气象卫星计划(DMSP)/运行线扫描系统(OLS)夜间灯光数据应用研究现状和发展态势,该文运用CitespaceIII、Ucinet、Bibexcel等文献分析软件对科学引文索引(SCIE),及社会科学引文索引(SSCI)数据库中DMSP/OLS夜间灯光数据研究的相关文献进行统计分析。研究表明:美国、欧洲等国及其研究机构在DMSP/OLS夜间灯光数据应用领域的论文影响力大、质量高;美国是全球DMSP/OLS夜间灯光数据研究合作网络的中心,中国、欧洲、澳大利亚等国处于次级核心地位;机构层面,美国国家海洋和大气管理局与美国国家航空航天局处于中心地位,中国科学院也占有重要地位;我国在DMSP/OLS夜间灯光数据应用研究领域发文量上具有一定优势,但质量有待提高,且与国外合作相对较少;主要研究热点是城市化、人口和经济发展,运用DMSP/OLS夜间灯光数据对人口等方面研究是当前热门方向。     

DMSP/OLS和VIIRS/DNB夜间灯光影像的校正及拟合

运用不变目标法对DMSP/OLS影像数据进行了相互校正、连续性校正和过饱和校正,以校正后的DMSP/OLS数据为参考对VⅡRS/DNB数据进行了重分类,利用两者影像数据在时间与空间中的重叠区域拟合VⅡRS/DNB数据,并对结果进行了评价,目的是获得长时间序列连续稳定的夜间灯光数据。同时建立了新疆区域校正后影像数据与社会经济指标中年末人口总数、生产总值、平均每天耗电量、建设用地之间的关系,探讨了夜间灯光数据在长时间序列下模拟社会经济参量的能力。结果表明,运用不变目标法校正后的夜间灯光影像更稳定、更连续,缩小了VⅡRS/DNB数据与DMSP/OLS数据像元DN值量级差异,使长时间序列下的灯光数据具有可比性。校正后长时间序列夜间灯光数据与社会经济参量的相关性高,说明校正后的长时间序列灯光影像数据在省级尺度上与社会经济指标契合。     

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.     

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。