基于多时相夜间灯光数据的城市建成区提取研究——以西南地区为例

城市化对地区经济的发展具有重要的战略意义,而地理信息系统(GIS)和遥感技术的应用,为城市化发展信息的获取提供新的研究途径。文中以2003年、2005年和2007年3期的DMSP/OLS夜间灯光数据为例,借助地理信息系统(GIS)平台,提取出西南地区城市空间信息。考虑区域差异性,将西南地区分为川渝、云贵和广西3个区域,分别进行城市化发展过程和趋势的分析。将夜间灯光数据应用到经济不发达的地区,在数据提取精度上还需进一步结合中尺度遥感影像进行分析。     

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夜间灯光数据进行提取的实证研究——以福州为例

DMSP/OLS数据能够观测到夜间灯光,因而被广泛应用于人类活动与城市扩展研究。本文以福州市为例,分析比较现有夜光数据的城区提取方法。通过实例分析,从阈值设定方面进行讨论,比较各方法的优缺点,可为夜间灯光数据在提取城市区域方面提供借鉴。     

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。     

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。     

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。     

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     

基于夜间灯光遥感数据与POI数据的城市中心识别——以深圳市为例

尝试结合夜间灯光遥感数据(NPP-VIIRS)和POI数据,去识别深圳市的城市中心。首先,通过实验确定了多分辨率分割的最佳参数并确立了统一的空间单元计算POI的密度;其次,通过计算Anselin Local Moran′s I结合人类活动密度把高-高聚类单位定义为城市主中心,并使用地理加权回归模型根据POI密度的平方根与分割单元的几何中心到城市主中心的加权距离来确定子中心,识别出了2个城市主中心和11个城市子中心;最后通过与传统识别城市中心的方法进行对比分析。结果表明：多尺度分割、Anselin Local Moran′s I与地理加权回归结合的方法更好。     

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.     

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。     

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.     

夜间灯光数据的区域能源消费碳排放空间化

针对传统统计数据无法准确、客观地测量区域能源消费碳排放量并展现地理分布差异的问题,该文提出利用DMSP/OLS卫星数据稳定夜间灯光数据和能源消费数据,模拟区域碳排放空间分布,揭示区域碳排放分布特征和规律。以河南省为研究区的分析结果表明:1995—2012年河南省能源消费碳排放总量逐年增加,郑州、洛阳和新乡市的能源消费碳排放量年均增长较快,三门峡、济源市的碳排放量增长较慢;2012年各地区能源消费碳排放强度高于1995年,18年间地均碳排放强度均呈现出明显的地域分布差异规律,主要集中在郑州、洛阳和安阳市区域内。基于夜间灯光数据模拟区域能源消费碳排放具有一定的可行性,该数据能比较可靠地反映区域能源消费碳排放的时空动态变化规律。     

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.     

基于逐日夜间灯光遥感的新冠肺炎疫情变化信息快速提取——以北京市为例

针对国内外日益复杂的疫情形势,本文以2020年6月北京疫情为例,利用NPP-VIIRS卫星的逐日夜间灯光数据,分析疫情受影响区域及疫情的控制与恢复状况,探索与人口密度等社会经济因素的关系。研究结果表明,逐日夜间灯光遥感可以有效提取疫情影响的区域范围及反映该区域受影响程度,所提取的受影响区域与国家划定的中高风险区域情况一致;同时基于逐日夜间灯光遥感能够及时监测疫情发展及疫情防控措施状况,区域夜间灯光强度随着疫情及防控的进展呈现明显的变化;平均夜间灯光损失强度及恢复强度同疫情暴发期区域人口密度均具有较强的相关性,相关性指标R²分别为0.97和0.91。本文研究结果表明逐日夜间灯光影像在快速提取新冠肺炎疫情变化信息方面有较大潜力。     

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。     

Application of Landsat-8 and ASTER satellite remote sensing data for porphyry copper exploration: a case study from Shahr-e-Babak,Kerman, south of Iran

Abstract

The Shahr-e-Babak region located in the Kerman metallogenic belt is one of the high potential segments of Urumieh–Dokhtar magmatic arc for porphyry copper and epithermal gold mineralization in the south of Iran. This high potential zone encompasses several porphyry copper deposits under exploitation, development and exploration stages. The aim of this study is to evaluate Landsat-8 data and comparison with the Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer data-sets for mapping hydrothermal alteration zones related to Cenozoic magmatic intrusions in Shahr-e-Babak region. Previous studies have proven the robust application of ASTER in lithological mapping and mineral exploration; nonetheless, the Landsat-8 data have high capability to map and detect hydrothermal alteration zones associated with porphyry copper and epithermal gold mineralization. In this investigation, several band combinations and multiplications, developed selective principal component analysis and image transformations were developed for discriminating hydrothermal alteration zones associated with porphyry copper mineralization using Landsat-8 data.