基于NPP-VIIRS与Landsat-8影像的山东省第二、第三产业生产总值空间建模

本文以山东省作为研究区域,采用NPP-VI IRS夜间灯光数据、Landsat-8影像数据与山东省137个县级行政区第二、三产业生产总值数据进行分级空间建模,寻找城市建设用地和第二、三产业生产总值最优拟合方式.试验结果表明,城市灯光亮度值与第二、三产业生产总值具有强相关性.建模结果表明各级数据拟合优度在0.92左右,预...     

夜间灯光遥感与城市问题研究：数据、方法、应用和展望

夜间灯光遥感是能够探测夜间微光的光学遥感技术,可获取白天遥感无法获取的信息。由于城市区域的人造光源是夜间稳定亮光的主要来源,夜间灯光遥感影像已被证明可以更直观地反映夜间人类活动差异,同时具有覆盖范围大、时效快和易获取等优势,可广泛应用于多尺度长时序的城市问题研究。目前,基于夜间灯光遥感数据的应用研究成果较为丰富,不少学者对夜间灯光遥感数据的数据预处理以及应用潜力等方面进行了归纳。但基于夜间灯光遥感与城市问题研究的整理和总结还有待进一步加强。基于此,本文通过对近几十年来有关夜间灯光遥感数据的研究成果进行了详细梳理,从多尺度城市空间结构分析、城市社会经济指标估算以及城市公共安全领域研究3方面入手,系统梳理夜间灯光遥感数据的应用能力。进一步根据数据应用过程中出现的问题,从夜间灯光遥感日数据应用、长时间序列数据集生产以及定量验证等角度探讨了夜间灯光遥感所面临的挑战与前景。     

基于NPP-VIIRS夜间灯光数据的北京市GDP空间化方法

为了分析像素级社会经济活动的空间分布状况,以Landsat8和NPP-VIIRS夜间灯光影像为数据源,分别对北京市第一产业和第二、三产业GDP进行空间化操作。利用分类回归树(classification and regression tree,CART)算法,通过Landsat8影像生成北京市的土地利用图,在分析第一产业GDP与土地利用类型面积相关性的基础上,构建了第一产业GDP与耕地面积的线性回归模型。建立了5种灯光指标与第二、三产业GDP的数学关系,通过相关性和回归分析确定第二、三产业GDP与综合灯光指数呈明显的幂函数关系。根据以上2种模型分别生成对应2类产业的像素级GDP密度图,再分别对其进行线性纠正并求和后制作出北京市500 m格网尺寸的GDP密度图。误差分析发现,第一产业GDP、第二、三产业GDP和GDP总量与实际统计值的平均相对误差分别为0.86%,0.61%和1.37%。结果表明,结合土地利用数据的NPP-VIIRS夜间灯光GDP空间化方法可以精确估算北京市GDP产值,反映北京市经济空间分布特征。     

基于DMSP-OLS和MODIS数据的宁夏城市化与生态环境耦合协调分析

科学认识城市化与生态环境耦合协调机制,对推动黄河流域及黄河所经地区生态保护和高质量发展具有重要意义。本文以宁夏回族自治区为例,采用长时间序列DMSP-OLS夜间灯光数据建立了适用于宁夏的城市夜间灯光指数（UNLI）,并利用MOD09A1、MOD11A2提出了一种面向大区域尺度的遥感生态指数（RSEI）构建方法。在此基础上,采用耦合协调度模型（CCDM）,探讨分析了2000—2012年宁夏5个地级市城市化与生态环境耦合协调发展过程。结果表明：①基于DMSP-OLS数据建立的宁夏城市夜间灯光指数与人均GDP,以及第一、二、三产业GDP相关性显著（p<0.001）,能够较好地反映宁夏城市化水平。②基于MOD09A1、MOD11A2建立的遥感生态指数能够较好地反映宁夏生态环境质量时空变化特征。③宁夏城市化与生态环境耦合协调度呈稳定上升趋势,整体处于基本协调-生态环境滞后的转型阶段。研究结果对沿黄城市生态保护和高质量发展具有重要参考价值。     

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。     

The Spatial-Temporal Pattern Analysis of City Development in Countries along the Belt and Road Initiative Based on Nighttime Light Data

基于1993~2012年长时间序列夜光遥感数据,利用空间统计、空间标准差椭圆和位序-规模分布方法研究“一带一路”（the Belt and Road Initiative,B & R）沿线国家的城市体系空间结构和时空演化趋势。结果表明：“一带一路”沿线各国城市夜间灯光增长最快的是进行经济改革的发展中国家和战后重建的国家,城市夜间灯光锐减主要发生在社会经济动荡地区。“一带一路”区域内城市夜间灯光的规模分布总体呈现空间扩张趋势,夜间灯光重心向东南亚方向移动。“一带一路”区域内城市夜光规模前2 000位的城市夜间灯光符合位序-规模准则,高位序城市夜间灯光规模不够突出而中小城市发育相对较好,集中趋势大于分散趋势。     

论夜光遥感数据挖掘

如果从地球上空观测夜间的地球,可以发现人类聚居区和经济带发出夺目的光芒。当夜间的天空无云时,遥感卫星能够捕捉到城镇灯光、渔船灯光、火点等可见光辐射源,这些夜间无云条件下获取的地球可见光的影像即夜光遥感影像。与日间遥感不同,夜光遥感对于反映人类社会活动具有独特的能力,因此被广泛应用于社会经济领域的空间数据挖掘。本文首先介绍能够观测夜间灯光的卫星遥感观测平台和传感器,然后从社会经济参数估算、城市化监测与评估、重大事件评估、环境及健康效应研究、渔业信息提取、流行病研究、油气田监测等方面总结了夜光遥感数据挖掘的现状和特点。最后,文章从新型数据源、知识发现、地面观测和地理国情—世情监测4个方面提出了夜光遥感及其数据挖掘的未来发展趋势。     

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。     

珞珈一号新型夜间灯光数据应用潜力分析

夜间灯光数据在人类空间活动相关领域表现出越来越广泛的应用能力。由武汉大学团队研制的珞珈一号新型夜间灯光遥感卫星,是目前国际上首颗专业夜间灯光遥感卫星。为了解其数据的特征信息及应用潜力,本文将其与SNPP-VⅡRS夜间灯光数据在卫星参数、数据特征、数据噪声及应用精度方面进行了多层次的对比分析。结果表明,珞珈一号新型夜间灯光影像具有更高的分辨率及更优异的细节特征,且在人类空间活动方面表现出更高的相关性,反映出珞珈一号夜间灯光影像具有较大的应用潜力,可为人类可持续发展作出更长远的贡献。     

中国大陆城市群空间范围识别及其特征分析

精确界定城市群的空间范围能有效规划和引导城市群的发展。夜间灯光遥感数据能够有效地反映人类活动程度,进而为城市群空间范围识别提供新思路。本研究以1995—2015年夜间灯光数据为基础,对中国大陆城市群空间范围识别作了系统探究,并对其空间特征进行分析,主要完成了以下4个方面的工作:(1)以遥感影像分割方法作为出发点,结合数学形态学,发展了一种结合形态学滤波重构的标记分水岭变换城市建成区提取算法。     

SNPP-VIIRS夜间灯光影像去噪方法研究

高精度的夜间灯光数据能够有效反映人类空间活动特征,传统的SNPP-VⅡRS夜间灯光影像去噪方法容易忽略新增加或消失的有效灯光,且未处理灯光异常值,随着时间推移,去噪误差会逐渐增大。因此,本文提出了利用中值滤波与低阈值去噪相结合的方法过滤SNPP-VⅡRS夜间灯光影像中的异常值及背景噪声,并将去噪后的夜间灯光总量与GDP进行相关性分析及精度验证。试验结果表明,通过中值滤波与低阈值去噪结合的方法提取的夜间灯光总量与GDP的相关性优于传统方法,利用该方法建立的模型估算出的亮度值精度更高,证明该方法具有更高的去噪精度。     

夜间灯光遥感对城市发展类动能与相似性评估

评估城市发展水平与制定城市规划和城市发展政策息息相关.已有研究表明人口、国内生产总值(GDP)等统计数据和夜间灯光遥感数据能够用来衡量城市发展水平,但大多研究只关注城市发展总量,忽视了发展速度对城市发展的影响.因此,本文基于2012年—2019年Suomi NPP-VIIRS(Suomi National Polar-...     

基于NPP-VIIRS数据的山东省县级GDP分级空间建模

传统的统计方法对国内生成总值(GDP)进行统计耗时耗力费财。而夜间灯光遥感影像能对人类社会活动进行最直观的反映,为社会经济研究提供了新的思路方法和技术支持。本文以山东省作为研究区域,采用NPP-VIIRS灯光影像数据与山东省137个县级GDP数据进行分级多方式空间建模,以找到两者空间分布的最优规律。试验结果表明总GDP与总灯光亮度值的各级最优拟合优度R^2均在0.9左右。单位面积GDP与平均灯光亮度值的各级拟合优度R^2均在0.85左右。而且通过最优模型进行县级和市级GDP预测精度优于未分级的预测精度。     

Spatialization of electricity consumption of China using saturation-corrected DMSP-OLS data

Electricity is one of the most important components in energy consumption, which is directly related to economic growth, CO₂ emission and global warming. This research intends to estimate spatial distribution of electricity consumption in China, the largest developing country, and analyze the temporal and spatial change of electricity consumption during 1994–2009. The spatial modeling is based on the total electricity consumption of each province and DMSP (Defense Meteorological Satellite Program) – Operational Line-scan System (OLS) data, the latter provides the nighttime light information corresponding to electricity consumption, GDP and population. A simple method was developed to correct the saturated pixels with digital number of 63 in non-radiance-corrected DMSP-OLS data, using cities’ GDP data. The spatial electricity consumption maps were produced during 1994–2009, and they were validated by the electricity consumption records of 101 cities. Finally, the spatial–temporal changes of electricity consumption were analyzed. The results of this research can help to understand the regional discrepancy, especially rural and urban areas of China, of electricity consumption and economic development.     

DMSP-OLS与NPP-VIIRS夜间灯光遥感影像数据整合

DMSP-OLS夜间灯光遥感数据截至2013年,现已被NPP-VIIRS夜间灯光数据取代。因此,要获得长时间序列且稳定的夜间灯光数据集,需要整合两类夜间灯光数据。基于此,本文提出了基于重采样的两类数据整合方法,对2013—2020年NPP-VIIRS数据进行模拟,最终建立了1992—2020年长时间序列校正—模拟DMSP-OLS夜光遥感数据集。结果表明,基于重采样的整合方法效果良好(城市区域Pearson相关系数ρ=0.9852,RMSE=3.4607),整合数据集与相关社会经济参考量高度契合(影像DN值总和与GDP的相关系数ρ=0.946,与人口的相关系数ρ=0.971,二次多项式模型拟合R²≈0.98,RMSE<5.55),优于已有研究。因此,利用该方法整合后的数据集能更好地支撑基于夜间灯光影像的长时间序列研究。     

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。     

基于波士顿矩阵的夜光遥感电力消费估算方法

针对夜光遥感影像估算社会经济参数在局部区域精度不足的问题,提出了基于波士顿矩阵的灯光指数法。该方法在传统灯光指数法的基础上引入波士顿矩阵,将社会经济参量中的电力消费量作为研究对象,以2015年可见光红外成像辐射仪（visible infrared imaging radiometer,VIIRS）年产品为主要数据源,选择中国大陆区域182个城市作为研究区域,利用波士顿矩阵将全部城市分为4类:明星城市、现金牛城市、问题城市与瘦狗城市。结果显示,基于波士顿矩阵的灯光指数法的平均相对误差为34.04%,小于传统灯光指数法的平均相对误差41.69%;且分类后的各类城市,除明星城市外,基于波士顿矩阵的灯光指数法的平均相对误差均小于传统灯光指数法,而两种方法对于明星城市电力消费估算的结果相差不大;将估算结果按照相对误差的大小分为高精度、中等精度与低精度3种,基于波士顿矩阵的灯光指数法高精度与中等精度的估算结果比例均高于传统灯光指数法,而低精度结果的比例则低于传统灯光指数法。由此可见,基于波士顿矩阵法的灯光指数法对于电力消费量的估算结果优于传统灯光指数法。     

兰州市福利彩票销售点分布特征及空间格局优化

利用销售福利彩票所筹集的社会福利基金已成为发展我国社会福利事业的重要经济支柱,研究福利彩票销售点的合理布局具有重要的现实意义。基于兰州市福利彩票销售点位置数据,结合城市道路、行政区划、GDP及人口统计等数据,利用GIS空间分析和数理统计方法,系统分析兰州市福利彩票销售点空间分布特征。结果表明：①兰州市福利彩票销售点在空间上呈现明显的区域差异,城关区最多;七里河区和西固区较少;安宁区最少。②兰州市福利彩票销售点在4个城区的空间格局也存在一定差异,其中在城关区和七里河区呈密集分布,且前者福利彩票销售和密度高于后者,而在西固区和安宁区呈分散分布。③兰州市福利彩票销售点空间格局的形成主要受人口数量、交通便利程度和居民人均收入等因素影响。④兰州市福利彩票销售点的这种不均衡分布一方面势必影响福利彩票销量;另一方面也加剧了福利彩票销售点之间的竞争,其中在城关区竞争最为激烈,西固区和安宁区则较弱,这两个行政区可成为今后建设福利彩票销售点的主要区域。