基于珞珈一号卫星夜间灯光数据的郑州建成区识别与分析

针对城市建成区面积变化影响着城市发展规划的问题,国家和地方政府对建成区的有效识别与分析的需求日益迫切。本文利用珞珈一号卫星夜间遥感影像数据,通过经验阈值法对郑州建成区进行识别,将识别后的结果分区统计,计算出各县区灯光的覆盖面积,利用各县区同年的国内生产总值（GDP）、建成区面积和三个月的平均灯光面积进行线性回归。结果表明,GDP和建成区面积同灯光面积的变化有密切关系。该研究结果可以为郑州市政府对近期的土地合理利用和生态文明的制度建设提供相关的数据支撑。     

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...     

珞珈一号夜间灯光数据的福建省人为热通量估算

夜间灯光数据是估算人为热通量（AHF）的重要数据,但当前应用最广的DMSP/OLS和Suomi-NPP/VIIRS夜间灯光数据由于受限于粗糙的空间分辨率,而无法刻画城市内部的AHF分布细节。中国2018年6月发射的Luojia 1-01卫星所获取的130 m高空间分辨率夜间灯光数据,则有望解决这一问题。因此本文利用Luojia 1-01夜间灯光数据,通过将统计年鉴中的能源统计数据细化至福建省84个县（市、区）,然后与3个夜间灯光指数（NTL_nor、HSI、VANUI）进行回归分析,分别构建了基于这3个指数的福建省AHF空间估算模型,并采用交叉验证法对其进行筛选。结果显示：（1）在3个指数中,基于VANUI的乘幂估算模型的R²最高,且RMSE最小,因此精度最高;（2）利用VANUI乘幂估算模型反演得到的2018年福建省年均AHF为0.88 W/m²,其中厦门市的年均AHF最高,达10.98 W/m²,泉州、莆田、福州、漳州等沿海城市次之,年均值在0.98—1.95 W/m²,而宁德、龙岩、三明、南平等城市的AHF则较低,均值在0.38—0.46 W/m²;（3）Luojia 1-01夜间灯光数据可以揭示城市内部的AHF分异细节。根据用地属性和功能的不同,AHF数值表现为：城市集中商业区>大型市政公共设施区>城市主干道>城市住宅区>近郊住宅区。研究表明,基于Luojia 1-01夜间灯光数据建立的AHF估算模型可以较好地揭示城市尺度AHF的空间分异情况。     

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。     

启明星一号夜间灯光影像的评估

武汉大学研制的启明星一号（Qimingxing-1,QMX-1）卫星具备夜间可见光成像的功能,该卫星于2022年2月27日成功发射。为评估QMX-1夜间灯光影像的数据特点,选择北京市、深圳市和武汉市作为研究区域,将QMX-1夜间灯光影像与珞珈一号01星（Luojia1-01,LJ1-01）夜间灯光影像在数据统计特征、路网方面进行了多层次的对比分析,并利用小波分析评价启明星一号夜间灯光影像的空间特性。分析结果显示,QMX-1夜光影像与LJ1-01夜光影像灰度值分布不同,QMX-1夜光影像灰度值更加均一;QMX-1夜光影像中道路更易于辨认,且QMX-1夜光影像灰度值与道路长度和道路核密度具有更高的相关性;在QMX-1夜光影像上,23 m和46 m分辨率的小波分量均占约15%的能量,说明QMX-1夜光影像蕴含了丰富的空间细节信息。研究发现QMX-1夜光影像是一种质量较高的夜间灯光数据源,20 m左右空间分辨率的夜光数据能够更有效地反映城市细节信息。     

“珞珈一号”夜光数据在漓江流域城镇信息提取中的应用

城市的空间结构和扩展情况是研究城市发展的重点,利用夜光数据可以有效地提取出城镇信息,珞珈一号夜光数据的分辨率较高,但目前对珞珈一号夜光影像的研究不多。本文以广西壮族自治区桂林市的漓江流域为研究区域,采用简单阈值法和城市夜间灯光指数法分别从NPP-VIIRS夜光数据和珞珈一号夜光数据中提取漓江流域的城镇信息,比较了两种提取城镇信息方法的优劣以及NPP-VIIRS夜光数据和珞珈一号夜光数据在提取小区域城镇信息的精度,并分析珞珈一号夜光数据在实际提取小区域城镇信息的可行性。结果得出：利用城市指数法从珞珈一号夜光数据提取城镇信息较为清晰,提取结果的Kappa系数为0.729 3,高于NPP-VIIRS夜光数据的提取结果。     

珞珈一号夜间灯光影像在建设用地提取中的应用:以武汉市为例

城市建设用地能够反映城市建设发展在地域空间上的分布形态,是规划主管部门监测城市建设和扩张的关键指标.2018-06-02发射的珞珈一号卫星可提供130 m分辨率的夜间灯光数据,在城市建设用地的提取方面具有较大潜力.首先整合珞珈一号夜间灯光影像与Landsat 8多光谱影像以及网络地图兴趣点数据;然后分别采用人类居住合成...     

利用夜间灯光POI的城市建成区提取精度研究——以珞珈一号01星和NPP/VIIRS夜间灯光影像为例

近年来,夜间灯光影像被广泛应用于城市建成区提取,但由于数据分辨率低以及灯光溢出效应的影响,提取的建成区结果精度有待提高.基于中国珞珈一号01星(Luojia 1-01)和美国国家极地轨道伙伴卫星搭载的可见光红外成像辐射仪(national polar-orbiting partnership's visible inf...     

夜间灯光数据支持下的广州市人口空间化

了解区域人口的空间分布,能够为城市精细化管理和城市规划提供有力的支撑数据,对提高城市发展水平有重要的现实意义。为此,本文以“珞珈一号”(LJ-1 01)夜间灯光(NTL)影像为基础数据,以广州市为研究区,结合人口估算模型等方法,开展基于NTL数据的人口空间化研究。结果表明:LJ-1 01 NTL数据能够有效地应用于人口空间化研究。人口空间化后,广州市人口分布具有显著的“一主中心,多核心”的特征,各区域内部的人口分布差异可被清晰地展示与区分。本文结果对城市规划与城市管理具有一定价值的辅助支撑作用。     

利用高分影像和珞珈一号数据进行住房空置率高精度空间估算

本文主要利用珞珈一号夜间灯光数据和高分遥感影像数据,提出了一种对研究区按建成区高层区、建成区低层区和非建成区住房进行空置率分区块估算的方法,采用夜晚实地记录的方法对估算结果进行精度检验,并通过LISA聚集图分析其空间聚集情况.表明结果:①研究区整体住房空置率为17.88％,均方根误差为0.14,其中非建成区的住房空置率...     

Analyzing parcel-level relationships between Luojia 1-01 nighttime light intensity and artificial surface features across Shanghai,China: A comparison with NPP-VIIRS data

Nighttime light (NTL) remote sensing data have been widely used to derive socioeconomic indices at national and regional scales. However, few studies analyzed the factors that may explain NTL variations at a fine scale due to the limited resolution of existing NTL data. As a new generation NTL satellite, Luojia 1-01 provides NTL data with a finer spatial resolution of ∼130 m and can be used to assess the relationship between NTL intensity and artificial surface features on an unprecedented scale. This study represents the first efforts to assess the relationship between Luojia 1-01 NTL intensity and artificial surface features at the parcel level in comparison to the Suomi National Polar-orbiting Partnership-Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (NPP-VIIRS) NTL data. Points-of-interest (POIs) and land-use/land-cover (LULC) data were used in random forest (RF) regression models for both Luojia 1-01 and NPP-VIIRS to analyze the feature contribution of artificial surface features to NTL intensity. The results show that luminosity variations in Luojia 1-01 data for different land-use types were more significant than those in NPP-VIIRS data because of the finer spatial resolution and wider measurement range. Seventeen variables extracted from POI and LULC data explained the Luojia 1-01 and NPP-VIIRS NTL intensity, with a good out-of-bag score of 0.62 and 0.76, respectively. Moreover, Luojia 1-01 data had fewer “blooming” phenomena than NPP-VIIRS data, especially for cropland, water body, and rural area. Luojia 1-01 is more suitable for estimating socioeconomic activities and can attain more comprehensive information on human activities, since the feature contribution of POI variables is more sensitive to NTL intensity in the Luojia 1-01 RF regression model than that in the NPP-VIIRS RF regression model.     

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。     

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。     

珞珈一号01星夜光遥感设计与处理

珞珈一号01星是兼具遥感和导航的一星多用低轨维纳科学试验卫星,本文针对珞珈一号01星夜光遥感设计与处理,详细介绍了卫星平台的有效载荷及平台设计;面向科学的试验目标,制订了科学的夜光成像任务计划,实现了全国夜光一张图任务规划;提出了面向珞珈一号01星的在轨几何辐射定标模型;研制了支持WEB端及移动端访问的数据共享服务系统;针对夜光遥感数据在社会经济应用问题,提出了发展指数和未来发展指数的珞珈一号指数模型,并通过相关实验验证了模型的有效性。珞珈一号01星可为社会经济参数估算、重大事件评估、渔业监测、国家安全等领域提供技术支撑。     

基于夜间灯光数据的南京城镇用地提取

针对多时相夜间灯光影像无法直接对比的问题,该文提出了一种基于不变目标进行不同年份不同卫星夜间灯光数据的校正方法。在系统校正多时相夜间灯光数据的基础上,应用支持向量机分类算法提取城镇用地信息,并分析1992—2013年南京城镇扩张动态变化规律。结果表明:该数据校正方法可以有效减少年际夜间灯光影像之间的异常差异,提高不同年份数据间的连续性和可比较性;支持向量机分类算法提取的4个样区城镇用地信息总体精度和Kappa系数平均值分别为88.35%和0.56,能够准确反映区域城镇发展的实际情况;1992—2013年南京城镇经历先缓慢后快速的扩张过程,主城区在1992年城镇基础上往四周扩张,并沿长江及南北交通走廊发展。     

Global mapping of urban built-up areas of year 2014 by combining MODIS multispectral data with VIIRS nighttime light data

An improved methodology for the extraction and mapping of urban built-up areas at a global scale is presented in this study. The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)-based multispectral data were combined with the Visible Infrared Imager Radiometer Suite (VIIRS)-based nighttime light (NTL) data for robust extraction and mapping of urban built-up areas. The MODIS-based newly proposed Urban Built-up Index (UBI) was combined with NTL data, and the resulting Enhanced UBI (EUBI) was used as a single master image for global extraction of urban built-up areas. Due to higher variation of the EUBI with respect to geographical regions, a region-specific threshold approach was used to extract urban built-up areas. This research provided 500-m-resolution global urban built-up map of year 2014. The resulted map was compared with three existing moderate-resolution global maps and one high-resolution map in the United States. The comparative analysis demonstrated finer details of the urban built-up cover estimated by the resultant map.     

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。     

Exploring improvement of impervious surface estimation at national scale through integration of nighttime light and Proba-V data

Directly mapping impervious surface area (ISA) at national and global scales using nighttime light data is a challenge due to the complexity of land surface components and the impacts of unbalanced economic conditions. Previous research mainly used the coarse spatial resolution Defense Meteorological Satellite Program’s Operational Linescan System (DMSP OLS) and Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), normalized difference vegetation index (NDVI) data for ISA mapping; the improved spatial resolution and data quality in the Suomi National Polar-orbiting Partnership, Visible Infrared Imaging Radiometer Suite’s Day/Night Band (VIIRS DNB) and in Proba-V data provide a new opportunity to accurately map ISA distribution at the national scale, which has not been explored yet. This research aimed to develop a new index – modified impervious surface index (MISI) – based on VIIRS DNB and Proba-V data to improve ISA estimation and to compare the results with those from the combination of VIIRS DNB and MODIS NDVI data. Landsat data were used to develop ISA data for the typical sites for use as reference data. Regression analysis was used to establish the ISA estimation model in which the dependent variable was from the Landsat data and the independent variable was from the MISI, as well as the previously used Large-scale Impervious Surface Index (LISI). The results indicate that the major error is from the very small or very large proportion of ISA in a unit; improvement of spatial resolution through use of higher spatial resolution nighttime light data (e.g., VIIRS DNB) or NDVI (e.g., Proba-V NDVI) data is an effective approach to improve ISA estimation. Although different indices for the combination of nighttime light and NDVI data have been used, the MISI is especially valuable for reducing the estimation errors for the regions with a small or large ISA proportion.     

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-...