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。     

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ArcGIS的DMSP/OLS夜间灯光影像校正模型的构建

系统分析了DMSP/OLS非辐射标定夜间灯光强度数据本身的固有缺陷,提出了一套完整地对中国区域夜间灯光影像进行校正的技术思路,并基于ArcGIS地理信息平台进行了相应的模型构建,有效去除了灯光影像中非稳定亮值像元的影响以及影像序列中DN值的异常波动,增加了长时间序列夜间灯光影像的连续性和可比性,在数量尺度和空间尺度均取得了较好的校正效果。     

DMSP/OLS稳定夜间灯光影像的校正方法

由于DMSP/OLS稳定夜间灯光遥感图像的不连续性和过饱和问题,该数据不具有直接可比性,使用前需进行影像校正。本文提出了一套新的稳定夜间灯光数据的校正方法,包括传感器间的依次校正、连续性校正和过饱和校正,系统校正了1992—2013年时间序列上的34期影像,并对得到的目标影像进行了目视评价、定量评价、相关评价和优势分析。校正后的图像连续性、稳定性大幅提高,与社会经济数据呈现更强烈的线性相关。同时避免了传统方法中的误差引入问题,得到了较好的校正结果。     

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。     

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。     

中国区域DMSP-OLS与NPP-VIIRS夜间灯光影像校正

本文基于对传统不变目标区域校正法的改进,选择4期辐射定标参考影像对DMSP-OLS影像进行了饱和校正与时间序列连续性校正。通过阈值法去除了NPP-VIIRS影像的背景噪声及异常值,利用对数变换压缩了其灯光辐射值的动态范围,使其亮度分布更接近于DMSP-OLS数据。利用BiDoseResp函数模型对NPP-VIIRS影像进行了一致性校正,获得了1992-2019年长时间序列夜间灯光影像。从定性、定量及校正影像与社会经济参量的相关性方面对校正结果进行了精度验证。结果表明,改进后的校正方法改善了DMSP-OLS影像饱和严重的现象,使其获得了长时间序列纵向可比性。BiDoseResp函数模型可以很好地拟合DMSP-OLS和对数变换后的NPP-VIIRS之间的回归。校正后的长时间序列灯光影像数据与社会经济参量高度契合。校正结果对推广长时间序列夜间灯光影像的广泛应用、深化长时间序列科学问题的研究具有重要价值。     

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。     

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.     

中国DMSP-OLS长时间序列夜间灯光遥感数据饱和校正研究

利用夜间灯光数据进行长时期社会经济问题研究时,需要对数据饱和校正,从而得到可信可靠的研究结果。针对不变区域法在长时间序列夜间灯光数据饱和校正时假设不变区域数据不随时间变化以及未区分数据饱和部分和未饱和部分的不足,本文提出首先对数据年际校正,再以NDVI数据为辅助进行饱和校正的方法。年际校正时准确定义了基准区域和基准年份,饱和校正过程中分别对不同城市聚类分区构建校正模型。研究发现,夜间灯光数据包括未饱和部分和饱和部分,饱和阈值为30;两部分数据亮度值与相应无饱和数据亮度值的函数关系不同,未饱和部分符合线性模型,饱和部分符合指数模型;区分不同城市聚类分区进行饱和校正十分必要,尤其是大范围区域数据饱和校正;以NDVI足迹数据为辅助,运用指数模型对饱和部分数据校正后,数据值域增大,空间异质性增强,与区域GDP拟合程度改善,很好地消除了由于卫星传感器设置特性产生的饱和效应,得到更好反映人类社会经济活动强度和空间分布特征的长时间序列饱和校正夜间灯光数据。文中得到的年际校正和饱和校正模型可以不做参数调整而直接运用,校正方法适用性较强。     

基于DMSP/OLS数据的蒙古高原城市群空间特征比较

用经过相互校正、饱和校正和影像间的连续性校正后的DMSP/OLS数据提取城市建成区,对蒙古乌达城市群和呼包鄂城市群的城市扩张进行测度,并对其空间演变特征进行比较分析。结果表明:(1)利用校正后的夜间灯光影像提取的各市建成区面积均有较大幅度的增长,呼包鄂城市群建成区的提取阈值明显大于乌达城市群;(2)乌达城市群区域之间发展极不均衡,呼包鄂城市群区域扩张则较为均衡;(3)两个城市群的土地城市化过程均处于快速发展状态,呼包鄂城市群周边很多小城镇得到逐步发展,乌达城市群区域发展极化效应显著。     

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.     

Estimation of Light Pollution Using Satellite Remote Sensing and Geographic Information System Techniques

The primary focus of this research is to estimate light pollution in the urban and suburban regions of Pakistan with the help of satellite remote sensing (SRS) and geographic information system (GIS) techniques. Analog maps and multi-temporal nighttime images of the Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) onboard Operational Linescan System (OLS) sensor were used in this study. A series of direct and indirect light pollution maps of the study area were generated and analyzed. The results of the study show that in the urban environment, light pollution is mainly due to artificial nightlight sources.     

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...     

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...