基于灯光数据的中国县域城镇建设用地产出效率时空演变特征

本文以灯光密度表征建设用地产出效率,采取KDE、ESDA、SDE等方法对中国县域尺度2000-2015年建设用地产出效率的总体特征、时空演变以及方向分布进行分析,研究发现：① 夜间灯光总亮度与建设用地出产出存在较强的相关关系,说明可用灯光总亮度表征建设用地产出,以灯光密度反映建设用地产出效率具有一定的科学性。② 建设用地产出效率东高西低,持续上升;增长速度西高东低,中部居中,但区域间年均增长率最大相差0.56%,整体较为均衡。③ 虽然建设用地产出效率由2000年的0.008单位灯光/km²持续上升至2015年的0.025单位灯光/km²,但其核密度曲线始终处于中低水平且右侧区间不断扩大,说明中国建设用地产出效率总体水平较低,呈现出中低水平俱乐部收敛的特征。④ 建设用地产出效率的全局 Moran's I指数都大于0,建设用地产出效率存在正向空间分布特征,且其局部空间格局变化较小,存在稳中有动,强中有弱,弱中有强的特点。⑤ 方向分布上,建设用地产出效率的方位角始终在72.420^o与81.066^o之间,说明东北-西南方向为建设用地产出效率的主要方向,且标准差椭圆的主轴与辅轴标准差都有所增加,说明在建设用地产出效率的主要方向与次要方向上都发生了分散现象。     

DMSP/OLS夜间灯光数据研究成果知识图谱分析

利用CitesSpace软件对1997-2017年DMSP/OLS夜间灯光数据进行知识图谱分析,梳理国内外研究热点与演化历史,发掘研究难点,为后来研究者提供方向。本文选取Web of Science 核心数据集数据库收录的文献,进行合著特征分析、关键词共现分析和文献共被引分析。结果表明：① 夜间灯光数据相关研究最活跃的国家、机构和作者分别是美国、中国科学院和Elvidge;② 社会经济条件估计（人口、人口密度和电力）和城市扩展变化监测一直是国内外研究的热点和前沿;③ 目前的研究难点是如何减少灯光溢出效应以及灯光过饱和现象对研究精度的影响;④ 研究学科交叉性强,涉及地理学、测绘科学与技术、应用经济学、社会学等领域。因此,未来的研究趋势主要表现在数据处理方法的优化、研究领域的拓展以及深化已有研究成果3个方面。     

基于夜间灯光和土地利用数据的云南沿边地区GDP空间差异性分析

云南沿边地区包括8个地州,共56个县,其中有25个县市与老挝、缅甸和越南直接毗邻,具有重要的地缘位置。本研究利用土地利用数据和夜间灯光数据在实现云南沿边地区GDP空间化的基础上,对GDP的空间分布格局进行深入探讨,这对缩小区域经济差异及促进地区共同发展具有一定的指导意义。采用土地利用数据对国内生产总值（Gross Domestic Product, GDP）数据的第一产业进行空间化拟合,采用DMSP/OLS夜间灯光数据对GDP的第二、三产业进行拟合,将第一产业和第二、三产业空间化拟合的结果相加,实现云南沿边地区1992-2013年的GDP的空间化拟合。在此基础上对云南沿边地区GDP空间分布差异进行分析。结果表明：① 土地利用数据对第一产业建模的效果较好,拟合的多期数据的相对误差均低于1.12%,采用夜间灯光数据,基于“分类回归”方法对第二、三产业拟合相对误差最大仅为6.404%,最终二者之和拟合的GDP拟合精度都较好,相对误差最大仅为4.241%;② 22期GDP数据在空间分布上均呈现正的相关性,且均为显著集聚;③ GDP空间分布局部集聚的高值-高值区域集中在开远、蒙自等县域,低值-低值地区集中在绿春、西蒙等地区;④ 云南沿边地区县域之间的经济差异在1992-1996年逐渐增强,1996年之后,经济差异波动缩小,空间关联效应呈现波动式的增强和减弱;⑤ 云南沿边地区的三维插值结果均呈现出西北至东南一线的“洼地-丘陵-平地-高峰”地势变化格局,沿边地区的东南角地区即红河州的建水、个旧和开远等县市的GDP最高,“丘陵”地势主要集中在腾冲、保山市以及最南部的景洪地区,“洼地-平地”地势主要分布在沿边地区西北角的贡山和福贡等县域、西南角的西蒙和孟连等县及中部区域的绿春和江城县等地区。     

基于夜间灯光数据的人口密度遥感定量反演方法

在总结分析人口遥感监测已有的理论成果、技术和方法的基础上, 利用线性回归方法建模, 探讨夜间灯光影像和人口密度之间的相关关系。考虑到中国人口复杂性以及分布不均匀, 使用分区方法进行人口建模, 分析建模的精度以及各分区的效果, 最终建立全国的人口密度图。结果表明, 生成的人口密度图能完整地反映人口分布细节以及宏观分布特征, 对于国家经济可持续发展、区域生态环境保护等方面具有很重要的意义。     

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。     

2001—2018年长三角城市群城市化与生态环境耦合协调度变化监测

城市化的发展与生态环境紧密相关,利用遥感方法可准确地进行城市化与生态质量耦合协调度动态监测与分析,为区域的城市化建设、生态治理及发展规划提供必要的参考依据。本文以长三角城市群为例,利用Landsat系列数据和DMSP-OLS夜间灯光数据分别建立表征区域生态环境的遥感生态指数(RSEI)和表征区域城市化水平的灯光指数(CNLI),采用耦合协调度模型探究了2001—2018年长三角城市群城市化与生态环境耦合协调度时空变化特征。结果表明：(1)2001—2018年,长三角城市群城市化水平不断提高,城市化指数由2001年的0.112提高至2018年的0.288;(2)2001—2018年,长三角城市群生态环境质量不断下降,生态等级为优的区域不断收缩,其中上海市与南京市最明显;(3)2001—2018年,耦合协调度总体呈现上升趋势,且各城市空间差异性较大。     

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。     

基于珞珈一号和OSM数据的呈贡区建筑密度估算

建筑密度是城市规划布局的一个重要指标。为了提高建筑密度的获取效率,本文提出一种结合珞珈一号数据和OSM数据的估算城市建筑密度的方法。基于珞珈一号数据,文中以固定大小的网格为单位采样分析了昆明市呈贡区灯光强度和建筑密度的拟合关系;基于OSM数据,利用GIS提取分析、数学分析等方法去除道路灯光对估算结果的影响。然后利用非线性拟合模型估算了昆明市呈贡区的建筑密度,得到其空间分布情况;并验证分析了估算模型的精度。结果表明,昆明市呈贡区的建筑密度与夜间灯光强度有较高的相关性,可以结合珞珈一号夜光影像数据和OSM道路数据估算城区的建筑密度。     

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的省域GDP统计数据空间化方法——以广西壮族自治区为例

针对省域小尺度资源环境研究领域对空间型社会经济数据的需求,以DMSP/OLS夜间灯光数据为依据,采用GIS与SPSS相结合的方法,分析广西生产总值、第一产业、第二产业、#工业和第三产业分别与夜间灯光指数的相关性,构建广西2010年GDP统计数据的空间化模型,并制作广西1km*1km GDP密度专题图。结果表明,DMSP/OLS夜间灯光数据与省域GDP的空间分布相关性明显,相关系数为0.9755。估算得到的GDP密度能够完整地反映广西GDP宏观分布现状,可为今后经济决策和产值估算提供一定的依据。