基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜光影像的中原城市群城市扩张的时空演变及驱动力分析

掌握城市扩张空间格局和驱动机制,有助于中原城市群可持续发展。基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光影像,采用统计数据比较法提取了中原城市群1993—2018年间建成区范围;并从整体和地级市2个尺度研究了1993—2018年城市扩张的时空演变特征;在此基础上构建驱动力模型,研究其时空扩张驱动力。结果表明:①空间上,以郑州为中心,东北至西南方向为参考,各城市建成区面积及扩张规模总体上呈现出“中间大、两边小”的分布格局;以2010年为分界点,扩张类型由边缘式转向飞地式,扩张模式由面状扩张向多中心的点状扩张和沿主要交通线路的线状扩张转变;②时间上,不同城市扩张面积、扩张速度、扩张强度差异显著,扩张速度和扩张强度均为正且大体呈“W”型波动式变化;建成区重心经历了“西南-东北-东北-西-西北-东南”的变动过程,重心在郑州市和开封市之间“徘徊游走”;③城市群扩张的主要驱动力来源于经济因素,其次是社会、交通和环境因素。对城市扩张影响前5的驱动指标依次为一般公共预算收入、GDP、实际利用外资额、教育支出和人口密度。

基于NPP/VIIRS夜间灯光数据的华北地区碳排放时空分布模拟研究

获取准确的碳排放空间分布信息,能够为推进碳达峰碳中和工作提供重要数据支撑。研究基于NPP/VIIRS夜间灯光及统计年鉴数据,对华北地区2013年和2018年碳排放时空分布开展监测。在城市尺度构建了碳排放量和夜间灯光亮度及GDP等辅助信息的拟合模型,估算了2013年和2018年华北地区碳排放量,并分析了碳排放空间分布及影响因素。结果表明:2018年华北地区碳排放量明显高于2013年,华北地区碳排放量由东部向西部和北部减少。北京和天津碳排放量高于其它城市,而内蒙古自治区大部分城市碳排放量较低。

县域NPP/VIIRS夜间灯光信息影响及区域差异研究

夜间灯光数据在社会经济活动方面得到广泛应用,有必要研究夜间灯光信息的影响因素。文章针对2020年度NPP/VIIRS合成灯光数据,从县域单元尺度,采用回归分析法及区域分析法,研究人口数量、GDP和区域开发强度对县域灯光值的影响。结果表明:三次函数、二次函数、幂函数和线性函数对于灯光均值和总值都有较好的拟合效果,效率上,幂函数最适合模拟灯光值与社会经济数据的关系;三因素模型的拟合效果优于双因素模型的拟合效果,双因素模型的拟合效果优于单因素模型的拟合效果;县域处于开发早期的灯光信息更受不透水面率影响,开发中期同时受不透水率、人口和GDP的影响,开发完成期主要受人口和GDP的影响;人口数对于灯光总值、不透水面率对于灯光均值强相关,GDP对于灯光总值较强相关,仅京津冀考虑三因素时与灯光最大值相关性较好。结果可为应用NPP/VIIRS提供参考。

基于NPP/VIIRS夜光灯光数据的沈阳市建成区扩张分析

基于NPP/VIIRS夜间灯光数据,采用统计数据比较法提取沈阳市2012、2015、2018和2021年建成区面积,采用城市扩张速度、强度、紧凑度、分形维数及重心变化剖析了沈阳市建成区时空演变特征。结果表明:沈阳市2012-2021年城市扩张趋势明显,扩张速度和强度呈缓慢增长波动,城市主要是外部扩张,重心整体向东北方向偏移;紧凑度水平和不规则程度整体较低呈降低的趋势;可能存在人口增长与用地比例失调的情况,但变化趋势逐渐变好。结果有助于更好地认识和理解城市化发展、空间格局变化以及城市时空演变特征。

基于NPP/VIIRS夜光遥感影像的作业灯光围网渔船识别

为对远洋灯光渔船作业信息进行实时动态监测,该研究基于可见光红外辐射仪(visible infrared imaging radiometer suite,VIIRS)夜光遥感影像,根据远洋灯光渔船作业时其集鱼灯灯光在VIIRS白天/夜晚波段(day/night band,DNB)影像上的辐射特征,采用峰值中值指数(spike median index,SMI)对灯光渔船与背景像元间的辐射差异进行拉伸,在此基础上设计了基于最大熵法(maximum entropy method,Max Ent)阈值分割以及局部峰值检测(local spike detection,LSD)的作业远洋灯光渔船识别算法,并采用2015年西北太平洋公海灯光围网渔场内作业渔船船位监控系统(vessel monitoring system,VMS)数据对该算法的识别精度进行检验。验证结果显示,该文提出的作业远洋灯光渔船自动识别算法对实际作业灯光渔船的识别精度在92%以上,可以满足远洋灯光渔船日常监测的需求,可为进一步评估远洋光诱渔业捕捞努力量、推进远洋光诱渔业信息化管理以及打击非法、未申报和无管制的(illegal,unregulated,unreported,IUU)捕捞活动提供技术支持。

NPP/VIIRS和DMSP/OLS夜光数据模拟社会经济参量对比

鉴于新一代夜间灯光数据NPP/VIIRS比传统DMSP/OLS数据具有更高空间分辨率和更宽的辐射范围,提出对比两种夜间灯光模拟社会经济参量的潜力。以环渤海区域为研究区,选取全市年平均人口、市辖区年平均人口、全市生产总值、市辖区生产总值、客运总量、全社会用电总量、工业用电、城乡居民用电、建设用地、居住用地、城市道路共11个社会参量指标,分别构建基于NPP/VIIRS和DMSP/OLS两种夜光数据夜光总值参量与11个社会经济参量的回归模型。结果表明:相比DMSP/OLS数据,NPP/VIIRS数据与除全市年平均人口外的10个社会经济指标相关性更高,模拟残差也小于DMSP/OLS数据,表明NPP/VIIRS在模拟社会经济参量上具有优势。

基于NPP/VIIRS夜间灯光数据和土地利用数据的人口分布图绘制——以大连金普新区为例

针对现有人口分布图绘制不够精确,分布状况偏离实际的问题,提出一种利用VIIRS DNB数据对人口进行空间化的方法。以大连市金普新区为例,采用土地利用数据、新一代NPP/VIIRS夜间灯光数据分别建立0.5km×0.5km格网人口预测模型,根据构建的非户籍常住人口分配系数,对建立的模型进行街道尺度的精度评价。结果表明,基于土地利用数据和灯光数据建立的预测模型整体误差分别为0.279和0.142,表明NPP/VIIRS夜间灯光数据能够更为准确地模拟人口,最后根据基于灯光数据建立的人口模型预测得到的人口数,依据"无居住用地则无人口原则"进行人口空间化,绘制出较为精准的人口分布图。该研究探索的技术方法和模型也可以为其他区域相关研究提供参考。

基于NPP/VIIRS卫星夜光数据的新建高铁站所在县域的GDP估算模型

基于美国的新一代对地观测卫星NPP/VIIRS卫星夜光数据,构建面板回归模型,以我国25个中西部首次开通高铁的县域为研究对象,对其2013—2018年间县域GDP进行经济估算。首先,对公开的NPP/VIIRS数据进行基于最大估计的矫正处理;然后,建立夜间灯光-GDP的面板回归模型;最后,进行GDP估算。结果显示25个县中,有16个县的相关系数(R^2)达到了0.9以上,6个县级区域的R^2在0.85~0.9之间,证实NPP/VIIRS卫星夜光数据的变化与新建高铁站所在县域的经济增长呈现较好和长期平稳的正相关性。对高铁与县级经济发展的影响做了简要分析,认为通过面板回归模型来拟合NPP/VIIRS卫星夜光数据并推算新建高铁站所在县域GDP的方法是可行的。

DMSP/OLS与NPP/VIIRS中国大陆地区相互校正研究

DMSP/OLS与NPP/VIIRS两种夜间灯光数据来源于不同传感器,单一数据内及两种数据间无法直接比较。文章研究了中国大陆地区(不包括香港特别行政区和澳门特别行政区)DMSP/OLS之间、DMSP/OLS和NPP/VIIRS的不连续问题,对两种数据进行相互校正,最终形成一致的、可比的长时间序列研究数据。首先,通过逐步校正及饱和校正对DMSP/OLS进行连续性校正,消除不同传感器之间存在的差异,形成1992—2013年连续的研究数据;然后,建立DMSP/OLS和NPP/VIIRS两种夜间灯光数据相互校正模型,通过拟合的对数回归模型把NPP/VIIRS校正到DMSP/OLS的尺度上,结合两种数据形成可比的长时间序列影像;最后,用GDP数据对校正结果进行验证。通过对比分析发现,DMSP/OLS和NPP/VIIRS相互校正后,可以得到1992—2018年连续、具有可比性的灯光数据结果,每一阶段的校正结果与对应GDP存在相关性较高的线性关系。

基于NPP/VIIRS夜间灯光数据的黄淮海地区城乡常住人口格局模拟

以黄淮海传统农区为研究区,利用NPP/VIIRS夜间灯光数据、土地利用数据和人口统计资料,基于城乡人口活动状态及其空间特征,构建城乡常住人口空间化模型,模拟区域城乡常住人口分布,探究城乡人口空间格局特征。结果表明:基于NPP/VIIRS夜间灯光数据和土地利用数据构建的人口空间化模型,拟合优度为0.80,精度检验平均误差为15.6%,模拟精度高,适用性较好;模拟结果能够直观反映黄淮海地区人口集疏特征及县域城乡常住人口分布差异特征,真实展现局地微观尺度城乡常住人口实际分布状况;黄淮海地区城乡常住人口在空间上呈现“总体差异显著、局地内部均衡”的特征,区域尺度上城市地区集聚显著,局地尺度上县域和乡镇内部人口分布相对均衡。模拟结果可为区域城镇村空间布局优化和城乡公共服务设施配置提供参考。

不同地形背景下的NPP/VIIRS影像特征与估算模型对比分析

以2015年NPP/VIIRS夜光遥感影像为信息源,从夜光空间分布、典型城市剖面、区域建筑密度指数三方面对比分析不同地形背景下的山区与平原地区夜光分布的空间特征,构建县级尺度夜光强度指数与年末总人口、地区生产总值的回归模型,对比分析两种地形背景下模型的精度,并探讨了NDVI、坡度、海拔对山区夜光分布的影响。结果表明:平原地区夜光聚集效应更加显著,夜间成像效果优于山区;通过比较模型的相关系数、平均误差等多个指标,平原地区的估算模型明显优于山区县级尺度的回归模型,直接通过夜光强度指数建模估算山区人口与经济水平误差较大;贵州山区夜光分布受NDVI、坡度、海拔的影响显著,夜光强度与NDVI、坡度呈显著负相关关系,随着海拔的升高夜光像元分布呈现先上升后逐渐下降的趋势。

基于NPP/VIIRS和LJ1-01夜间灯光数据的人口空间化对比研究——以北京市为例

为探究珞珈一号01星(LJ1-01)获取的最新一代夜间灯光数据在人口空间化研究的适用性,采用NPP/VIIRS夜间灯光数据、LJ1-01夜间灯光数据、WorldPop人口数据、土地利用数据等,在乡镇(街道)尺度上分别建立线性回归模型、GWR模型和RFR模型,并对建模结果进行评价。结果表明:线性回归模型和GWR模型在人口密度大的区域模拟效果较好,RFR模型在整个区域表现更稳定;GWR模型的精度与空间自相关程度有关,在分区构建GWR模型时还要考虑空间因素的影响;基于LJ1-01夜间灯光数据的人口空间化结果在拟合度以及精度方面均优于NPP/VIIRS。根据实验结果可知,由LJ1-01数据制作的人口空间分布图能够清晰地展示城市内部人口空间分布的差异,在人口空间化研究方向具有巨大潜力。

南北经济差距时空演化与协调发展--基于县域层面NPP/VIIRS夜间灯光数据的实证研究

南北经济差距事关区域高质量协调发展大局。为明确南北经济差距时空演化情况,基于空间格局统计思想和2012—2020年长江经济带和黄河流域1784个县域单元NPP/VIIRS夜间灯光数据,利用标准差椭圆(SDE)、探索性空间数据分析(ESDA)、局部空间自相关(LISA)集聚图等方法和工具,分析和比较经济密集性、方向性、关联性等。结果发现:南北经济均为倒丁字型分级结构,南方经济密集性高于北方且呈上升趋势;南北经济均呈东西方向空间分布格局,南方经济方向性在减弱而北方经济方向性有所强化;南方经济具有更强的关联性,南北经济主要表现为低值集聚和高值集聚,集聚结构单一。南北经济密集性南高北低的空间格局解释了南北经济差距形成的原因,而倒丁字型分级结构和LISA集聚演化情况表明,地区内差距和两极分化是形成差距的主要原因。推动南北经济高质量协调发展,须在明确南北经济低水平协调、方向性一致、重心距离缩短等现状的基础上,解决发展的不平衡不充分问题。一要推动南方地区依托优势区域构建一体化地区经济发展动力系统,加快北方地区增速换挡与城市群、增长极建设,提升南北地区内的经济密集性;二要打造倒三角型经济发展水平分级结构,夯实南北经济协调基础;三要通过硬件设施和软件条件建设,加强南北地区内和地区间的经济联系;四要有针对性地促进南方地区平衡发展和提高北方地区经济发展水平,着力破解倒丁字型分级结构和空间两极分化难题。

基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS数据天山的北坡城市群城市扩展研究

结合DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光数据,对天山北坡城市群1992—2018年的城市夜间灯光进行空间扩展演变研究。利用城市扩展强度、紧凑度以及城市重心转移方法来分析天山北坡城市群城市扩展时空变化特征。结果表明:(1)1992—2018年天山北坡城市群城市夜间灯光扩展强度值呈高-低-高变化趋势。(2)在研究期间研究区紧凑度呈递减态势,在空间上向外部延展型为主导的类型发展,城市结构呈松散化趋势。(3)研究期间天山北坡城市群的城市重心点从昌吉回族自治州的呼图壁县转移到乌鲁木齐的米东区,重心转移方向是东北-西北-西南。天山北坡城市群作为新型城镇化的主体区和经济发展的战略核心区,其城市扩展时空演变研究能够揭示区域城市化发展规律及空间结构演化,促进丝绸之路经济带建设。

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。

NPP/VIIRS多时相夜光遥感影像校正方法

针对NPP/VIIRS影像含有短暂光源和背景噪声的问题,研究了月度影像的辐射特征,提出了多时相夜光遥感影像校正方法。该方法采用峰值特征化放大影像的辐射差异,通过卷积运算区分稳定像元与异常像元,结合最大熵阈值自适应滤波分割了卷积边界的混淆噪声。试验结果表明,该方法修正了原始影像的异常波动,剔除了异常像元,影像拟合经济数据的能力明显提升,弥补了夜光数据微观小尺度研究的缺失,可为社会经济数据动态评估提供新的途径。

基于NPP/VIIRS的哈尔滨夜间灯光与旅游数据相关性研究

哈尔滨以松花江为轴,联合江南、江北两岸著名景点,初步形成了"哈尔滨夜游经济"主体框架。本文利用SPSS软件将2013—2019年NPP/VIIRS哈尔滨主城区夜间灯光数据及相关哈尔滨旅游数据作为耦合对象进行研究。旨在揭示多年来哈尔滨主城区夜间灯光时空发展变化规律及其与旅游发展状况之间的内在联系,进而为制定哈尔滨夜间旅游健康发展对策提供依据。

基于NPP/VIIRS数据的重庆市城市空间发展变化分析

基于NPP/VIIRS夜间灯光遥感数据,采用阈值法结合统计数据提取了城市建成区范围,并通过图斑综合与边界平滑等方法对城市建成区进行了筛选和边界优化。将NPP/VIIRS数据分别与POI核密度、不透水面产品进行耦合性分析发现,虽然NPP/VIIRS空间分布与POI核密度、不透水面具有一定重叠度,且变化趋势一致性较高,但整体相关性不高。选取扩展速率、扩展强度、紧凑度、分形维数、用地增长弹性系数和标准差椭圆等指标对城市空间结构和变化趋势等进行了定量研究。结果表明,重庆市2013-2019年城市扩张趋势明显,扩展速率和扩展强度呈年际波动趋势;城市以外部扩张为主,重心整体向东南方向偏移;紧凑度水平和不规则程度整体较低,且呈逐年降低的趋势;可能存在人口增长与用地比例失调的情况,但变化趋势逐渐变好。通过对城市空间格局变化的分析,以期能为未来城市建设布局提供一定参考。

基于NPP/VIIRS夜间灯光数据海南省人口空间化研究

基于夜间灯光遥感影像的人口空间化信息比传统的统计方式能直观反映出人口的空间分布情况,同时其具有更高时空分辨率,能够有效服务国土空间规划管理。本文以海南省为研究区,基于2013—2018年的NPP/VIIRS夜间灯光遥感影像数据与人口统计数据通过相关性分析并建立回归模型,实现海南省的人口空间化研究。研究表明(1)海南省夜间灯光数据与人口统计数据有显著相关性,基于误差分类的3次线性函数模型具有较好的拟合度;(2)海南省人口分布主要在沿海市县,中部市县人口稀疏,空间上形成北海口、南三亚的两极分布特征;(3)2013—2018年间海南省各市县人口数量持续增加,但增速分化明显,中部与沿海的人口差距持续加大。

基于NPP/VIIRS数据的龙岩市GDP空间化研究

统计得到的GDP数据是区域汇总值,在空间分析时存在局限性。夜间灯光遥感数据能反映人类活动活跃程度,与GDP空间分布存在一定关联。文章以龙岩市为例,通过对2019年NPP/VIIRS灯光数据进行处理,建立GDP估算模型,实现龙岩市GDP空间化。结果表明:研究成果精度较高,空间化后的GDP密度图能够反映龙岩市经济发展空间分布情况,对政府决策等提供一定依据。