基于DMSP/OLS夜间灯光遥感数据的城市研究进展

夜间灯光数据DMSP/OLS的独特光电放大特性和对夜间灯光的捕获能力,使其成为人类活动监测的绝佳选择。本文回顾了DMSP/OLS数据在城市研究中的应用,并总结了其在实际应用中的优缺点,最后展望了其未来在城市研究的应用方向。

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=0.985 2,RMSE=3.460 7),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R~2≈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。

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2003～2008年两个阶段建设用地信息提取阈值的变化,划分城市建设用地的主导扩张类型。研究表明:长三角城市群表现为核心城市的面状扩张、沿交通网络的线状扩张和非核心城市的点状扩张模式,城市群的特征逐渐体现;区域内部城市化发展水平不均衡,但空间差异逐渐缩小;镇江、常州、扬州、无锡、苏州、南通、湖州、嘉兴、绍兴、舟山和台州等市属于填充增强主导扩展类型;南京、杭州和上海则属于外延-填充增强主导扩展类型;泰州和宁波属于填充增强-外延主导扩展类型。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城乡结合部空间识别研究——以重庆市主城区为例

为解决经济、人口等城乡结合部空间识别指示要素不能反映行政区内部差异的问题,该文提出了一种基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城乡结合部空间识别技术方法。首先构建灯光亮度和灯光亮度起伏度特征组合值模型,分析灯光亮度和灯光亮度起伏度组合特征;其次通过断点法分类,对城乡结合部进行空间识别;最后以重庆市主城区为例进行了实证研究。结果显示:1)城市呈现"高灯光亮度、低灯光亮度起伏度"特征组合;城乡结合部呈现"中灯光亮度、高灯光亮度起伏度"特征组合;乡村呈现"低灯光亮度、低灯光亮度起伏度"特征组合。2)城乡结合部面积占重庆市主城区总面积的59.07%,主要分布在以江北区观音桥街道中部为圆心,以17km为内半径和37km为外半径构成的环带内。基于DMSP/OLS夜间灯光数据为城乡结合部空间识别提供了一种简便可行的方法。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据提取城镇建设用地的邻域分析法

为提高城镇建设用地提取的精度,文章提出一种基于DMSP/OLS夜间灯光数据邻近象元特征差异的提取城镇建设用地的邻域分析方法。该方法主要是通过栅格运算识别建设用地和非建设用地的突变,结合阈值法准确提取建设用地边界。将该方法应用于2009年中国大陆34个主要城市的建设用地提取,并与基于TM数据以及基于DMSP/OLS数据传统全局阈值法和局部优化法提取的建设用地进行比较。结果显示,该方法提取的建设用地象元数与TM影像提取的象元数呈较好的相关性(R2=0.966),均方根误差为191.64个象元,相对精度为82.79%,景观形状指数、聚集度指数、边缘面积比指数和连接度指数也具有较高的相似性(R2分别为0.475 4、0.366 2、0.858 9和0.915 3)。该方法不仅能准确识别大面积的城市建设用地斑块边界,而且不会漏掉小面积的城市建设用地斑块,克服了传统全局阈值法和局部优化法的缺点。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城市人口估算——以湖北省各县市为例

城市人口数据是了解城市发展的重要因素,对研究城市环境等方面也有重要意义。随着GIS和遥感技术的发展,利用大面积、多时相的遥感数据研究城市人口的技术也日渐成熟。本文借助遥感数据和GIS手段分析2000年湖北省各县市DMSP/OLS卫星的夜间灯光数据亮度值与各县市城镇人口之间的关系,建立相应的模型模拟湖北省2002年76个县市城区人口,其结果预测吻合度为98.94%,平均相对误差为10.95%,说明利用夜间灯光数据对城镇人口做短期的预测可以达到很好的效果。

大数据在社会科学中的价值:以DMSP/OLS夜间灯光数据为例

"学术思想和研究的演变过程受到特定历史条件下研究方法和分析手段的深刻影响",大数据时代的数据收集、统计分析和研究方法的跨越式变革成为社会科学发展的重大契机。本文以DMSP/OLS夜间灯光数据为例,说明了与传统统计数据相比,大数据带有的容易获取,高度客观性,应用范围广,以及与传统小数据有很好的匹配性等突出特征。目前,国内外社会科学界对大数据的研究和应用均刚刚起步,而现有少数在社会科学研究中的大数据应用充分展示了它的优势。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城镇化进程及格局研究——以杭州市为例

利用1992—2013年间覆盖杭州市的DMSP/OLS夜间灯光(nighttime light,NTL)数据,结合相关社会经济统计资料,采用分区阈值提取等方法提取杭州市各县、市的城镇区域面积,分析NTL数据与城镇化进程的关系及杭州市城镇化扩张模式;选取景观生态学相关研究方法,引入景观格局与斑块概念,结合主要交通线分布,对杭州市城镇化进程及格局进行分析。研究结果表明,利用NTL数据进行城镇化研究具有一定可行性。杭州市城镇化扩张表现为后期加速型,城镇化发展在2000年以前主要集中在主城区;2000年以后,随着经济社会的发展,城镇化开始沿主要交通线呈面状分散发展,城镇化速度及水平全面提升,发展方式及发展重心都呈现出一定的转变。运用DMSP/OLS NTL数据从市域层面展开城镇化相关研究,并引入景观生态学相关概念,对城镇化研究以及城市规划有一定的借鉴意义。

环境规制、技术进步与中国经济发展——基于DMSP/OLS夜间灯光校正数据的实证研究

本文以DMSP/OLS夜间灯光校正数据代替GDP衡量我国经济发展质量,运用空间面板数据回归模型对"波特假说"进行经验考察。研究结果表明,中国经济发展呈现典型的空间集聚与空间溢出特征,环境规制通过增加企业生产成本抑制地区经济发展,同时通过刺激技术进步提高地区经济发展质量。但环境规制对邻近地区的经济发展存在显著的负向空间溢出效应,且"创新补偿"的空间溢出效应并不明显。

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。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的环渤海城市群时空演变研究

城市群时空演变过程研究对优化城市群空间结构及促进城市间协调发展均具有重要意义。以1992—2013年DMSP/OLS夜间灯光数据为数据源,综合利用地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析技术、城市位序-规模法则、城市空间扩展速率指数及标准差椭圆等方法对环渤海城市群时空演变过程进行研究,结果表明:①1992—2013年间,该城市群各城市夜间灯光总量均呈显著增长,整体增长率为135.89%;②随时间推移,该城市群中心城市对周边地区的辐射带动作用逐步增强,城市规模分布由不均衡状态向均衡状态转变;③该城市群空间扩展呈中心城市圈层化特征,演变格局表现为由西向东,由北向南的趋势,重心向西南方向偏移,空间范围呈扩张态势。研究可为环渤海及我国其他城市群时空演变研究提供方法借鉴与数据支持。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的东北地区经济差异的时空特征

基于DMSP/OLS夜间灯光数据,以2003-2013年东北地区43个城市为研究对象,在使用变异系数和泰尔指数对其经济差异进行测度的基础上,运用标准差椭圆和空间马尔可夫链分析东北地区城市经济差异的时空特征。研究表明:一是研究期间内东北地区区域协调发展取得一定成果,城市经济差异总体表现出在波动中缩小的态势,但区域内部差距依旧突出。二是东北地区城市经济总体呈现出较稳定的西南-东北方向的空间分布格局,经济重心缓慢向北迁移,而且城市经济在长轴和短轴方向上都呈持续扩张的趋势。三是由空间马尔可夫链可知,东北地区城市经济发展存在趋同现象与空间溢出效应,但不同邻域环境对各城市经济类型的转移存在异质性。

基于Landsat数据和DMSP/OLS夜间灯光数据的城市扩展提取:以天津市为例

以天津市为例,将多时相的Landsat TM/ETM+影像与DMSP/OLS夜间灯光数据结合起来提取城市建成区扩展信息,并进行验证和分析。首先,利用DMSP/OLS夜间灯光数据得到城市建成区的大致范围,利用这个范围内的Landsat TM/ETM+数据和多波段纹理进行图像分类,得到城市建成区的空间分布。然后,利用分类后比较法得到城市建成区的变化信息,将提取的建成区变化结果与利用DMSP/OLS数据得到的城市建成区扩展信息以及基于统计数据的城市建成区变化趋势进行对比,验证方法的有效性。结果表明,结合DMSP/OLS数据和Landsat数据的光谱特征以及提取的多波段纹理特征,可有效地减少裸土与城市建成区的混淆,与只利用光谱信息的建成区提取及变化检测相比,得到更高的精度。因此,结合Landsat TM/ETM+数据和DMSP/OLS夜间灯光数据提供了一种进行大型城市建成区扩展检测的有效方法。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的中国经济空间格局

基于中国2303个县域单元1998年-2013年的人均GDP和夜间灯光遥感数据,采用空间自相关分析方法研究中国县域经济发展的空间格局,结果表明：1）整体上,中国区域经济增长两极分化严重,区域发展空间格局大体保持不变.其中,东部地区的珠三角、福建沿海、长三角、山东半岛、京津唐、辽中南依旧为典型的经济发达区,成为全国性的经济增长极,但是其经济溢出效应不足;西南地区的贵州、四川行政区的边缘及西藏东南部和甘肃南部为典型的经济落后区;中西部的省会城市成为区域经济增长中心,对周边县市产生虹吸作用.2）从时间序列变化趋势来看,不同聚类类型的变化趋势差异显著.HH类型区的空间格局总体上稳定,年际变化小;LL类型区年际起伏变化大;HL类型和LH类型区变化不显著.从空间分布特征来看,HH类型和LL类型区具有集中连片分布的特征,HL类型和LH类型区趋于分散,其中HL类型呈点状分布于中西部省会城市（武汉、西安、兰州、成都、重庆、贵阳、南宁、昆明）.

从夜间灯光遥感数据看黄河流域经济协同发展

黄河流域是我国重要的经济地带和生态屏障,推动黄河流域协同发展,既是高质量发展的内在需要,也是缩小东西部地区经济差距、实现共同富裕的必然要求。因此党的二十大强调,推动黄河流域生态保护和高质量发展。本文选取黄河流域2000年-2020年NPP/VIIRS夜间灯光遥感数据,根据相关地理经济学计量分析方法,分析地区经济协同发展的现状、存在问题及原因,以期为制定黄河流域协同发展政策提供相应科学依据。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的成渝城市群碳排放时空动态特征研究

基于1992-2013年国防气象卫星计划(DMSP/OLS)夜间灯光数据和能源统计数据,对成渝城市群碳排放进行研究,应用空间自相关模型,并结合趋势分析和地理信息系统(GIS)空间分析方法,探究成渝城市群碳排放时空变化规律。研究结果表明:(1)基于DMSP/OLS夜间灯光数据估算的碳排放与基于能源消耗统计数据计算的碳排放动态变化趋于一致,且存在较好相关性;(2)1992-2013年成渝城市群碳排放增加趋势明显,碳排放增加区域面积高达76.26%,分布在成都、重庆主城及周围德阳、璧山等地区,碳排放不变或降低区域零散分布在研究区边缘地带,面积占比23.74%;(3)成渝城市群所有年份的全局空间自相关系数(Ⅰ)值均大于0,表现出较强空间自相关性,且在研究时段Ⅰ值总体呈增长趋势,说明其空间集聚性持续增强;(4)成渝城市群碳排放空间集聚模式主要为高-高集聚型、低-低集聚型,两者空间分布动态变化均呈增加模式,高-高集聚区域主要分布在成都、重庆主城以及邻近县域,低-低集聚区域主要零散分布在边缘相对落后地区,表明成渝城市群碳排放空间分布具有极强的相互依赖性。

基于DMSP/OLS夜间灯光影像的2000-2013年鄂尔多斯市城市扩张遥感制图与驱动因子分析

内蒙古自治区鄂尔多斯市在过去十几a中经历了经济的飞速发展与城市的快速扩张,目前却面临着经济发展的停滞与城市转型。对鄂尔多斯市城市扩张及其驱动因子在时间及空间尺度上的分析,可为鄂尔多斯市的城镇化发展规划提供参考信息。利用DMSP/OLS夜间灯光(nighttime light,NTL)遥感数据,并结合Landsat影像数据,对鄂尔多斯市2000—2013年间城市扩张进行遥感制图和信息提取;应用基于稳定映射点NTL影像间辐射校正方法和支持向量机(support vector machine,SVM)算法,并结合阈值法进行数据校正和建成区面积提取。经分析发现鄂尔多斯市分3个阶段扩张,并提出应用组合分析的方式对城市扩张驱动因子进行定量分析。

京津冀县域尺度碳排放时空演变特征——基于DMSP/OLS夜间灯光数据

以全球DMSP/OLS夜间灯光数据为基础,通过影像重投影、相互校正、年内校正、时间序列校正后,得到京津冀地区校正后DMSP/OLS夜间灯光数据;利用京津冀能源消费统计数据和碳排放因子数据,计算得出京津冀地区分省市碳排放量。在此基础上,通过数据拟合构建京津冀县域尺度碳排放估算模型,估算模型拟合优度为0.9752,估算模型有效。利用构建的估算模型对京津冀县域尺度碳排放量进行估算,并采用探索性空间数据分析方法对京津冀县域尺度碳排放时空演变特征进行分析。结果表明:2000—2013年京津冀县域尺度碳排放呈现快速增长特征,且存在显著的区域差异,高碳县域表现为“Y形”分布特征。县域尺度碳排放具有显著空间正相关性,碳排放空间相关性呈不断减弱的趋势,且呈现空间高值集聚效应和空间低值集聚效应。热点与次热点区域集中在北京市、天津市以及与北京市、天津市邻近的河北省区域;冷点与次冷点区域包括承德西北部地区和河北省中南部地区。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据的新疆1992—2013年能源消费研究

采用1992—2013年间DMSP/OLS夜间灯光数据与新疆统计年鉴数据相结合,并应用数学统计分析的方法,选取以灯光面积和总DN值为自变量模拟的算法,构建了新疆的能源消费空间模型。在考虑降尺度修改模型的基础上模拟了新疆地州市级的能源消费数据,并对年均模拟值数据空间分布差异进行分级,其中昌吉回族自治州、乌鲁木齐市、塔城地区和喀什地区的能源消费等级相对较高。本研究为新疆能源消费动态监测提供了新的方法支持。

基于DMSP/OLS夜间灯光数据进行提取的实证研究——以福州为例

DMSP/OLS数据能够观测到夜间灯光,因而被广泛应用于人类活动与城市扩展研究。本文以福州市为例,分析比较现有夜光数据的城区提取方法。通过实例分析,从阈值设定方面进行讨论,比较各方法的优缺点,可为夜间灯光数据在提取城市区域方面提供借鉴。