基于NPP-VIIRS的胶东经济圈GDP时空演变及空间化模拟研究

为研究胶东经济圈经济发展的空间差异,以2012-2022年NPP-VIIRS夜间灯光数据和GDP数据为数据源,运用探索性空间分析方法探索GDP时空演变特征,采用指数平滑、空间建模和逐像元线性矫正等方法进行GDP空间化模拟和预测.结果表明:1)胶东经济圈最佳夜间灯光指数和GDP高度相关,有相似的空间分布和演变规律;2)经济欠活跃型区域逐步缩减,经济一般型区域空间分布由带状逐渐转为片状,GDP的空间聚集性趋于减弱;3)GDP热点区主要在青岛的黄岛区和胶州市,冷点区主要在潍坊的部分县区且逐渐收缩;4)指数平滑后的夜间灯光数据与GDP相关性显著增强,更适合进行拟合;5)GDP空间化模拟相对误差小于1%,模拟效果较好;6)高密度GDP主要分布在沿海县区和城市中心城区,并在各县区的交通线节点上零星出现.

基于时序NPP-VIIRS夜间灯光和土地利用数据的福州市GDP时空分布研究

基于时序NPP-VIIRS夜间灯光、社会经济统计等数据,构建GDP空间化模型,并结合空间分辨率为30 m×30 m的土地利用数据对模型进行修正,研究2013—2020年福州市经济空间差异性及演变趋势。结果表明:(1)利用土地利用数据对GDP空间化模型进行修正以提高单元网格精度和效度的方法是可行的,对较小尺度的经济空间分析具有意义。(2)将土地利用数据对应的各产业产值用于对GDP空间化模型修正,能够进一步提升单元网格的模拟精度。(3)从共时性比对来看,福州市的经济空间呈现东部GDP较高,西部和北部GDP以低值为主、高值零星分布的格局。从历时性来看,自2015年起,福州市GDP高值区域的扩张与GDP总值的增长速度明显提高,2018年后整体出现略微下降趋势。

基于NPP-VIIRS夜间灯光数据的北京市GDP空间化方法

为了分析像素级社会经济活动的空间分布状况,以Landsat8和NPP-VIIRS夜间灯光影像为数据源,分别对北京市第一产业和第二、三产业GDP进行空间化操作。利用分类回归树(classification and regression tree,CART)算法,通过Landsat8影像生成北京市的土地利用图,在分析第一产业GDP与土地利用类型面积相关性的基础上,构建了第一产业GDP与耕地面积的线性回归模型。建立了5种灯光指标与第二、三产业GDP的数学关系,通过相关性和回归分析确定第二、三产业GDP与综合灯光指数呈明显的幂函数关系。根据以上2种模型分别生成对应2类产业的像素级GDP密度图,再分别对其进行线性纠正并求和后制作出北京市500 m格网尺寸的GDP密度图。误差分析发现,第一产业GDP、第二、三产业GDP和GDP总量与实际统计值的平均相对误差分别为0.86%,0.61%和1.37%。结果表明,结合土地利用数据的NPP-VIIRS夜间灯光GDP空间化方法可以精确估算北京市GDP产值,反映北京市经济空间分布特征。

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。

基于NPP-VIIRS夜间灯光数据的河北省GDP空间化方法

为了研究省域尺度上像素级GDP空间化的方法,基于NPP-VIIRS夜间灯光数据,首先去除孤立极亮像元和背景噪声,将夜间灯光总强度、线性加权灯光指数和综合灯光指数分别与河北省11地市内的各区县GDP进行相关性分析,得知夜间灯光总强度与地市内各区县GDP相关性最显著,根据每个地市中最高相关系数对应的回归模型计算每个像素对应的GDP,经过线性纠正后,生成河北省GDP密度图.结果表明,全省172个区县的平均GDP相对误差为0.10%.该方法精度较高,生成的GDP密度图可以反映河北省经济发展的现状.

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。

NPP-VIIRS夜间灯光数据的县级电力消费空间化研究

以NPP-VIIRS夜间灯光数据和Landsat-8影像为数据源,通过CART算法将Landsat-8影像分为人工表面地类和非人工表面地类,为非人工表面地类对应的夜间灯光区域赋值0,将人工表面地类对应到夜间灯光区域,并求取各个县级行政区域内的灯光值总和,结合廊坊市的电力消费统计数据建立夜间灯光总量与电力消费量之间的二次多项式回归模型。根据模型生成廊坊市500 m格网大小的电力消费空间分布图。研究结果表明:模拟的各县电力消费量的绝对误差和相对误差较小,相对误差最大为0.03%,这说明夜间灯光结合Landsat-8土地利用分类方法模拟的县级电力消费量的精度较高。全局Moran's I指数为0.63,表明廊坊市电力消费在空间分布上呈现较显著的聚集性;局部空间自相关分析表明廊坊市的电力消费具有一定的差异性。

中国地级市GDP数据的真实性:基于NPP-VIIRS夜间灯光数据的检验

文章通过使用比DMSP-OLS灯光数据更为准确的NPP-VIIRS夜间灯光数据,从更客观的角度来分析中国地级市GDP数据的真实性。首先,从主观层面对华东地区城市灯光数据和GDP数据的散点图、1995年和2013年的灯光数据对比图进行分析,得出GDP和灯光数据之间存在高度的相关性。其次以2013-2015年全国291个地级市的面板数据为样本进行固定效应分析,得出与主观层面分析一样的结果。研究结果表明灯光数据可以作为GDP的代理变量,进而可用于研究分析GDP数据是否存在水分。通过分析各地级市2013—2015年灯光数据的增长率平均值与GDP增长率平均值差值,得出东、中、西的差值平均值依次0.56%、0.62%、0.72%。

基于NPP­-VIIRS夜光遥感的洪水灾损评估及可视化

洪水灾害是世界上发生最频繁、危害最严重的自然灾害之一,快速准确获取洪水受影响区域是洪水灾损评估的重要信息,可为政府制定应急救援决策提供重要的数据支持。针对传统洪水评估方法存在的时效性差、工作量大和费时费力等不足,本研究以广西“西江2020年第1号洪水”灾情为案例,首先对NPP-VIIRS DNB夜光遥感数据进行统计量法辐射归一化处理;其次构建市级、县级尺度的人口评估模型进行模型适宜性和尺度适宜性分析,基于多项式最优模型反演受灾人口数量并进行对比验证;再其次基于洪水发生前后夜光亮度变化提取识别灾后受灾影响变化区域,并监测灾后恢复进程;最后构建灾情可视化管理系统,可实现灾情信息实时共享。研究结果可得反演受灾人口的准确率为79.4%,与新闻报道具有一致性,表明基于NPP-VIIRS夜光遥感数据评估洪水受影响区域及受灾人口的准确性较高,具有可行性;同时基于WebGIS将灯光密度、灾情统计、多媒体数据进行集成开发,实现灾情动态信息在线可视化展示,可为政府及公众及时掌握灾情进而有效制定应急救援措施提供重要的数据支持。

由NPP-VIIRS影像估算广东省碳排放的尺度效应分析

碳排放估算是节能减排和全球气候变化研究的重要领域之一,NPP-VIIRS夜间灯光影像能够反映人类活动强度而被广泛应用于碳排放的空间估算分析。本文构建和对比了基于2015年NPP-VIIRS夜间灯光影像的广东省能源消耗碳排放估算拟合模型,并重点研究了NPP-VIIRS影像的尺度效应,探讨了500、1000、1500和2000 m分辨率的模型结果精度。研究显示:(1)二次多项式拟合模型是碳排放估算的较优化方法,广东省21个城市之间拟合结果差异较大;(2)1000 m分辨率的NPP-VIIRS夜间灯光影像的广东省碳排放估算结果均方根误差最小,2000 m分辨率的绝对误差较小,并通过升尺度提高了模型运算效率;(3)间隔100 m从500 m连续递增至2000 m的不同空间分辨率的夜间灯光影像碳排放估算结果具有波动性,在1000 m分辨率处趋于平衡。本文分析了基于NPP-VIIRS夜间灯光影像的广东省碳排放估算模型,揭示了不同空间分辨率影像的尺度效应规律,可为夜间灯光影像碳排放估算提供空间尺度优化和结果精化方面的参考。

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。

基于NPP-VIIRS的湖北省夜间灯光与社会经济参量相关性分析

灯光是人类社会生产与生活状态的客观反映,在统计数据匮乏时,使用灯光数据可以得到较为客观可靠的经济活动估计。基于校正后稳定的NPP-VIIRS夜间灯光数据,在ArcGIS软件平台支持下,提取夜间灯光总量指数,构建其与社会经济参量的线性回归模型,结果表明:2012-2018年湖北省夜间灯光总量增幅较大且区域差异显著,空间分布呈现出“一主两副”的“中心—外围”发展态势;NPP-VIIRS夜间灯光数据在经济指标、人口指标、能源消耗指标和土地利用类型指标的模拟方面具有较好的一致性,而在交通运输指标方面的模拟性较差。

基于NPP-VIIRS夜间灯光数据的淮河流域区域经济差异时空特征分析

基于2012-2018年校正后稳定的NPP-VIIRS夜间灯光数据,以淮河流域38市为研究对象,采用变异系数、泰尔指数和相对发展率等方法,对区域经济差异的时空特征进行分析。结果表明:淮河流域区域经济发展成效显著,但区域差异明显,整体上形成了以省域中心城市为核心的核心-边缘发展空间格局;区域经济总体差异呈现平稳下降的趋势,其中省内差异和河南省内部差异是造成总体差异变动的主要原因;区域经济发展速度极化现象明显,相对发展速度随经济的发展出现分异。

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。

基于NPP-VIIRS夜间灯光数据的山西省GDP空间化模拟

选取山西省为研究对象,以美国国家极轨合作仪件-可见红外成像辐射计套件(NPP-VIIRS)夜间灯光数据、GDP统计数据等为数据源,构建GDP空间化拟合模型,建立山西省GDP密度图,据此研究山西省经济的空间差异性。通过对NPP-VIIRS夜间灯光数据的空间化处理,提取灯光指数,并将其与GDP进行回归拟合,建立最佳回归模型,得到GDP密度拟合图;利用县级GDP数据进行线性纠正,从而提高GDP的模拟精度。结果表明:(1)NPP-VIIRS夜间灯光数据与GDP的相关性较高,可用于山西省GDP模拟;(2)与GDP分区建模相比,GDP整体建模的精度更高;(3)山西省GDP的空间分布整体呈由城市中心逐渐向周边辐射的特点,构成GDP过渡带。

基于NPP-VIIRS数据的山东省县级GDP分级空间建模

传统的统计方法对国内生成总值(GDP)进行统计耗时耗力费财。而夜间灯光遥感影像能对人类社会活动进行最直观的反映,为社会经济研究提供了新的思路方法和技术支持。本文以山东省作为研究区域,采用NPP-VIIRS灯光影像数据与山东省137个县级GDP数据进行分级多方式空间建模,以找到两者空间分布的最优规律。试验结果表明总GDP与总灯光亮度值的各级最优拟合优度R^2均在0.9左右。单位面积GDP与平均灯光亮度值的各级拟合优度R^2均在0.85左右。而且通过最优模型进行县级和市级GDP预测精度优于未分级的预测精度。

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与Landsat-8影像的山东省城市扩张研究

针对城市建成区提取方法中存在“灯光溢出”效应及错分漏分现象的问题,本文以山东省作为研究区域,结合动态阈值二分法和指数法对NPP-VIIRS与Landsat-8影像进行城市建成区提取,同时对山东省2012—2017年城市扩张速度、扩张幅度、扩张动态度以及扩张协调性进行分析。实验结果表明,2012年和2017年山东省各市提取精度良好,最大误差为3.82%,2012—2017年山东省东部城市扩张速度较快,西部各市扩张速度较慢,且城市扩张与人口增长和经济增长均存在不协调现象。该研究对城市建成区提取精度有一定的参考价值。