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。

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夜间灯光遥感数据估算上海地区PM2.5浓度

随着工业化和城市化的迅速发展,中国面临着越来越严重的大气污染危机,以细颗粒物(PM2.5)为标志的区域性大气复合污染问题已经成为我国大气环境污染治理的核心工作.目前,传统的地面监测站监测PM2.5浓度的方法空间分辨率较差且耗费人力物力,而卫星遥感数据监测PM2.5浓度的方法大部分只能应用于白天.由于PM2.5浓度在时间上存在周期性变化,因此利用卫星遥感数据监测的夜间PM2.5浓度可以作为表征PM2.5日变化规律的重要补充.本研究采用Suomi National Polar-orbiting Partnership(Suomi NPP)卫星搭载的可见红外成像辐射计套件(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite, VIIRS)中Day/Night波段(DNB)夜间灯光影像数据,依据大气气溶胶消光原理和站点气象数据,建立PM2.5浓度的预测模型,基于多元线性回归分析对上海地区9个空气质量监测站在2014-2018年冬季无月无云的晴朗夜间的PM2.5浓度值进行估计,并对PM2.5浓度的空间分布进行模拟.结果表明,在研究时段上海地区PM2.5实际浓度与模型估算PM2.5浓度之间R2=0.767,均方根误差(RMSE)为19.210μg·m^-3,验证了VIIRS/DNB夜间灯光影像数据在估算PM2.5浓度方面有巨大潜力.

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。

利用夜间灯光POI的城市建成区提取精度研究——以珞珈一号01星和NPP/VIIRS夜间灯光影像为例

近年来,夜间灯光影像被广泛应用于城市建成区提取,但由于数据分辨率低以及灯光溢出效应的影响,提取的建成区结果精度有待提高。基于中国珞珈一号01星(Luojia 1-01)和美国国家极地轨道伙伴卫星搭载的可见光红外成像辐射仪(national polar-orbiting partnership.s visible infrared imaging radiometer suite,NPP/VIIRS)提供的两种夜间灯光影像,提出了夜间灯光&兴趣点(nighttime light&point of interest,NTL&POI)综合指数,首先利用阈值法实现了NTL&POI综合指数处理前后的建成区提取,然后与参考建成区进行对比分析。结果表明,NTL&POI综合指数在反映建成区整体形态的同时,也保留了其边界等细节信息;景观格局指数表明,建成区提取结果有更好的连通度和复杂度;查准率、查全率和F1分数证明NTL&POI综合指数有效提高了建成区的提取精度,Luojia 1-01结果提升了约5%,NPP/VIIRS结果提升了约3%,且在发展程度不一的主城区和非主城区均取得良好的效果。相较于NPP/VIIRS,Luojia 1-01融合POI后,能在保证高精度的同时,在建成区边界和细节信息方面表现更优,具有广阔的应用前景。

整合DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光遥感数据的长江三角洲城市格局时空演化研究

本文基于1992—2012年DMSP/OLS和2012—2018年NPP/VIIRS夜间灯光遥感数据,对长江三角洲城市群时空演化格局进行监测。考虑到不同卫星夜间灯光遥感数据之间的不一致性以及城市核心区亮度过饱和问题,对DMSP/OLS和NPP/VIIRS数据进行连续性校正、去饱和处理和一致性校正,构建长江三角洲区域1992—2018年长时间序列多源夜间灯光遥感数据集。利用二分法基于该数据逐年提取长江三角洲城市群各城市建成区空间分布,计算加权标准差椭圆和Zipf系数进行重心变化和方向性分布变化、规模体系变化等监测。结果表明:(1)本研究采用的连续性校正、去饱和处理和一致性校正方法能够构建稳定的长时间序列多源夜间灯光遥感数据集;(2)基于二分法提取的建成区面积平均绝对误差为6.85 km^(2),平均相对误差为8.10%;(3)长三角城市群重心较为稳定,始终在苏州市境内的太湖沿岸附近,呈现出向东南方向移动的趋势城市群呈西北—东南方向分布,且分布方向有向南北方向转动的趋势,标准差椭圆的扁率持续减小,表明城市群的方向性分布减弱;(4)Zipf系数始终在1附近且呈缓慢降低的趋势,城市规模分布较为均衡。

基于VIIRS夜间灯光数据的城市建筑密度估算--以南京主城区为例

城市建筑密度在研究城市内涝的过程中与城市不透水率分布情况紧密相连,它还是城市发展规划的一个重要指标。通过使用Suomi-NPP/VIIRS夜间灯光影像,结合GIS手段分析了2012年南京市主城区灯光图像强度值与建筑密度之间的关系,并建立了相应的建筑密度估算模型,结果表明VIIRS夜间灯光强度数据具有实现建筑密度估算以及其他社会经济数据空间网格化的巨大潜力。

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。

基于珞珈一号夜间灯光数据的人口空间化研究

夜间灯光数据被越来越多地应用于人口空间化领域的研究中。珞珈一号夜间灯光数据是最新一代的夜间灯光数据,为探究其在人口空间化方向的应用价值和潜力,以珞珈一号夜间灯光数据和土地利用数据为源数据,在乡镇(街道)尺度上分区建立了渐进回归模型,进而得到北京市人口空间化结果,并与NPP/VIIR的结果进行对比。结果表明,珞珈一号夜间灯光数据回归结果的拟合程度和精度均优于NPP/VIIRS回归结果,且这种优势在人口密度小的区域更明显;基于珞珈一号夜间灯光数据的人口空间化结果能清晰展示城市内部人口空间分布的差异,对城市资源、环境管理具有实际意义。

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。

基于VIIRS的夜间PM_(2.5)浓度遥感估算

PM_(2.5)作为主要空气污染物之一,长期影响人类健康和生态环境。目前主流的大气PM_(2.5)遥感监测依赖于日间过境的气溶胶光学厚度AOD产品,夜间时效连续性受到限制。为此,本文在大气辐射传输原理的基础上,顾及气象、土地利用等与PM_(2.5)排放、传输相关的因素,构建基于VIIRS的夜间PM_(2.5)浓度遥感估算方法。以北京市2013—2014年大气重污染事件为例,定性分析、定量评估大气重污染过程下PM_(2.5)浓度与夜间灯光辐射强度的相关性,开展夜间灯光遥感数据融合多源地理要素的夜间PM_(2.5)浓度估算。结果表明:随着PM_(2.5)浓度的显著上升,夜间灯光遥感影像的同一个区域亮度明显下降,PM_(2.5)浓度值和夜间灯光辐射值的平均相关系数达-0.69(P<0.001);融合夜间灯光数据与多源地理要素可以较好模拟夜间PM_(2.5)浓度,模型精度R2达0.83,RMSE为38.03μg/m3。利用VIIRS夜间灯光遥感数据估算区域夜间PM_(2.5)浓度具备可行性和有效性,可为制定空气污染防控措施提供支撑。

基于夜间灯光数据的太湖流域城镇扩张对净初级生产力的影响研究

理解人类活动变化对生态环境的影响,识别生态环境变化区域及其成因,对制定差异化的区域生态保护政策具有重要意义。基于MODIS17A3和DMSP/OLS稳定夜间灯光数据,结合RS与GIS技术,构建城镇开发程度指数,采用一元线性趋势分析法对城镇开发程度进行分区,利用Pearson相关系数计算城镇开发程度与NPP的作用关系,并运用热点分析模型探讨土地利用转型对NPP变化的影响。结果表明:(1)2000—2010年,太湖流域年均NPP变化范围是388.79—452.54 gC m^(-2)a^(-1),NPP变化呈波动下降趋势;(2)城镇开发程度缓慢增加区对NPP变化影响较小,增加区与快速增加区对NPP变化影响较大;(3)太湖流域土地转型主要发生在耕地转建设用地、林地转建设用地和水域转建设用地,建设用地面积的快速扩张及由此导致的城镇开发程度的增加,是流域NPP降低的主要原因。

基于时间序列夜间灯光数据的EPC预测模型

为了利用夜间灯光数据来预测电力消耗量(EPC),采用增强植被指数(EVI)实现对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)数据的校正,利用回归模型实现DMSP/OLS数据和美国国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射仪夜间灯光波段(NPP/VIIRS)数据的拟合,构建出2001-2018年的长时间序列的夜间灯光影像,并与EPC数据建立线性、二次项和乘幂回归模型,选择决定系数(R^(2))值相对较优、平均绝对相对误差(MARE)最小的模型为各自的最优模型.结果表明:通过对夜间灯光影像进行校正,解决了DMSP/OLS影像数据不连续、像元饱和效应、与NPP/VIIRS影像不可比等问题;在国家尺度上,二次项模型是优选模型,校正后的夜间灯光数据与EPC的R^(2)和MARE值分别为0.99和5.650%;在省级尺度上,基于省级单位与EPC建立的优选模型的R^(2)值和MARE值分别为0.878和28.783%;在省级尺度上,基于时间序列建立的夜间灯光数据与EPC的R^(2)和MARE值分别为0.972和7.286%;省级单位长时间建模精度高于基于省级单位建模的精度.

基于夜间灯光数据的东北三省城市空间格局演变研究

基于1992年、1997年、2002年、2007年、2012年和2017年夜间灯光数据提取得到东北三省的城市建成区,计算了各省及整体灯光重心位置,统计了各类资源型城市的灯光总量等指标的变化情况并讨论了灯光变化的影响因素。利用对数变换将DMSP和VIIRS夜间灯光数据的DN值变换到同一范围,从而提高了研究的时效性。结果表明:得益于区位、交通、政策等优势,近25年来,沈阳、大连、哈尔滨和长春等区域中心城市持续发展,对灯光重心的拉动作用明显且不断增强,各省的灯光重心及东北三省整体灯光重心均向哈尔滨-长春-沈阳一线靠拢。非资源型城市与资源型城市的发展差距逐步加大,且资源型城市整体发展较为缓慢。在非资源型城市中,沈阳、大连、哈尔滨和长春的灯光总量始终保持较快增长,与其他城市相比始终保持绝对优势。资源再生型城市的发展情况各不相同,内部差异尚不明显。资源成熟型城市个体间差异逐步加大,而资源衰退型城市之间的差异较小。整体上,东北三省城市发展的两极分化和区域不均衡现象愈加突出。

基于地表覆盖及夜间灯光的分区人口空间化——以京津冀地区为例

高精度的格网人口数据能够详细地表达人口分布的实际情况,是分析区域人口活动和社会经济发展的重要数据。文章以地形复杂且人口空间分布异质性较高的京津冀地区为例,利用地表覆盖数据和NPP/VIIRS夜间灯光数据,综合考虑地形和人口密度因素对研究区进行分区,并基于区县常住人口统计数据建立逐步回归模型,模拟京津冀地区2017年500 m格网人口数据。结果表明:基于地形和人口密度因子的分区建模可提升人口格网化精度,模拟的格网人口数据与乡镇统计人口数据的平均相对误差为32.71%;79.28%的乡镇的人口空间化相对误差小于0.5,精度优于WorldPop人口数据。该方法对地形复杂且人口空间分布异质性较高区域的人口格网化研究具有借鉴意义。

海南岛GDP与夜间灯光指数之间的关系模型研究

本文提出结合NPP/VIIRS夜间灯光数据和统计年鉴数据模拟海南岛GDP的思路。通过提取夜间灯光总强度(TNL)、区域平均灯强度(I)和综合夜间灯光强度(CNLI)3种夜间灯光指数,分别构建2012—2018年灯光指数与GDP的回归模型,利用2019年GDP进行预测验证,遴选出最佳的回归模型,并利用其构建海南岛GDP空间化密度图。结果表明:(1)通过模型对比,TNL指数的线性拟合模型是最佳的,海南岛2019年GDP预测值与真实值的相对误差仅为-0.71%,更适合海南岛GDP的模拟;(2)海南岛GDP的空间分布整体呈沿海高、内陆低,并随时间由沿海区域向内陆扩展的趋势。

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F 1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F 1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。