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夜间灯光遥感与城市问题研究:数据、方法、应用和展望

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遥感学报 2021年第1期25卷 342-364页

作者：余柏蒗王丛笑宫文康陈佐旗施开放吴宾洪宇辰李乔玄吴健平华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海200241 华东师范大学地理科学学院上海200241 福州大学数字中国研究院(福建) 福州350116 福州大学空间数据挖掘与信息共享教育部重点实验室福州350116 西南大学地理科学学院重庆400715

夜间灯光遥感是能够探测夜间微光的光学遥感技术,可获取白天遥感无法获取的信息。由于城市区域的人造光源是夜间稳定亮光的主要来源,夜间灯光遥感影像已被证明可以更直观地反映夜间人类活动差异,同时具有覆盖范围大、时效快和易获取等优... 详细信息

夜间灯光遥感是能够探测夜间微光的光学遥感技术,可获取白天遥感无法获取的信息。由于城市区域的人造光源是夜间稳定亮光的主要来源,夜间灯光遥感影像已被证明可以更直观地反映夜间人类活动差异,同时具有覆盖范围大、时效快和易获取等优势,可广泛应用于多尺度长时序的城市问题研究。目前,基于夜间灯光遥感数据的应用研究成果较为丰富,不少学者对夜间灯光遥感数据的数据预处理以及应用潜力等方面进行了归纳。但基于夜间灯光遥感与城市问题研究的整理和总结还有待进一步加强。基于此,本文通过对近几十年来有关夜间灯光遥感数据的研究成果进行了详细梳理,从多尺度城市空间结构分析、城市社会经济指标估算以及城市公共安全领域研究3方面入手,系统梳理夜间灯光遥感数据的应用能力。进一步根据数据应用过程中出现的问题,从夜间灯光遥感日数据应用、长时间序列数据集生产以及定量验证等角度探讨了夜间灯光遥感所面临的挑战与前景。

关键词：夜间灯光遥感城市研究多尺度综述

精准扶贫背景下中国贫困县的夜间灯光时空变化分析

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遥感学报 2024年第4期28卷 940-955页

作者：华婧吴宾陈佐旗杨成术唐曦孙斐然吴健平余柏蒗华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海200241 华东师范大学地理科学学院上海200241 福州大学空间数据挖掘与信息共享教育部重点实验室福州350116 福州大学数字中国研究院(福建) 福州350116

2020年是中国全面打赢脱贫攻坚战的收官之年。合理评估减贫效果是当前验收工作的重点,并对探索解决相对贫困的长效机制具有重要意义。本文通过生产精准扶贫阶段(2014年—2020年NPP-VIIRS)夜间灯光遥感年合成数据,构建县域夜间灯光指数... 详细信息

2020年是中国全面打赢脱贫攻坚战的收官之年。合理评估减贫效果是当前验收工作的重点,并对探索解决相对贫困的长效机制具有重要意义。本文通过生产精准扶贫阶段(2014年—2020年NPP-VIIRS)夜间灯光遥感年合成数据,构建县域夜间灯光指数和变化指数,分别探讨了中国831个国家级贫困县和14个集中连片特困区的减贫效果。结果表明:2014年以来中国大部分贫困县的经济水平得到显著提高,减贫效果突出;仍有108个贫困县夜间灯光强度呈现负增长趋势,主要位于西部地区的集中连片特困区交界处,西部地区内部出现南北发展不平衡现象;14个集中连片特困地区的夜间灯光亮度变化呈现出基数小增速快(Ⅰ型)、基数大增速快(Ⅱ型)、基数大增速慢(Ⅲ型)和基数小增速慢(Ⅳ型)4种类型,且在集中连片特困区交界处和省级行政边界交汇处呈现高高集聚和低低制约的空间分布格局,交界处的贫困县易被边缘化。进一步分析表明,实施基础设施扶贫、特色产业扶贫、资产收益扶贫(光伏扶贫)、易地搬迁扶贫这4类脱贫路径的贫困县夜间灯光变化明显。

关键词：夜间灯光 NPP-VIIRS 国家级贫困县集中连片特困地区时空变化减贫效果

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启明星一号夜间灯光影像的评估

武汉大学学报（信息科学版） 2023年第8期48卷 1273-1285页

作者：钟芊芊肖锐曹汉瑞李熙吴极武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

武汉大学研制的启明星一号(Qimingxing-1,QMX-1)卫星具备夜间可见光成像的功能,该卫星于2022年2月27日成功发射。为评估QMX-1夜间灯光影像的数据特点,选择北京市、深圳市和武汉市作为研究区域,将QMX-1夜间灯光影像与珞珈一号01星(Luojia... 详细信息

武汉大学研制的启明星一号(Qimingxing-1,QMX-1)卫星具备夜间可见光成像的功能,该卫星于2022年2月27日成功发射。为评估QMX-1夜间灯光影像的数据特点,选择北京市、深圳市和武汉市作为研究区域,将QMX-1夜间灯光影像与珞珈一号01星(Luojia1-01,LJ1-01)夜间灯光影像在数据统计特征、路网方面进行了多层次的对比分析,并利用小波分析评价启明星一号夜间灯光影像的空间特性。分析结果显示,QMX-1夜光影像与LJ1-01夜光影像灰度值分布不同,QMX-1夜光影像灰度值更加均一;QMX-1夜光影像中道路更易于辨认,且QMX-1夜光影像灰度值与道路长度和道路核密度具有更高的相关性;在QMX-1夜光影像上,23 m和46 m分辨率的小波分量均占约15%的能量,说明QMX-1夜光影像蕴含了丰富的空间细节信息。研究发现QMX-1夜光影像是一种质量较高的夜间灯光数据源,20 m左右空间分辨率的夜光数据能够更有效地反映城市细节信息。

关键词：夜间灯光启明星一号影像珞珈一号01星影像空间分辨率

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

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测绘学报 2023年第3期52卷 432-442页

作者：胡婷黄昕李冬瑞金双根严清赟南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044 武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 中国科学院上海天文台上海200030

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... 详细信息

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。

关键词：建成区制图夜间灯光珞珈一号01星 NPP/VIIRS

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夜间灯光与肥胖关系的研究现状

中国慢性病预防与控制 2022年第1期30卷 58-61页

作者：邓晓庆张笑胡彩红宋子伟贾鹏王丽敏中国疾病预防控制中心慢性非传染性疾病预防控制中心监测室北京100050 中国医科大学公共卫生学院卫生统计学教研室辽宁沈沈阳110122 武汉大学资源与环境科学学院空间全生命周期流行病学国际研究中心

肥胖是一种常见的慢性非传染性疾病(简称慢性病),同时也是慢性病的重要危险因素[1-3]。目前肥胖已成为全球性的公共卫生问题,2016年全球肥胖人数比1975年增长了3倍[4-5]。根据《中国居民营养与慢性病状况报告(2020年)》[6],我国成年居... 详细信息

肥胖是一种常见的慢性非传染性疾病(简称慢性病),同时也是慢性病的重要危险因素[1-3]。目前肥胖已成为全球性的公共卫生问题,2016年全球肥胖人数比1975年增长了3倍[4-5]。根据《中国居民营养与慢性病状况报告(2020年)》[6],我国成年居民超重或肥胖率超过50%。研究表明,高脂饮食、过量饮酒、吸烟、缺乏运动等不良生活方式是肥胖的主要影响因素[7]。随着城镇化进程的加快和经济的快速发展。

关键词：夜间灯光肥胖昼夜节律

“夜间灯光强度-NDVI”特征三角空间及其应用

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“夜间灯光强度-NDVI”特征三角空间及其应用

作者：宋智超华东师范大学

学位级别：硕士

城市化进程推动了区域人口迁移和经济发展,使得城市自然生态和人文环境发生显著变化。实现对复杂城市系统和城市空间形态的及时监测,有助于揭示人类社会经济活动与城市空间的耦合关系,对城市基础设施建设和空间发展战略的规划制定意义... 详细信息

城市化进程推动了区域人口迁移和经济发展,使得城市自然生态和人文环境发生显著变化。实现对复杂城市系统和城市空间形态的及时监测,有助于揭示人类社会经济活动与城市空间的耦合关系,对城市基础设施建设和空间发展战略的规划制定意义重大。近年来,多源遥感数据是研究城市化进程最有效的数据源之一,多时相遥感数据不仅能够反映城市土地利用类型、城市空间结构等物理层面的动态变化,也能够展现人口分布、能源消耗等社会经济活动状况,其中夜间灯光遥感数据已被证明能作为夜间人类活动和经济社会发展状况的表征,而NDVI数据产品能衡量地表植被覆盖面积和植被生产力,两种数据在城市研究中发挥了重要作用。现有研究发现夜间灯光强度与NDVI之间存在负相关关系,但这些研究仅停留在定性描述层面,并未对两者的负相关关系进行深入的定量化分析,缺乏对两者在城市研究中的应用潜力分析。因此,本研究以长三角地区为主要研究区域,对夜间灯光强度与NDVI两者之间的关系进行深入分析,并借助定量关系评估其在城市区域提取和城市等级划分中的应用潜力。主要研究内容和结果如下:(1)通过不同城市多时相的夜间灯光强度-NDVI散点图发现“夜间灯光强度-NDVI”特征三角空间的存在,夜间灯光强度与NDVI的散点分布呈现稳定的三角型结构。为了对夜间灯光强度-NDVI特征三角空间进行提取,借助核密度分析和局部异常因子检测法识别并去除散点图中密度离群点,设计分段高值搜寻法自动化提取特征三角空间描述方程。通过像元对比分析发现,夜间灯光强度-NDVI特征三角空间具有明确的物理含义,即三角空间的斜边和底边分别对应城市中某一NDVI条件下最大开发强度边界和最低开发强度边界。同时,结果也进一步表明特征三角空间的形态与城市所处的气候条件和社会经济发展水平均紧密相关。(2)基于夜间灯光强度-NDVI特征三角空间描述方程和其物理含义提出了植被-夜间灯光状况指数(Vegetation Nighttime light Condition Index,VNCI),用于衡量城市内部的相对发展水平。通过对比VNCI与原始夜间灯光强度在统计直方图和空间分布上的异同,揭示VNCI与夜间灯光强度变动趋势一致并且能扩大夜间灯光强度低值区的数值波动,抑制高值区的数据异常值。基于该特点,本研究利用标记控制分水岭分割算法分别从NASA’s Black Marble夜间灯光年合成数据(VNP46A4)与VNCI中提取长三角典型城市的城市区域范围,结果表明VNCI提取结果的整体精度优于VNP46A4,F-score和Kappa系数相较VNP46A4最高能提升0.1482和0.144,有效降低对城市区域的漏分现象,证明VNCI在城市区域提取中潜力巨大。(3)进一步对夜间灯光强度-NDVI特征三角空间在城市等级划分中的潜力进行了验证。首先通过斜边斜率绝对值、NDVI起始值与人口、GDP的相关性分析确定聚类因子,采用密度峰值聚类法和三角空间面积对长三角41个城市进行分级。结果表明,聚类分级结果与基于人口标准和经济标准的城市分级结果相关系数分别为0.9122和0.8779,具有极高的一致性。分析表明相较于人口标准,基于夜间灯光强度-NDVI特征三角空间的城市分级方法能够正确反映长三角的城市等级结构。综上,本研究揭示了夜间灯光强度与NDVI之间的特征三角空间关系,阐明了其物理含义,并进一步验证了夜间灯光强度-NDVI特征三角空间在城市区域提取和城市等级划分中的应用可行性和独特优势,为开展大范围长时序城市遥感研究提供了参考和支持。

关键词：夜间灯光 NDVI 特征三角空间城市区域城市等级

夜间灯光数据表征的区域经济发展水平对老年人高血压与Ⅱ型糖尿病患病率分布的影响

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地球信息科学学报 2020年第11期22卷 2177-2187页

作者：廖书冰蔡宏袁艳琼张蓓蓓李义平贵州大学矿业学院贵阳550025 湖南省常宁市三角塘医院常宁421500

区域社会经济发展程度与老年慢性病患病率有着极强的正相关关系,而夜间灯光强度是区域经济发展程度的直接反征;因此,使用夜间灯光数据进行老年慢性病研究具有重要的现实意义。本文以湖南省常宁市为研究对象,结合珞珈一号夜间灯光数据和... 详细信息

区域社会经济发展程度与老年慢性病患病率有着极强的正相关关系,而夜间灯光强度是区域经济发展程度的直接反征;因此,使用夜间灯光数据进行老年慢性病研究具有重要的现实意义。本文以湖南省常宁市为研究对象,结合珞珈一号夜间灯光数据和研究区各乡镇老年高血压及Ⅱ型糖尿病患病率统计数据,对常宁市26个乡镇单位老年高血压和Ⅱ型糖尿病患病率的分布特征差异进行了分析,进而通过建立模型模拟了研究区2种老年慢性病患病率的空间分布。研究结果表明:①研究区夜间灯光均值与老年高血压及Ⅱ型糖尿病患病率的相关性都强于夜间灯光总量,且老年Ⅱ型糖尿病患病率与夜间灯光强度之间的关系要强于老年高血压患病率;②对于同种慢性病患病率的分布,夜间灯光均值的影响要大于夜间灯光总量,且夜间灯光总量和均值对糖尿病患病率分布的影响均大于老年高血压患病率;③居住在高夜间灯光均值地区的老年人患高血压的风险是低夜间灯光均值地区的6.493倍,患Ⅱ型糖尿病的风险为8.556倍;④研究区老年高血压及Ⅱ型糖尿病与夜间灯光均值的一元线性拟合模型精度较高,可以较为精确地在模拟研究区老年高血压和Ⅱ型糖尿病的患病率的空间分布。该研究成果可为夜间灯光数据在疾病研究中的应用和区域性老年人高血压及Ⅱ型糖尿病患病原因分析,及相似病种患病情况的调查和预测提供参考。

关键词：珞珈一号夜间灯光高血压 Ⅱ型糖尿病皮尔逊相关性分析 OR值患病率空间分布模型拟合

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城市夜间灯光强度空间衰减规律及应用

地理科学进展 2022年第7期41卷 1251-1260页

作者：郑沐辰许刚肖锐焦利民武汉大学资源与环境科学学院武汉430079 武汉大学遥感信息工程学院武汉430079

夜间灯光强度是城市社会经济活动强弱的直观表征,通常随到城市中心距离增加而逐渐降低。但其空间衰减过程是否可以定量化、模型化,以及空间衰减规律关于城市形态的指示意义仍不明确。论文获取32个中国主要城市2012年和2020年NPP-VIIRS... 详细信息

夜间灯光强度是城市社会经济活动强弱的直观表征,通常随到城市中心距离增加而逐渐降低。但其空间衰减过程是否可以定量化、模型化,以及空间衰减规律关于城市形态的指示意义仍不明确。论文获取32个中国主要城市2012年和2020年NPP-VIIRS夜间灯光年度合成数据,以城市中心为圆心,计算同心圆圈层内平均夜光强度;受建设用地密度空间衰减函数启发,采用反S函数拟合城市夜间灯光强度空间衰减特征。结果表明:反S函数可以很好地拟合夜间灯光强度空间衰减特征,模型参数D和α的变化分别反映了城市扩张过程和形态变化。2012—2020年间,各城市半径(参数D)增长到1.1~3.6倍;城市规模较小的长春、银川和西宁经历的夜光亮度增长幅度最大,而东部沿海城市增长幅度较小。参数α的变化说明中国主要城市由夜间灯光反映的空间形态趋于紧凑。反S函数为刻画夜间灯光强度空间衰减提供了新工具,为测度城市扩张和形态变化提供了新指标。

关键词：夜间灯光城市扩张梯度分析反S函数城市形态

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室内外夜间灯光暴露的健康效应研究进展

环境与职业医学 2023年第9期40卷 1102-1108页

作者：郭益雯齐进胡可嘉浙江大学公共卫生学院浙江杭州310058 浙江大学浙江省智能预防医学重点实验室浙江杭州310058

在全球高强度、高密度的城市建设背景下,越来越多的城市居民暴露在夜晚过亮的人造灯光中,夜间人造灯光(ALAN)的健康影响逐渐成为全球性的公共卫生问题。自世界卫生组织启动“健康城市”项目以来,探讨包括ALAN在内的建成环境要素对公共... 详细信息

在全球高强度、高密度的城市建设背景下,越来越多的城市居民暴露在夜晚过亮的人造灯光中,夜间人造灯光(ALAN)的健康影响逐渐成为全球性的公共卫生问题。自世界卫生组织启动“健康城市”项目以来,探讨包括ALAN在内的建成环境要素对公共健康的影响已逐渐成为国际上新的交叉学科研究热点,既有的涉及室内外ALAN的流行病学研究已发现ALAN对不同人群的健康有多重负面影响。然而目前,国内还没有综述总结过ALAN的健康效应。文章系统介绍了国内外有关室内外ALAN的健康效应的研究进展,简述了ALAN对睡眠、肥胖、肿瘤、心血管疾病、代谢性疾病、认知功能、心理健康等多种健康结局的负面影响。本文认为,目前研究仍存在暴露评估误差较大、发展中国家研究匮乏、研究因果论证效力较弱、混杂因素较难控制等局限。未来的研究应当完善流行病学研究设计,开展定量研究,探索潜在机制,为完善城市照明规划、优化城市建筑设计等提供科学证据。

关键词：夜间灯光夜间人造灯光光污染环境健康健康效应