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一种DMSP/OLS稳定夜间灯光影像中国区域的校正方法

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地球信息科学学报 2020年第8期22卷 1679-1691页

作者：张佰发苗长虹宋雅宁王娟娟河南大学黄河文明省部共建协同创新中心开封475000 河南大学黄河文明与可持续发展研究中心开封475000 河南大学环境与规划学院开封475000 南昌大学经济管理学院南昌330031

随着遥感技术的快速发展,国防气象卫星计划作战线扫描系统(DMSP/OLS)夜间灯光图像开始更多的应用于人文经济研究中。由于原始影像存在较多问题,如DN值饱和、年际不连续问题等,因此在使用之前需要对影像进行校正。"传统不变区域法"是应... 详细信息

随着遥感技术的快速发展,国防气象卫星计划作战线扫描系统(DMSP/OLS)夜间灯光图像开始更多的应用于人文经济研究中。由于原始影像存在较多问题,如DN值饱和、年际不连续问题等,因此在使用之前需要对影像进行校正。"传统不变区域法"是应用较为广泛的校正方法,但仍存在部分问题,如未考虑目标区域长时间尺度上的微弱变化以及连续校正前基准年份的选取。本文对传统不变目标区域法进行改良,以黑龙江鹤岗市作为不变目标区域,选取3期辐射定标影像作为参考影像对DMSP/OLS稳定夜间灯光影像进行饱和校正,通过对比各年份影像饱和校正情况,选出最为合理的基准年份,从而对饱和校正后的影像进行连续性校正。为验证影像校正精度,本文从国家像元DN值、省级GDP与电力消费量、地级市GDP和县域GDP 4个层面与对应DN值进行线性回归检验,结果显示经改进方法校正后DMSP/OLS稳定夜间灯光影像TDN与市级GDP的拟合度(R2)平均值为0.85,远大于传统方法校正TDN与市级GDP拟合度(R2)平均值的0.53,且随着时间推移,传统不变目标区域法校正后拟合度逐渐降低至2013年的0.40,而利用改进后方法进行校正的拟合度未出现递减现象,2013年其R2仍为0.88,表明与传统不变区域法相比校正精度明显提高,饱和问题得到较大改善。

关键词：夜间灯光影像 DMSP/OLS 传统不变目标区域法校正拟合 GDP 电力消耗对比检验

基于复合指数模型的DMSP/OLS夜间灯光影像饱和校正方法

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地球信息科学学报 2020年第11期22卷 2227-2237页

作者：许文鑫梁娟珠福州大学福建省空间信息工程研究中心数据挖掘与信息共享教育部重点实验室福州350116 数字中国研究院(福建) 福州350116

由于OLS传感器航行过程中增益记录和交叉定标的缺失,使得DMSP夜光影像在城市中心出现过度饱和等问题,因此探讨灯光数据去饱和方法在人类活动强度评估和城市时空演化分析等方面具有重要意义。为了解决这一难题,有学者提出使用NDVI修正饱... 详细信息

由于OLS传感器航行过程中增益记录和交叉定标的缺失,使得DMSP夜光影像在城市中心出现过度饱和等问题,因此探讨灯光数据去饱和方法在人类活动强度评估和城市时空演化分析等方面具有重要意义。为了解决这一难题,有学者提出使用NDVI修正饱和灯光数据的VANUI指数,为研究灯光数据去饱和提供了简单便捷的思路,然而该指数在部分城市中较难有明显的校正效果。本文在VANUI指数思想的基础上,顾及到人口密度随着郊区到城市中心距离的增加呈现指数型增长,提出了基于复合指数模型校正夜间灯光指数CEANI,为人类活动强度评价等研究提供更准确的结果。研究表明:①与VANUI相比,CEANI在刻画城市内部饱和区域特征时具有更好的细节,较好地凸显城市内部空间异质性;②在25组随机样本的相关对比中,CEANI(R^2mean=0.79)与辐射定标产品比VANUI(R^2mean=0.68)具有更高的相关性;③三大城市群中CEANI与常住人口的R2分别为0.767、0.676和0.841,比VANUI(R^2分别为0.640、0.553和0.775)分别提高了0.127、0.123、0.066,相较于VANUI,CEANI与常住人口具有更强的相关性,对于人口指标的估算能力更强。

关键词：夜间灯光影像 DMSP/OLS 城市灯光去饱和 VANUI指数 CEANI指数人类活动强度复合指数模型

基于2种夜间灯光影像亮度修正指数的城市建成区提取研究

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地球信息科学学报 2020年第8期22卷 1714-1724页

作者：闫庆武厉飞李玲中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116 徐州市规划设计院徐州221000

夜间灯光影像容易受到道路灯光、水面散射等影响而产生背景噪声,这一定程度上影响了利用夜间灯光数据提取建成区的精度。本文基于夜间灯光影像的DN(Digital Number)值与路网密度正相关、与EVI指数(Enhanced Vegetation Index,增强型植... 详细信息

夜间灯光影像容易受到道路灯光、水面散射等影响而产生背景噪声,这一定程度上影响了利用夜间灯光数据提取建成区的精度。本文基于夜间灯光影像的DN(Digital Number)值与路网密度正相关、与EVI指数(Enhanced Vegetation Index,增强型植被指数)呈负相关的规律,提出了2种可用于建成区提取的夜间灯光亮度修正指数:EVI夜间灯光亮度修正指数EANI(EVI Adjusted Nighttime Light(NTL)Index)和基于道路网密度与EVI指数的夜间灯光亮度修正指数REANI(Road Density&EVI Adjusted NTL Index),并利用珞珈1号卫星(LJ1-01,分辨率约130 m)影像和NPP-VIIRS影像(分辨率约500 m)2种不同空间分辨率夜间灯光遥感影像进行验证。以2018年徐州市建成区为研究对象,分区域(主城区、外围区)利用阈值法对2种原始夜间灯光影像、经EANI指数和REANI指数处理后的影像进行建成区提取,得到6种建成区提取的结果。研究表明:①EANI指数和REANI指数能够有效抑制夜间灯光影像的背景噪声,建成区提取的结果均优于直接利用原始影像的结果,特别是对于城市化水平较低地区的建成区提取效果更佳;②相较于NPP-VIIRS影像,利用LJ1-01影像提取建成区的效果提高6%左右,说明我国的LJ1-01夜间灯光影像在建成区提取方面有广阔的应用前景。EANI和REANI为建成区提取提供了有效工具,并可应用于城市规划和城市扩张等研究领域。

关键词：夜间灯光影像珞珈01星影像 NPP-VIIRS影像 EANI REANI 去噪建成区提取徐州市

基于深度学习的宽基线夜间灯光影像线特征自动匹配

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测绘科学 2023年第12期48卷 115-129页

作者：王福尧姚国标魏国忠李兵傅青青山东建筑大学测绘地理信息学院济南250101 武汉大学遥感信息工程学院武汉430079 山东省国土测绘院地理信息工程院济南250102

针对宽基线夜间灯光影像光照不足存在模糊现象,进而导致丢失大量轮廓及纹理信息,同时显著的视角变化也导致复杂畸变的问题,现有的匹配算法在此类影像上难以实现线特征的有效匹配。该文首先采用Res-block对影像进行卷积来减小饱和像素对... 详细信息

针对宽基线夜间灯光影像光照不足存在模糊现象,进而导致丢失大量轮廓及纹理信息,同时显著的视角变化也导致复杂畸变的问题,现有的匹配算法在此类影像上难以实现线特征的有效匹配。该文首先采用Res-block对影像进行卷积来减小饱和像素对影像匹配的影响,在保持影像细节的前提下突出边缘特征,并采用U-Net模型去除影像的伪影与噪声。然后利用LineTR关联上下文信息进行特征匹配,此方法改进了卷积神经网络进行线特征匹配时要求特征长度固定的不足,实现不同长度的同名线特征匹配;并利用ConvGRU实现超参数自适应估计,继而提高算法效率。最后选取多组宽基线夜间灯光影像进行测试,结果表明本方法能够得到较优的线特征匹配效果。

关键词：夜间灯光影像深度学习复杂畸变弱纹理线特征匹配

基于夜间灯光影像的太原市城市扩张特征及驱动力分析

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测绘通报 2022年第11期 79-83,105页

作者：张娜张会霞李艾琴太原师范学院地理科学学院山西榆次030619

随着城市化进程的推进,城市建成区范围不断扩大,在此过程中也出现了诸多问题。为更好地了解城市发展规律,本文选取1992、1997、2002、2007、2012年5期的DMSP/OLS数据和2017、2019年2期的NPP-VIIRS两种夜间灯光影像作为数据源,采用统计... 详细信息

随着城市化进程的推进,城市建成区范围不断扩大,在此过程中也出现了诸多问题。为更好地了解城市发展规律,本文选取1992、1997、2002、2007、2012年5期的DMSP/OLS数据和2017、2019年2期的NPP-VIIRS两种夜间灯光影像作为数据源,采用统计数据比较法提取太原市建成区范围,通过对太原市建成区形态扩张指数的分析,得出城市扩张规律。研究结果表明:(1)太原市建成区从1992—2019年太原市建成区面积增长了249.73 km~2,扩大了2.7倍,且建成区增长的面积主要集中在太原市的东南部。(2)2002—2012年和2017—2019年进入加速型扩张模式,扩张的速度快;1992—2019年太原市重心偏移距离为5676.42 m,平均偏移速度为202.73 m/a,重心位置总体向东南方偏移。(3)太原城市扩张的驱动力主要是受经济发展因素、人口因素、交通因素和政策规划因素的影响。本文为太原城市规划和空间结构调整提供理论依据和数据支撑。

关键词：夜间灯光影像建成区提取城市扩张特征分析

DMSP/OLS夜间灯光影像中国区域的校正及应用

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地球信息科学学报 2015年第9期17卷 1092-1102页

作者：曹子阳吴志峰匡耀求黄宁生中国科学院广州地球化学研究所边缘海地质重点实验室广州510640 中国科学院大学北京100049 广州大学地理科学学院广州510006

美国国防气象卫星搭载的业务型线扫描传感器(DMSP/OLS)获取的夜间灯光影像,可客观地反映人类开发建设活动强度,其广泛应用于城市遥感的多个领域。但该数据缺少星上的辐射校正,下载的原始影像数据集不能直接用于研究,需进行区域校正。长... 详细信息

美国国防气象卫星搭载的业务型线扫描传感器(DMSP/OLS)获取的夜间灯光影像,可客观地反映人类开发建设活动强度,其广泛应用于城市遥感的多个领域。但该数据缺少星上的辐射校正,下载的原始影像数据集不能直接用于研究,需进行区域校正。长时间序列的DMSP/OLS夜间灯光影像数据集主要存在2个问题需在校正过程中解决:(1)原始影像数据集中的影像是非连续性的;(2)数据集中的每一期影像都存在着像元DN值饱和的现象。针对这2个问题,本文提出了一种不变目标区域法的影像校正方法,对提取出来的每一期中国区域的夜间灯光影像进行了校正,该校正方法包括相互校正、饱和校正和影像间的连续性校正。最后,为了检验校正方法的合理性与可靠性,本文将校正前后中国夜间灯光影像与GDP和电力消耗值,分别进行回归分析评价表明,校正后的影像更客观合理地反映区域经济发展的差异。

关键词： DMSP/OLS 夜间灯光影像中国校正方法 GDP

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一种适用于珞珈一号夜间灯光影像的去噪方法

遥感信息 2021年第2期36卷 114-119页

作者：王美玲张和生太原理工大学太原030024

针对珞珈一号夜间灯光影像存在大量背景噪声和异高值的问题,提出一种掩膜和局部中值滤波相结合的去噪方法。首先,以去噪后同时期的NPP/VIIRS月均影像为掩膜数据,剔除珞珈一号平均影像残留的背景噪声;然后,计算每个栅格的8邻域标准差(sta... 详细信息

针对珞珈一号夜间灯光影像存在大量背景噪声和异高值的问题,提出一种掩膜和局部中值滤波相结合的去噪方法。首先,以去噪后同时期的NPP/VIIRS月均影像为掩膜数据,剔除珞珈一号平均影像残留的背景噪声;然后,计算每个栅格的8邻域标准差(standard deviation,STD)并进行分级统计,确定以STD大于25000为边界提取异高值栅格,对这部分栅格进行中值滤波,把异高值降低到正常值范围。通过统计发现,该去噪方法减少的灯光辐射栅格主要分布在林地、耕地和草地,影像辐射最大值由6034.920下降到900.599,辐射总值的减少量仅占原辐射总值的6.9%,并且去噪后的影像与GDP和常住人口数据的相关性均有提升。研究结果表明,该去噪方法能够在尽可能保留原始数据信息的同时有效去除珞珈一号夜间灯光影像大量存在的背景噪声和异高值。

关键词：珞珈一号夜间灯光影像背景噪声异高值局部中值滤波

基于夜间灯光影像数据的黄河流域中心城市建成区空间扩展及动力因子分析

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中国沙漠 2021年第6期41卷 235-248页

作者：史海金吴文恒李研刘金凤万赟西北大学城市与环境学院/陕西西安710127 西北大学陕西省地表系统与环境承载力重点实验室陕西西安710127

研究黄河流域建成区扩展特征有助于透视用地开发效果和践行中心城市高质量发展规划。基于1992、1997、2002、2007、2012、2018年6期夜间灯光影像与统计数据,提取建成区范围,采用扩展强度指数、紧凑度指数、协调发展系数与灰色关联分析,... 详细信息

研究黄河流域建成区扩展特征有助于透视用地开发效果和践行中心城市高质量发展规划。基于1992、1997、2002、2007、2012、2018年6期夜间灯光影像与统计数据,提取建成区范围,采用扩展强度指数、紧凑度指数、协调发展系数与灰色关联分析,探究1992—2018年黄河流域8个中心城市扩展的时空格局、质量及动力因子。结果表明:(1)黄河流域中心城市建成区面积分化明显,中下游城市扩展规模和强度大,扩展形态呈紧凑度普遍下降趋势。(2)夜间灯光影像数据刻画的西安建成区综合水平高、西宁水平低,银川综合发展快、兰州慢;除西宁、呼和浩特与太原外,其他中心城市平均夜间灯光指数在1997—2018年呈下降趋势,反映城市扩展水平降低。(3)中心城市人口-土地协调发展系数均呈波动下降趋势,除呼和浩特、太原和济南外,人口-土地由基本协调型向土地过快扩展型转变;中心城市经济-土地协调发展系数呈波动下降趋势,经济年均增长率降低,建成区面积年均扩展率增加,基本由经济过快增长型向经济-土地协调发展型转变。(4)中心城市空间扩展主要受经济发展(地区生产总值)影响;从中心城市整体看,全时段(1996—2018年)行政力(固定资产投资)和内源力(人口规模)影响作用较大,分时段(1996—2002年、2002—2012年与2012—2018年)行政力影响系数亦较高,市场力(社会消费品零售总额)与外向力(实际利用外资额)影响作用程度随时间增加明显。新时期黄河流域中心城市空间扩展应注重内部提质增效,提高建设用地利用效率,促进城市高质量发展。

关键词：建成区空间扩展夜间灯光影像中心城市动力因子灰色关联分析黄河流域

一种面向城市收缩地区的DMSP/OLS夜间灯光影像多年连续校正方法

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地理与地理信息科学 2021年第6期37卷 46-51,140页

作者：仲晓雅闫庆武厉飞李茂林李桂娥中国矿业大学资源枯竭矿区土地修复与生态演替教育部野外科学观测研究站江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 中国矿业大学公共管理学院江苏徐州221116

现有时间序列夜间灯光影像校正方法只适用于灯光亮度持续增长情况,对于城市收缩地区夜间灯光亮度的校正效果不佳。该文提出一种面向城市收缩地区的DMSP/OLS夜间灯光影像多年连续校正方法(Inter-annual Series Correction for Shrinking ... 详细信息

现有时间序列夜间灯光影像校正方法只适用于灯光亮度持续增长情况,对于城市收缩地区夜间灯光亮度的校正效果不佳。该文提出一种面向城市收缩地区的DMSP/OLS夜间灯光影像多年连续校正方法(Inter-annual Series Correction for Shrinking Area,ISCSA),包括多传感器相互校正、多传感器年内融合、时间序列可比较校正和连续校正四方面,以东三省1992-2013年34期DMSP/OLS夜间灯光影像进行验证,并分析其与社会经济数据的相关性。结果显示:该方法校正后的夜间灯光影像不仅能反映东三省长时序的城市扩张现象,还能体现短时间的城市收缩现象;校正后的夜间灯光亮度与GDP和人口的相关性相比原始影像数据和传统连续校正方法均有一定提升,能更合理地反映东三省社会经济要素的发展差异。

关键词： DMSP/OLS 夜间灯光影像多年连续校正城市收缩