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基于dmsp-ols与NPP-VIIRS整合数据的京津冀城市群碳排放时空演变特征

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环境工程技术学报 2023年第2期13卷 447-454页

作者：李云燕盛清代建北京工业大学经济与管理学院

为探究京津冀城市群地市级以上城市尺度的碳排放时空演变特征,通过拟合最优模型,将NPP-VIIRS数据转化为dmsp-ols尺度的夜间灯光数据,得到京津冀城市群2005—2019年的长时间序列夜间灯光数据集;再结合北京、天津、河北能源消费统计碳排... 详细信息

为探究京津冀城市群地市级以上城市尺度的碳排放时空演变特征,通过拟合最优模型,将NPP-VIIRS数据转化为dmsp-ols尺度的夜间灯光数据,得到京津冀城市群2005—2019年的长时间序列夜间灯光数据集;再结合北京、天津、河北能源消费统计碳排放数据,构建京津冀城市群地市级以上城市尺度碳排放估算模型,模拟京津冀城市群碳排放空间分布,并结合倾向值法探究其碳排放时空演变特征。结果表明:京津冀城市群夜间灯光数据与能源消费碳排放量之间的相关性较高,且通过了1%的显著性检验。2005—2019年,京津冀城市群13个城市的碳排放量整体逐渐增加;城市群碳排放增长速度较为缓慢,但京津唐地区增长速度较快;13个城市中已有多个城市单位国内生产总值碳排放量2019年比2005年降幅超40%。研究显示,夜间灯光数据可用于估算京津冀城市群碳排放量,且京津唐地区碳排放量较高,增速较快,应作为重点碳减排地区。

关键词：京津冀城市群 dmsp-ols NPP-VIIRS 碳排放时空演变特征

dmsp-ols与NPP-VIIRS夜间灯光遥感影像数据整合

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测绘通报 2023年第1期 31-38页

作者：何立恒吕萌朱婷茹南京林业大学江苏南京210037

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... 详细信息

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。

关键词： dmsp-ols NPP-VIIRS 夜间灯光遥感数据整合重采样

dmsp-ols与NPP-VIIRS夜间灯光数据测算统计指标能力评估——以京津冀地区县域GDP、人口及能源消耗为例

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测绘通报 2020年第9期 89-93,118页

作者：李峰张晓博廖顺宝钱安防灾科技学院生态环境学院河北三河065201

夜间灯光数据记录了地球表面的人造灯光强度,是估计社会统计指标的有效手段之一。为了评估dmsp-ols和NPP-VIIRS2种夜间灯光数据对社会统计指标的模拟潜力,采用4种常用的灯光校正方法分别对2种夜间灯光数据进行灯光饱和性校正,根据校正... 详细信息

夜间灯光数据记录了地球表面的人造灯光强度,是估计社会统计指标的有效手段之一。为了评估dmsp-ols和NPP-VIIRS2种夜间灯光数据对社会统计指标的模拟潜力,采用4种常用的灯光校正方法分别对2种夜间灯光数据进行灯光饱和性校正,根据校正后的夜间灯光数据分别建立与京津冀地区县域GDP、人口和能源消耗3种社会统计指标间的线性回归模型,从模型拟合的相关系数、F统计量值与概率p值中分析并评价了2种夜间灯光数据对GDP、人口和能源消耗3种社会统计指标的测算能力。本文研究结果表明:EANTLI法是2种夜间灯光数据的最佳校正方式,而HSI法不适用于夜间灯光数据校正后与县域社会统计指标的线性关系拟合2种夜间灯光数据对GDP的拟合效果都较好,NPP-VIIRS夜间灯光数据估算社会统计指标的拟合能力要优于dmsp-ols数据。

关键词： dmsp-ols NPP-VIIRS 夜间灯光统计指标测算 GDP 人口能源消耗

基于dmsp-ols数据的城市发展空间特征研究

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地理与地理信息科学 2014年第2期30卷 20-25页

作者：吴健生赫胜彬彭建黄秀兰张理卿北京大学城市规划与设计学院广东深圳518055 北京大学城市与环境学院北京100871 北京大学政府管理学院北京100871

在明确城市内部存在空间差异的前提下,综合考虑城市物质空间和社会经济空间,以1992-2010年郑州市辖区为研究对象,利用dmsp-ols夜间灯光数据进行了建成区的提取及其扩展强度与方向特征的分析、城市重心位置的识别及其转移规律的测算、城... 详细信息

在明确城市内部存在空间差异的前提下,综合考虑城市物质空间和社会经济空间,以1992-2010年郑州市辖区为研究对象,利用dmsp-ols夜间灯光数据进行了建成区的提取及其扩展强度与方向特征的分析、城市重心位置的识别及其转移规律的测算、城市内部发展差异与相对发展率的研究。结果发现,近20年来郑州市建成区面积不断增大,且扩展速度也逐渐增大;城市重心在逐渐东移,且转移的速度略有增加;各辖区的发展水平逐渐提高,辖区之间的差异逐渐减小。同时分析了dmsp-ols数据应用于建成区提取、城市重心识别方面的优势,并对该数据在城市发展领域的应用前景进行了探讨。

关键词： dmsp-ols 城市发展空间特征郑州市

1992-2010年基于dmsp-ols图像的环渤海城市群空间格局变化分析

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地球信息科学学报 2013年第2期15卷 280-288页

作者：范俊甫马廷周成虎周玉科中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

从dmsp-ols数据提取城市区域的经验阈值法存在固有的缺陷,经验阈值对不同的空间区域不具备通用性,不适用的经验阈值,将导致城区面积提取具有较大误差,可采用统计数据对经验阈值进行修正以降低误差。本文在大时空尺度条件下以少量样本城... 详细信息

从dmsp-ols数据提取城市区域的经验阈值法存在固有的缺陷,经验阈值对不同的空间区域不具备通用性,不适用的经验阈值,将导致城区面积提取具有较大误差,可采用统计数据对经验阈值进行修正以降低误差。本文在大时空尺度条件下以少量样本城市的统计数据对经验阈值方法进行了修正;另采用Elvidge二次多项式模型对dmsp-ols时间序列数据进行了校正。在此基础上选取总斑块数量、景观总面积、平均斑块大小、最大斑块面积比、斑块密度、景观形状指数、总边界长度、平均边界密度和斑块平均回旋半径共9个景观生态学指标,采用FRAGSTATS 3.3软件计算分析了1992-2010年环渤海区域城市发展的空间格局变化特征。结果表明:1992-2010年间,环渤海区域城市化进程持续较快发展,城市建成区总面积增加了2.14倍,平均城市建成区面积增加了76%,提取到的城市斑块平均回旋半径增加了约26.5%,并且城市景观斑块的复杂度明显上升,可检测到的城镇总个数增加了82%。但是,每100km2内孤立的城市景观斑块数却降低了约76%;大城市持续扩张的相对速度慢于中小城市,城市区域边界密度和整体城市分布景观格局破碎度逐渐降低,核心城市与周围卫星城市的景观斑块的联通性逐步增加。

关键词： dmsp-ols 经验阈值修正环渤海城市群建成区空间格局

基于dmsp-ols与NPP-VIIRS整合数据的中国三大城市群城市空间扩展特征研究

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基于DMSP-OLS与NPP-VIIRS整合数据的中国三大城市群城市空间扩展...

作者：董鹤松河北师范大学

学位级别：硕士

城市空间扩展规律对衡量区域城市化水平、人口集聚状况具有指示作用,城市空间快速扩展也会导致人口与资源、环境之间的矛盾加剧。因此,城市空间的扩展过程和格局研究对理解区域发展状况和人地关系具有重要意义。城市群是中国新型城镇化... 详细信息

城市空间扩展规律对衡量区域城市化水平、人口集聚状况具有指示作用,城市空间快速扩展也会导致人口与资源、环境之间的矛盾加剧。因此,城市空间的扩展过程和格局研究对理解区域发展状况和人地关系具有重要意义。城市群是中国新型城镇化的主体形态,也是未来经济发展格局中最具活力和潜力的核心地区。作为中国城市群发展的典型代表,京津冀、长三角和珠三角三大城市群空间扩展特征的研究,对于理解中国城市群的发展特征具有重要价值。使用日间遥感影像获得的城市建成区仅从地表覆盖类型变化反映城市的扩展特征,更适合刻画建成区物质形态,新型社会感知大数据则适用于反映城市实际发展程度和活力。夜间灯光数据能够反映夜晚城镇和乡村的可见光辐射源,是人类社会经济活动的具象表征且与国民生产总值、人口分布、电力消耗等具有较高相关性。因此,开展长时间序列城市群城市功能和活力的过程研究,夜间灯光数据是较好地选择。其中dmsp-ols与NPP-VIIRS数据质量好、操作方便且开放共享,已被广泛应用于夜光遥感领域的研究。本文以京津冀、长三角和珠三角三大城市群为研究区,鉴于dmsp-ols和NPP-VIIRS数据存档时间的不连续性,建立NPP-VIIRS影像模拟为dmsp-ols影像的函数,形成研究区1992—2017年长时间跨度、具有可比性的整合数据集;然后,参考城市建成区统计数据确定夜间灯光最佳阈值提取城市范围,有效剥离统计数据中包含的经济活力不足的城市空间,识别出不属于统计范围的低等级、高活力城镇区,创新了以统计数据和夜间灯光数据提取城市建成区的数据应用视角;最后,从城市群城市空间扩展的规模变化特征、等级结构特征、空间演化特征和空间格局特征等角度切入,全面剖析三大城市群城市空间扩展过程及格局,以期从新的视角认识三大城市群发展特点,为区域发展政策制定提供参考。研究的的主要结论如下:(1)在夜间灯光数据整合方面,基于dmsp-ols与NPP-VIIRS数据在重叠年份构建的幂函数模型能够实现NPP-VIIRS数据模拟dmsp-ols数据的操作。经过模拟操作后,相对于原始NPP-VIIRS数据,模拟dmsp-ols数据与原始dmsp-ols数据的相关性明显提高,标准误差明显下降。在2012和2013年Pearson相关系数分别达到0.88和0.85,标准误差由18.8和18.1下降到5.3和6.1,依据整合后数据提取城市建成区结果的总体偏差仅为4.28%,表明整合方法具有可行性,整合数据可用于三大城市群城市空间扩展研究中。(2)利用统计数据空间比较法确定夜间灯光最佳阈值提取城市范围,其提取的结果是在最大程度上耦合统计数据的数值结果,更多体现区域经济活力,虽然与城市建成区具有较高一致性,不能保证提取结果的空间分布与统计数据的统计区域达到最佳拟合。另一方面,依据不同级别统计数据获得最佳灯光数据阈值,提取结果的城市内涵也不相同。夜间灯光的城市提取结果,能在较大空间尺度上反映城市群发展活力及其空间异质性;同时,可以有效剥离统计数据中包含的经济活力不足的城市空间,识别出不属于统计范围的低等级、高活力城镇区,精确识别城市群内部均衡性的空间模式。(3)在三大城市群城市空间扩展特征方面:(1)有效区分县级城镇和市级以上城市在城市群发展中的贡献度。在寻求与统计单元一致性的情景下,三个城市群提取结果总体低于全部的提取范围,总偏差约为2.76%。京津冀城市群、长三角和珠三角城市群县级城镇对城市范围的总体贡献率分别为4.07%、3.43%和0.31%。其中京津冀城市群腹地广阔,县级城镇是区域经济活力的重要组成部分,整体上对城市范围的贡献率最大,除1992—1995有所下降外均保持增加的趋势;长三角城市群城市数量众多,1990s初期部分县级城镇经济活力较强,但2000年前后区域内各省市大量撤县设市,县级城镇数量减少,逐渐在2005年后低于京津冀城市群;珠三角城市群腹地较小,城市范围多分布在广州、东莞、佛山、深圳等珠江入海口处,空间聚集效应明显,县级城镇对城市范围的贡献在三个城市群中始终最小。(2)三大城市群城市建成区范围持续扩展,扩展强度经历了低速增长、高速扩展和“新常态”下的平稳扩展三个阶段,表现出明显的时序性特征;同时,三大城市群夜间灯光总强度和平均强度均呈上升趋势,长三角城市群夜间灯光总强度最大,珠三角城市群次之,京津冀最小;三大城市群建成区的平均灯光强度呈逐渐趋同的特征。(3)在城市群规模等级结构特征上,京津冀城市群以北京为首位城市,北京和天津两大城市为增长极,各等级城市间形成了一定的结构体系,但基尼系数相对较大,城市间发展差异明显;长三角城市群以上海为首位城市,形成了苏锡常地区、南京都市圈和环杭州湾等次级城市群发育良好的城市体系,各等级城市发育良好且基尼系数较小,城市间发展相对平均;珠三角城市群以广州为首位城市,同时拥有深圳、东莞、佛山等众多大型城市,城市建成区已经突破了行政界线的藩篱,城市群发展水平高

关键词：夜间灯光数据 dmsp-ols NPP-VIIRS 数据整合三大城市群建成区空间扩展

基于dmsp-ols的能源消费碳排放量时空分布特征分析——以广东省为例

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基于DMSP-OLS的能源消费碳排放量时空分布特征分析——以广东省为...

作者：雷雨桐西安科技大学

学位级别：硕士

我国工业化和城镇化进程加快,碳排放量大幅增加。为有效实施减排措施,时空连续、尺度适宜的碳排放量数据快速提取方法探索具有迫切性。本研究基于夜间灯光影像与人口格网数据,利用改进型碳排放量反演模型,反演2005-2013年广东省碳排放... 详细信息

我国工业化和城镇化进程加快,碳排放量大幅增加。为有效实施减排措施,时空连续、尺度适宜的碳排放量数据快速提取方法探索具有迫切性。本研究基于夜间灯光影像与人口格网数据,利用改进型碳排放量反演模型,反演2005-2013年广东省碳排放量的空间分布,并分析其时空变化特征。得到的主要结论如下:(1)基于DN值稳定的目标区域进行不同传感器夜间灯光影像的相互校正可获取有效的夜间灯光数据,基于EVI与夜间灯光数据的负相关关系,去除夜间灯光数据的饱和状态。利用DN值稳定的目标区域构建一元二次线性方程,进行不同传感器夜间灯光影像的相互校正,得到具有可比性且时间序列连续的夜间灯光数据;根据城市区域植被指数增加夜间灯光亮度值减小的线性关系,构建调整系数进行夜间灯光数据去饱和校正,校正后饱和像元DN值接近实际灯光亮度值,突出城市内部区域灯光亮度值变化特征。(2)改进碳排放量反演模型并反演得到栅格尺度的碳排放量空间分布。改进型碳排放量反演模型适用于城市层面碳排放量的反演,利用代表农村与城镇碳排放差异的人均碳排放比值变量,结合夜间灯光影像和人口格网数据反演得到2005、2010和2013年广东省栅格尺度的碳排放量空间分布。反演结果显示,碳排放量被有效分配至栅格单元,其中,无亮度值像元的碳排放量空间分布是基于人口格网数据反演得到的,解决了传统回归方法无法模拟出无灯光亮度值区域碳排放量分布的问题。(3)广东省栅格尺度和区县尺度的碳排放量时空差异明显。从栅格尺度和区县尺度进行碳排放量时空变化特征分析,可知区县尺度的碳排放量总体呈上升趋势,高碳排放量的栅格多在珠江三角洲地区。采用全局莫兰指数和热点分析来检验广东省碳排放量的空间自相关性,得到珠三角地区的碳排放量具有高-高的聚类特征,粤东地区的碳排放量具有低-低的聚类特征。碳排放量的时空异质性反映出广东省经济发展不平衡。研究结果表明:碳减排政策和措施的制定应考虑其空间溢出效应。

关键词： dmsp-ols 夜间灯光影像碳排放量遥感反演模型时空变化特征

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粤港澳大湾区建成区扩张时空特征分析

测绘通报 2022年第3期 90-95,110页

作者：况旭刘传立李明海江西理工大学软件工程学院江西南昌330013 南昌市虚拟数字工厂与文化传播重点实验室江西南昌330013 南雄市自然资源局广东南雄512400

本文首先基于1992—2019年的夜间灯光数据(dmsp-ols、NPP-VIIRS),参考粤港澳大湾区建成区面积数据,对比确定灯光阈值,提取出大湾区建成区边界;然后从扩张模式、扩张速度、扩张程度3个方面定量分析了大湾区建成区扩展时空特征;最后结合... 详细信息

本文首先基于1992—2019年的夜间灯光数据(dmsp-ols、NPP-VIIRS),参考粤港澳大湾区建成区面积数据,对比确定灯光阈值,提取出大湾区建成区边界;然后从扩张模式、扩张速度、扩张程度3个方面定量分析了大湾区建成区扩展时空特征;最后结合景观生态学方法分析了大湾区建成区扩展的时空格局特征。研究表明:(1)粤港澳大湾区城市群重心1992年位于东莞市内,2019年迁移至广州市,形成了以广州市为中心的珠三角地区发展核心区域;(2)整区扩展区域一体化,蔓延速度有所下降,蔓延程度增强,珠三角地区向周围城市的辐射能力不断增强;(3)城市扩展主要以珠三角地区为中心沿交通线呈倒“V”发展。

关键词：粤港澳大湾区 dmsp-ols NPP-VIIRS 时空特征

基于Landsat与dmsp-ols的非监督城区提取方法研究

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测绘与空间地理信息 2018年第7期41卷 183-186页

作者：柯文聪陶超马进龙刘莹邹峥嵘中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083

夜间灯光数据dmsp-ols经常被用作区域范围监测城市区域,但是其低空间分辨率和"溢出"效应容易导致产生较差的结果。经过分辨率更高的Landsat数据能够得到更精确的结果,但所需的大量人力限制了其在大尺度下应用。本文利用非监督机器学习,... 详细信息

夜间灯光数据dmsp-ols经常被用作区域范围监测城市区域,但是其低空间分辨率和"溢出"效应容易导致产生较差的结果。经过分辨率更高的Landsat数据能够得到更精确的结果,但所需的大量人力限制了其在大尺度下应用。本文利用非监督机器学习,提出了一种结合Landsat和dmsp-ols的30 m分辨率城市提取方法。基于城市像元常常同时拥有两种特性(如更高的夜间灯光强度和位于不透水面区域),分类学习的训练样本被自动提取。然后,两种数据提供的4种互补的特征(光谱、纹理、不透水面指数和夜间灯光强度)被用作城市/非城市分类。实验结果表明:相对于仅仅使用单一数据源,结合两种数据能够得到更好的城市提取结果,因此,本文提出的方法能可靠且高效地提取大范围城市区域。

关键词：城区 dmsp-ols Landsat 不透水面非监督