参考文献背景方法概述遥感.doc

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1、1基于DMSP-OLS夜间灯光数据的长江三角洲地区城市化格局与过程研究数据源：本文使用AcrGis Desktop 作为地理信息处理软件（数据源 包括美国国家地球物理数据中心提供的DMSP-OL夜间灯光数据以及通过国家基础地理信息系统网站 （下载的全国1:400万数据库中的县级以上境界面状数据和主要交通线 状数据（二者的数据都是地理坐标），椭球体为 WGS-84可以相互叠 加（为了计算面积，需对二类数据的坐标加以转换，本文将其转换为 横轴墨卡托（UTM）投影，椭球体仍为 WGS-84在县级以上境界面状 数据中提取长三角洲地区各市和市辖区边界，用以裁剪全球灯光数据的计算。原始数据是消除了云（通过

2、热红外通道阈值法）及火光等偶 然噪声影响后对全年 VNIR通道灰度值直接平均化处理后得到的，数 据灰度值范围163，饱和灯光灰度值为63。研究方法：（1）构建城市化指数。通过分析了城市灯光数据（区域灯光面积属性指标顿、平均灯光 强度属性指标、城市灯光亮度总值、复合夜间灯光数据）与长三角地 区各城市经济（全市GDP全市人均GDP第二和第三产业产值比重）、 人口（全市人口密度、市辖区人口密度、非农业人口占总人口比重） 和土地利用（市辖区建设用地面积、市辖区建成区面积）的相关性。 采用平均灯光强度属性指标作为基于 DMSP-OL的城市化水平指数。(2)灯光阈值的确定阈值的确定方法包括经验法、突变检测

3、方法和基于辅助资料的空(阈值间比较法等。本文采用空间比较法中的二分法来确定灯光阈值为DN时的面积与建设用地面积之差绝对值最小)具体步骤:IF S(DNT-1 ) S(DNT )AreaDNmax=DNTDNmi n=DNT阈值DNT确定NYY图中，DNT为夜间灯光数据的阈值：S(DNT)为统计阈值内的灯光斑块 面积； S(DNT)为S(DNT)与各市市辖区建设用地面积(Area)的差 值绝对值；DNmax DNmin分别为阈值的最大、最小值； S(DNT-1)、 S(DNT+1分别为阈值DNT-1 DNT+1时的面积与建设用地面积之差 的绝对值；IF S(DNT-1) S(DNT 0）和（F1

4、995 0）和（F2000 0）和（F2005 0）和（F2009 0） （1）（F1992=0 和（F19950）和（F20000）和（F20050）和（F2009 0） （2）（F1992=0 和（F1995=0 和（F2000 0）和（F2005 0）和（F2009 0）（3 ）（F1992=0 和（F1995=0）和（F2000=0）和（F2005 0）和（F2009 0）（4 ）（F1992=0 和（F1995=0 和（F2000=0 和（F2005=0）和（F2009 0）（5 ）结果分析：1根据三大城市群城市像元数占总数比例分析城市的扩张进程差异。2根据城市用地的分布分析城市群的

5、扩张方向特征。（以东南西北方向为坐标轴，确定城市区距离中心位置的分布）3根据城市用地的变化结合人口以及经济的变化分析三者之间的关系。4基于DMSP/OL数据的城市中心城区提取新方法数据：DMSP/OL的稳定灯光数据产品方法：首先，以辅助资料的空间对比法确定城市中心城区范围最小阈 值，然后，提取DMS数据中的每个极大值及一定范围内的临近值， 作为城市中心城区范围，并将提取的范围与作为辅助资料的 MODISt 地覆盖数据中相应的城市中心城区范围作线性回归分析，进而获得估算城市中心城区范围的线性模型。经验证其结果预测吻合度达到 82.06%,平均相对误差为8.47%,说明利用该方法提取城市中心城区

6、范围具有一定的可行性，可较准确地提取发展水平不同的城市的中心 城区范围。5 1992-2010 年基于DMSP-OLS图像的环渤海城市群空间格局变化分析数据源：本研究利用1992-2010年间共19年的DMSP-OLS非辐射定 标的夜间稳定灯光数据，其下载自美国国家海洋和大气管理局下属的 国家地理数据中心网站。方法：从DMSP-OL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 El

7、vidge二次多项式模型对 DMSP-OLS寸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。6中国城市体系等级结构及其空间格局基于DMSP/OL夜间灯光数据的实证数据源：选取F162006辐射定标数据，其一稳定灯光数据包含城镇等稳定光源而背景噪音为0,为城镇体系实证研究提供优质数据源，其二F162006辐射定标数据有效消除夜间灯光数据的灯光饱和效应，

8、其 可信度与可行性评估更为有效。掩膜提取中国 DMSP/OL夜间灯光并 重采样为1km分辨率。方法：基于夜间灯光指数的引力模型定量测度中国 341个城市之间的 相互作用关系，并通过二阶段聚类法综合分析其城市体系等级结构与 空间格局。中国节点城市被划分为7大国家节点城市（包括北京、天 津、上海、广州、重庆、哈尔滨与沈阳）、26个区域节点城市与107 个省域节点城市，而中国城市体系则被划分为2个国家城市体系（北方城市体系与南方城市体系）、8个区域城市体系（华北城 市体系、东北城市体系、西北城市体系、黄河中游城市体系与华东城 市体系、华南城市体系、西南城市体系、长江中游城市体系）与31个省域城市体系

9、。7基于DMSP/OL数据的中国城市化过程研究反映区域城市化水平的灯光指数的构建数据：本次研究使用的OLS数据产品来自日本国立环境研究所，该数 据产品是介于上述两类产品之间的新数据产品，被称作非辐射定标的 夜间灯光平均强度数据产品。它是由日本国立环境研究所和东京大学 在NGD啲DMSP/OL研究小组协助下，借鉴1996）1997年间夜间灯光 数据辐射标定实验工作的经验，针对亚洲地区的特点开发的。根据 DMSP/OL的物理设计，在正常操作状态下，OLS的增益会随着背景照 度的变化进行自动调整，背景照度的变化依据月球运转周期以及月的 高度来预测。最低的放大倍数出现在满月时，这时的图像非常类似白 天

10、可见光波段的图像。随着月光照度的减小，放大倍数逐渐增大，在每 一个月亮周期中月光最暗的晚上，增益系数调到最大值（约60dB）。对 多时相不同增益下的VNIR通道数据（MoonLight50%以下的低光数据） 做平均化处理即可得到城市灯光强度分布。方法：反映区域城市化水平的灯光指数构建本文从区域夜间灯光分布的两方面属性来构建反映其城市化水平的灯光指数（Lj）:（1）区域平均灯光强度属性；（2）区域灯光面积属性。基于统计数据的城市化复合指标为了评价灯光指数是否反映了区域的城市化水平，选取了 3个反映城 市化水平的主要因子计算城市化复合指标,3个因子分别为：非农业人 口占总人口的比重；第二、三产业产

11、值占国内生产总值的比重；建成区 面积占整个区域面积的比例。结论：（1）本文重点介绍了 DMSP/OL非辐射定标的夜间灯光平均强度 数据产品及预处理流程。该数据产品是由日本国立环境研究所和东京 大学在NGD（的DMSP/OL研究小组协助下针对亚洲地区特点开发的新 数据产品，是消除云及火光等偶然噪声影响后对多时相 VNIR通道灰 度值（DN）进行平均化处理后得到的多年度时间序列产品。 适用于宏观 尺度的城市化强度及其时空分异研究。 基于DMSP/OLSE辐射定标的夜间灯光平均强度数据构建了一个 反映区域城市化水平的灯光指数，该指数考虑了区域平均灯光强度和 灯光面积两方面属性特征。通过省级尺度上灯光

12、指数与城市化水平复 合指标的相关分析发现：灯光指数与城市化水平复合指标之间有显著 相关性,灯光指数能够较好地反映区域的城市化水平。数据源：DMSP/OL夜间稳定灯光影像、人口统计数据，社会经济统 计数据、行政边界图(矢量数据)。方法：首先，从美国国防气象卫星计划的线性扫描业务系统(DefenseMeteorological Satellite Program/Operati onal Lin esca nSystem,DMSP/OLS获取的夜间稳定灯光数据中提取了夜间灯光综合 指数(Night Light Compositive In dex,NLCI)。然后建立了基于社会经济统计数据的城市化

13、水平指数(Urba ni zation Level In dex,ULI) 与NLCI间的统计学模型，并据此对中国大陆地区级尺度的城市化水 平进行了估算。9长三角城市群地域扩张的时空特征基于“近十年来 DSMP/OL夜间灯光数据”的实证分析数据源：遥感数据：DMSP/OLS夜间灯光数据来源于美国国家地球物 理数据中心网站。其获取图像的幅宽为 3000km,全分辨率数据的地 面采样距离是0.56km。研究使用的基础数据为稳定灯光图像数据， 是消除了云及火光等偶然噪声影响后对全年 VNIR通道灰度值直接 平均化处理后得到的，数据灰度值范围163，饱和灯光灰度值为63， 空间分辨率为1km研究方法：

14、基于DMSP/OLS夜间灯光数据的特点，本文拟结合 1999-2010年夜间灯光数据和社会经济数据，采用二分阈值法，用侧 重于表征数量变化的社会经济数据验证夜间灯光数据，从而重建长三角城市群的历年城市边界，基于此得到城市扩展空间属性数据库。在此基础上，进行长三角时空形态变化分析，分别采用 重心转移法、景 观格局指数方法和空间关联维数 系统性地从扩张方向、扩张形态和扩 张模式深入分析近十年来长三角城市群地域扩张的时空特征。提取城镇群地域边界的基本方法是：基于ArcGIS平台，对DMSP/OLS 夜间灯光数据采用二分法提取各市的阈值和城镇用地的面积总量，并将提取面积结果与城市群各市城镇用地面积的统

15、计数据进行比较，直到利用DMSP/OLS数据提取的各市城镇用地面积与统计数据相对误 差最小时的阈值即为可提取的阈值，大于该阈值的值也就是通过DSMP/OLS夜间灯光数据提取的城镇用地面积。（备注：同基于DMSP-OLS夜间灯光数据的长江三角洲地区城市化格局与过程研究相似）数据源：DMSP/OL夜间灯光数据。提取城市面积方法：(1)设定灯光强度阈值提取城市面积。(2)利用DMSP/OL灯光数据构建复合指标提取城市面积.城市化主要从人口与面积指标两方面来定义， 但是由于我国人口普查 数据周期较长和行政边界经常变更的限制， 导致通过人口界定城市化 范围精度较低。DMSP/OL灯光数据在时间分辨率和空

16、间分辨率上有 很大优势，但是由于其空间分辨率太粗糙，直接从影像获得精确的城 市范围比较困难。学者们根据灯光强度与社会经济因子或植被覆盖等 其他因素之间的关系构建复合指标，再利用新建指标实现对城市面积 的提取。例如不透明水面(ISA)与人口数量以及DMSP/OL灯光亮度 之间的线性模型(ISA=0.0795( radiance)+0.00868(population count)简化城市面积的提取，ISA大于50%区域被认为是城市区域。11基于夜间灯光数据环渤海地区城市化过程数据：非辐射定标的夜间平均灯光强度数据方法：DMSP/OL数据中，灯光数据强度（图像灰度值）越高的地方， 城市用地的可能性

17、越高，提出两个基本假设来提取城市的建设用地。基本假设1:现有的土地利用方面的数据可以基本反映中国城镇用地 的总量特征，所以利用DMSP/OL数据提取的各个省区城镇用地总量 充分接近统计数据。基本假设2:在DMSP/OL最小像元1KMX1KM的尺度上，环渤海地区 的城镇用地基本上是连续的增加。即在前一个时期出现的城市斑块， 不会在后一个时期的DMSPS像消失，首先应该在后一时期的城市图 像中得到保留。在基本假设基础上，按照灯光强度从高到低的顺序，在各个省区设置 不同的阈值，提取各省区的城镇用地信息，将提取的结果同各个城镇 用地面积比较，直到DMSpg取的各省区城镇用地总量与统计数据充 分接近为止

18、。DMSP/OL灯光数据介绍：早期的OLS数据主要为基于低强度灯光数 据的稳定灯光数据产品，记录了一定时段内无云观测情况下灯光被探 测到的频率。而后，针对早期数据产品缺乏灯光强度信息特点，美国 地理数据中心对夜间灯光数据进行了辐射标定实验，得到了辐射定标夜间灯光强度数据，该数据产品考虑了可见光、近红外通道(VNIR)在高倍增益下，城市中心区域灯光数据饱和问题，对增益进行人为控制，然后对不同增益下数据进行平均化处理得到VNIR通道辐射值范围为1154XlO-9-3117 xi0-7w/cmi2 sr-1 Lm1。日本国立环境研究所和 东京大学在美国国家地理数据中心(NGDC, Natio nal Geophysical Data Center )的DMSP/OLS研 究小组的协助下，借鉴 1996-1997年夜间灯光数据辐射标定实验工作的经验，针对亚洲地区的特点开发了一种介于上述两类产品之间的新数据产品，即非辐射定标夜间灯光平均强度数据产品。随着技术的不断发展，灯光数据产品 消除云及火光等偶然噪声的影响，产品的精度不断提高。从现有的DMS数据国内外研究成果来看，主要集中在 城市空间信息 提取扩展研究、城市空间特征灯光指数构建研究、人口密度及热岛效 应研究、经济发展状况研究、电力能源消耗量研究以及城市化对生态 环境影响研究。