NPP-VIIRS年度夜间灯光数据合成方法

夜间灯光数据能有效反映人类夜间活动强度,但由于年度NPP-VIIRS夜间灯光数据的缺乏,很大程度上限制了其应用发展。传统的年度数据合成是直接基于年度均值影像进行数据校正合成,但这会使误差累积。因此,文章提出结合建设用地数据利用阈值法和中值法对NPP-VIIRS月度影像进行逐月校正,剔除背景噪声和极高值后再合成年度数据,并利用GDP数据对其进行精度评定。结果表明,合成年度夜间灯光数据与GDP相关性达到0.996,其数据的可靠性得到了很大提高,同时也说明该合成方法更具科学性。     

融合灯光强度和斑块空间分布特征的贫困区域识别模型构建——以山西省为例

贫困区域识别对于国家实施精准扶贫方略具有重要作用。基于山西省2013~2017年NPP-VIIRS夜间灯光数据,提取灯光总强度、平均灯光强度、灯光斑块面积、最大斑块灯光强度、灯光斑块聚集度等参数,应用方差分析方法检验贫困县与非贫困县的参数差异;以2013年NPP-VIIRS数据构建贫困区域识别模型,并应用于2014~2017年的贫困县识别。结果表明：模型的综合识别准确率为71.43%~77.31%,贫困县识别精度较高,为79.31%~86.21%,非贫困县识别精度为59.02%~73.77%。除了灯光强度参数,模型中包含灯光斑块空间分布特征参数能够提高总体精度。进一步分析贫困概率与GDP关系、不同类型县的贫困概率年际变化,可以认为：夜间灯光数据能够用于贫困区域识别和退出评估,融合灯光强度与灯光斑块空间分布特征有助于提高贫困区域识别精度。     

县域NPP/VIIRS夜间灯光信息影响及区域差异研究北大核心CSCD

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。     

基于遥感的佛山市夜间灯光和植被指数空间关联分析

利用卫星数据分析生态环境及城镇化发展的研究较多，不同地区的结果差异较大。佛山市作为典型快速城市化区域，目前经济发展对其生态环境的影响研究较少。文章基于DMSP-OLS和NPP-VIIRS两种数据，通过模型拟合得到佛山1992—2019年夜间灯光数据集，分析佛山夜间灯光指数及城市建成区的时空变化特征，并进一步研究夜间灯光指数与植被指数的关系。结果表明：28年来，佛山夜间灯光指数持续增加，年平均增速为3.3%,与年平均GDP呈指数方式显著相关。佛山城市建成区面积增加约2.6倍，城市扩张现象显著。2000—2019年，佛山年平均NDVI显著增加，NDVI与夜间灯光指数在时间上呈二次多项式关系变化，在空间上正负相关性并存，具有显著正相关关系的像元占52.3%。研究表明，佛山城市高速发展的同时，生态环境得到了很好的保护。     

夜间灯光数据估算中国省域碳排放与国际碳数据库分配的碳排放比较

快速准确获取省域碳排放数据是实时制定差异化碳减排政策的前提。基于DMSP/OLS和NPP-VIIRS夜间灯光数据，采用统计数据比较法提取1997~2017年中国大陆各省域（不包括西藏）建成区的夜间灯光总值（用TDN表示），并利用1997~2014年各省域的TDN值与同期核算的碳排放量建立各省域碳排放预测模型。然后，以2015~2017年的TDN值为自变量估算中国各省域的碳排放量；同时，利用熵值法和碳排放分配模型将四大国际权威数据库（IEA、EIA、EDGAR和CEADs）发布的中国碳排放量分配至各省；最后，将估算结果与四大典型碳数据库分配的省域碳排放值进行比较。研究表明：估算的省域碳排放量与分配的省域碳排放量大体一致，平均绝对百分比误差（MAPE）为6.45%~9.12%，并且基于夜间灯光数据估算的省域碳排放量与IEA和EIA数据库分配的碳排放量更为接近；各省域估算的碳排放量与分配的碳排放量均落在1∶1线附近；单个省域的MAPE值变化在0.68%~14.85%，且多数省域的MAPE值均在10.0%以内。上述结果证明，基于夜间灯光数据通过提取TDN值估算省域碳排放量具有可行性和准确性。     

DMSP/OLS与NPP/VIIRS中国大陆地区相互校正研究

DMSP/OLS与NPP/VIIRS两种夜间灯光数据来源于不同传感器,单一数据内及两种数据间无法直接比较。文章研究了中国大陆地区(不包括香港特别行政区和澳门特别行政区)DMSP/OLS之间、DMSP/OLS和NPP/VIIRS的不连续问题,对两种数据进行相互校正,最终形成一致的、可比的长时间序列研究数据。首先,通过逐步校正及饱和校正对DMSP/OLS进行连续性校正,消除不同传感器之间存在的差异,形成1992—2013年连续的研究数据;然后,建立DMSP/OLS和NPP/VIIRS两种夜间灯光数据相互校正模型,通过拟合的对数回归模型把NPP/VIIRS校正到DMSP/OLS的尺度上,结合两种数据形成可比的长时间序列影像;最后,用GDP数据对校正结果进行验证。通过对比分析发现,DMSP/OLS和NPP/VIIRS相互校正后,可以得到1992—2018年连续、具有可比性的灯光数据结果,每一阶段的校正结果与对应GDP存在相关性较高的线性关系。     

基于夜间灯光数据的中国城市电力消费模拟影响因素

鉴于很少有系统探究城市夜间灯光与电力消费量关系影响因素的研究,提出了一种基于对数模型的评估方法 ,在不同社会经济因素下,探究夜间灯光数据作为城市电力消费量模拟指标的能力及其可能的影响因素。以2013年为例,基于DMSP-OLS和NPP-VIIRS 2类卫星夜间灯光数据和IPAT公式,建立对数模型,评估了城市人口、富裕程度、科技水平、平均气温和灯光离散系数等因素对中国城市夜间灯光亮度-电力消费量关系的影响。结果表明:相较于DMSP-OLS卫星,NPP-VIIRS卫星的夜间灯光亮度(NTL)与电力消费量(EPC)具有更好的相关性;城市EPC随人类活动的聚集和温度的升高而增加;城市EPC随市辖区人口比例、地区GDP、科学技术支出的升高而增加,除西部贫困地区和东北地区外,随人均GDP和第三产业GDP占比的升高而增加。     

基于夜间灯光数据的六盘山连片特困区贫困空间分异特征分析

针对当前精准扶贫过程中,传统数据统计口径、计算方法、空间尺度不统一的问题,以六盘山连片特困区为例,借助灰色关联模型、DMSP-OLS与NPP-VIIRS夜间灯光数据,构建综合贫困指数(IPI)、区域灯光指数(ALID、ALIN),比对选取最优指数模型,生成基于栅格的连片特困区综合贫困指数(MPI),从而精准地识别山区贫困。结果表明:灯光与贫困模拟模型中NPP-VIIRS数据构建的ALIN指数优于ALID指数,其灯光与贫困的决定系数R2超过0.88,平均相对误差小于3.49%;连片特困区贫困空间化中识别出36个极贫困、21个高度贫困,高度贫困率高达73.08%,表明六盘山贫困面积广、贫困程度深且呈现集中态势。     

利用珞珈一号夜间灯光数据的广东省GDP空间化

针对传统GDP数据空间分辨率低的缺点,提出一种利用夜间灯光数据将GDP统计映射到空间格网的方法,能有效提高GDP数据的空间分辨率。珞珈一号夜间灯光数据具有较高的空间分辨率,可以开展更为精细的GDP模拟。文章利用珞珈一号夜间灯光数据、GDP区(县)级统计数据和空间回归模型,分区域(珠三角、西翼、东翼和山区)对广东省2018年GDP数据进行空间化。研究发现:1)与NPP-VIIRS夜间灯光数据相比,珞珈一号夜间灯光数据模拟GDP结果精度更高;2)珞珈一号夜间灯光数据在二三产业发达地区有更强的适用性;3)GDP空间化结果能在更小尺度上反映经济发展的空间异质性,从而精细刻画广东省经济发展的区域差异,为粤港澳大湾区规划建设和区域协同发展提供数据支撑。     

基于图像分析的中国城市化空间过程研究

针对城市扩张的加速引起的一系列问题,利用DMSP/OLS夜间灯光图像采用图像处理技术分析了中国大陆在省级尺度上的城市化空间过程。基于区域标记的种子填充算法从全球夜间灯光图像中提取各省市灯光图像;以1992、1996、1998年为例基于统计数据,利用直方图结合二分法快速确定各省市城镇可用地面积的阈值,提取城镇可用地面积,证明与统计数据的相对误差不超过10%;分析1992—2010年夜间灯光图像亮度总值与地区生产总值、人口之间在省级尺度上的相关性,构建相应的模型,证明各省灯光亮度值与其地区生产总值、人口之间存在较强的相关性且不同城市化空间扩展模式的灯光亮度值与其地区生产总值、人口之间存在不同的相关性。     

基于离线参数调整的古籍图像二值化算法

古籍退化对古籍图像二值化带来较大挑战,为此,提出一种基于离线参数调整的古籍图像二值化算法.算法分为两步,估计古籍图像背景局部均值,结合基于拉普拉斯能量的二值化算法对古籍进行二值化;根据迭代弗里德曼竞赛算法设计一种离线参数调整方法优化算法中的参数配置.所提算法在H-DIBCO 2016和H-DIBCO 2018数据集上的...     

基于VIIRS夜间灯光数据的山东半岛城市群发展特征研究

NPP-VIIRS夜间灯光数据是在中大尺度上开展城市发展变化研究的稳定数据源。基于2012~2018年NPP-VIIRS夜间灯光数据,以山东半岛城市群为研究对象,采用参考比较法提取城市建成区图斑,选取9个景观格局指数对山东半岛城市群的城市化发展特征进行定量分析。结果表明：①整体上,域内斑块总面积以4.5%的速度增长,边缘总长度和边缘密度年均增长3.15%,斑块数量和密度增长较快（分别为1.95%和1.98%）,表明山东半岛城市群整体城市面积增长迅速,城市范围持续扩张;②从不同指标变化趋势来看,各城市斑块总面积增长最快的是青岛市和东营市（分别为9.66%和6.01%）;青岛市的斑块数量和密度增速最快（分别为9.54%和8.55%）,日照市的斑块数量和密度均以3.65%的速率显著降低;景观形状指数整体增速缓慢;平均回旋半径在日照市具有较高的年均增长速度（5.99%）;③从各城市发展特征的差异性来看,青岛市的平均斑块面积和回旋半径分别以0.56%和1.53%的速度降低,其他各指标均显著增加,表明青岛市出现了较多的新兴城镇,城区面积不断扩大;济南、日照和东营市的城区面积增长较快,斑块数量、景观形状指数等指标增长缓慢,城市发展以旧城区的扩张为主;潍坊、淄博和烟台市在2015年和2016年前后经历了新兴城镇出现,城镇融合的阶段,城市发展较快。总体而言,山东半岛城市群城市化发展较快,但空间差异性明显。     

基于单幅图像的三维建筑物交互累进式建模

基于单幅建筑物图像,提出一种以简单交互方式累进式重建三维建筑物场景的方法.在以单幅建筑物图像为背景的画布上,用户首先标记建筑物的2个基面并对输入图像进行校正预处理,校正过程中充分利用透视图像中的平行线交于同一个图像消影点的特点,由射影变换快速消除建筑物图像中的透视失真并恢复建筑物图像中的线条平行关系;然后在经校正处理后的图像上描绘建筑物基本轮廓线条,系统自动查找轮廓线条平行垂直关系,利用二维线画图中各线条的平行、垂直及顶点共面关系作为约束建立能量函数计算线画图中所有顶点的深度值,并根据结构对称性特点完善建筑物模型几何结构,生成建筑物场景的粗糙模型;最后利用建筑物图像呈现的精细细节结构和其与建筑物粗糙模型主体结构的几何位置关系确定细节结构顶点的深度值,并根据输入图像中可见部分纹理信息进一步合成建筑物表面纹理,得到精细真实的三维建筑物模型.实验结果表明,该方法能够方便、高效地重建输入图像中的建筑物场景,并且具有较强的真实感.     

稳态在线数据校正在炼油厂气体分离装置上的应用

文章系统地研究了稳态过程在线数据校正技术，在具体实现中采用均值法进行稳态检测，修正系数法进行误差的侦破、识别，通过两层次变换进行数据分类。开发了稳态过程在线数据校正软件，并将校正后的数据作为输入值用于某炼油厂气体分离系统产品质量的在线预测，应用结果表明，采用校正后的数据作为输入值进行产品质量在线预测比直接用原始数据更稳定、更符合实际情况。     

基于局部对比度和相位保持降噪的古籍图像二值化算法

图像二值化算法通过消除文档背景噪声将文本与背景分割开。针对古籍图像提出一种基于局部对比度和相位保持降噪的古籍图像二值化算法。根据归一化局部最大值最小值来构造古籍图像局部对比度,同时对古籍图像进行相位保持降噪。将局部对比度图像和降噪图像相结合来识别文本笔划像素。通过局部窗口内所检测的文本笔划像素估计局部阈值从而计算古籍背景修复模板。用图像修复算法和形态学闭操作来估计古籍背景。用所估计背景来增强古籍图像,采用Howe算法对增强后的古籍图像进行二值化求得最终结果。该算法在DIBCO2016、DIBCO2017和DIBCO2018数据集中的实验结果均优于其他二值化算法。     

区域经济研究中夜间灯光与GDP的相关性特征北大核心CSCD

针对夜间灯光表征经济的特征和效率研究不够全面的问题,使用中国省域夜间灯光和GDP数据进行了系统的相关性研究。用对数非线性模型从整体、地区、年度视角探索二者的统计相关性,并进行整体样本的估计,最后基于其关系特征构建了一个与初始条件相关的回归方程。研究结果表明:夜间灯光能反映中国地区经济的发展水平,并能体现全国和地区层面的大型经济事件;我国除港、澳、台以外的31个省级行政区的夜间灯光与GDP的对数非线性拟合优度达0.96以上;地理因素、制度因素对二者的相互关系有重要影响;个体效应是进行整体估计中要考虑的重要因素;夜间灯光和GDP的关系方程与初始条件有显著的相关性。     

基于数学形态学的CT图像金属伪影消除算法

金属伪影的有效校正一直都是CT重建的一个重要课题。传统的插值校正法和迭代去模糊法将投影数据作为输入值,但在实际应用中经常不能得到原始投影数据。针对该问题,提出一种基于数学形态学的金属伪影消除算法。首先,通过线检测和霍夫变换提取初始图像中的条纹伪影,并找到金属物体的中心坐标;其后,以金属物体的中心坐标为注视点,对含有伪影的初始图像进行极坐标变换;继而在极坐标图像中,选择合适的结构元素和形态学过滤器消除伪影;最后将过滤后的极坐标图像转换为笛卡尔坐标系中的图像。实验结果表明,该算法能够有效消除金属伪影,并将滤波反投影图像作为输入值,能够应用于无法得到原始投影数据的情况。     

基于夜间灯光数据的城市建成区提取方法评价与应用

DMSP/OLS夜间灯光数据已被广泛应用于城市建成区的提取。目前主要存在4类提取方法:经验阈值法、突变检测法、统计数据法和较高分辨率影像数据空间比较法。以上海为例,在2000年、2003年、2006年夜间灯光数据的基础上,利用4种方法完成了城市建成区的提取。通过对不同年份数据提取结果的比较,证明了相同的灰度分割阈值对不同年份的夜间灯光数据中不存在通用性;在对2003年夜间灯光数据的提取中,4类方法所得结果精确度从高到低依次为统计数据法、突变检测法、经验阈值法和较高分辨率影像数据空间比较法,相对误差分别为1.3%、2.1%、5.1%和11.2%,在对4种方法的便捷性和可实现性进行分析与评价后,使用突变检测法完成了上海市2000~2006年城市建成区的提取。     

基于DMSP/OLS影像的城市化水平遥感估算方法

提出了一种利用DMSP/OLS夜间稳定灯光影像定量估算区域城市化水平的方法。首先,从美国国防气象卫星计划的线性扫描业务系统(Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System,DM-SP/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 Index,NLCI)。然后建立了基于社会经济统计数据的城市化水平指数(Urbanization Level Index,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。结果表明,ULI与NLCI间存在明显的线性关系,NLCI能较好地反映城市化水平,根据该模型得到的其他年份ULI估算值与基于统计数据的ULI实际值具有较强的一致性,故模型具有一定的可靠性和普适性。本文的创新之处在于对前人提出的NLCI公式进行了改进,并提出了公式中最优参数的搜寻算法。     

基于改进模糊C均值的海面目标图像分割算法

提出一种图像分割算法,解决水面无人艇在执行目标跟踪与识别任务过程中的图像快速准备分割问题。首先使用均值滤波算法对彩色的海洋背景图像进行滤波,同时利用其非参数性得到图像的聚类中心和类别数,并以此作为初始化参数进行图像的模糊C均值聚类,在此基础上进行大津法Otsu二值化处理实现目标提取。使用BSDS500标准数据集和海洋背景图像对算法的分割效果及效率进行验证,与传统的模糊C均值算法、脉冲耦合神经网络算法、自适应遗传算法以及马尔科夫随机场算法进行对比的结果显示了该算法的有效性。