参考文献背景方法概述.docx

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-OLS夜间灯光数据以及通过国家 基础地理信息系统网站（htttp://nfgis.nsdi.gov）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1~63，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-OLS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、突变检测方法和基于辅助资料的空间比 较法等本文采用空间比较法中的二分法来确定灯光阈值（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:DMSP影像DNT二DNmax+DNminIFAS(DNTT)#(DNT)〉Y 阈值DNT确DNmin=DNTYDNifiiax二DNT 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[AS(DNTT)2AS(DNT)WAS(DNT+1)表示阈值为 DNT 时的面 积与建设用地面积之差绝对值最小结果分析：1城市群城市化空间模式城市化过程可以理解为城市用地在空间上通过占有非城市用地而实现扩展的过程2城市群城市化过程分析通过区域内平均灯光强度均值的变化分析 城市群整体城市化的过程，平均灯光强度的变差系数来反应城市群内部城市化水平的差异。

3城市群用地扩展类型基于DMSP-OLS数据特点，像元灯光强度随时间的变化在一定程度上可以反映其所在区域开发利用强度的变化过程， 因此可以根据城市像元灯光强度的时间变化特征来识别不同的城市用地 主导扩展类型2基于DMSP-OLS灯光数据新疆天山北坡经济带城市化研究 研究理论背景：用夜间灯光数据提取城市主要是基于城市夜间灯光强度与 乡村黑暗背景的强烈反差特征，采用阈值法进行提取，即设定一个阈值DNO,如果象元的DN值大于或等于DNO将其划为城市类型，如果小于DNO,则认为该象元代表非城市用地类型由于DMSP/OLS具有不同的数 据产品格式，而且不同的研究者分析思考问题的方式、角度不一，因此阈 值的确定方法也不一样目前确定阈值常见的方法主要有三种：A ）经验法即根据以往研究的经验确定阈值Croft[4]、Kramer[12]等 曾先后用它来绘制城市分布图B ）突变理论Imhoff认为[13]:在一段时间的连续观测中，像元发出 的灯光被探测 到的频率越高，它属于城市类型的概率越大；正确提取城市的阈值应该保 持市中心的完 整（不破脆）基于这种假设，可以通过逐渐增加阈值来减小噪声带来的影 响当将阈值 向 100 逐渐增加时，城市多边形逐渐收缩，当阈值增加到某一个点时， 明亮的城市多边 形不再沿着边缘变小，而是开始在内部出现破脆，即明亮的多边形内部开 始析出黑暗的 小岛，此时所研究的城市多边形的周长会突然增加，那么使周长突然增加 开始析出黑暗 的小岛，此时所研究的城市多边形的周长会突然增加，那么使周长突然增 加的阈值点即为所寻点。

C ）空间比较法就是将 DMSP 夜间灯光图像与其他遥感图像做空间比较 分析以确定城市化边界宫鹏等人基于 DMSP /OLS 拼合的两种数据产品：稳定灯 光图像，辐射 标定灯光图像，确定了具有不同城市化水平和经济发展水平的三个城市— 美国旧金山、 中国北京、中国拉萨的边界并将这些边界一一与 TM 提取出的城市边界 比较，以此调整并确定不同发展水平下城市的阈值 数据：非辐射定标的夜间平均灯光强度数据 方法：主要依据下面的两个基本假设来提取新疆天山北坡经济带城市空间 信息：基本假设 1：现有土地利用方面的统计数据可以基本反映新疆天山北坡经 济带城镇用地的总量特征，因此利用 DMSP/OLS 数据提取的各县市城镇用地的总量 应该充分接 近统计数据 基本假设 2：在 DMSP/OLS 最小像元 lkm*lkm 的尺度上，在 1992-2003 年新疆天山 北坡经济带的城镇用地基本上是连续增加的即在前一个时期出现的城市 斑块，不会在后一个时期的 DMSP 影像上消失，应该在后一个时期的城市 图像上得到保留灯光图像预处理后提取各县市灯光图像与各县市统计数 据进行总量比较提取各县市城镇用地信息，得到基于灯光数据的新疆天山 北坡经济带城镇用地信息。

结论分析：尽管目前对城市化的概念有诸多不同的认识和理解，但从空间 和景观的角度上看，城市化过程可以主要理解城市用地（斑块）在空间上占 有非城市用地进行扩展通过比较不同年份该比例得到城市化整个变化趋 势3基于 DMSP-OLS 影像的我国主要城市群空间扩张特征分析 数据：目前主要有 3种夜间灯光影像数据: 稳定灯光影像数据、辐射定标 夜间平均灯光强度影像数据和非辐射定标夜间平均灯光强度影像数据本 文采用数据为稳定灯光影像数据该产品是在月光微弱的条件下获取的数 据，数据记录了一段时间内（通常为la）在无云的条件下灯光被连续探测 到的频率，该数据排除了亮云和水体的影响，其空间分辨率为lKm 方法：提取城市用地：本文首先应用经验阈值6%初步提取京津冀、长江三 角洲和珠江三角洲城市群的城市用地像元，然后以依据经验阈值提取的城 市用地像元为基础根据公式（1） -（5）进一步较精确地确定城市用地像元 （卓莉等的经验指出已经发展成为城市的区域，一般情况下不可能再变为 乡村区域即城市像元的灯光值不可能从大于零再变为零）因此某一像元在1992、1995、2000、2005和2009灯光值满足以下（1）-（5）公式：（F1992〉0）和（F1995〉0）和（F2000〉0）和（F2005〉0）和（F2009〉0） （1）（F1992=0）和（F1995〉0）和（F2000〉0）和（F2005〉0）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/OLS数据的城市中心城区提取新方法数据：DMSP/OLS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DMSP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MODIS 土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-0LS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-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FRAGSTATS3.3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/OLS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，其可信度与可行性 评估更为有效掩膜提取中国DMSP/OLS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。

7基于DMSP/OLS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NGDC的 DMSP/OLS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/OLS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（MoonLigh t50%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):(l)区。