[发明专利]一种基于夜间灯光数据提取城市建成区阈值的方法

说明书

本发明提出的一种基于夜间灯光数据提取城市建成区阈值的方法，属于夜间灯光遥感数据领域。本方法分为TM影像数据的处理和夜间灯光DMSP数据阈值的选取两个阶段：首先对研究区TM影像数据预处理，并进行监督分类和分类后处理，提取城市用地；然后将裁剪后的研究区范围内夜间灯光数据与绘制出的城市区域多边形边界叠加，作一条穿过研究区灯光数据中心区域和多边形边界的辅助直线，得到灯光数据阈值相邻的辅助点；计算每个辅助点所代表的城市建成区面积并与统计年鉴比较，与后者最相近面积所对应的灯光数据阈值为城市建成区的最佳阈值。本发明将遥感影像数据与统计数据相结合，准确提取不同大小城市建成区范围的阈值并反映城市区域的变化情况。

技术领域

本发明属于夜间灯光遥感数据领域，特别涉及一种基于夜间灯光数据提取城市建成区阈值的方法。

背景技术

随着中国的城市化的快速发展，探究和了解中国城市的空间特征和变化特征，优化城市扩展中的土地利用格局，对于降低城市化过程的风险、改善城市发展布局、促进城市经济的科学可持续性发展具有非常重要的战略意义，同时也能为相关政府部门制定城市发展战略提供数据参考和决策依据。

夜间灯光数据由美国国防气象卫星计划(Defense Meteorological Sate-lliteprogram,DMSP)装载的传感器(Operational Linescan System,OLS)通过获取夜晚城市灯光以及其它小规模居民地、车流等发出的微弱灯光所得到，并区别于黑暗的乡村背景，夜间灯光数据被广泛地应用于城市动态扩展研究中。现有的夜间灯光数据城市建成区阈值的提取方法虽然种类很多，但是提取城市建成区时无论是城市面积还是边界范围，其精确度还不高，与此同时，目前的方法大多应用于较大城市中，在较小城市由于无法保证其准确性还少有涉足。

目前，基于夜间灯光数据提取城市建成区面积主要有4类最佳阈值的提取方法：1经验阈值法；2突变检测法；3统计数据比较法；4较高分辨率影像数据空间比较法。但是对于这些方法的获取结果难易程度、提取城市建成区面积的准确性等，目前还缺少具体相关的研究和讨论。其中较高分辨率影像数据空间比较法具体实施步骤为：首先将较高分辨率的遥感影像数据(分辨率为30m，数据可在美国陆地卫星官网免费下载)分为城市和非城市两大分类图，接着在分类图的基础上，提取夜间灯光数据，最后作所提取夜间灯光数据图像的灰度直方图，取像元数激增的灰度值为城市和非城市分割阈值。该较高空间分辨率影像数据比较法在进行城市和非城市分类后没有相关的验证方法，因此提取该阈值确定的城市建成区面积精确度有待讨论。其它的三种方法:由于经验阈值法的提取阈值是根据前人的经验和自身相关背景知识确定，所以提取的城市建成区结果受研究者的主观影响而不同；突变检测法在提取阈值时，需要确定每个阈值下的城市建成区的边长，所需的处理过程繁杂，工作量大，这样很大程度上增加了提取城市建成区的难度；统计数据比较法是利用计算机语言，采用二分法思路，不断计算每个动态阈值下的城市建成区面积与相关部门发布的统计数据进行比较来提取阈值，这就需要研究者具有一定的编程基础才能实现。

发明内容

本发明目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于夜间灯光数据提取城市建成区阈值的方法。该方法将遥感影像数据与统计数据相结合，可以准确提取出不同大小尺度城市建成区范围内的阈值，可准确便捷的反映城市区域的变化情况，为相关城市经济研究和管理提供方法。

本发明提出的一种夜间灯光数据城市建成区阈值提取方法，其特征在于，分为TM影像数据的处理和夜间灯光DMSP数据阈值的选取两个阶段，包括以下步骤：

1)TM影像数据的处理阶段，具体包括以下步骤：