[发明专利]一种基于EVI数据的夜间灯光数据校正方法

说明书

本发明专利提出了一种基于EVI数据的夜间灯光数据校正方法，通过将DMSP/OLS夜间灯光影像分为饱和区和非饱和区，利用对应年份的EVI数据对饱和区内的影像数据进行校正，而非饱和区内的像元点保持原值，可以在对饱和区域校正的同时保留非饱和区域的真实信息。通过对DMSP/OLS夜间灯光影像和NPP/VIIRS夜间灯光影像进行拟合回归分析，可以得到长时间序列的夜间灯光影像，可以来分析区域的经济发展情况、城市扩张情况等。

技术领域

本发明涉及夜间灯光遥感技术领域，尤其是一种基于EVI数据的夜间灯光数据校正方法。

背景技术

夜间灯光遥感作为遥感领域发展较为活跃的一个分支，可以获取夜间无云条件下地表发射的可见光-近红外电磁波信息，不仅可以反映夜间城镇灯光，还可以捕捉到夜间渔船、天然气燃烧、森林火灾的发光，因此可以用来反映人类活动和社会发展规律，被广泛用于国民生产总值GDP、人口密度、电力消费EPC、温室气体排放、贫困指数等社会经济参数估算，城市扩张及城市化研究；能源危机、地震、战争等重大事件评估；城镇扩张的环境效应分析；光污染及效应分析等诸多领域，成为监测人类社会经济活动和自然现象的主要数据源。美国国防气象卫星搭载的可见光成像线性扫描业务系统(DMSP/OLS)和美国国家极轨卫星搭载的可见光近红外成像辐射仪(NPP/VIIRS)成为获取夜间灯光数据最常用的数据源。

但城市中心的光饱和现象、绽放效应以及缺乏机载校准是DMSP/OLS数据应用的主要障碍。光饱和现象是由于OLS传感器的6位低辐射分辨率导致的，DMSP/OLS数据的像元值在0到63之间，当城市中心存在辐射亮度超出检测上限的光源时，在DMSP/OLS数据DN值均强制赋值为63，因此在照明强度超过检测上限的城市中心区域无法区分出实际照明强度的空间差异性，限制了夜间灯光数据的应用。同时，DMSP/OLS数据集是由不同年份的不同卫星传感器采集的夜间灯光数据集合而成，在缺少机载校准的情况下，获取到的夜间稳定灯光数据受传感器的差异、卫星交叉时间的差异以及传感器性能下降的影响，不同年份和不同卫星的传感器采集到的夜间灯光数据不能直接比较。

2013年，随着DMSP/OLS的衰减和失效，NPP/VIIRS成为新一代的夜间灯光数据。作为比DMSP/OLS数据有更高空间和辐射质量的NPP/VIIRS数据，它解决了DMSP/OLS中存在的缺点，但公布的NPP/VIIRS月度影像是一个初步产品，仍然存在短时灯光数据。此外考虑到夜间灯光数据在社会经济活动研究的重大应用，将DMSP/OLS数据和NPP/VIIRS数据结合起来研究长时间序列上的连续性具有很大的优势和前景。但是NPP/VIIRS数据与DMSP/OLS数据之间的不一致性比DMSP/OLS数据之间的不一致性更严重。

针对上述问题，往往在利用夜间灯光数据进行分析时，需要对历年的夜间灯光数据进行校正。Elvidge,C.D.等人(1999年)通过调整传感器本身的增益，使其低于其典型的工作设置，可以获取到城市中心的夜间灯光变化情况，将获取到的有限的夜间灯光数据与高增益设置下获取到的夜间灯光数据相结合，生成无饱和的夜间灯光数据，虽然这种辐射定标去饱和方法可以有效降低夜间灯光数据的饱和效应，但是这种方法是劳动密集型和成本密集型的，因此只能得

到有限年份内的校准数据。Letu等人(2012年)通过构建1999年影像目标区域未饱和地区的夜间灯光数据与1996-1997年辐射定标影像的夜间灯光数据的回归模型实现对1999年影像饱和区灯光数据的校正。这种校正方法可以在一定程度上降低像元的饱和度，但是通过回归模型给饱和像元校正到相同的DN值，这意味着校正后的像元缺少空间差异性，无法反映真实的夜间灯光数据。同时，饱和校正会导致欠发达地区的郊区和农村非饱和像元失真。Liu等人(2012年)以黑龙江省鸡西市为不变目标区域，利用二阶回归模型实现对1992-2008年中国DMSP/OLS数据的相互校准。申请号201610115608.8的中国发明专利公开了一种基于稳定映射点夜间灯光影像间相互辐射校正方法，提取DMSP/OLS影像中的稳定映射点作为相互校正中模型参数的回归解算点，利用校正模型实现各待校正影像的校正。上述两种方法，解决了DMSP/OLS数据不可比的问题，但仍并未有效校正影像中饱和问题。