校正非社会经济因素影响的月度VIIRS/DNB夜光产品重构研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈慕琳 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 杨小唤 ; 蔡红艳 |
| 关键词 | VIIRS/DNB夜光产品 季节效应校正 云覆盖校正 杂散光校正 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 夜光（Nighttime Light）遥感能直接捕捉人类活动强度，因此在社会经济研究中备受关注。VIIRS/DNB（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite Day/Night Band）夜光产品因具备精细的时空分辨率和优质的低光探测能力，应用尤为广泛。然而，该产品面临积雪、植被、云覆盖和杂散光等干扰，使其应用于社会经济研究时隐含了误差。因此，发展降噪算法，重构高质量产品，是扩展夜光资料应用深度和广度的重要前提。鉴于此，本文以中国为研究区，开展月度VIIRS/DNB夜光产品波动时空特征分析，揭示不同波动产生的驱动机制，提出降噪算法，最终生成一套中国区域2012年到2020年较原始产品噪声少，时空连贯的夜光产品。具体地：（1）定量刻画了VIIRS/DNB夜光产品受干扰而产生的两种波动特征。一是规律的冬季辐射量值升高波动，主要发生于东北三省、内蒙古、新疆北部等高纬度地区，且是这些地区的主要变化特征，累积方差解释率达39.9%，远高于其他非季节模态。二是不规律的大空间尺度扰动，表现为地理位置相近，或纬度相近省份之间的夜光时序在某段时间内表现出协同的变化趋势，但出现的时间不规律。（2）揭示了积雪是冬季扰动产生的主要原因，并从机理的角度，提出了定量化剔除方法。冬季扰动主要源于积雪对夜光的放大作用，相对而言，植被影响微弱。鉴于此，冬季扰动剔除主要针对积雪效应进行。分析发现，积雪引发的夜光增量是积雪和背景光源强度的耦合结果。当积雪覆盖较小时，夜光增量随积雪物理量和背景光源增大而加大；但当积雪覆盖较大时，通常对应人类活动少，背景光源小的区域，此时积雪可反射的夜光相对有限。据此，提出一种基于积雪物理量和背景光源强度，拟合并剔除夜光增量的方法，并从积雪物理量选择、背景光源分级，以及与现有方法对比等多个角度，探讨了不确定性。评估结果说明，所提方法能有效剔除积雪效应，且具有一定鲁棒性。（3）揭示了杂散光和云覆盖污染是无规律大尺度扰动出现的主要原因，并提出了一套基于插值算法的校正方法。杂散光和云影响导致影像数值缺失或失真，使夜光时序表现为剧烈波动。根据波动特征，本文设置了3种情景，分别识别因杂散光污染、云覆盖作用，以及观测角度效应、大气环境等因素造成的波动区域。在此基础上，基于时序插补技术，从异常值出现情况、校正后的波动情况、典型区尺度对比、算法性能4个方面，评估了三次Hermite插值、三次样条插值、灰色预测模型、二次指数平滑法4种算法的校正适用性。对比发现三次Hermite插值法较其余3种算法具有插补速度快、效果稳定、不会过冲的优势。因此，在剔除积雪效应的基础上，使用三次Hermite插值法校正了中国区域的无规律大尺度扰动，最终重构了一套较原始产品干扰少、时空连续的夜光产品，为夜光研究提供了可靠数据源。（4）以格网尺度电力消费估算为例，说明了重构数据比原始数据更适用于社会经济研究。这主要源于重构产品时空更连贯，噪声更少。此外，需要注意，重构产品主要适用于反映长期、缓慢社会经济变化的研究，而不适用于特定主题下的短暂性光源研究。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 166 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/186916]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈慕琳. 校正非社会经济因素影响的月度VIIRS/DNB夜光产品重构研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。