一种针对低分辨率的夜间灯光数据的灯光校正方法

本发明涉及夜间灯光数据的校正方法，特别是针对夜间灯光数据的过饱和与灯光溢出现象而设计，具体涉及一种针对低分辨率的夜间灯光数据的灯光校正方法。

背景技术：

1、夜间灯光数据，如dmsp-ols、npp-viirs、珞珈1号，可以完整准确地反映全球、区域、地区间的经济活动状况，因为在更精细的空间尺度上它们具有补充社会统计数据缺失的能力[1]，因此，夜间灯光数据在人口统计[2]、经济发展[3]、城市扩张[4]、空气质量监测[5]、能源消耗碳排放[6]等领域具有广阔的应用前景。相关学者在夜间灯光数据校正、噪声消除等领域做出了重要贡献。在夜间灯光数据校正方面，文献[7]使用归一化植被指数(normalized difference vegetation index,ndvi)和夜间灯光数据构建植被调整的城市夜间灯光指数(vegetation adjusted ntl urban index,vanui)校正夜间灯光数据。文献[8]通过ndvi植被指数和夜间灯光数据构建人类定居指数(human settlement index,hsi)校正夜间灯光数据。文献[9]利用增强植被指数(enhanced vegetation index,evi)和夜间灯光数据构建增强植被指数调整的灯光指数(evi-adjusted ntl index,eantli)校正夜间灯光数据。文献[10]综上所述，相比单一的夜间灯光数据，各种夜间灯光校正指数在不同程度上能减少夜间灯光数据的饱和度，但这些方法并不能区分出城市空间内部饱和灯光像元的差异性，因此，需要设计一种新型的夜间灯光指数来进一步提升夜间灯光数据的校正能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种针对低分辨率的夜间灯光数据的灯光校正方法，减少夜间灯光数据的过饱和与灯光溢出问题，增强弱灯光和无灯光区域的城市识别率，提高夜间灯光数据质量。

2、本发明的技术方案：一种针对低分辨率的夜间灯光数据的灯光校正方法，该方法包括如下步骤：

3、(1)水体掩膜制作方法；

4、(2)数据预处理；

5、(3)夜间灯光数据校正方法。

6、所述步骤(1)具体是：

7、利用500 -1000m分辨率的modis 09a1地表反射率数据，结合归一化差分水体指数(ndwi)和阈值法提取的30-50m水体范围，再构建水体范围部分为0值，非水体部分为1值的水体掩膜。因为夜晚绝大部分的水域灯光为0值，水域0值可以有效去除对应位置灯光的过饱和问题。

8、所述步骤(2)具体是：

9、由于worldpop人口产品分辨率为90m，因此，需要先将地理坐标系投影到兰勃特等角圆锥(lambert conformal conic,lcc)投影，然后，重采样到500m的分辨率大小，去掉nan值得到初步的人口数据。将500-1000m(500m最佳)分辨率的modis mod13a1产品ndvi植被指数和modis mcd12q1产品陆地表面温度(land surface temperature,lst)产品的投影同样转换为兰勃特等角圆锥投影。

10、所述步骤(3)具体是：

11、通过modis mod13a1产品提取ndvi植被指数，通过modis mcd12q1产品提取陆地表面温度lst产品，通过worldpop人口数据按照县级行政区划范围求取每个县区内的平均ndvi(ndvim)、lst的平均值(tm)、人口数平均值(pm)；统计特大城市如北京、上海、广州城市中心的最亮灯光值作为最大灯光值(dnmax)，将夜间灯光数据归一化到[0,1]的范围内(ln)；

12、根据城市内部陆地表面温度越高，植被覆盖度越低，城市建筑越密集，人口密度越大，夜间灯光越亮的原则，设计tvpwlci灯光指数校正夜间灯光数据，消除夜间灯光数据的过饱和与溢出现象。

13、与现有技术相比，本发明具有的优点是：以npp-viirs夜间灯光数据为数据源，选取陆地表面温度、植被量、人口数、水体信息，通过tvpwlci灯光指数校正夜间灯光数据，本发明满足了单元格网尺度条件下的夜间灯光饱和像元的内部校正的需求，具体优势如下：

14、本发明设计了新型的tvpwlci灯光指数校正夜间灯光数据，消除夜间灯光数据的饱和与溢出现象，去除夜间灯光数据的背景噪声值，能显著提高暗灯光区域和无灯光区域城市区域的识别精度，提高城市内部灯光的对比度，为夜间灯光数据的进一步应用奠定良好的基础。

15、利用该夜间灯光校正方法可以有效提高夜间灯光数据在城市扩张、经济发展、能源消费碳排放、pm2.5污染物分布、人口预测等领域的应用效率。

技术特征：

1.一种针对低分辨率的夜间灯光数据的灯光校正方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种针对低分辨率的夜间灯光数据的灯光校正方法，其特征在于，所述步骤1)利用500-1000m分辨率的modis 09a1地表反射率数据，结合归一化差分水体指数ndwi和阈值法提取的30-50m水体范围，再构建水体范围部分为0值，非水体部分为1值的水体掩膜。

技术总结
本发明涉及夜间灯光数据的校正方法，特别是涉及一种针对低分辨率的夜间灯光数据的灯光校正方法，融合地温、植被、水体信息的夜间灯光数据，面向低分辨率的DMSP‑OLS和NPP‑VIIRS夜间灯光影像的校正方法，主要步骤包括：基于夜间灯光影像，通过融合地温、植被、人口、水体信息构建城市灯光指数Temperature‑Vegetation‑Population‑Water Light Correction Index,TVPWLCI校正夜间灯光数据。

技术研发人员：李峰,廖顺宝,胡文杰
受保护的技术使用者：防灾科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16