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npp-viirs夜间灯光数据在城市发展变化研究中的应用 1 检测算法及结果分析 作为人类活动的重要交汇点，城市促进了区域经济和社会的发展，是人类社会文明进步的产物。 遥感技术具有观测范围广、信息获取和更新速度快、抗干扰能力强等特点，已被广泛用于城市扩展研究 城市建成区提取的关键在于确定最佳分割阈值，目前基于夜间灯光数据获取最佳阈值的方法主要包括经验阈值法、突变检测法、参考比较法和高分辨率影像空间比较法 改革开放以来，山东半岛的城市化迅速发展，以胶济铁路沿线为轴线，形成了“济青”双核城市为发展中心的山东半岛城市群 鉴于目前对山东半岛城市群地理位置信息研究的缺乏，遥感监测技术以及NPP-VIIRS夜间灯光数据具有获取和更新速度快、抗干扰能力强、分辨率高、无灯光溢出、直观反映区域城市扩展空间格局等特点，选取2012～2018年的NPP-VIIRS夜间灯光数据，采用参考比较法获取最佳阈值，提取建成区面积。在此基础上，将合成年数据与原始年度数据对比分析，并与Landsat 8数据支持向量机方法提取的结果进行比较，证实方法的准确性。最后利用景观格局分析法计算9个景观格局指数，分析整体及各城市的城市化发展特征，为决策者进一步优化城市发展方向提供有效的建议。 2 数据和方法 2.1 研究区域的选择 选择山东半岛城市群（包括济南、青岛、烟台、威海、日照、东营、潍坊、淄博8个城市）作为研究区域。山东半岛城市群位于116°～123°E和35°～38.5°N之间，地处中国东部沿海地区，属于温带大陆性季风气候，气候适宜 2.2 单位月间跨度 NPP-VIIRS夜间灯光数据下载自美国国家海洋与大气管理局官网。NPP-VIIRS数据的空间分辨率为15弧秒（约500 m），时间分辨率以月为单位，时间跨度为2012～2018年，空间坐标系为WGS＿84。NPP-VIIRS月度产品包括“vcm”(VIIRS Cloud Mask）和“vcmsl”(VIIRS Cloud Mask Stray Light）两种。其中，“vcm”产品剔除了所有受杂散光影响的像元，数据精度较高，但由于夏季和中高纬度地区受杂散光影响严重，剔除之后导致大量的数据缺失，造成时空不连续；“vcmsl”产品基于杂散光修正方法 此外，采用国家基础地理信息中心 2.3 提取城市功能区 首先进行数据预处理，包括数据去噪、数据插补以及基于月度数据合成年度数据，并进行投影转换，将处理后的影像投影转换为兰伯特等面积投影坐标系；然后，结合统计年鉴数据，采用参考比较法选定合适的阈值，提取城市建成区面积；最后，利用景观格局变化分析的方法，选取景观总面积、斑块数量等9个景观格局指标，通过FRAGSTATS 4.2软件分析山东半岛城市群的发展变化特征，流程图见图1。 2.3.1 实验数据分析 NPP-VIIRS月度灯光数据剔除了云雾、月光等杂散光的影响，但保留了火灾、渔船、极光等短暂性光源以及背景噪声，因此，需要进行去噪处理来减少噪声对实验的干扰 受杂散光的影响，NPP-VIIRS数据的“vcm”产品在夏季中高纬度地区具有严重的数值缺失，造成时空不连续 为了验证数据插补及数据合成方法的精确性、可行性，以济南市为例，选取2016年的月度产品、年度产品作为数据源进行对比分析。实验首先基于2016年月度数据，采用最小二乘数据插补、以及求取均值的合成方法，计算得到年度数据；然后将原始年度数据与合成的年度数据相减，得到两影像灯光亮度值的差值图（图2）。 由图可得，济南市原始年度数据与合成年数据灯光亮度值具有较高的一致性，亮度差值主要分布在[-0.5,0.5]之间，平均亮度差值为0.05，即该数据插补与合成的方法具有较高的精确性。为进一步证实方法的有效性，实验根据上述两种年度数据，分别提取建成区的面积，得到各数据建成区面积相对于统计年鉴数据的相对误差（表2）。发现原始年度数据的相对误差为0.02，合成年数据的相对误差为0.11，说明合成年数据的精细程度不及原始年度数据，但误差较低，具有较高的适用性。综上所述，最小二乘数据插补及均值数据合成方法是一种有效、可行的方法。 2.3.2 关键阈值组合 NPP-VIIRS灯光数据已被用于城市扩张的研究中，其中建成区是城市扩展研究的重点区域，而确定建成区的最佳灯光阈值是夜间灯光数据应用在建成区提取的关键 淄博市历年最佳阈值组合及建成区面积提取误差结果表现为：提取结果的平均相对误差约为0.061，标准偏差为0.026，其中，2012年与2018年的年误差最大（均为0.087),2015年的误差最小，仅为0.018，建成区面积的提取误差较低，标准偏差更小，表明结果是精确、稳定、简单可行的。 进一步确定建成区提取方法的可靠性，并充分考虑影像数据的光谱、空间与纹理信息，本文基于Landsat