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专利号: 2022100471663
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于夜光遥感数据的夜间城市过度照明监测方法,其特征在于,所述监测方法包括以下步骤:

S1,生成研究区的夜间照度空间分布图:S11,基于夜间灯光遥感数据、地表反射率和非建筑物覆盖比例修正得到研究区的地表入射辐射亮度;

S12,测量得到研究区内各个观测点的地表光照强度数据;

S13,提取各个观测点的地表光照强度数据和修正后的地表入射辐射亮度,构建三阶多项式夜间照度遥感反演模型;

S14,将构建的三阶多项式夜间照度遥感反演模型应用于研究区的地表入射辐射亮度,生成研究区的夜间照度空间分布图;

S2,通过POI数据和路网数据识别城市功能分区:S21,提取研究区内兴趣点POI数据,根据城市用地分类与规划建设用地标准对POI数据进行城市功能区分类;

S22,结合研究区的道路矢量数据和行政边界矢量数据划分得到街区单元数据,参考夜间灯光遥感数据的像元分辨率,将面积过小的街区单元合并到邻近的面积最大的街区单元中,得到最终的街区单元数据;

S23,对每个街区单元内的各类POI频率密度进行对比,取频率密度最高的类型作为该街区单元的城市功能区类型;

S3,识别夜间过度照明区域并定量表征其程度:针对不同功能区设置相应的夜间照度参考值,结合研究区的夜间照度空间分布图中各像元的遥感反演夜间照度值和对应像元的夜间照度参考值,对城市夜间过度照明进行监测和定量评估。

2.根据权利要求1所述的基于夜光遥感数据的夜间城市过度照明监测方法,其特征在于,步骤S11中,基于夜间灯光遥感数据、地表反射率和非建筑物覆盖比例修正得到研究区的地表入射辐射亮度的过程包括以下步骤:S111,对夜间灯光遥感数据进行辐射定标处理,将灰度值转换为辐射亮度值:

3/2 ‑10

L=DN ·10          (1)2

式中,L为夜间灯光遥感数据的辐射亮度值,单位为W/(m·sr·μm),DN为图像灰度值;

S112,以地形图数据或者昼间遥感影像为基准图像,对辐射定标后的辐射亮度图进行几何精校正,消除空间定位误差;

S113,采用公式(2)表征夜间灯光遥感数据的辐射亮度:             (2)式中:L0为夜间灯光遥感数据的辐射亮度, 为修正后的地表入射辐射亮度,Ref为地表反射率,Fb为建筑覆盖度;

S114,对公式(2)进行逆变换,根据地表反射率与建筑覆盖度将遥感辐射亮度修正为地表入射辐射亮度:

       (3)。

3.根据权利要求2所述的基于夜光遥感数据的夜间城市过度照明监测方法,其特征在于,步骤S113中,所述建筑覆盖度的计算过程包括:选取相近日期多光谱遥感影像进行大气校正,将得到的多光谱波段真实反射率求平均得到研究区的地表反射率;将研究区建筑矢量边界数据叠加到夜间灯光遥感数据格网上,计算每个像元分辨率格网内的建筑覆盖度。

4.根据权利要求1所述的基于夜光遥感数据的夜间城市过度照明监测方法,其特征在于,步骤S12中,测量得到研究区内各个观测点的地表光照强度数据的过程包括以下步骤:S121,在典型区域选取若干地点开展观测;

S122,针对各个观测点,将照度计悬置于离地面1.8m处,取水平正交的4个方向观测值的平均值作为该观测点的照度值,并记录观测点经纬度数据;

S123,将遥感像元分辨率格网范围内的多个观测点的照度值取平均作为与该像元对应的照度实测值。

5.根据权利要求1所述的基于夜光遥感数据的夜间城市过度照明监测方法,其特征在于,步骤S13中,提取各个观测点的地表光照强度数据和修正后的地表入射辐射亮度,构建三阶多项式夜间照度遥感反演模型的过程包括以下步骤:提取观测点的照度数据以及对应位置的修正后的地表入射辐射亮度,构建三阶多项式夜间照度遥感反演模型:

       (4)

式中:Ev为夜间照度,单位为lx; 为修正后的地表入射辐射亮度, 、 、 、b为经验系数,通过最小二乘拟合得到。

6.根据权利要求1所述的基于夜光遥感数据的夜间城市过度照明监测方法,其特征在于,步骤S21中,根据城市用地分类与规划建设用地标准对研究区的兴趣点POI数据分类为6类城市功能区:交通用地、商业金融区、居住区、绿地景观区、公共服务区与工业企业区。

7.根据权利要求1所述的基于夜光遥感数据的夜间城市过度照明监测方法,其特征在于,步骤S23中,对每个街区单元内的各类POI频率密度进行对比,取频率密度最高的类型作为该街区单元的城市功能区类型的过程包括以下步骤:S231,基于POI数据的空间位置信息,对各类POI数据进行核密度计算,以表征各类POI数据在空间的密集程度:

               (5)式中,Density为坐标s处的核密度;h为搜索半径;pi为第i个POI点的位置;n为与s位置的距离低于h的POI点个数;为预先设定的四阶核函数;

S232,根据土地覆盖数据提取城市建设用地,针对城市建设用地的街区单元通过空间叠加分析将街区单元与POI数据的核密度计算结果进行关联,结合各类城市功能区POI权重计算各类功能区的频率密度:

                          (6)式中,Fi为某一街区单元内第i类POI的频率密度;Wi为第i类POI的权重,di为第i类POI在该街区单元内的核密度和;n为该街区单元内所有类别POI核密度之和;

S233,对每个街区单元内的各类POI频率密度进行对比,取频率密度最高的类型作为该街区单元的城市功能区类型。

8.根据权利要求1所述的基于夜光遥感数据的夜间城市过度照明监测方法,其特征在于,S3,识别夜间过度照明区域并定量表征其程度的过程包括以下步骤:S31,根据研究区的城市功能分区图和功能区夜间照度参考值,生成研究区夜间照度参考值空间分布图;

S32,以研究区的夜间照度空间分布图中各像元的遥感反演夜间照度值减去对应像元的夜间照度参考值,如果得到的差值为正,表示该像元为过度照明像元;

S33,根据每个过度照明像元对应的差值,定量表征该过度照明像元的过度照明程度。

9.根据权利要求1所述的基于夜光遥感数据的夜间城市过度照明监测方法,其特征在于,所述夜光遥感数据由夜间灯光遥感卫星测量得到;该夜间灯光遥感卫星包括Luojia 1‑

01或者Aerocube‑5。