本發(fā)明涉及衛(wèi)星遙感，具體地涉及一種顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法。

背景技術(shù)：

1、城市活力區(qū)是指城市中經(jīng)濟活動頻繁、人口密集、交通發(fā)達、商業(yè)繁榮的地區(qū)，是研究城市空間結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)信息，也是城市規(guī)劃和政策制定的依據(jù)。明確界定城市活力區(qū)的空間范圍是一項重要的任務。區(qū)別于傳統(tǒng)光學遙感，夜間燈光遙感利用衛(wèi)星傳感器在夜間捕捉到地球表面的燈光輻射信息，具有直接反映人類活動的獨特優(yōu)勢，能夠有效地反映出城市活力區(qū)的活動強度、空間分布、時間變化特征。利用夜間燈光遙感數(shù)據(jù)科學劃定城市活力區(qū)，具有廣闊應用前景。

2、在以往通過夜光遙感數(shù)據(jù)提取城市活力區(qū)的工作中，主要通過閾值分割法和紋理特征分析法對城市活力區(qū)進行識別?，F(xiàn)有方法偏重于獲取亮度高、紋理一致的區(qū)域，但是忽略了夜間燈光數(shù)據(jù)自身特性對提取結(jié)果的影響。夜光遙感數(shù)據(jù)存在空間維度的燈光溢出效益以及時間維度的亮度年際波動效應，不去除時空干擾得到的城市活力區(qū)范圍偏大且連續(xù)性難以保證。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題。

2、一種顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法，包括以下步驟：

3、s1，獲取夜光遙感數(shù)據(jù)和不透水層數(shù)據(jù)的年度時間序列，對齊單景夜光遙感數(shù)據(jù)和不透水層數(shù)據(jù)的空間范圍，計算夜光遙感數(shù)據(jù)單個像素內(nèi)不透水層的占比；

4、s2，建立八鄰域像素對中心像素的溢出亮度計算公式，篩選易受到八鄰域像素影響的中心像素，根據(jù)溢出亮度計算公式去除八鄰域像素對中心像素的溢出亮度；

5、s3，計算相鄰兩期夜光遙感數(shù)據(jù)的亮度差值直方圖，以拉普拉斯分布對直方圖進行擬合，計算累積概率密度確定亮度波動區(qū)間，區(qū)分波動點和正常變化點；

6、s4，對連續(xù)的波動點進行線性擬合，剔除偏離擬合直線過大的波動點后再次進行線性擬合，更新剩余波動點的亮度值；

7、s5，設(shè)置閾值t，將大于t的像素視為城市活力區(qū)，對夜光時間序列數(shù)據(jù)進行逐年提取，得到城市活力區(qū)范圍時間序列。

8、在一些具體實施例中，步驟s1的具體步驟包括：

9、s11，獲取5年以上年度合成夜光遙感數(shù)據(jù)，獲取不透水層數(shù)據(jù)的年度時間序列，夜光遙感數(shù)據(jù)像素大小需要為不透水層數(shù)據(jù)像元大小的10倍以上；

10、s12，將夜光遙感數(shù)據(jù)和不透水層數(shù)據(jù)進行裁剪拼接處理，生成為起始點一致、空間范圍為5°×5°的單幅影像，以單幅影像為單位開展后續(xù)處理；

11、s13，對于同年度單景夜光遙感數(shù)據(jù)和不透水層數(shù)據(jù)，統(tǒng)計落在單個夜光像素內(nèi)不透水層的面積，計算單個夜光像素內(nèi)不透水層的面積占比。

12、在一些具體實施例中，步驟s2中的具體步驟包括：

13、s21，根據(jù)夜光像素的不透水層占比，篩選自身不發(fā)光或少量發(fā)光、亮度主要受周邊像素影像的像素，篩選條件為不透水層占比小于5％，滿足篩選條件的像素c所在的亮度l也即周邊像素的亮度溢出值ln；

14、s22，對于易受周邊像素影響的單個像素c，取其八鄰域像素a0、a1、a2、a3、b0、b1、b2、b3，根據(jù)周圍像素到像素c的不同距離，將周圍像素亮度和劃分為a和b，其中l(wèi)i為像素i的燈光亮度；

15、s23，對周圍像素亮度和b增加權(quán)重因子q，q∈[0,1]，將像素c周圍像素亮度值總和s設(shè)定為s＝a+qb，將q從0開始以0.05為增加量，計算像素c的周邊像素亮度溢出值ln和周圍像素亮度總和s的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，取得最大相關(guān)系數(shù)時的權(quán)重因子q，并計算得到周圍像素亮度總和s；

16、s24，通過最小二乘法對周圍亮度總和s和周邊像素亮度溢出值ln進行線性擬合，計算得到k和b，則表示為ln＝ks+b；

17、s25，篩選同時滿足像素亮度值l小于10、像素不透水層的占比小于20％和非局部亮度最大值像素，即滿足8l-a-b<4的像素；

18、s26，對于步驟s25中滿足條件的像素，計算其周圍像素和a、b，代入步驟s24中的公式計算周邊像素的溢出亮度ln，像素自身實際的亮度值ls則由l-ln求得。

19、在一些具體實施例中，步驟s3的具體步驟包括：

20、s31，選取相鄰兩年的不透水層差異占比小于10％的像素，計算相鄰兩年的燈光亮度差值；

21、s32，采用拉普拉斯分布定義亮度差值δl的概率密度函數(shù)，則亮度差值δl的概率密度函數(shù)為采用最大似然估計法來計算參數(shù)，則參數(shù)μ的計算公式為參數(shù)λ的計算公式為其中n為像素數(shù)量，δli為第i個像素的亮度差值；

22、s33，計算t＝ln20×λ，使得在區(qū)間[μ-t,μ+t]內(nèi)累計概率密度等于0.95；

23、s34，按以下規(guī)則判斷亮度變化是否為波動：如果一個像素相鄰兩年的燈光亮度差值位于區(qū)間[μ-t,μ+t]內(nèi)，則將該像素兩年的亮度值標識為波動變化，否則標識為正常亮度變化。

24、在一些具體實施例中，步驟s4中的具體步驟包括：

25、s41，對于被標識為波動變化的連續(xù)年份，采用最小二乘法對各年度亮度值進行線性擬合，并計算擬合值與實際值的差值、差值的平均值a，如果擬合值與實際值的差值大于平均值a，則將該年度亮度視為正常亮度變化點，否則確認為波動點；

26、s42，對于確認為波動變化的連續(xù)年份，采用最小二乘法再次進行線性擬合，將年度亮度設(shè)定為線性擬合值。

27、本發(fā)明的有益效果是：

28、本發(fā)明公開了一種顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法，包括以下步驟：獲取夜光遙感數(shù)據(jù)和不透水層數(shù)據(jù)的年度時間序列，對齊單景夜光遙感數(shù)據(jù)和不透水層數(shù)據(jù)的空間范圍，計算夜光遙感數(shù)據(jù)單個像素內(nèi)不透水層的占比；建立八鄰域像素對中心像素的溢出亮度計算公式，篩選易受到鄰域像素影響的中心像素，根據(jù)溢出亮度計算公式去除鄰域像素對中心像素的溢出亮度。計算相鄰兩期夜光遙感數(shù)據(jù)的亮度差值直方圖，以拉普拉斯分布對直方圖進行擬合，計算累積概率密度確定亮度波動區(qū)間，區(qū)分波動點和正常變化點；對連續(xù)的波動點進行線性擬合，剔除偏離擬合直線過大的波動點后再次進行線性擬合，更新剩余波動點的亮度值；設(shè)置閾值t，將大于t的像素視為城市活力區(qū)，對夜光時間序列數(shù)據(jù)進行逐年提取，得到城市活力區(qū)范圍時間序列。本發(fā)明利用了不透水層對夜光遙感數(shù)據(jù)的影響，考慮了溢出效應和年際波動效應造成的誤差，克服了以往只使用單一閾值進行提取帶來的邊界偏差和連續(xù)性問題，去除了溢出效應和年際波動效應造成的誤差，實現(xiàn)更高精度地提取城市活力區(qū)，有助于精準認識城市空間結(jié)構(gòu)及發(fā)展過程，為城市可持續(xù)發(fā)展、城市規(guī)劃、城市管理提供決策依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種顧及夜光遙感時空干擾的城市活力區(qū)序列生成方法，包括以下步驟：獲取夜光遙感數(shù)據(jù)和不透水層數(shù)據(jù)的年度時間序列，計算夜光遙感數(shù)據(jù)單個像素內(nèi)不透水層的占比；建立八鄰域像素對中心像素的溢出亮度計算公式，去除鄰域像素對中心像素的溢出亮度；計算相鄰兩期夜光遙感數(shù)據(jù)的亮度差值直方圖，區(qū)分波動點和正常變化點；對連續(xù)的波動點進行線性擬合，更新剩余波動點的亮度值；設(shè)置閾值T，得到城市活力區(qū)范圍時間序列。本發(fā)明克服了以往單一閾值進行提取帶來的邊界偏差和連續(xù)性問題，去除了溢出效應和年際波動效應造成的誤差，實現(xiàn)更高精度地提取城市活力區(qū)，有助于精準認識城市空間結(jié)構(gòu)及發(fā)展過程，為城市可持續(xù)發(fā)展管理提供決策依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：王嬌,王曉偉,陸塵,李俊嬌,朱延昊,芮琦瑤,韓小慧
受保護的技術(shù)使用者：中國地質(zhì)大學（北京）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23