NPP/VIIRS夜间灯光数据的掩膜法降噪

NPP/VIIRS夜间灯光数据

NPP/VIIRS夜间灯光数据是记DMSP/OLS数据以后的美国新一代国家极轨卫星 (Suomi-NPP)搭载的可见光近红外成像辐射 (VIIRS)传感器数据，但数据在公布时没有将异常灯光及背景噪声等非城市灯光剔除。夜间灯光影像将城镇夜光及其他发光体表征为亮值斑块即灯光区，使城镇等发光体明显区别于黑暗的无灯光背景区，避免了传统遥感影像城镇区域与非城镇区域混淆问题，为监测人类活动提供了数据源，在宏观尺度的城市研究中具有巨大的潜力和应用前景。

本文将利用2015年经过美国官方去噪的NPP/VIIRS夜间灯光数据作为掩膜，提取其他时段（以2016年为例）的NPP夜间灯光的亮度值数据，由于NPP数据有更高的分辨率，提取出的亮度值精度相对更高。但上述方法存在相同的弊端，其在提取有效灯光时忽略了新增加或消失的城市灯光，且未处理灯光异常值，仅适用于该年及邻近1~2年的灯光提取，对于发展快速地区误差较大，随着时间推移，误差也会逐渐增大。因此，如何更好地处理夜间灯光数据中的噪声及杂光信息，成为NPP夜间灯光数据利用发展的关键。

下面推荐两个下载数据的网址：

第一个是NOAA/NGDC网站（https://ngdc.noaa.gov/），不过该网站为全英网站，数据可能不太好找，可以利用浏览器自带的翻译功能翻译一下。

第二个是Earth Observation Group网站

（https://payneinstitute.mines.edu/）下载，该网站相对好找一些，但是需要注册才能下载，好消息是注册很方便，用一个邮箱即可完成注册。

行政边界数据

行政边界数据可以在阿里云出品的Datav.GeoAtlas地理小工具下载，该网站可以下载省级、市级、县级的行政边界数据，对从事地理信息行业的人是非常友好的，只不过下载下来的是JSON格式的文件，需要进行格式转换。

JSON格式数据转换成SHP格式数据可以利用GeoConverter网站，该网站可以进行多种数据之间的转换，其中就包含SHP。

（一）投影变换

网站下载下来的数据可能会存在投影不同，加载不到一起的情况出现，且后续对数据进行处理时也可能会因为投影出现问题，所以需要我们将得到的数据进行统一的投影变换。

工具位置：数据管理工具 -> 投影和变换 -> 投影

工具位置：数据管理工具 -> 投影和变换 -> 投影 -> 栅格 -> 投影栅格

坐标系位置：投影坐标系 -> Continental -> Asia -> Asia North Lambert Conformal Conic

该投影最适合用于对中纬度东西方向分布的大陆板块进行等角制图。

（二）按掩膜提取

利用按掩膜提取工具对NPP/VIIRS夜间灯光数据进行研究范围的提取，以得到需要的部分。

工具位置：Spatial Analyst分析 -> 提取分析 -> 按掩膜提取

或者在使用投影栅格工具时设置掩膜进行提取，点击工具对话框右下角环境按钮，找到栅格分析，点开设置掩膜为投影好的北京市行政边界图层。

（三）提取夜间灯光掩膜

这一步操作可以利用两个工具来实现，分别是重分类工具和栅格计算器，核心就是将数据中大于零的部分作为掩膜，小于零的部分设置为无数据。

工具位置：Spatial Analyst分析 -> 重分类 -> 重分类

工具位置：Spatial Analyst分析 -> 地图代数 -> 栅格计算器

（四）掩膜法降噪

这一步同样可以利用两个工具来实现，分别是按掩膜提取工具和栅格计算器。

成果如下：