Page 139 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第10期
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                     NASA 基于 VIIRS 数据生产的 黑色大理石                   单位产量远低于世界平均水平。当地农业科技
                （Black Marble）夜光数据集提供了全球每日夜光                     发展缓慢，先进科技对农业的助力很小，仍保留
                影 像 ，其 校 正 了 月 光 、地 形 、杂 散 光 、大 气 的 影            着原始的耕种方式，通过人工进行播种与收割，
                响 ［23］ ，可被应用于更精细的定量分析            ［24- 25］ 。考虑    化肥和良种的使用频率较低，通常在播种之前焚
                到目前还没有一套滤除过农田火的夜光数据集，                            烧农田内的杂草达到制造草木灰、提高土地肥力
                若能识别并滤除 Black Marble 夜光影像中的农田                    的目的   ［19］ ，这导致南部非洲农田火频发。
                火像素，则可进一步提升利用该产品评估非洲社                            1.2 数据
                会经济的精度。本文将南部非洲的 10 个大陆国                          1.2.1 夜光数据
                家作为研究区域，利用 Black Marble 产品构建像                        Suomi 国 家 极 地 轨 道 伙 伴 关 系 卫 星（Suomi
                素 的 多 元 特 征 ，采 用 随 机 森 林（random forests，         national polar-orbiting partnership，Suomi-NPP）搭
                RF）分类方法识别出了 Black Marble 夜光影像中                   载 了 VIIRS，其 昼/夜 波 段（day  and  night  band，
                的农田火像素，并对分类结果进行了精度检验。                            DNB）对极低水平的可见光高度敏感，可以收集
                                                                 晚间地球表面的低光图像数据。目前，由 NPP/
                1 研究区域与数据                                        VIIRS 获取的夜光影像已广泛应用于突发事件监

                                                                 测 、城 市 发 展 评 估 、国 内 生 产 总 值 估 算 等 领 域 。
                1.1 研究区域
                                                                 NASA 基于 VIIRS 时序数据生产了一套新的夜
                     选取南部非洲的 10 个大陆国家（安哥拉、赞
                                                                 光产品 Black Marble（VNP46/VJ146），该产品经
                比亚、马拉维、莫桑比克、津巴布韦、博茨瓦纳、纳
                                                                 过云层掩膜和杂散光处理，对月光和大气的效应
                米 比 亚 、南 非 、斯 威 士 兰 和 莱 索 托）作 为 研 究 区
                                                                 进行了进行校正，提供了自 2012 年 1 月每日/月/
                域，图 2 展示了其 2021 年 3 月的夜光影像。该区
                                                                 年 的 高 质 量 夜 光 影 像（https：//ladsweb.modaps.
                域三面临海，陆地面积约为 660 万 km ，以高原地
                                                  2
                                                                 eosdis.nasa.gov/search/）。VNP46 产品中各图层
                形为主，人口约 1.1 亿人。
                                                                 均采用 WGS-84 地理坐标系，分辨率为 15″，本文
                                                                 选取了 2021 年的 VNP46 产品。
                                                                     夜光影像来源于 VNP46 产品中的日级夜光
                                                                 产 品 VNP46A2，以 及 月 级 夜 光 产 品 VNP46A3。
                                                                 VNP46A2 产品中的双向反射分布函数（bidirec‑
                                                                 tional  reflectance  distribution  function，BRDF）纠
                                                                 正辐亮度影像图层去除了大气和月光的影响，能
                                                                 够真实反映地表光源的辐射强弱，该图层用于构
                                                                 建像素的夜光特征。VNP46A3 产品中的全角度
                                                                 无雪覆盖影像图层剔除了一个月内 BRDF 纠正
                                                                 辐亮度的异常值，由全观测角度且无雪覆盖的剩
                                                                 余值平均得到，该图层主要用于模型训练和精度
                                                                 检验的样本采集。
                                                                 1.2.2 辅助数据
                                                                     1）质量标志数据。选取 VNP46A1 产品中的
                                                                 太阳天顶角图层、VNP46A2 产品中的强制性质
                             图 2 研究区域夜光影像
                                                                 量标志图层和云层质量掩膜图层，用于筛选高质
                   Fig.  2 Night-Time Light Images of the Study Area
                                                                 量的夜光像素。其中，太阳天顶角图层记录了影
                     南部非洲经济较落后，工业化和城市化程度                         像获取时每个像素处的太阳天顶角，强制性质量
                不高。农业作为当地最为重要的产业之一，是大                            标志图层记录了每个像素的检索质量和算法模
                多数非洲国家的主要收入来源，约有 50% 的劳动                         型，云层质量掩膜图层包含了像素的云层掩膜质
                力从事农业相关工作，农业人口占比超过 70%。                          量、云检测结果和置信度指标。
                然而，该地区农业基础设施薄弱，运输、灌溉和存                               2）地表覆盖数据。本文使用了 GlobeLand30
                储网络都不完善，农业生产效率低下，农作物的                            全球地表覆盖数据（http：//www.globallandcover.
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