夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法及装置

本发明属于碳排放计算，具体是涉及到一种夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法及装置。

背景技术：

1、全球变暖对区域生态环境和人类社会的可持续发展产生了显著影响，是21世纪人类面临的国际挑战。而导致这一现象的主要驱动因素是二氧化碳(co2)排放。ipcc指出，大气中的co2浓度每年增加1.9ppm，进一步加剧了气候变暖。土地利用和土地覆盖变化(lucc)是碳排放的重要来源，约占工业革命以来人类活动造成的碳排放总量的三分之一。鉴于土地系统与大气系统的重要反馈机制，对土地利用变化和碳排放之间的相互作用进行深入评估至关重要。

2、已有大量文献讨论了土地利用与碳排放之间的关系，土地利用是温室效应的主要人为原因之一。不同土地类型的生物类存在显著差异，在碳循环中不同土地类型表现也有所不同。其中，建设用地以及耕地主要排放碳，而林地、水域等对碳主要有吸收作用。同时不同土地利用类型之间的变化会导致生物种类的变化，从而导致区域土地利用碳排放的变化。在土地利用碳排放量的测算中，通常采用的是间接法和直接法。即林地、草地等类型使用碳排放系数直接测算，建设用地由能源消耗产生的碳排放量间接表示。且土地利用碳排放系数和能源消耗碳排放系数不统一，均采用的是经验值。

3、但是，现有的采用经验值测算土地利用碳排放量时，容易忽略影响因子之间的相互作用，容易产生误差。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法及装置，以解决现有技术中存在的采用经验值测算土地利用碳排放量时，容易忽略影响因子之间的相互作用，容易产生误差的问题。

2、为实现上述目的，本申请提供一种夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法及装置，所述方法包括以下步骤：

3、选定包含多个城市的研究区域，获取所述研究区域的夜间灯光数据、能源消耗数据、土地利用数据以及辅助研究数据；

4、根据土地利用数据和所述能源消耗数据估算所述研究区域内土地利用碳排放；

5、根据所述夜间灯光数据和所述土地利用数据提取所述研究区域内的建设用地，根据所述夜间灯光数据、所述能源消耗数据和所述辅助研究数据计算所述研究区域总能源消耗碳排放和建设用地碳排放；

6、通过探索性空间数据分析对研究区域内土地利用碳排放的空间属性和显著性进行判别；

7、通过地理探测器识别和分析影响研究区域利用碳排放的驱动因素。

8、可选的，所述根据所述夜间灯光数据、所述能源消耗数据和所述土地利用数据提取所述研究区域内的建设用地，具体包括：

9、统计夜间灯光数据中的遥感影像像元亮度值进行累加，获得遥感影像像元亮度的累计面积值；

10、根据所述土地利用数据将遥感影像像元亮度的累计面积值与研究区域中各省市统计年鉴中的建设用地面积进行比较，以面积最为接近的遥感影像像元亮度值作为最佳阈值；

11、以最佳阈值为临界点，所述研究区域内影像灰度值大于最佳阈值的部分判定为该城市的建设用地范围，提取建设用地。

12、可选的，所述计算所述研究区域总能源消耗碳排放，具体包括：

13、确定各类能源碳排放系数，结合能源消耗数据估算能源消耗碳排放总量的近似值。

14、可选的，所述根据所述夜间灯光数据、所述能源消耗数据和所述辅助研究数据计算所述研究区域建设用地碳排放，具体包括：

15、根据所述辅助研究数据以所述城市的辖区边界对所述研究区域进行划分，选定同一年中对应不同城市的夜间灯光数据；

16、对各所述城市划分为多个县域和市辖区，得到各县域和市辖区的夜间灯光数据；

17、测算各县域和市辖区的能源消耗碳排放量。

18、其中，所述能源消耗碳排放量为城市的碳排放总量与该城市遥感影像像元亮度值与之间的比值乘以其中一个县域的夜间灯光数据总亮度值。

19、可选的，所述获取所述研究区域的辅助数据，具体包括：使用空间数据处理工具提取各所述城市的不同尺度的空间矢量数据；所述空间矢量数据集合形成辅助研究数据。

20、可选的，所述通过探索性空间数据分析对研究区域内土地利用碳排放的空间属性和显著性进行判别，具体包括：

21、根据各县域和市辖区的土地利用碳排放量计算各县域和市辖区之间土地利用碳排放的全局空间自相关值和局部空间自相关值；

22、根据所述全局空间自相关值揭示土地利用碳排放的空间属性和显著性；

23、对所述局部空间自相关进行聚类检验，获取所述研究区域内各县域和市辖区碳排放量之间的局部相近和差异程度。

24、可选的，所述通过地理探测器识别和分析影响研究区域利用碳排放的驱动因素，具体包括：

25、通过因子检测器检测变量的空间差异性，同时探究因子对变量空间差异性的解释力度；

26、通过交互检测器检测两种影响因子之间的交互作用，并判断其交互作用对变量的解释力是否发生变化。

27、为实现上述目的，本申请还提供一种基于夜间灯光数据的区域土地利用碳排放研究装置，包括：

28、数据统计模块：选定研究区域，获取所述研究区域的夜间灯光数据、能源消耗数据、土地利用数据以及辅助研究数据；

29、计算模块：根据土地利用数据和能源消耗数据估算所述研究区域内土地利用碳排放，根据所述夜间灯光数据提取所述研究区域内的建设用地，计算所述研究区域总能源消耗碳排放和建设用地碳排放；

30、探索性空间分析模块：通过探索性空间数据对研究区域内土地利用碳排放的空间属性和显著性进行判别；

31、地理探测器模块：识别和分析影响研究区域利用碳排放的驱动因素。

32、可选的，所述地理探测器模块包括：

33、因子检测器：检测变量的空间差异性，同时探究因子对变量空间差异性的解释力度；

34、交互检测器：检测两种影响因子之间的交互作用，并判断其交互作用对变量的解释力是否发生变化。

35、本发明的有益效果是，基于npp-viirs夜间灯光数据，从县域尺度出发，采用探索性空间分析方法，揭示了某段时间内研究区域的土地利用及碳排放量在空间上的演变特征；通过运用地理探测器探讨该地区碳排放驱动因素，为研究区域生态保护与发展提供科学依据，进一步提高了研究区土地利用碳排放测算的准确性。

技术特征：

1.一种夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法，其特征是，所述根据所述夜间灯光数据和所述土地利用数据提取所述研究区域内的建设用地，具体包括：

3.如权利要求1所述的夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法，其特征是，所述根据所述夜间灯光数据、所述能源消耗数据和所述辅助研究数据计算所述研究区域总能源消耗碳排放，具体包括：

4.如权利要求1所述的夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法，其特征是，根据所述夜间灯光数据和所述辅助研究数据计算所述研究区域建设用地碳排放，具体包括：

5.如权利要求4所述的夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法，其特征是，所述能源消耗碳排放量为城市的碳排放总量与其中一个县域的遥感影像像元亮度值之间的比值乘以此县域的夜间灯光数据总亮度值。

6.如权利要求1所述的夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法，其特征是，所述获取所述研究区域的辅助研究数据，具体包括：

7.如权利要求1所述的夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法，其特征是，在所述根据所述夜间灯光数据和所述土地利用数据提取所述研究区域内的建设用地，根据所述夜间灯光数据和所述辅助研究数据计算所述研究区域总能源消耗碳排放和建设用地碳排放之后，还包括：

8.如权利要求7所述的夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法，其特征是，所述通过探索性空间数据分析对研究区域内土地利用碳排放的空间属性和显著性进行判别，具体包括：

9.如权利要求7所述的夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法，其特征是，所述通过地理探测器识别和分析影响研究区域利用碳排放的驱动因素，具体包括：

10.一种夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算装置，其特征是，包括：

技术总结
本发明提供一种夜间灯光数据辅助区域土地利用碳排放计算方法及装置，方法包括：选定至少一个城市的研究区域，获取研究区域的夜间灯光数据、能源消耗数据、土地利用数据以及辅助研究数据；根据土地利用数据和能源消耗数据估算研究区域内土地利用碳排放；根据夜间灯光数据提取研究区域内的建设用地，计算研究区域总能源消耗碳排放和建设用地碳排放；对研究区域内土地利用碳排放的空间属性和显著性进行判别；识别和分析影响研究区域土地利用碳排放的驱动因素。本申请基于夜间灯光数据探索分析，时空尺度上揭示了研究区域内土地利用及碳排放量的演变特征，为研究区域生态保护与发展提供科学依据，进一步提高了研究区土地利用碳排放测算的准确性。

技术研发人员：符静,粟宝玲,罗灿莹,杨立国,郑文武
受保护的技术使用者：衡阳师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15