以下文章来源于环境资源遥感 ，作者王琳
1 研究背景
始于2022年2月24日的俄乌冲突仍在持续，双方在乌克兰境内进行了持续的地面和空中作战，导致电力设施和其他基础设施遭到严重破坏，乌克兰境内普遍出现电力供应的短缺问题。
夜间灯光(NTL)遥感是一种能够探测微弱夜间灯光的光学遥感技术。它可以提供白天遥感无法获得的信息，并从独特的角度反映人类环境的变化。Black Marble夜间灯光数据集作为经过修正后的新一代夜间灯光数据，在夜光遥感战争冲突方面得到越来越多的应用。但是在先前对于俄乌冲突的监测中，时间跨度大多集中在冲突刚发生后的前几个月的有限时间内。为了全面跟踪和分析长达一年的冲突对峙和僵持期间的局势变化，持续评估夜间灯光数据对冲突局势变化的响应特征，仅依靠冲突激烈时期的样本是不够的。此外，Black Marble夜间灯光产品偶尔会出现大尺度的高强度背景噪声，且噪声值的大小与亮度辐亮度值呈强正相关。这种正相关性直接影响去噪效果，先前的阈值处理方法不能达到令人满意的效果。Black Marble数据集在夏季存在高纬度地区的数据缺失情况，减少这种情况对整体监测过程带来的影响也是必要的。
鉴于此，我们选择使用Black Marble数据集中的VNP46A3数据对俄乌冲突一周年的时间范围进行持续监测，期间涵盖了冲突的多个阶段，使我们能够评估整个持久冲突过程中夜间总光强对整体局势、双方军事意图以及人道主义措施的响应特征。同时探讨了如何从数据产品中去除背景噪声及其影响的方法，以及如何最小化和减轻数据空白对军事冲突时间趋势分析的影响。研究结果有望为军事冲突态势变化监测和影响评估提供新的视角和有价值的参考数据。
图 1 俄乌冲突分阶段时间线
2 研究方法
2.1 VNP46A3数据的去噪
采用双阈值法进行去噪处理。以1 nWatts/cm²/sr作为阈值对1月影像进行处理，作为夜间灯光区域掩膜;利用该掩模，以0.5 nWatts/cm²/sr作为阈值，对其他冲突后图像进行逐一处理，从而完成了噪声处理过程。
图 2 区域夜光影像,(a)为低阈值处理结果,(b)为高阈值处理结果,(c)为双阈值处理结果
2.2 区域灯光量变化情况统计
使用了夜间光比指数(NLRI)对研究区整体灯光量变化情况进行统计。该指数将每个月的夜间灯光值与1月(冲突前)的夜间灯光值进行比较：
此外使用夜间光强度的月度环比(MoM)来突出夜间灯光的月度变化：
对研究期内的时间序列图像进行Theil-Sen中值趋势分析和Mann-Kendall检验，分析研究区夜间光照强度趋势，这种趋势分析方法对异常值和缺失值表现出较高的容忍度，使其更适合于本研究的时间序列分析。
将研究时间范围内的冲突过程分为四个阶段，对不同阶段的夜间灯光量进行线性回归分析，得到速率R，它代表了该阶段相应状态的光强变化率：
为了证明冲突形势变化对不同州的夜间灯光照强度的影响，使用夜间光变化率指数(NLCRI)来表示每个州月夜间光强度的相对变化程度：
3 主要图表
图 3 乌克兰夜间灯光量变化(2022.1-2023.2)
表 1 乌克兰夜间灯光变化范围
图 4 乌克兰夜间灯光变化趋势(2022.1-2023.2)
图 5 冲突爆发(conflict outbreak)阶段乌克兰各州夜间灯光变化(2022.1-2022.3)
图 6 局势缓和（easing situation）阶段乌克兰各州夜间灯光变化(2022.4-2022.8)
图 7 乌方反攻（Ukrainian army's counter offense）阶段乌克兰各州夜间灯光变化(2022.9-2022.10)
图 8 对峙（confrontation）阶段乌克兰各州夜间灯光变化(2022.11-2023.2)
4 主要结论
(1)“双阈值法”较为有效地去除了Black Marble数据中普遍存在的不规则噪点，提高了图像质量。使用Theil-Sen中值趋势分析和Mann-Kendall检验可以减轻缺少夜间灯光数据对趋势分析的负面影响。
(2)在缺少现场调查的情况下，夜间灯光较为客观地反映了俄乌冲突对乌克兰的整体影响。在冲突的第一年，乌克兰全国夜间灯光强度下降幅度最大达到84.0%，夜间灯光强度在截至时间尚未达到冲突前水平的25%。哈尔科夫、苏梅和切尔尼戈夫是夜间灯光强度下降幅度最大的三个行政区，而下降超过80%的其他地区主要位于乌克兰控制的东部冲突地区和西南地区。
(3)夜间灯光数据可以反映冲突各方的意图和整体情况。全国范围内夜间灯光的NLRI和环比反映了冲突的关键变化，如爆发、局势缓和、反攻和对峙。州尺度的夜间灯光的NLCRI和R值反映了冲突各方的军事意图和人道主义成就，例如人道主义疏散走廊的有效性，宵禁措施的延续以及军事打击下能源基础设施损坏或恢复的动态。因此，夜间灯光数据可以作为观察和评估军事冲突的有效手段。
引用格式：
L. Wang, H. Lei and H. Xu, "Analysis of Nighttime Light Changes and Trends in the One Year Anniversary of the Russia-Ukraine Conflict," IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, doi: 10.1109/JSTARS.2024.3357727.
转自：“测绘学术资讯”微信公众号
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