摘要：DMSP/OLS數(shù)據(jù)以其獨特的光電放大特性與對夜間燈光的獲取能力，為人類城市活動監(jiān)測的良好數(shù)據(jù)源。綜合DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)在城鎮(zhèn)信息提取、社會經(jīng)濟因子空間化監(jiān)測，城市體系空間變化等方面的應(yīng)用，其中重點介紹了利用燈光數(shù)據(jù)提取城鎮(zhèn)信息以及對社會經(jīng)濟因子的空間化模型的研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：夜間燈光；GDP空間化；變化分析

1、引言

美國國防氣象衛(wèi)星計劃是美國國防部極軌衛(wèi)星項目。該衛(wèi)星運行在高度約830 km的太陽同步軌道，周期約101 min每天繞地球飛行14圈，可得到4次全球覆蓋圖。DMSP/OLS傳感器采集的是夜間燈光輻射信號，不同于傳統(tǒng)衛(wèi)星傳感器獲取的太陽輻射反射信號，能探測到小規(guī)模居民地發(fā)出的低強度燈光，區(qū)別于黑暗的背景。因此。DMSP/OLS被用于人類活動的監(jiān)測研究。

2、城鎮(zhèn)信息提取

通過夜間燈光來進行城鎮(zhèn)信息的提取是目前在眾多關(guān)于城市變化研究中常用的數(shù)據(jù)源及手段。并結(jié)合相關(guān)文章研究內(nèi)容，將夜間的燈光應(yīng)用在城鎮(zhèn)的建成區(qū)提取中的主要方法包括以下幾類：

2.1 經(jīng)驗研究法

依據(jù)DMSP/OLS燈光數(shù)據(jù)的特性，研究者憑借已有的科研成果，相關(guān)地區(qū)的對比和自身的活動經(jīng)驗進行判斷。城鎮(zhèn)與非城鎮(zhèn)發(fā)展的根本不同，使得建成區(qū)與非建成區(qū)的差異存在著相似性，反映在夜間燈光信息上就是不同城鎮(zhèn)的最佳提取閾值局限在一個范圍內(nèi)。同一地區(qū)不同時期，城鎮(zhèn)建設(shè)上的繼承性使在某一時期的研究中獲得的最佳閾值可供前后時期參考。研究者繼而為目標城鎮(zhèn)的夜間燈光圖像給出一個合理有效的閾值。

2.2 區(qū)域周長突變分析法

使用此方法時，研究者對夜間燈光圖像從一個較低灰度值開始逐漸提升閾值并計算亮斑區(qū)域的周長，當閾值仍在分割城鎮(zhèn)的建成區(qū)與非建成區(qū)時，亮斑區(qū)域的周長將逐漸減?。欢旈撝祻姆指罱ǔ蓞^(qū)與非建成區(qū)轉(zhuǎn)而分割城鎮(zhèn)的建成區(qū)內(nèi)部時，亮斑區(qū)域周長變化的趨勢將發(fā)生改變。因為城鎮(zhèn)的建成區(qū)通常有著較為規(guī)整的邊界，所以當夜間燈光圖像從建成區(qū)邊界收縮時產(chǎn)生的輪廓破裂會使亮斑區(qū)域周長不再沿之前的趨勢變化，而是表現(xiàn)為周長突然增大。研究者分析亮斑區(qū)域周長變化數(shù)據(jù)時，找到突變點加以分析即可獲得一個分割閾值。

2.3 統(tǒng)計數(shù)據(jù)校正法

官方對城鎮(zhèn)建成區(qū)面積統(tǒng)計的數(shù)據(jù)一般能做到準確精細。研究者可以使用這些數(shù)據(jù)作為基準，計算不同閾值下夜間燈光數(shù)據(jù)反映的城鎮(zhèn)建成區(qū)面積，并與基準數(shù)據(jù)進行校對，直至得出最佳閾值。實際研究中通常采用二分法進行具體的計算。

2.4 像元鄰域分析法：

此方法是通過鄰域計算得出夜間燈光數(shù)據(jù)的起伏度變化，識別出起伏度變化較大處即城鎮(zhèn)的建成區(qū)與非建成區(qū)的交界帶，從而提取出城鎮(zhèn)建成區(qū)。提出者將夜間燈光數(shù)據(jù)中的“明”、“暗”與DEM高程數(shù)據(jù)中的“高”、“低”的概念相似，得出兩者的相似性，并想到將鄰域分析法使用到夜間燈光數(shù)據(jù)處理中，旨在開發(fā)一種準確且方便的夜間數(shù)據(jù)分析方法。最終的效果良好。

3、社會經(jīng)濟因子空間化

夜間燈光圖像直接在空間上體現(xiàn)了夜間人類活動的分布與強度。因此，夜間燈光數(shù)據(jù)是進行了較大尺度城鎮(zhèn)范圍的統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化研究的良好工具。

目前，主要應(yīng)用在兩個方面，基于人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)的區(qū)域人口空間化和基于GDP統(tǒng)計數(shù)據(jù)的區(qū)域經(jīng)濟水平空間化。由于可以與夜間燈光數(shù)據(jù)結(jié)合使用的其它數(shù)據(jù)類型眾多，性質(zhì)各不相同，能在不同程度上反映一個社會經(jīng)濟因子的不同。因此，夜間燈光數(shù)據(jù)在社會經(jīng)濟因子空間化中的使用通常由研究者根據(jù)課題的要點、側(cè)重點等需要進行數(shù)據(jù)的選擇，制定處理方法，建立研究所要的模型。

3.1、區(qū)域人口空間化

研究者使用城鎮(zhèn)建成區(qū)掩膜提取夜間燈光強度數(shù)據(jù)，并與人口統(tǒng)計數(shù)進行回歸分析，得出兩者的函數(shù)關(guān)系。然后計算出區(qū)域人口數(shù)，再以實際數(shù)據(jù)為基準進行校正，最終得到空間化人口數(shù)據(jù)。

但是，由于人口分布除了與夜間燈光的強度和面積屬性有關(guān)外，與用地類型的屬性等其他因子也有強相關(guān)的聯(lián)系，所以，有關(guān)學者提出了利用DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)與LUCC數(shù)據(jù)疊加分析得出一套夜間燈光輻射數(shù)據(jù)，再結(jié)合人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)建立地區(qū)人口模型，以提高人口空間化的準確性。

3.2、區(qū)域GDP空間化

將較大城鎮(zhèn)的GDP數(shù)據(jù)展布在夜間燈光圖像上，獲得GDP空間模型。再以目標城鎮(zhèn)下屬區(qū)域的GDP數(shù)據(jù)為基準，進行校正，分析誤差。

經(jīng)濟因子的空間化時，不同的產(chǎn)業(yè)對夜間燈光的的相關(guān)屬性依賴程度差異很大，簡單的將GDP數(shù)據(jù)進行展布，同樣會存在較大誤差，所以在此通過計算目標區(qū)域的夜間燈光指數(shù)，分別與其中各地區(qū)的第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)進行相關(guān)性分析，獲得目標區(qū)域的GDP空間模型，計算夜間燈光圖像中各像元對應(yīng)的GDP數(shù)據(jù)，以此提高GDP空間化模型的適用性。

4、展望與不足

雖然關(guān)于社科經(jīng)濟數(shù)據(jù)的空間化很好的從宏觀角度反映了地區(qū)經(jīng)濟的分布結(jié)構(gòu)，正是通過燈光數(shù)據(jù)與經(jīng)濟數(shù)據(jù)之間的強相關(guān)性來實現(xiàn)的，經(jīng)濟數(shù)據(jù)空間化數(shù)據(jù)以其精度條件無疑可以作為空間變化分析的成果依據(jù)，但從微觀角度來看， GDP數(shù)據(jù)的反衍會出現(xiàn)失真。此外，在時間節(jié)點的處理上，本文使用DMSO/OLS的年平均燈光數(shù)據(jù)，使得時間序列上的分辨率較低，因此在變化分析時，城市變化模式的分析精度也有所下降。因此，在以后的研究中，可改用月平均夜間燈光數(shù)據(jù)，并通過結(jié)合更多的其他數(shù)據(jù)來對空間化模型進行豐富，使得夜間遙感影像與社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)的模型得精度得到改善，進而使得在分析中數(shù)據(jù)的空間與時間分辨率都得到提升。

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