陳妍 李雙成

摘要：夜間燈光數(shù)據(jù)的應(yīng)用一直以來都在圍繞人類活動展開；同時(shí)，我國自然保護(hù)區(qū)工作的人類活動監(jiān)測早已引入遙感手段。單從夜間燈光數(shù)據(jù)的觀測特點(diǎn)與自然保護(hù)區(qū)人類活動的監(jiān)測需求非常契合這一點(diǎn)來看，夜間燈光數(shù)據(jù)在自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測中應(yīng)該具有一定的使用價(jià)值。本文以DMSP/OLS數(shù)據(jù)為例，對其在自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測中的應(yīng)用前景進(jìn)行預(yù)測，同時(shí)指出其存在的問題，并提出可行的解決辦法和應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：夜間燈光數(shù)據(jù)；DMSP/OLS；自然保護(hù)區(qū)；人類活動

中圖分類號：X87 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）05-0146-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.086

Abstract： The application of nighttime lighting data has always been centered on human activities. At the same time， monitoring of human activities in Chinas nature reserves has long been the introduction of remote sensing methods. From the point of view that the observational characteristics of nighttime light data are in good agreement with the needs of human activities monitoring in nature reserves， nighttime lighting data should have a certain value in the monitoring of human activities in nature reserves. This article will use the DMSP/OLS data as an example to predict the application of the DMSP/OLS in the monitoring of human activities in the nature reserve. At the same time， it also points out deficiencies and proposes possible solutions and application methods.

Keywords：Nighttime lighting data；DMSP/OLS；Nature reserves；Human activities

夜間燈光數(shù)據(jù)最初的設(shè)計(jì)是以捕捉地球上夜晚燈光數(shù)據(jù)為主要職責(zé)，目的是氣象應(yīng)用；然而隨著人類社會的發(fā)展，人口聚集、城市擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)飛速增長等社會現(xiàn)象在夜間燈光影像上得到了明確的表達(dá)——地球越來越多的地方被燈光籠罩，黑暗的區(qū)域越來越少，我們的地球正變得越來越明亮。因此，多年來夜間燈光數(shù)據(jù)的應(yīng)用都在圍繞人類活動開展。與此同時(shí)，改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)步發(fā)展，人們更加關(guān)注我們身處的環(huán)境和生態(tài)健康問題。自然保護(hù)區(qū)是對于地球和人類的共同健康發(fā)展具有重大意義、依法劃出一定面積予以特殊保護(hù)和管理的區(qū)域。我國的自然保護(hù)區(qū)管理和監(jiān)督工作很早以前就已經(jīng)開展。于1994年頒布開始實(shí)施并于2017年進(jìn)行修改的《中華人民共和國自然保護(hù)區(qū)條例》中有明確規(guī)定：“自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)內(nèi)禁止出現(xiàn)各種人類活動”。然而，近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，旅游產(chǎn)業(yè)興旺發(fā)達(dá)，人類活動已經(jīng)成為當(dāng)前自然保護(hù)區(qū)保護(hù)與管理所面臨的主要威脅因素之一。

其實(shí)，自然保護(hù)區(qū)的人類活動監(jiān)測早已引入遙感科學(xué)手段，并已經(jīng)形成一套專業(yè)化、業(yè)務(wù)化的處理方法和流程，并取得了良好的監(jiān)測效果。單從夜間燈光數(shù)據(jù)的觀測特點(diǎn)與自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測的需求非常契合這一點(diǎn)來看，夜間燈光數(shù)據(jù)在自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測中應(yīng)該也有可以被利用的價(jià)值。本文以DMSP/OLS數(shù)據(jù)為例，具體從夜間燈光數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、應(yīng)用、發(fā)展方向出發(fā)，對其在自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測中的應(yīng)用前景進(jìn)行預(yù)測，同時(shí)也指出其存在的主要問題，并提出可行的解決辦法和應(yīng)用方法。

1 夜間燈光數(shù)據(jù)概述

提起夜間燈光數(shù)據(jù)，人們首先想到的是始于20世紀(jì)70年代的美國軍事氣象衛(wèi)星計(jì)劃的線性掃描業(yè)務(wù)系統(tǒng)——美MSP/OLS。時(shí)至今日，夜間燈光遙感數(shù)據(jù)源已得到很大拓展，但DMSP/OLS數(shù)據(jù)仍然憑借其豐富的歷史存檔、全球的覆蓋范圍、成熟的處理方法以及廣泛的應(yīng)用等優(yōu)勢，成為人們開展相關(guān)研究和應(yīng)用的首選數(shù)據(jù)。

DMSP/OLS數(shù)據(jù)的最初設(shè)計(jì)是為了獲取夜間云層分布信息，然而隨著數(shù)據(jù)的獲取和使用，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)DMSP/OLS數(shù)據(jù)除了云層分布信息外，還可以通過其光學(xué)倍增器捕捉到城市燈光、道路燈光甚至低亮度暫時(shí)性燈光，如漁火、火災(zāi)、小規(guī)模的人類活動區(qū)域等，使之明顯區(qū)別于黑暗的背景[1]。因此數(shù)十年來，DMSP/OLS數(shù)據(jù)在全球的應(yīng)用范圍已十分廣泛，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了其最初的氣象應(yīng)用目標(biāo)。我國學(xué)者經(jīng)過不斷努力探索，也已將DMSP/OLS數(shù)據(jù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，如城市建成區(qū)提取分析[2， 3]、城市群空間格局變化[4-7]、人口分布[8]、經(jīng)濟(jì)水平估算[9-11]、能源消耗[12]等。在生態(tài)環(huán)境研究中，夜間燈光數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用方向是通過評估城市化導(dǎo)致的生態(tài)和環(huán)境問題，以及監(jiān)測光污染及其健康效應(yīng)[17]，但在自然保護(hù)區(qū)的人類活動監(jiān)測中比較鮮見。

2 我國自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測概述

自然保護(hù)區(qū)是指對有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動植物物種的天然集中分布、有特殊意義的自然遺跡等保護(hù)對象所在的陸地、陸地水域或海域，依法劃出一定面積予以特殊保護(hù)和管理的區(qū)域。自然保護(hù)區(qū)分為國家級自然保護(hù)區(qū)和地方級自然保護(hù)區(qū)[13]。1994年9月國務(wù)院頒布了《中華人民共和國自然保護(hù)區(qū)條例》（以下簡稱“條例”），以加強(qiáng)自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)和管理，保護(hù)自然環(huán)境和自然資源。2017年10月，《國務(wù)院關(guān)于修改部分行政法規(guī)的決定》將條例第二十七條第一款修改為：“禁止任何人進(jìn)入自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)”[14] 。

雖然按照條例規(guī)定，自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)及緩沖區(qū)內(nèi)均禁止出現(xiàn)各種人類活動，但實(shí)際上隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自然保護(hù)與經(jīng)濟(jì)開發(fā)之間的矛盾日益突出，涉及自然保護(hù)區(qū)的各類開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源采集以及旅游等人為活動呈逐年增長趨勢[15]。2017年7月20日，關(guān)于印發(fā)《自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測及核查處理辦法（試行）》的通知在環(huán)境保護(hù)部網(wǎng)站上公布，要求通過遙感監(jiān)測對自然保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的人類活動類型、面積、變化進(jìn)行初步判讀，編寫遙感監(jiān)測報(bào)告[16]。

目前自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測的主要方法是，通過收集自然保

護(hù)區(qū)不同時(shí)相的中高分辨率日間光學(xué)遙感衛(wèi)星影像，采用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒澳恳暯庾g方法，提取自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的人類活動斑塊，判定其土地利用類型，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)人類活動分布狀況。通過現(xiàn)有的遙感監(jiān)測方法得到的監(jiān)測結(jié)果，其土地利用類型明確清晰、準(zhǔn)確率高、便于實(shí)地核查和整改，但同時(shí)也存在數(shù)據(jù)量大、處理工作量大、數(shù)據(jù)質(zhì)量良莠不齊、數(shù)據(jù)時(shí)相不易統(tǒng)一等問題，這是由于遙感數(shù)據(jù)本身在獲取和處理上的特點(diǎn)而決定的。因此對于《自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測及核查處理辦法（試行）》中規(guī)定的“國家級自然保護(hù)區(qū)常規(guī)遙感監(jiān)測每半年開展一次”，“省級自然保護(hù)區(qū)常規(guī)遙感監(jiān)測每年開展一次”的要求，要達(dá)到要求需要投入更多的時(shí)間和人力。

3 夜間燈光數(shù)據(jù)在自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)勢

DMSP/OLS數(shù)據(jù)是已經(jīng)公認(rèn)的能夠很好反映人類活動綜合信息的遙感數(shù)據(jù)源，其觀測特點(diǎn)與我國自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測的需求相吻合；同時(shí)，使用夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)區(qū)監(jiān)測有以下優(yōu)勢：

3.1 數(shù)據(jù)覆蓋范圍廣，年度數(shù)據(jù)穩(wěn)定獲取

傳統(tǒng)遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)由于分辨率越來越高，數(shù)據(jù)量也越來越大，因此數(shù)據(jù)的下載、處理、人類活動提取、審核、集成、存儲等一系列工作面臨著時(shí)間緊、任務(wù)重等特點(diǎn)。而DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量很小、可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)下載，且無需任何手續(xù)和費(fèi)用，并在未來將持續(xù)提供下載，并且覆蓋全球范圍，一次成像全球范圍內(nèi)統(tǒng)一時(shí)點(diǎn)，是少有的全球性時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

3.2 處理方法簡單、快速

夜間燈光數(shù)據(jù)反映燈光強(qiáng)度，其影響的DN值范圍在0～63之間，其中0值為完全黑暗，63為最亮。在其他應(yīng)用中，研究者們通常需要對DMSP/OLS數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如在城市人口密集區(qū)進(jìn)行燈光值的去飽和處理，在進(jìn)行城市建成區(qū)分析時(shí)需要確定城市建成區(qū)的燈光閾值范圍，在進(jìn)行人口、能源消耗、GDP等社會經(jīng)濟(jì)參數(shù)估算時(shí)，需要建立燈光數(shù)據(jù)與這些參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系等。在自然保護(hù)區(qū)的人類監(jiān)測應(yīng)用中，即直接使用燈光強(qiáng)度值來反映人類活動的強(qiáng)度，因此在不考慮確定具體的土地利用類型的情況下，無需對燈光閾值進(jìn)行劃定。同時(shí)，由于我國自然保護(hù)區(qū)人類活動在相關(guān)法規(guī)中有明確的禁止規(guī)定，且相關(guān)部門在自然保護(hù)區(qū)的監(jiān)測和監(jiān)管工作中始終嚴(yán)格把控，因此雖有人類活動存在，但其范圍和強(qiáng)度都得到了很大限制，因此不同于人口稠密的城市，自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的燈光數(shù)據(jù)鮮有達(dá)到飽和程度的情況。

3.3 能直接反映活動強(qiáng)度

在核心區(qū)和緩沖區(qū)內(nèi)禁止出現(xiàn)任何人類活動的相關(guān)規(guī)定下，使用夜間燈光數(shù)據(jù)監(jiān)測自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)時(shí)，除零星燈光之外，任何強(qiáng)度和范圍的燈光顯示都客觀反映了人類活動的存在。尤其是燈光值大小的不同，能夠直觀反映出人類活動的強(qiáng)弱。與使用光學(xué)數(shù)據(jù)通過確定土地利用類型的方式監(jiān)測保護(hù)區(qū)內(nèi)人類活動強(qiáng)度的方法不同，夜間燈光數(shù)據(jù)的監(jiān)測結(jié)果除了在面積上有所體現(xiàn)，在單位面積強(qiáng)度上也有所體現(xiàn)，這可能是使用日間光學(xué)遙感數(shù)據(jù)所不易直接取得的結(jié)果。

4 夜間燈光數(shù)據(jù)的不足和彌補(bǔ)方法

雖然夜間燈光數(shù)據(jù)目前已經(jīng)應(yīng)用在人類社會的各個(gè)領(lǐng)域，且理論上在自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測中也應(yīng)該能夠起到應(yīng)有的作用。但經(jīng)過思考和分析不難得出結(jié)論，夜間燈光數(shù)據(jù)在自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測應(yīng)用中還存在一些不足：

4.1 數(shù)據(jù)分辨率仍然較低，難精確定位

DMSP/OLS數(shù)據(jù)的空間分辨率約為1km，相對于我國自然保護(hù)區(qū)來說分辨率偏低，監(jiān)測的精細(xì)程度不夠，較難進(jìn)行精確定位；并且自夜間燈光面世以來，其地面調(diào)查鮮見[17]，對于獨(dú)立支持相關(guān)部門完成自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測、核查及整改等工作還有很大困難。

4.2 數(shù)據(jù)時(shí)效性有待提高，以滿足更短間隔的監(jiān)測需求

目前DMSP/OLS數(shù)據(jù)每一年獲取一次，但對于我國國家級自然保護(hù)區(qū)常規(guī)監(jiān)測每半年進(jìn)行一次，以及省級自然保護(hù)區(qū)常規(guī)監(jiān)測每年進(jìn)行一次的要求還有差距。

4.3 數(shù)據(jù)反映的信息僅為燈光強(qiáng)弱，不能直接反映土地利用類型

夜間燈光數(shù)據(jù)對第一產(chǎn)業(yè)人類活動的監(jiān)測靈敏度不高，但對第二、三產(chǎn)業(yè)人類活動比較敏感，因此，使用DMSP/OLS數(shù)據(jù)并不能完整監(jiān)測保護(hù)區(qū)內(nèi)的所有人類活動，尤其是面積較大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，而只能傾向于人口聚集形成、違規(guī)工業(yè)生產(chǎn)和資源開發(fā)、旅游區(qū)建設(shè)和旅游開發(fā)等方面的人類活動監(jiān)測。

5 未來展望

綜合分析，使用夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行自然保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測仍然可能存在一定的困難和急需解決的問題。但隨著夜光數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，一方面數(shù)據(jù)來源將從單一的DMSP/OLS數(shù)據(jù)發(fā)展到多種數(shù)據(jù)源，另一方面夜光數(shù)據(jù)的分辨率也將得到提高，試想如果將1m分辨率的夜光燈光數(shù)據(jù)應(yīng)用在保護(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測中，那么監(jiān)測精準(zhǔn)度將大大提高。

目前，我國自然保護(hù)區(qū)人類活動遙感監(jiān)測工作目標(biāo)明確、方法成熟、結(jié)果可靠，能夠很好地支持后續(xù)的實(shí)地核查和整改工作。夜間燈光數(shù)據(jù)可作為現(xiàn)有日間遙感數(shù)據(jù)的有力補(bǔ)充，將單位面積人類活動強(qiáng)度特點(diǎn)與不同土地利用類型面積大小相結(jié)合，最終得到保護(hù)區(qū)綜合的人類影響參數(shù)，形成更加科學(xué)和直觀的監(jiān)測結(jié)果；與此同時(shí)，利用夜間燈光數(shù)據(jù)還可以進(jìn)行長時(shí)間序列自然保護(hù)區(qū)人類活動快速動態(tài)監(jiān)測，預(yù)測自然保護(hù)區(qū)內(nèi)人類活動未來的發(fā)展趨勢，對保護(hù)區(qū)保護(hù)和監(jiān)測政策的制定具有實(shí)際意義。

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收稿日期：2018-05-02

作者簡介：陳妍（1982-），女，大學(xué)本科，業(yè)務(wù)助理，初級，研究方向?yàn)樽匀槐Ｗo(hù)區(qū)人類活動監(jiān)測。