鄭淵茂，何原榮，王曉榮，高元衡

(1.廈門理工學(xué)院 數(shù)字福建自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)研究所，福建 廈門 361024；2.中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所 城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361021；3.桂林旅游學(xué)院，廣西 桂林 541006)

0 引言

在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，夜間燈光的強(qiáng)弱直接反映人類活動(dòng)區(qū)域的社會(huì)發(fā)展進(jìn)程。基于夜間燈光遙感數(shù)據(jù)視角，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在城市外部空間結(jié)構(gòu)的變化和內(nèi)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改變方面開展了不少研究。夜間燈光(nighttime light，NTL)遙感可直接反映人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，因?yàn)閬?lái)自城市、城鎮(zhèn)、工業(yè)場(chǎng)所、漁船和其他人類活動(dòng)的人造光在夜間均被記錄下來(lái)[1]。夜光遙感是利用遙感技術(shù)從空中獲取地球表面的夜間光線強(qiáng)度信息，其來(lái)源是1976年9月美國(guó)發(fā)射的軍事氣象衛(wèi)星計(jì)劃(defense meteorological satellite program，DMSP)搭載的傳感器(operational linescan system，OLS)，該計(jì)劃最初為獲取夜間云層反射的微弱月光，來(lái)提取夜間云層的空間分布信息，意外發(fā)現(xiàn)DMSP/OLS在無(wú)云情況下可獲取城鎮(zhèn)、夜間漁船、天然氣燃燒、閃電及火光等地表活動(dòng)信息[2]。與主要用來(lái)監(jiān)測(cè)地表變化的普通遙感衛(wèi)星影像相比，夜光遙感更多地反映以人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)為中心的觀測(cè)，夜光遙感數(shù)據(jù)的空間覆蓋范圍廣、成像周期短、經(jīng)濟(jì)成本低，可快速、準(zhǔn)確、客觀地獲取地球地表和人類活動(dòng)信息。

目前，在國(guó)際上有2種常用的能夠觀測(cè)夜光數(shù)據(jù)的遙感衛(wèi)星：一種是國(guó)防氣象衛(wèi)星項(xiàng)目的業(yè)務(wù)線掃描系統(tǒng)(DMSP/OLS)；另一種是Suomi國(guó)家極軌合作伙伴(Suomi national polar-orbit partnership，S-NPP)衛(wèi)星上搭載的可見光紅外成像輻射儀(visible infrared imaging radiometer suite，VIIRS)。DMSP/OLS在夜間工作可探測(cè)到地球表面的城鎮(zhèn)燈光、閃電及火光等活動(dòng)信息，與黑暗的鄉(xiāng)村背景在影像數(shù)據(jù)上形成鮮明的對(duì)比[3]。DMSP/OLS最開始獲取夜光影像數(shù)據(jù)，存在輻射測(cè)量精度粗糙、空間分辨率低和缺乏星載標(biāo)定等局限性。后來(lái)新一代高分辨率的NPP/VIIRS提供前所未有的夜光觀測(cè)能力，極大地克服DMSP/OLS數(shù)據(jù)的一些限制和不足，NPP/VIIRS數(shù)據(jù)具有更高的星載校準(zhǔn)輻射測(cè)量精度，保證能夠探測(cè)極低亮度光的能力[4]。高分辨率的NPP/VIIRS夜光遙感數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，使得應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。常用夜光遙感數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)及應(yīng)用，如表1所示。

表1 常用夜光遙感數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)及應(yīng)用

此外，中國(guó)在2018年成功地發(fā)射中國(guó)首顆專業(yè)夜光遙感衛(wèi)星“珞珈一號(hào)”，其空間分辨率更高，“珞珈一號(hào)”衛(wèi)星的出現(xiàn)為夜光遙感數(shù)據(jù)的研究提供了更大的舞臺(tái)和潛力[5-6]?？偨Y(jié)前人的研究結(jié)果[7]，不同夜光遙感對(duì)地觀測(cè)平臺(tái)的基本參數(shù)，如表2所示。夜光遙感數(shù)據(jù)在人口空間化、GDP、電力消耗量、碳排放、貧困基尼系數(shù)、城市群空間格局、城市擴(kuò)張、城市建筑物提取、城市群演變分析、自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及重大事件評(píng)估等社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。夜光遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)成為研究社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)及時(shí)空動(dòng)態(tài)模擬的重要數(shù)據(jù)源之一。夜光遙感數(shù)據(jù)具有空間信息豐富、時(shí)效性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于大尺度的研究和事件序列分析。目前，雖然基于夜光數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究成果在不斷積累，但缺乏對(duì)成果進(jìn)行系統(tǒng)性的歸納總結(jié)，以及存在總結(jié)的覆蓋面不全、時(shí)效性不強(qiáng)等不足。基于此，本文對(duì)夜光遙感數(shù)據(jù)在人口空間化、GDP、電力消耗量、城市建成區(qū)提取、城市群與城市體系發(fā)展監(jiān)測(cè)、城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)的監(jiān)測(cè)及重大事件評(píng)估等領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行詳細(xì)地概況總結(jié)，并探索其應(yīng)用前景。

表2 不同夜光遙感對(duì)地觀測(cè)平臺(tái)的基本參數(shù)

1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)估算

夜間燈光強(qiáng)度與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)高度相關(guān)，可用于進(jìn)行人類社會(huì)活動(dòng)分析及社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)估算。傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)調(diào)查方法在獲取社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)時(shí)往往存在缺乏空間信息等局限性；而夜光數(shù)據(jù)具有時(shí)空連續(xù)性，可為社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)估算提供重要價(jià)值。

從夜間燈光數(shù)據(jù)中提取人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展信息的研究可分為2類。一類是建立夜間燈光數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。采用夜間燈光區(qū)域內(nèi)的面積和DN值構(gòu)建統(tǒng)計(jì)模型；從線性回歸模型、非線性回歸模型，以及對(duì)數(shù)回歸模型等不同統(tǒng)計(jì)模型對(duì)提取的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及分析計(jì)算。He等[8]建立夜光影像飽和校正DN值與電力消耗之間的線性回歸模型，韓向娣等[9]提出一種在城市指標(biāo)(GDP、建成區(qū)、用電量)之間建立對(duì)數(shù)回歸模型方法，用分區(qū)模型計(jì)算形成了GDP密度圖，較完整地表征全國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的宏觀分布狀況及特征。另一類是繪制特定參數(shù)的時(shí)空分布圖，不僅可從統(tǒng)計(jì)年鑒的人口普查數(shù)據(jù)中評(píng)估夜光影像強(qiáng)度分布與人口密度或GDP之間的關(guān)系[10]，且應(yīng)用增強(qiáng)植被指數(shù)及數(shù)字高程模型等輔助空間信息[11-13]，提高了各類參數(shù)的反演提取精度。

1.1 人口統(tǒng)計(jì)估算

人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是研究城市發(fā)展、國(guó)家及政府制定政策和發(fā)展戰(zhàn)略的重要數(shù)據(jù)來(lái)源，可為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、全球變化等研究提供關(guān)鍵參數(shù)，而夜光影像與人口數(shù)據(jù)相關(guān)性較強(qiáng)。因此可通過(guò)對(duì)夜光影像的研究實(shí)現(xiàn)人口數(shù)據(jù)空間化評(píng)估。

Sutton等[14]基于燈光區(qū)域與人口密度之間的相關(guān)性，以美國(guó)區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，提出城市人口密度衰減模型，從城市邊緣到中心，驗(yàn)證DMSP/OLS燈光數(shù)據(jù)在分析及估算人口的潛在可行性，得到DMSP/OLS數(shù)據(jù)的定量關(guān)系。Lo[15]以中國(guó)區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，采用夜光面積、夜光強(qiáng)度、夜光強(qiáng)度和夜光面積百分比為自變量，構(gòu)建多元夜光指標(biāo)估算模型，應(yīng)用“夜光百分比”的夜光密度測(cè)量方法，對(duì)縣、市級(jí)非農(nóng)業(yè)人口的估算相當(dāng)準(zhǔn)確。Amaral等[16]基于巴西的亞馬遜區(qū)域DMSP/OLS夜光影像，采用夜光影像面積與人口的相關(guān)性來(lái)實(shí)現(xiàn)人口空間化，最終得到其決定系數(shù)大于0.8。Briggs等[17]對(duì)歐盟區(qū)域的人口空間化進(jìn)行評(píng)估，基于普查人口與土地覆蓋面積、光發(fā)射之間的相關(guān)性，進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)得R2>0.9，結(jié)果表明模型可用性較好。Zeng等[18]根據(jù)夜光強(qiáng)度與普查人口變量建立線性回歸模型，采用RY聚類算法與最短路徑算法，有效地提高模型性能，獲得更明確詳細(xì)的人口分布特征。高義等[19]根據(jù)中國(guó)沿海地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒中人口數(shù)據(jù)與夜光數(shù)據(jù)的回歸函數(shù)進(jìn)行人口數(shù)據(jù)空間化，反演得到1 km×1 km和0.5 km×0.5 km 2個(gè)不同空間尺度的區(qū)縣人口空間化網(wǎng)格，得出NPP/VIIRS數(shù)據(jù)反演精度優(yōu)于DMSP/OLS數(shù)據(jù)，表明NPP/VIIRS數(shù)據(jù)更適用于人口空間化研究。Tan等[20]利用夜光數(shù)據(jù)、人口普查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及土地利用數(shù)據(jù)，構(gòu)建1 km×1 km分辨率的人口密度圖，對(duì)縣的人口進(jìn)行空間匹配，模擬精度高，得出500～1 500人/km2之間的人口密度下降了41%，表明該區(qū)域發(fā)生密度區(qū)域消失現(xiàn)象?？傊琋PP/VIIRS夜光數(shù)據(jù)在實(shí)現(xiàn)人口空間化及社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)空間化具有巨大潛力。近年來(lái)在地理信息和遙感技術(shù)的輔助下，大量的研究基于不同的空間模型進(jìn)行人口空間化[18-21]，最新主要研究是利用NPP/VIIRS夜光數(shù)據(jù)生成空間格網(wǎng)的人口密度圖，隨著夜光數(shù)據(jù)研究的深入，人口空間化逐步趨于精細(xì)化。采用夜光數(shù)據(jù)進(jìn)行人口估算總結(jié)，如表3所示。

表3 夜光數(shù)據(jù)估算人口的總結(jié)

1.2 國(guó)民生產(chǎn)總值分析

國(guó)民生產(chǎn)總值(GDP)反映經(jīng)濟(jì)綜合性發(fā)展的水平，是衡量各個(gè)國(guó)家及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，其增長(zhǎng)率即經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率。GDP一般是基于各類報(bào)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)獲得，其工作量較大且繁瑣，同時(shí)得出的結(jié)果不能體現(xiàn)空間信息，不能快速地衡量各區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。對(duì)國(guó)家和地區(qū)而言，高精度的GDP是發(fā)展的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，但完整的序列數(shù)據(jù)通常難以獲取，由于夜間燈光與GDP存在較高相關(guān)性，夜光數(shù)據(jù)在GDP估算中具有較好的應(yīng)用潛能，可為國(guó)家GDP估算的經(jīng)濟(jì)參數(shù)提供重要依據(jù)。

早在1997年，Elvidge等[22]以21個(gè)國(guó)家為研究對(duì)象，研究表明DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)與GDP總值存在高度相關(guān)性，其回歸系數(shù)達(dá)到0.97。之后，Doll等[23]以歐盟及美國(guó)區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，構(gòu)建區(qū)域尺度GDP估算模型，并繪制出分辨率5 km的GDP格網(wǎng)地圖，結(jié)果表明應(yīng)用夜光數(shù)據(jù)研究分析GDP可行性極高。Chen等[24]鑒于數(shù)據(jù)缺失，利用1992—2008年1°緯度×1°經(jīng)度網(wǎng)格修正GDP格網(wǎng)，得出夜光數(shù)據(jù)可彌補(bǔ)信息匱乏缺失。隨著NPP/VIIRS夜光數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，夜光數(shù)據(jù)在GDP研究取得進(jìn)一步發(fā)展。Li等[25]分析中國(guó)31個(gè)省份的NPP/VIIRS夜光影像，采用線性回歸模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建模評(píng)估，表明NPP/VIIRS夜光數(shù)據(jù)(R2=0.854 4)比DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)(R2=0.767 8)與GDP的相關(guān)性更加顯著，具有更好地預(yù)測(cè)性及建模能力，為NPP/VIIRS夜光數(shù)據(jù)構(gòu)建全球和區(qū)域經(jīng)濟(jì)模型奠定基礎(chǔ)。徐康寧等[26]基于1992—2012年中國(guó)的省級(jí)數(shù)據(jù)，采用夜光數(shù)據(jù)客觀評(píng)價(jià)GDP增長(zhǎng)與中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的真實(shí)性，結(jié)果雖有差異，但整體之間誤差較小。李宗光等[27]基于根據(jù)夜光強(qiáng)度與GDP顯著的相關(guān)性，提取了連片特困區(qū)的GDP回歸模型并進(jìn)行空間化建模，相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.873 8，客觀地反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。此外，由于夜光數(shù)據(jù)存在飽和現(xiàn)象，可結(jié)合輔助數(shù)據(jù)，如人口數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等對(duì)GDP進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。Wang等[28]以烏干達(dá)為研究區(qū)域，基于夜光數(shù)據(jù)提出一種新的增強(qiáng)型夜光模型(ELIM)和農(nóng)業(yè)價(jià)值比率，結(jié)果與網(wǎng)格化的全球GDP數(shù)據(jù)集相比，差異為1 km水平，因此，可獲取社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的空間異質(zhì)性。

總之，采用夜光數(shù)據(jù)與GDP之間的相關(guān)性來(lái)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，是評(píng)估GDP的有效措施，夜光遙感數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)國(guó)民生產(chǎn)總值方面可發(fā)揮重要作用。此外，夜光數(shù)據(jù)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)研究具有較大潛力，但僅采用單一的數(shù)據(jù)源難以全面準(zhǔn)確地表達(dá)社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)。因此，可結(jié)合其他輔助數(shù)據(jù)來(lái)提高估算與分析精度。夜光數(shù)據(jù)進(jìn)行GDP估算的應(yīng)用總結(jié)，如表4所示。

表4 夜光數(shù)據(jù)估算GDP的總結(jié)

1.3 電力消耗量估算

能源消耗與經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，而電力消耗是能源消耗的重要組成，電力消耗量可客觀地衡量社會(huì)發(fā)展水平。由于電力統(tǒng)計(jì)單位仍處于行政單位層面，空間差異信息缺乏，限制了統(tǒng)計(jì)的有效應(yīng)用。而夜光數(shù)據(jù)可體現(xiàn)城鄉(xiāng)區(qū)域的燈光密度和燈光設(shè)施的使用狀況，可為電力消耗的空間化信息提供依據(jù)，高分辨率的夜光數(shù)據(jù)可快速、準(zhǔn)確地反演得出電力消耗狀況，引起廣大學(xué)者探索。

始于20世紀(jì)80年代，Welch[29]利用DMSP/OLS數(shù)據(jù)構(gòu)建電力消耗和燈光面積之間的回歸模型，證明夜光數(shù)據(jù)估算電力消耗量的潛在可行性。Elvidge等[22]根據(jù)夜光與電力消耗量的相關(guān)性構(gòu)建對(duì)數(shù)模型，開發(fā)一種新方法來(lái)校正夜光飽和像素，采用光斑植被(SPOT/ACT)10 d合成產(chǎn)物，去除夜光影像的飽和現(xiàn)象。Amaral等[30]發(fā)現(xiàn)電力消耗和夜光存在線性相關(guān)性，構(gòu)建了單時(shí)相電力消耗估算模型，并采用DMSP/OLS數(shù)據(jù)分析亞馬遜地區(qū)的電力消耗的時(shí)空模式。Letu等[31]根據(jù)夜間穩(wěn)定燈光的空間分布特征對(duì)影像飽和區(qū)域進(jìn)行校正，采用三次回歸方程修正用電量數(shù)據(jù)之間的回歸關(guān)系，進(jìn)一步驗(yàn)證夜光影像能較好地估計(jì)電耗量。He等[8]分析了中國(guó)大陸在2000—2008年EPC(electric power consumption)的時(shí)空動(dòng)態(tài)，通過(guò)建模反演得到中國(guó)2000—2008年電力消費(fèi)的空間格網(wǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)果證明飽和校正后的夜光數(shù)據(jù)與電力消耗量的相關(guān)性更強(qiáng)。Shi等[32]采用穩(wěn)定夜光數(shù)據(jù)從多個(gè)角度探討一帶一路國(guó)家EPC的時(shí)空模式，驗(yàn)證新型夜光數(shù)據(jù)NPP/VIIRS對(duì)于一帶一路國(guó)家EPC的估算能力。之后，Shi等[33]嘗試評(píng)估電力的時(shí)空格局變化，基于夜光數(shù)據(jù)和用電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，比較不同邊界內(nèi)用電量的時(shí)空演變，得出夜光數(shù)據(jù)與用電量的R2>0.95，發(fā)現(xiàn)1992—2013年間，城市化成為城市建成區(qū)用電量快速增長(zhǎng)的推手，并得出城市不同邊界存在時(shí)空變異性。

2 城市化進(jìn)程監(jiān)測(cè)分析

城市化程度是各個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要標(biāo)志。城市化可促進(jìn)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展又可推動(dòng)生活及生產(chǎn)進(jìn)步。因此，城市化進(jìn)程監(jiān)測(cè)有利于評(píng)估區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。利用夜光數(shù)據(jù)直觀地反映城市化建設(shè)過(guò)程中的空間動(dòng)態(tài)過(guò)程，可提取城市空間信息進(jìn)行城市群體系發(fā)展監(jiān)測(cè)，有助于分析城市化發(fā)展模式和空間結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律。

2.1 城市建成區(qū)監(jiān)測(cè)提取

由于城市的城鎮(zhèn)區(qū)域在夜間發(fā)出燈光，因此夜光遙感數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確提取、分析城市建成區(qū)的范圍及空間聚集現(xiàn)象(城市群)，對(duì)準(zhǔn)確地評(píng)估全球范圍和國(guó)家區(qū)域的城市化進(jìn)程具有重要的作用[7]。城市建成區(qū)的區(qū)域范圍是城市化的重要參數(shù)，夜光影像數(shù)據(jù)能有效地提取城市建成區(qū)范圍及變化狀況，研究表明對(duì)夜光影像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像分割，將較亮區(qū)域視為城市建成區(qū)[34-35]。在國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究中，Croft[2]首次提出依據(jù)夜光數(shù)據(jù)提取城市建成區(qū)可行性，之后許多學(xué)者基于夜光數(shù)據(jù)對(duì)城市建成區(qū)開展了大量的研究，主要包含基于閾值的影像分類法、基于像元的影像分類法、基于采樣的影像分類法3種提取方法?；陂撝档挠跋穹诸惙ㄖ校?jīng)典提取方法有：經(jīng)驗(yàn)閾值法[36-38]、突變檢測(cè)法[39-40]、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比較法[41-42]、較高分辨率影像數(shù)據(jù)空間比較法[43-45]。Milesi等[37]基于土地覆蓋數(shù)據(jù)和DMSP/OLS數(shù)據(jù)，采用區(qū)域閾值法對(duì)建成區(qū)提取，表明中分辨率成像光譜儀數(shù)據(jù)結(jié)合夜光數(shù)據(jù)可快速評(píng)估城市化帶來(lái)的城市土地覆蓋及生態(tài)變化。黃璐等[40]基于DMSP/OLS數(shù)據(jù)，建立一元二次回歸模型，采用突變檢測(cè)法確定提取城市建成區(qū)閾值，并采用最大似然法分類建成區(qū)來(lái)分析城市建成區(qū)發(fā)展?fàn)顩r。Henderson等[43]基于DMSP/OLS數(shù)據(jù)，采用較高分辨率影像數(shù)據(jù)空間比較法來(lái)確定提取夜光影像提取建成區(qū)的閾值，并劃分確定了不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的城市邊界。王曉慧等[44]采用DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)，基于分區(qū)的較高分辨率數(shù)據(jù)比較法提取城鎮(zhèn)用地信息，來(lái)不斷調(diào)整確定最佳閾值，結(jié)果表明該方法增強(qiáng)了提取效率，也提高總體精度，較準(zhǔn)確地反映城鎮(zhèn)發(fā)展?fàn)顩r。經(jīng)驗(yàn)閾值法是根據(jù)前人的研究基礎(chǔ)來(lái)確定閾值，具有便捷性且易實(shí)現(xiàn)性，但受主觀意識(shí)影響，閾值確定不穩(wěn)定。突變檢測(cè)法具有較強(qiáng)的客觀性，依據(jù)夜光自身來(lái)確定閾值，無(wú)需其他輔助數(shù)據(jù)的支持，符合實(shí)際但工作量大。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比較法以政府發(fā)布的建成區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)確定閾值，操作簡(jiǎn)便，但受統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)影響，結(jié)果略有偏頗。較高分辨率影像數(shù)據(jù)比較法具有較強(qiáng)客觀性，但在大尺度區(qū)域的研究成本高且效率較低。近年來(lái)，基于閾值的影像分類法的研究方法層出不窮，比如鄰域分析法[47-49]、聚類閾值法[50-51]、最大自相關(guān)雙閾值法[52]、分層閾值法[53-54]等。此外，存在基于像元的影像分類法，比如支持向量機(jī)法[55-56]，混合像元線性分解方法[57]；還有基于采樣的影像分類法進(jìn)行城市建成區(qū)的提取，比如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)方法[58]。綜上所述，基于夜光影像數(shù)據(jù)的城市建成區(qū)提取方法總結(jié)，如表5所示。

表5 基于夜光數(shù)據(jù)的城市建成區(qū)提取方法總結(jié)

2.2 城市群與城市體系發(fā)展監(jiān)測(cè)

夜光遙感數(shù)據(jù)不僅用來(lái)監(jiān)測(cè)、提取城市建成區(qū)，還可分析城市群的時(shí)空演化模式。城市是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，不僅關(guān)系到人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，也表征區(qū)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。城市化進(jìn)程是在時(shí)空上的區(qū)域地理形態(tài)漸變過(guò)程，也是復(fù)雜人文內(nèi)涵形成變化過(guò)程。城市群是以中心城市為核心，向周圍輻射構(gòu)成城市集合，反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)生活、城市規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的相互影響。國(guó)外研究中，Zhang等[59]對(duì)1992—2008年印度、中國(guó)、日本和美國(guó)的城市夜光遙感影像數(shù)據(jù)提取分類，得到其城市化的動(dòng)態(tài)圖，表明夜光影像在衡量全球城市化動(dòng)態(tài)的時(shí)空變化具有潛在性。范俊甫等[60]采用經(jīng)驗(yàn)閾值法對(duì)渤海城市群的DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，分析1992—2010年環(huán)渤海區(qū)域的空間格局，發(fā)現(xiàn)中小城市比大城市持續(xù)擴(kuò)張的速度快，核心城市與周圍衛(wèi)星城市聯(lián)通性漸增。Yu等[61]通過(guò)對(duì)夜光數(shù)據(jù)的空間聚類分析，對(duì)城市空間群進(jìn)行地理劃分，得到中國(guó)的五大城市群。Zhou等[62]利用東南亞的夜光遙感數(shù)據(jù)，研究1999—2000年其夜光數(shù)據(jù)與人口、城市規(guī)模的定量關(guān)系，結(jié)果表明斯里蘭卡、印度和巴基斯坦的夜間燈光增長(zhǎng)速率較快，而孟加拉國(guó)和尼泊爾則較慢。

Henderson等[43]利用 DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)提取不同發(fā)展水平狀況城市的城市范圍，如舊金山、北京和拉薩等城市，證明DMSP/OLS數(shù)據(jù)可應(yīng)于城市區(qū)域提取。一些學(xué)者通過(guò)融合多源的遙感數(shù)據(jù)來(lái)解決 DMSP/OLS 夜光數(shù)據(jù)的飽和現(xiàn)象問題，提高提取精度，如融合遙感植被指數(shù)[63]、地表溫度[64]或更高空間分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)[65]。相較于 DMSP/OLS 夜光數(shù)據(jù)，新一代的NPP/VIIRS夜光數(shù)據(jù)克服了DMSP/OLS數(shù)據(jù)的一些限制，采用星上定標(biāo)來(lái)保證探測(cè)地球表面極低亮度光線的能力。Shi等[66]利用 NPP/VIIRS 數(shù)據(jù)提取了中國(guó)12個(gè)城市的城市建成區(qū)，并證明NPP/VIIRS數(shù)據(jù)提取精度優(yōu)于 DMSP/OLS；Chen等[67]采用 NPP/VIIRS數(shù)據(jù)獲取上海市 33 個(gè)城市核心區(qū)，并保留更多的城市地表細(xì)節(jié)，可為城市土地遙感監(jiān)測(cè)提供更精確數(shù)據(jù)來(lái)源。

夜光遙感數(shù)據(jù)不僅廣泛地應(yīng)用于城市群研究，在城市體系也得到逐步發(fā)展研究。城市體系是以中心城市為核心，在一定地理空間區(qū)域范圍內(nèi)不同性質(zhì)、規(guī)模和類型的城市相互聯(lián)系、相互作用的城鎮(zhèn)體系。張超等[68]基于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶1996—2010年城市夜間燈光數(shù)據(jù)分析其空間結(jié)構(gòu)，得出城市體系由數(shù)量增長(zhǎng)向規(guī)模擴(kuò)張轉(zhuǎn)變。Li等[69]提出了一種基于遺傳算法的城市群自動(dòng)閾值(GA-UCAT)方法確定最優(yōu)閾值，通過(guò)整合VIIRS DNB、MODIS及Landsat-8 OLI數(shù)據(jù)，定性定量檢測(cè)城市化動(dòng)態(tài)(OA=0.854和Kappa=0.699)，最終可準(zhǔn)確高效地監(jiān)測(cè)城市化進(jìn)程。Zhong等[70]以鄱陽(yáng)湖為區(qū)域，結(jié)合DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)、土地使用數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，基于輔助數(shù)據(jù)比較法選取最優(yōu)閾值，應(yīng)用時(shí)空模式分析，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)偏差橢圓(SDEO模型)得到土地?cái)U(kuò)展重心由西南向東北偏移，經(jīng)濟(jì)空間快速發(fā)展。

Li等[71]采用Luojia 1-01 數(shù)據(jù)與NPP/VIIRS數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算人類住區(qū)指數(shù)(HSI)、簡(jiǎn)單閾值分割(STS)和SVM監(jiān)督分類這3種方法來(lái)提取城市區(qū)域。得出采用Luojia 1-01數(shù)據(jù)的HSI方法提取城市區(qū)域的效果最佳，其Kappa系數(shù)值最大，達(dá)到0.834。研究結(jié)果表明，采用Luojia 1-01夜間燈光數(shù)據(jù)可提高城市區(qū)域的提取精度，且誤數(shù)據(jù)具有更高的分辨率和更豐富的空間信息，比前人得到更好的提取與識(shí)別結(jié)果。

Ou等[72]首次對(duì)Luojia 1-01夜光數(shù)據(jù)容量進(jìn)行調(diào)查并提取不透水表面的范圍和程度。主要以北京、上海和廣州這3個(gè)城市為研究對(duì)象，采用動(dòng)態(tài)閾值分割方法，從NPP/VIIRS和Luojia 1-01 2種類型的夜光數(shù)據(jù)中提取了不透水面積空間范圍。研究得出Luojia 1-01數(shù)據(jù)具有空間分辨率更高、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)，比NPP/VIIRS數(shù)據(jù)能更精確地繪制出不透水面的空間范圍。結(jié)果表明：對(duì)于不透水面積的空間范圍，Luojia 1-01夜光影像是一種具有潛力和應(yīng)用前景的遙感影像數(shù)據(jù)源，但其難以準(zhǔn)確估計(jì)其不透水的程度。將來(lái)的研究可通過(guò)聯(lián)合Luojia 1-01數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)來(lái)改善不透性估計(jì)程度的準(zhǔn)確性。

2.3 城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)的監(jiān)測(cè)

城市加速發(fā)展會(huì)帶來(lái)一系列生態(tài)環(huán)境破壞問題。因此，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，努力實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。夜光遙感數(shù)據(jù)可快速、有效、長(zhǎng)時(shí)段地監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境，為優(yōu)化城市土地利用格局和防范生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供重要數(shù)據(jù)支撐。

Imhoff等[73]應(yīng)用1994—1995年夜光結(jié)合普查數(shù)據(jù)和數(shù)字土壤，分析城市化帶來(lái)的生態(tài)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)城市化對(duì)土地的初級(jí)生產(chǎn)力具有削弱的影響。Milesi等[37]基于MODIS數(shù)據(jù)、土地覆蓋圖和夜光數(shù)據(jù)，構(gòu)建光能利用模型，選擇凈初級(jí)生產(chǎn)力(net primary productivity，NPP)指標(biāo)來(lái)研究城市化進(jìn)程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，得到分辨率1 km×1 km的土地覆蓋圖及城市空間擴(kuò)展圖，發(fā)現(xiàn)城市擴(kuò)張會(huì)導(dǎo)致植物初級(jí)生產(chǎn)力下降，表明夜光結(jié)合NPP可對(duì)生態(tài)環(huán)境快速評(píng)估。彭建等[74]綜合利用DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)、SPOT/VGT數(shù)據(jù)，基于閾值分割法可快速識(shí)別生態(tài)用地，精度達(dá)到85.64%，有效地彌補(bǔ)了單一的數(shù)據(jù)源進(jìn)行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的不足。董晨煒等[75]運(yùn)用夜光數(shù)據(jù)，結(jié)合MODIS NDVI數(shù)據(jù)，以NDVI均值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)2007—2013年的環(huán)杭州灣區(qū)域的城市NDVI均值變小，而城市建成區(qū)的植被狀況變差，表明夜光數(shù)據(jù)結(jié)合NDVI數(shù)據(jù)可反演城市植被覆蓋情況。喬旭寧等[76]結(jié)合DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)和MODIS17A3數(shù)據(jù)，基于一元線性趨勢(shì)法構(gòu)建熱點(diǎn)分析模型研究太湖流域人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，發(fā)現(xiàn)在2000—2010年間的年均NPP變化范圍是388.79～452.54 gCm-2a-1，土地轉(zhuǎn)型導(dǎo)致城市擴(kuò)張使得植被NPP呈波動(dòng)下降。

此外，夜光影像數(shù)據(jù)也應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境方面監(jiān)測(cè)。比如，Duan等[77]利用NPP/VIIRS數(shù)據(jù)可監(jiān)測(cè)洪澤湖非法采砂對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的不利影響，解決了夜間砂船非法采砂的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的失效，得出NPP/VIIRS數(shù)據(jù)可有效地反映挖沙船的時(shí)空分布，可監(jiān)測(cè)非法挖沙活動(dòng)，較好地應(yīng)用于洪澤湖的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)。廖李紅等[78]基于DMSP/OLS數(shù)據(jù)和Landsat遙感數(shù)據(jù)，構(gòu)建表征城市化與生態(tài)環(huán)境的夜光指數(shù)，采用城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度模型，結(jié)果表明晉江市的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)性較高。黃隆楊等[79]利用夜間燈光數(shù)據(jù)和土地利用類型構(gòu)建最小累積阻力模型(MCR)，最終得出水生廊道貫穿市域呈雙十字型構(gòu)架，陸生廊道在外圍呈環(huán)狀分布，呈環(huán)狀分布在市域四周，整體上呈現(xiàn)出“四橫三縱”的空間格局，量化了生態(tài)格局為相關(guān)的城市空間規(guī)劃提供支撐。此外，在生態(tài)環(huán)境損失與污染調(diào)查中，李景剛等[80]基于NDVI指數(shù)，結(jié)合多種地理遙感空間數(shù)據(jù)(如DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)、SPOT/VGT時(shí)間序列數(shù)據(jù))來(lái)構(gòu)建半定量化模型，可快速評(píng)估城市擴(kuò)建中生態(tài)損失。Jiang等[81]首次采用Luojia 1-01夜光遙感數(shù)據(jù)用于調(diào)查人工光污染的研究，表明Luojia 1-01夜光數(shù)據(jù)可獲取更精細(xì)的人工空間細(xì)節(jié)夜間光線，并得出在機(jī)場(chǎng)、街道和商業(yè)服務(wù)區(qū)域的人工光污染的程度較大。

3 重大事件評(píng)估

夜光遙感數(shù)據(jù)可估算社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，當(dāng)發(fā)生重大事件時(shí)，經(jīng)濟(jì)參數(shù)會(huì)隨之變動(dòng)，而重大事件尤其是自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，需要及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行災(zāi)損評(píng)估，而傳統(tǒng)的調(diào)查耗時(shí)長(zhǎng)、精度差且存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性。近年來(lái)，越來(lái)越多的新型夜光遙感數(shù)據(jù)用于自然災(zāi)害的快速評(píng)估及應(yīng)用研究，夜光遙感數(shù)據(jù)的變化在一定程度上能夠反映重大自然災(zāi)害對(duì)災(zāi)區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響。

3.1 自然災(zāi)害評(píng)估

氣候變幻異常導(dǎo)致自然災(zāi)害頻發(fā)，不僅影響人類生產(chǎn)和生活，也阻礙可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。因此，地震、臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)等自然災(zāi)害的快速評(píng)估亟待發(fā)展?？焖儆行У剡M(jìn)行災(zāi)損評(píng)估是降低災(zāi)后經(jīng)濟(jì)損失和應(yīng)急救援的重要措施，也是災(zāi)后重建科學(xué)決策的重要依據(jù)。

Hayashi等[82]應(yīng)用DMSP/OLS影像數(shù)據(jù)對(duì)1999年土耳其科卡耶利地震和臺(tái)灣吉吉地震的震區(qū)進(jìn)行了估算，發(fā)現(xiàn)夜光影像監(jiān)測(cè)到的損失與真實(shí)報(bào)道的損傷情況吻合較好。Kohiyama等[83]基于顯著性檢驗(yàn)的GES(BTI)方法和時(shí)間序列圖像(TSI)方法，在2001年西印度地震災(zāi)害評(píng)估中，TSI方法其結(jié)果可很好地識(shí)別出災(zāi)后損傷區(qū)域。劉雙慶[84]以強(qiáng)地震為研究對(duì)象，基于夜光數(shù)據(jù)與人口統(tǒng)計(jì)的關(guān)系模型構(gòu)建地震生命易損性模型分析災(zāi)損情況，得出理論與實(shí)際結(jié)果在一定誤差范圍內(nèi)具有可行性。Cole等[85]基于NPP/VIIRS數(shù)據(jù)，結(jié)合斷電數(shù)據(jù)和人口統(tǒng)計(jì)制作了一種斷電產(chǎn)品，可進(jìn)行颶風(fēng)“桑迪”停電預(yù)測(cè)及估計(jì)斷電量大小。Zheng等[86]采用NPP/VIIRS夜光遙感日數(shù)據(jù)對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害進(jìn)行快速評(píng)估，提出受影響人口計(jì)算方法并得出災(zāi)后受影響人口提取的準(zhǔn)確率為83.2%，可得NPP/VIIRS日數(shù)據(jù)對(duì)于提取臺(tái)風(fēng)造成的受影響人口是有效；同時(shí)提取災(zāi)后受影響區(qū)域及受影響人口的時(shí)空分布和受影響程度，可為政府制定應(yīng)急救援管理措施快速提供決策數(shù)據(jù)支撐。

張寶軍[87]基于DMSP/OLS夜光遙感數(shù)據(jù)，以汶川地震重災(zāi)區(qū)為研究區(qū)域，探索夜光數(shù)據(jù)與災(zāi)損狀況的相關(guān)性，研究結(jié)果表明，災(zāi)后夜光影像的亮度情況和亮度值減少的大小與災(zāi)后的受影響人口數(shù)及受影響建筑面積等災(zāi)情指標(biāo)存在較顯著的相關(guān)性。李鋼[88]采用精度較高的NPP/VIIRS夜光遙感數(shù)據(jù)對(duì)GDP空間化進(jìn)行模擬，并構(gòu)建包含GDP數(shù)據(jù)、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)之間的經(jīng)濟(jì)損失模型，結(jié)果表明，臺(tái)風(fēng)災(zāi)害過(guò)程的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與經(jīng)濟(jì)損失指數(shù)具有很高的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.866，具有較好的可行性。

3.2 其他重大事故評(píng)估

夜光遙感數(shù)據(jù)不僅能監(jiān)測(cè)評(píng)估自然災(zāi)害，還可用于評(píng)估其他重大事故及人道主義災(zāi)難。比如在火災(zāi)方面，Badarinath等[89]、Chand等[90]、Elvidge等[91]描述DMSP/OLS夜光數(shù)據(jù)在巴西、印度北安查爾邦、喀拉拉邦森林火災(zāi)探測(cè)和監(jiān)測(cè)方面，夜光數(shù)據(jù)和火災(zāi)表現(xiàn)出高度的相關(guān)性。在強(qiáng)風(fēng)暴方面，Cao等[92]采用NPP/VIIRS夜光數(shù)據(jù)研究華盛頓颶風(fēng)“桑迪”所帶來(lái)的電力中斷，通過(guò)與電力公司的實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)比核對(duì)，證明NPP/VIIRS夜光數(shù)據(jù)能夠定量統(tǒng)計(jì)颶風(fēng)造成的損失。在洪澇方面，莫建飛等[93]利用夜光數(shù)據(jù)與社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，應(yīng)用GIS技術(shù)構(gòu)建廣西流域洪澇社會(huì)經(jīng)濟(jì)暴露度模型，并獲得洪澇人口數(shù)量和GDP格網(wǎng)圖，表明夜光影像數(shù)據(jù)在洪澇評(píng)估具有一定的可行性。在戰(zhàn)爭(zhēng)方面，Li等[94]研究夜光影像在敘利亞危機(jī)的人道主義災(zāi)難方面的時(shí)空洞察力，獲得了傳統(tǒng)方式難以獲知的時(shí)空分布信息，結(jié)果表明夜光遙感數(shù)據(jù)可作為監(jiān)測(cè)人道主義危機(jī)的可靠數(shù)據(jù)源[95]。

4 結(jié)束語(yǔ)

4.1 應(yīng)用評(píng)述

隨著科技的不斷進(jìn)步，在經(jīng)濟(jì)全球化背景下，夜光遙感數(shù)據(jù)可用性逐漸增強(qiáng)，夜光遙感數(shù)據(jù)的共享性使其在不同領(lǐng)域應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)：穩(wěn)定夜光數(shù)據(jù)，每日和每月的夜光數(shù)據(jù)集，主要是DMSP/OLS和NPP/VIIRS數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)的處理應(yīng)用、空間化信息提取分析、空間數(shù)據(jù)挖掘等，被廣泛用于人口空間化分析、能源消耗估算等社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)分析評(píng)估、城市建成區(qū)提取和自然災(zāi)害評(píng)估等研究熱點(diǎn)主題。

近年來(lái)，夜間燈光遙感數(shù)據(jù)可用性不斷加強(qiáng)，由遙感科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等社會(huì)科學(xué)逐步向生態(tài)學(xué)、物理學(xué)等自然科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展?jié)B透。雖然基于夜光遙感數(shù)據(jù)研究在深度和廣度均有諸多進(jìn)展，但仍存一定的局限性。

1)夜光遙感數(shù)據(jù)本身的缺陷阻礙和削弱了其在定量分析中的準(zhǔn)確性。具體表現(xiàn)在：DMSP/OLS數(shù)據(jù)擁有較長(zhǎng)的時(shí)間跨度，但分辨率較低且存在輻射飽和導(dǎo)致定量化精度不高，存在一定的誤差，且由于區(qū)域間社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平、發(fā)展程度差異，導(dǎo)致在采用DMSP/OLS數(shù)據(jù)時(shí)需分區(qū)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)(非機(jī)理性)，在一定程度上限制夜光遙感數(shù)據(jù)精細(xì)化應(yīng)用。

而NPP/VIIRS數(shù)據(jù)在2012年才有數(shù)據(jù)相繼發(fā)布，由于其分辨率較高，使得NPP/VIIRS數(shù)據(jù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相關(guān)性更高，其模擬社會(huì)經(jīng)濟(jì)參量的殘差小于DMSP/OLS數(shù)據(jù)[96]。NPP/VIIRS 數(shù)據(jù)在輻射飽和、空間分辨率有顯著的提升，但是卻存在背景噪聲、數(shù)據(jù)時(shí)間跨度較短等不足。

學(xué)者們針對(duì)這些問題也積極開展多方面的努力，在一定程度彌補(bǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量缺陷帶來(lái)的干擾，但還是不可避免地會(huì)削弱定量分析的準(zhǔn)確性和結(jié)論可靠性。今后可獲取更高空間分辨率和時(shí)間分辨率的夜間燈光影像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理空間國(guó)情和社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)的監(jiān)測(cè)評(píng)估。

2)夜光遙感數(shù)據(jù)受不同經(jīng)濟(jì)狀況及大氣云層氣候局限性影響。主要表現(xiàn)在：夜光遙感數(shù)據(jù)反演社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)更適用于城市和發(fā)達(dá)農(nóng)村的夜光強(qiáng)度相對(duì)較高的區(qū)域。在農(nóng)村山區(qū)或小村莊里的住宅分布稀疏，基礎(chǔ)設(shè)施和商業(yè)設(shè)施較分散且不發(fā)達(dá)，夜間光線較少，遙感衛(wèi)星較難探測(cè)到地面光線數(shù)據(jù)。

大氣云層氣候局限性主要是暴雨和較厚的云層的氣象，影響夜光遙感數(shù)據(jù)的圖像質(zhì)量，大量降水會(huì)引起地表反射率的變化。此外，夜間燈光數(shù)據(jù)不適合大氣校正，特別應(yīng)考慮氣溶膠散射人工光，可降低檢測(cè)到的夜間燈光數(shù)據(jù)這一事實(shí)[86]。

3)基于夜光遙感的研究目前還局限于全球、國(guó)家、市級(jí)城市尺度及市級(jí)城市內(nèi)部小尺度研究應(yīng)用，且夜光遙感數(shù)據(jù)在城市化研究大部分還停留在建成區(qū)識(shí)別、區(qū)域經(jīng)濟(jì)、人口相關(guān)性分析等區(qū)域尺度；而在城市內(nèi)部尺度的燈光概率分布、城市內(nèi)部發(fā)展特征的研究相對(duì)不足，尤其針對(duì)大型工程項(xiàng)目監(jiān)測(cè)和局部尺度的監(jiān)管尚處于空缺階段，迫切需要發(fā)掘新型夜光遙感數(shù)據(jù)的潛力以拓展新尺度的科學(xué)研究和應(yīng)用實(shí)踐。

此外，針對(duì)不同的研究區(qū)域需要選擇合適的空間尺度，來(lái)提高研究結(jié)果的可靠性。對(duì)不同的研究區(qū)可充分考慮文化因素的影響，如城市和農(nóng)村電力消費(fèi)習(xí)慣之間的差異、民族風(fēng)俗等可被充分考慮。因此，要完整地考慮研究區(qū)域的概況，來(lái)確定合適的空間尺度和模型進(jìn)行分析以得到更準(zhǔn)確的研究成果。

4)夜光遙感數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于人口、經(jīng)濟(jì)參數(shù)評(píng)估、城市擴(kuò)張范圍識(shí)別、能源消耗估算等區(qū)域尺度，但在城市內(nèi)部特征的多要素提取、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估方面的研究相對(duì)不足，需要擴(kuò)展新的研究領(lǐng)域。此外，目前利用夜光遙感數(shù)據(jù)開展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)研究中，夜光遙感數(shù)據(jù)充當(dāng)?shù)氖且环N輔助數(shù)據(jù)，研究中缺乏對(duì)區(qū)域燈光差異的地表真實(shí)情況的對(duì)比分析。今后，可采用夜光遙感數(shù)據(jù)結(jié)合高分辨率遙感數(shù)據(jù)等方式對(duì)各個(gè)領(lǐng)域開展更加精細(xì)的、定量化的分析研究。

4.2 展望

夜光遙感數(shù)據(jù)可為空間尺度的研究提供快捷有效的數(shù)據(jù)源，夜光數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)與城市化進(jìn)程等研究，如人口空間化、GDP統(tǒng)計(jì)、電力能源消耗估算等社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)估計(jì)；城市建成區(qū)提取、城市群和城市體系發(fā)展監(jiān)測(cè)、城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)影響的監(jiān)測(cè)等城市化進(jìn)程監(jiān)測(cè)分析。然而，由于受夜光數(shù)據(jù)自身的存在的局限性影響，仍需研究新的數(shù)據(jù)處理方法。未來(lái)發(fā)展主要有以下幾個(gè)方面：研究發(fā)展新型數(shù)據(jù)源；多源數(shù)據(jù)結(jié)合，提高數(shù)據(jù)反演精度；優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法，進(jìn)行知識(shí)深度挖掘；注重多學(xué)科交叉融合來(lái)擴(kuò)展研究領(lǐng)域。

1)新型數(shù)據(jù)源。夜光遙感的數(shù)據(jù)集將由單一的DMSP/OLS數(shù)據(jù)發(fā)展為更高的空間分辨率和更寬輻射范圍的數(shù)據(jù)源。如新一代的NPP/VIIRS夜光影像，其空間分辨率為742 m，以及最新成功發(fā)射地中國(guó)新型的“珞珈一號(hào)”夜光影像的空間分辨率高達(dá)130 m。與NPP/VIIRS夜光數(shù)據(jù)相比，“珞珈一號(hào)”夜光數(shù)據(jù)具有更高空間分辨率，將為社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)等評(píng)估提供更加精確的、定量化的數(shù)據(jù)支撐。未來(lái)，可發(fā)展更多更高空間分辨率和更高質(zhì)量的夜光影像數(shù)據(jù)。

2)多源數(shù)據(jù)結(jié)合。與多源數(shù)據(jù)結(jié)合應(yīng)用，更好地發(fā)揮夜光數(shù)據(jù)在各種領(lǐng)域的深入應(yīng)用；夜光遙感影像數(shù)據(jù)可結(jié)合日間遙感影像、高分辨率影像數(shù)據(jù)、地表溫度數(shù)據(jù)、遙感植被指數(shù)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)及社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等進(jìn)行宏觀社會(huì)經(jīng)濟(jì)等參數(shù)評(píng)估的知識(shí)發(fā)現(xiàn)，加速促進(jìn)夜光遙感應(yīng)用發(fā)展和其他相關(guān)研究。多源數(shù)據(jù)聯(lián)合應(yīng)用將成為未來(lái)研究趨勢(shì)。

3)知識(shí)深度挖掘。夜光遙感數(shù)據(jù)研究將更加側(cè)重于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，通過(guò)優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法，來(lái)提升已有研究成果進(jìn)行知識(shí)深度挖掘，而不是僅僅對(duì)已有的結(jié)論和觀點(diǎn)的重新論證。夜光遙感數(shù)據(jù)將由定性討論逐漸走向定量分析，尤其在各尺度的社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)估算和生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域研究中，夜光遙感數(shù)據(jù)具有其他數(shù)據(jù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)采用地面觀測(cè)數(shù)據(jù)與空中衛(wèi)星數(shù)據(jù)的“地空”一體化的方式，能夠?qū)⒁构膺b感數(shù)據(jù)的空間化信息更加精確地展示出來(lái)。因此，通過(guò)對(duì)夜光遙感數(shù)據(jù)的知識(shí)深度挖掘，可增強(qiáng)國(guó)家及城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的監(jiān)測(cè)估算能力和提高其監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。

4)注重學(xué)科滲透融合。學(xué)科交叉融合應(yīng)可用來(lái)拓展新的研究領(lǐng)域，自然地理學(xué)、應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)及社會(huì)學(xué)等不同學(xué)科的結(jié)合研究交流也將成為研究熱點(diǎn)。不同學(xué)科思想的碰撞擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域，與各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合對(duì)比分析，可將夜光遙感數(shù)據(jù)逐步走向精細(xì)化的研究，準(zhǔn)確反映空間信息分布，有助于數(shù)據(jù)挖掘，能夠快速獲取全國(guó)及全世界范圍內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)信息，可用來(lái)快速、大范圍地進(jìn)行地理國(guó)情及世情狀況的監(jiān)測(cè)。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，夜光遙感數(shù)據(jù)將結(jié)合不同學(xué)科領(lǐng)域，在監(jiān)測(cè)人類社會(huì)活動(dòng)方面發(fā)揮重要的作用，并在地理國(guó)情和世情監(jiān)測(cè)、自然科學(xué)及社會(huì)科學(xué)等領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。