1、一、作品簡介3作品背景3目的3燈光飽和現(xiàn)象3去飽和方法介紹3去飽和算法4數(shù)據(jù)來源5二、作品流程5三、之處6一、作品簡介作品背景以往的區(qū)域經(jīng)濟(jì)單一且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，隨著 RS 技術(shù)與 GIS 技術(shù)的不斷發(fā)展，使可以利用對(duì)區(qū)域夜晚燈光數(shù)據(jù)的定量化分析來作為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況的參考，用以輔助經(jīng)濟(jì)。目前在此領(lǐng)域，有人曾做過中國省域的 GDP 統(tǒng)計(jì)，但是由于種種局限，導(dǎo)致無法詳細(xì)闡述燈光與經(jīng)濟(jì)情況的關(guān)系而僅僅做了GDP 與燈光強(qiáng)度的分析。本項(xiàng)目正是基于此研究的基礎(chǔ)上，利用可行性分析。的 GIS 與 RS 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與燈光數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行目的本項(xiàng)目的主要目的是為了對(duì)燈光數(shù)據(jù)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系作出判

2、斷，并對(duì)利用 GIS 與RS燈光數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的可行性進(jìn)行分析。燈光飽和現(xiàn)象在進(jìn)行夜晚燈光數(shù)據(jù)分析的過程中，DN 值是進(jìn)行建模分析的關(guān)鍵指標(biāo)，但由于 OLS 傳感器本身的缺陷，夜間燈光數(shù)據(jù)在燈光強(qiáng)度較高的城市中心會(huì)出現(xiàn)燈光飽和現(xiàn)象，即 DN 值增大到一定程度不再隨著地面燈光強(qiáng)度的增加而繼續(xù)增大的現(xiàn)象，這就是燈光飽和現(xiàn)象。在實(shí)際 應(yīng) 用中， DMSP所用的 OLS 傳感器的 可 見光 - 近紅 外波段 可10-1010-8wcm-2sr-1um-1 范圍內(nèi)輻射，數(shù)據(jù)的 DN 值區(qū)間為0,63，當(dāng)?shù)乇砜梢姽?近紅外輻射高于 10-8wcm-2sr-1um-1 時(shí)，DN 值保持為 63，不隨輻射

3、強(qiáng)度的增加而增加，因此當(dāng)存在 DN 值為 63 的點(diǎn)時(shí)，就需要考慮其是否存在燈光飽和現(xiàn)象。去飽和方法介紹燈光飽和問題不僅降低了夜間燈光數(shù)據(jù)在城市中心區(qū)的 DN 值，而且掩蓋了飽和區(qū)實(shí)際存在的燈光強(qiáng)度差異，進(jìn)而不可避免地影響到基于燈光強(qiáng)度的、經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)估算模型的精度，因此如何消除、緩解飽和問題現(xiàn)象成為近年來夜間燈光數(shù)據(jù)研究的熱點(diǎn)之一。學(xué)者們先后提出了輻射定標(biāo)和非輻射定標(biāo)兩大類方法來改進(jìn)飽和問題31-35。其中，輻射定標(biāo)方法在理論上比較完善，結(jié)果精度較高，但由于 OLS 可見光波段沒有星上定標(biāo)系統(tǒng)，定標(biāo)算法比較復(fù)雜，需要大量的數(shù)據(jù)作為支撐，目前只有 NGDC 開發(fā)了一些特定時(shí)段的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

4、為了彌補(bǔ)這一，Letu 等人33提出了一種非輻射定標(biāo)方法，即基于統(tǒng)計(jì)回歸來恢復(fù)行政單元尺度的燈光強(qiáng)度，其之處在于難以體現(xiàn)飽和區(qū)燈光強(qiáng)度的差異；隨后，Letu34等改進(jìn)了這一，利用 1999 年穩(wěn)定燈光數(shù)據(jù)與 1996-1997 年輻射定標(biāo)燈光數(shù)據(jù)的非飽和部分，通過線性回歸的方法對(duì) 1999 年夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行了糾正，最終恢復(fù)了飽和區(qū)像元尺度的燈光強(qiáng)度。但是，該方法假設(shè)飽和像元的實(shí)際 DN 值在 1996-1999幾乎等）或許不發(fā)生變化，這一假設(shè)在水平較高、發(fā)展平穩(wěn)的地方（如、英國、適用，但對(duì)進(jìn)展較快的國家（如中國、等）而言，難以得到保證。此外，中關(guān)于穩(wěn)定燈光數(shù)據(jù)的提取方法稍顯復(fù)雜，不太容易推廣

5、。考慮到植被與人類活動(dòng)具有負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)（即城心區(qū)人類非農(nóng)活動(dòng)強(qiáng)度高，植被覆蓋一般相應(yīng)較少；而在鄉(xiāng)村，人類非農(nóng)活動(dòng)強(qiáng)度較低，植被覆蓋較多）36-39，Zhang35等人提出了基于 NDVI 修正燈光飽和的城市燈光指標(biāo) VANUI（Vegeion Adjusted NTLUrban Index）。VANUI 雖未實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定標(biāo)，但易于計(jì)算，在歷史悠久、發(fā)展速度較為平緩、發(fā)展模式較為穩(wěn)定的城市區(qū)域（如舊金山、紐約、敦、東京等），可以較好地凸顯城市中心區(qū)燈光強(qiáng)度的空間差異，為緩解燈光強(qiáng)度的飽和提供了一個(gè)較好的研究思路。但這一方法也存在一些，例如將 VANUI 應(yīng)用于進(jìn)程較快的城市（如的和班加羅爾等）時(shí)飽

6、和區(qū)內(nèi)燈光強(qiáng)度的空間差異表現(xiàn)不夠明顯。造成這一結(jié)果的原因可能在于這些城市的潛在飽和區(qū)內(nèi)，植被覆蓋的差異不顯著，因此簡單地用 1-NDVI 這一系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，難以緩解 OLS 傳感器燈光強(qiáng)度的飽和、凸顯夜間燈光強(qiáng)度值的空間差異。基于上述分析，考慮到 EVI 指數(shù)可減弱土壤背景、大氣對(duì)植被指數(shù)的影響，并且可在一定程度上克服 NDVI 易飽和的的優(yōu)勢(shì)40，相對(duì) NDVI 而言具有較多去飽和算法變化趨勢(shì)，將 NTL 歸一化后，NTLnorm-EVLnorm 為歸一化后的燈光強(qiáng)度值）的差值也呈現(xiàn)出從中心區(qū)向郊外逐步遞減的趨勢(shì)，即在潛在飽和區(qū)差值較大，在郊區(qū)及鄉(xiāng)村方向上逐漸變小，并且從正值變?yōu)樨?fù)值。基于這

7、一變化特征，并考慮到 NTLnorm 與 EVI 相等時(shí)一般不存在飽和現(xiàn)象（燈光飽和現(xiàn)象多出現(xiàn)在中心城區(qū)，此時(shí) NTLnorm 為最大值 1，而中心城區(qū) EVI 值不可能為 1，因而 NTLnorm 與 EVI 相等的情況最有可能出現(xiàn)在城鄉(xiāng)過渡帶），因此以 NTLnorm 與 EVI 相等時(shí)作為基準(zhǔn)，設(shè)置此時(shí) NTL 的調(diào)整系數(shù)為 1。而 NTLnorm 大于 EVI 時(shí)，越靠近城市中心，發(fā)生飽和的概率越大，飽和的程度也越大，為了在一定程度上恢復(fù) OLS 傳感器對(duì)高強(qiáng)度燈光的響應(yīng)，達(dá)到減緩飽和，增強(qiáng) NTL 在潛在飽和區(qū)內(nèi)的空間差異的目的，設(shè)此時(shí) NTL 的調(diào)整系數(shù)大于 1；而當(dāng) NTLnor

8、m 小于 EVI 時(shí)，為了增強(qiáng)郊區(qū)和鄉(xiāng)村與中心城區(qū)燈光強(qiáng)度的差異，設(shè) NTL 的調(diào)整系數(shù)小于 1。基于這一思路，構(gòu)建式（1）所示的緩解飽和的燈光指數(shù)：（4）式中：K 為調(diào)整系數(shù)。理論上，在燈光飽和區(qū)域（NTLnorm 等于 1），當(dāng) EVI 等于 0時(shí) D 值為 1，此時(shí) K 為無窮大，顯然與實(shí)際不符。為了避免出現(xiàn)這類異常值，在分析過程中將 EVI 小于 0.01 的像元（主要為水體及水體邊緣的混合像元）通過掩模的方式排除。因此 D 的值域范圍為-1, 0.99。通過單調(diào)分析可知，K 值在區(qū)間（-,1）（1, +）單調(diào)遞增，而 D 的取值范圍屬于增區(qū)間的子區(qū)間，因此，K 值將隨著 D 值的增加

9、而增加。當(dāng) D 取值為0, 0.99時(shí)，一般位于城市中心區(qū)域，而且越靠近市中心，D 值越大，與之相對(duì)應(yīng)，調(diào)整系數(shù) K 也越來越大，而且大于 1；當(dāng)進(jìn)入潛在飽和區(qū)時(shí)（將燈光值達(dá)到最大的區(qū)域稱為潛在飽和區(qū)），NTL 取值為 1，因此，EANTLI 等于（2/EVI-1），即 EANTLI 的差異反應(yīng)在 EVI的變化中，這在一定程度上緩解了燈光強(qiáng)度的飽和；在郊區(qū)或者鄉(xiāng)村地區(qū)，D 的范圍為-1, 0，而且越遠(yuǎn)離市中心，D 越小，與之相應(yīng)，K 值也越來越小，且小于 1。當(dāng) D 等于-1 時(shí)，K 取值為 0，此時(shí) EVI 等于 1，對(duì)應(yīng)像元為高植被覆蓋區(qū)，鮮有夜間人類活動(dòng)，而 NTL 取值為 0。通過上述

10、分析可以發(fā)現(xiàn)，EANTLI 可以在一定程度上恢復(fù)潛在飽和區(qū)內(nèi)的燈光強(qiáng)度，從而緩解城市中心區(qū)域燈光強(qiáng)度的飽和，增強(qiáng)燈光強(qiáng)度的空間差異。數(shù)據(jù)來源模 型 所 需 DMSP數(shù) 據(jù)可 以 在 NASA官 網(wǎng) 上到 ，為下；所需的 EVI 植被指數(shù)數(shù)據(jù)可以在地理數(shù)據(jù)云載到為 http/，選擇 MODEV1M 中國 250M EVI 月）。產(chǎn)品（TERRA星）即可（注 2011 年數(shù)據(jù)無法二、作品流程1、準(zhǔn)備 2011 年、2012 年、2013 年中國地區(qū) DMSP 夜晚燈光影像2、省級(jí)行政邊界數(shù)據(jù) 進(jìn)行分割，保留華東六省一市（包括山東省、江蘇省、省、浙江省、江西省、福建省和市）3、利用分割好的華東地區(qū)行

11、政邊界數(shù)據(jù)分別對(duì) 2011 年、2012 年、2013 年中國地區(qū) DMSP夜晚燈光影像 進(jìn)行裁剪4、對(duì)屬性表編輯 導(dǎo)入相應(yīng)年份的 GDP 數(shù)據(jù) 再進(jìn)行整合5、利用散點(diǎn)圖分析夜晚燈光強(qiáng)度與 GDP 的關(guān)系，分析內(nèi)容包括：省級(jí) GDP 總量與省級(jí)行政區(qū)燈光強(qiáng)度總量散點(diǎn)圖省級(jí) GDP 總量與省級(jí)行政區(qū)燈光強(qiáng)度平均值散點(diǎn)圖面積 GDP 總量與省級(jí)行政區(qū)燈光強(qiáng)度平均值散點(diǎn)圖6、 建立 2013 年面積 GDP 總量與省級(jí)行政區(qū)燈光強(qiáng)度平均值的聯(lián)系，并運(yùn)用 2012 年、2013 年面積GDP 總量與省級(jí)行政區(qū)燈光強(qiáng)度平均值的數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性、之處1、數(shù)據(jù)量較小，由于時(shí)間關(guān)系，只選取了華東地區(qū)四年的 DMSP 數(shù)據(jù)，僅僅做了三