还有“夜光遥感”这种操作？怎么用？
2017/7/5 中科院之声
“一带一路”战略区横跨欧亚非三大陆，拥有世界人口的75%、财富总量的60%和化石能源的75%，是全球化发展的地缘大战略。该战略具有地理空间辽阔、自然环境复杂和经济差异显著等特点，因此，在推进该战略实施过程中空间信息辅助决策十分关键。
图1 “一带一路”地理特点与对地观测技术关联
在遥感空间信息获取中，夜光遥感是遥感领域发展活跃的一个分支，相比于传统的光学和雷达遥感卫星，夜光遥感是获取无云条件下地表发射的可见光-近红外电磁波信息。这些信息大部分由地表人类活动发出，其中最主要的是人类夜间灯光照明，同时也包括石油天然气燃烧、海上渔船、森林火灾以及火山爆发等来源。相比于普通的遥感卫星影像，夜光遥感影像更直接反映人类活动，因此，被广泛应用于社会经济参量估算、城市监测、重大事件变革、生态环境评估以及公共健康等领域。
“一带一路”战略是国家和区域经济协同发展战略，着眼资源保障、经济发展、生态环境和人居发展等现实需求，夜光遥感特质能够契合其多项现实应用需求。因此，夜光遥感在“一带一路”战略中具有巨大的应用潜力，如在油气开采时空信息挖掘、社会经济参数估算、生态环境评估、城市化过程重建等方面。
图2 “一带一路”路线和主要城市节点示意图
应用一：油气开采时空信息挖掘
1973年，Croft最早利用夜光遥感监测油田废气燃烧，首次证实了夜光遥感能够用于开展油气开采时空信息的识别。由于油气燃烧所产生的温度范围为1500k到3000k，辐射亮温远高于照明灯光和燃烧火点，这样在夜光遥感影像中油气燃烧产生的亮光尤其突出，据此可利用夜光遥感实现油气开采信息挖掘。
目前，夜光遥感全球火点检测产品已共享(https://ngdc.noaa.gov/eog/viirs/download_viirs_fire.html)。图3是美国SkyTruth机构(http://skytruth.org/viirs/)利用VIIRS影像监测全球油气火点，对比两个时期监测结果，2015年油气开采强度明显低于2016年，并且2016年监测结果直观反映油气开采的热点区域。
图3 夜光遥感油气监测
应用二：社会经济参量估算
由于“一带一路”沿线涉及65个国家，各国家经济发展水平具有显著差异，因此评估沿线国家社会经济状况对于“一带一路”投资和建设具有重要意义。目前，大多数国家均是根据本国需要制定社会经济参量统计口径，并依据行政范围统计汇总社会经济参量，缺乏时效性和空间细节信息，而且不利于国家之间直接对比。
夜光遥感与人类活动高度关联，同时具有高时空分辨率特点，能够极大提高社会经济参量估算精度和制图效率。图4是2000年、2005年和2010年“一带一路”沿线国家GDP和夜光遥感总值(TNL)线性回归关系，表明夜光遥感总值与GDP较强相关性，将来可利用夜光遥感影像进一步估算该区域国民生产总值、人口分布、能源消耗、二氧化碳排放、贫困度、货运量等关键社会经济参量，有助于宏观了解沿线国家社会经济发展历程和现状，为制定投资规划和开展经济合作提供信息支撑。
图4 “一带一路”沿线国家夜光遥感总值(TNL)与GDP线性回归
应用三：生态环境评估
“一带一路”分为陆上丝绸之路和海上丝绸之路，陆上丝绸之路沿线国家和地区包含大面积沙漠和戈壁，年降水量小，水资源贫乏，生态环境脆弱，人居环境相对恶劣，制约了沿线国家经济发展。海上丝绸之路由于对海洋资源的争夺和过度开发，导致渔业资源贫乏、珊瑚礁白化以及海水污染，严重威胁海洋生态系统可持续发展，因此开展该区域生态环境评估研究至关重要。经济发展驱动下的城市扩展带来了耕地侵占、植被破坏以及地表覆盖快速变化等生态问题，而夜光遥感可作为监测城市扩展最便捷的数据。因此，以夜光遥感影像作为主要数据源，综合其他如植被、土壤侵蚀以及土地覆盖等遥感数据，能够快速估算该区域生态环境服务价值(如图5)，精准评估光污染、高效捕捉海上渔业捕捞活动、定量评估珊瑚礁生态脆弱区人类活动影响。
图5 “一带一路”沿线国家生态经济价值评估(a: 2000年，b: 2005年，c: 2010年)
应用四：城市化过程重建
目前，DMSP/OLS是全球最长时间序列(1992年-2013年)的夜光遥感影像，校正后能够达到较高的时空一致性，能够进行长时间序列对比。此外，新一代夜光遥感数据NPP-VIIRS具有更高空间分辨率和辐射分辨率，是DMSP/OLS一种延续数据，可以用来重建过去沿线国家城市化过程，三期DMSP/OLS夜光遥感影像合成“一带一路”地区夜光遥感图(如图6)。白色表示夜光灯光不变区，红色表示夜间灯光扩展区，蓝色和绿色表示夜间灯光下降区，从该图可以看出，日本和西欧发到国家夜间灯光较稳定，而中国、印度以及东欧发展中国家夜间灯光呈明显增长趋势。因此，利用夜光遥感可直观反映城市化空间扩展过程，有助于分析城市群和城市空间结构演化规律。
图6 “一带一路”夜光遥感影像合成图
“一带一路”战略涉及多个学科领域，既要有综合宏观的战略顶层设计，也要有精确客观的信息技术保障。对地观测科学能够为“一带一路”战略提供丰富空间信息支撑，夜光遥感作为对地观测科学中一个新兴分支领域，更是能以独特视角对地表人类活动规律进行深刻认知。
相关研究成果发表在《中国科学院大学学报》上，作者江威、何国金、彭燕、王桂周、王猛猛。
来源：中国科学院遥感与数字地球研究所
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