測繪科學(xué)技術(shù)

基于夜光遙感影像的“一帶一路”沿線國家城市發(fā)展時空格局分析

李德仁，余涵若，李熙

摘要：目的：“一帶一路”國家戰(zhàn)略使亞、歐、非各國形成命運共同體，沿線國家的發(fā)展逐漸成為社會關(guān)注的熱點。了解這些國家與區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展、社會動態(tài)信息有利于中國進行經(jīng)濟戰(zhàn)略部署。本文利用1993—2012年的DMSP/OLS夜間燈光影像數(shù)據(jù)，對“一帶一路”沿線國家進行夜光規(guī)模分布與動態(tài)研究，從空間內(nèi)部對城市夜間燈光整體空間格局變化和時空演化特征進行探究。方法：首先對“一帶一路”沿線國家和地區(qū)1993—2012年夜間燈光總量與增量進行統(tǒng)計性研究，分析各國家和地區(qū)夜間燈光變化異同。其次，對沿線不同國家和地區(qū)夜間燈光的空間分布及時空演化過程進行分析，得出“一帶一路”區(qū)域夜間燈光整體演化方向。關(guān)于燈光整體演化方向研究主要利用標準差橢圓法，該方法已被應(yīng)用于城市問題、經(jīng)濟空間格局等領(lǐng)域，用于定量解釋地理要素空間分布的中心性、方向性、空間形態(tài)等特征。最后，利用城市位序-規(guī)模法則對“一帶一路”整體區(qū)域和中國的夜光規(guī)模分布空間形態(tài)以及時空演化特征進行探究。結(jié)果：夜間燈光總量和增量分析表明，“一帶一路”區(qū)域內(nèi)國家夜間燈光增長超過50%，增長顯著；經(jīng)濟改革快速發(fā)展的國家，和經(jīng)歷過戰(zhàn)亂之后快速進入和平的國家燈光增長最為突出，烏克蘭等經(jīng)濟動蕩的地區(qū)燈光總量呈現(xiàn)負增長；中國和印度對燈光增長的貢獻最大，分別占燈光增量的38.37%和19.54%；中國、西亞和非洲區(qū)域和南亞區(qū)域燈光增長占比最大，中亞地區(qū)和俄羅斯地區(qū)呈現(xiàn)負增長趨勢。標準差橢圓分析表明，“一帶一路”城市夜間燈光空間分布由西向東，由南向北演化，呈現(xiàn)出西（略偏北）—東（略偏南）的格局；標準差橢圓長軸沿東西方向伸縮幅度較大，表明中國、東南亞地區(qū)對“一帶一路”城市體系空間規(guī)模東西向拉動作用較強；分區(qū)域橢圓分析發(fā)現(xiàn)，中亞地區(qū)向歐洲擴張，南亞地區(qū)向印度南部收縮，東南亞地區(qū)向中南半島收縮，西亞向波斯彎略微擴散，歐洲由于烏克蘭社會經(jīng)濟動蕩向西歐收縮。城市位序-規(guī)模法則分析結(jié)果表明，“一帶一路”城市夜光規(guī)模前2000位區(qū)域符合位序-規(guī)模分布（|q|值在 1附近浮動）；1993—2012年間，“一帶一路”整體區(qū)域的城市夜光規(guī)模分布總體上比較分散，首位城市的夜間燈光壟斷性不夠突出，中小城市夜光規(guī)模數(shù)量較多并且相差不大（|q|值大部分小于1）；從長時間序列來看，|q|值呈現(xiàn)逐漸變大的趨勢，說明“一帶一路”夜光規(guī)模分布逐漸集中，大城市與特大城市的首位度增大，對周圍區(qū)域影響增強。結(jié)論：研究表明，“一帶一路”區(qū)域近 20年來呈現(xiàn)出東西軸向性、區(qū)域差異性、首位聚集性的夜間燈光時空動態(tài)變化特征。中國、南亞、東南亞的夜間燈光發(fā)展成為整個夜光規(guī)模體系演化的主導(dǎo)力量。從不同區(qū)域來看，東亞、東南亞的夜光增長總量和增長率明顯高于西部的歐洲、西亞以及呈現(xiàn)負增長的中亞地區(qū)。從區(qū)域均衡化發(fā)展來看，夜光總量增多而城市體系首位度增大，說明大城市仍有發(fā)展空間與趨勢，同時也說明中小城市急需轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化與升級。

來源出版物：武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版）, 2017, 42(6)：711-720

入選年份：2017

新型Landsat8衛(wèi)星影像的反射率和地表溫度反演

徐涵秋

摘要：目的：Landsat 8衛(wèi)星自2013年2月發(fā)射以來，其影像的定標參數(shù)經(jīng)過了不斷調(diào)整和完善，針對Landsat 8開發(fā)的各種算法也相繼問世。但是這些參數(shù)的調(diào)整和新提出的算法是否有效，迄今國內(nèi)外尚無相應(yīng)的研究涉及。因此，本文將對這些參數(shù)變化、相關(guān)算法及其應(yīng)用進行分析。方法：本次研究采用Landsat 8網(wǎng)站提供的2對位于美國西部，于 2013年 3月 29日同日過空的Landsat 7和Landsat 8的影像對，分別計算出它們的大氣頂部反射率和經(jīng)過COST模型大氣校正的反射率，并進行比較。由于2幅影像皆為同日過空影像，且前后間隔時間不到 7 min，因此大氣條件基本相同。首先采用最新的Landsat 8衛(wèi)星定標參數(shù)、算法和引入COST算法建立的大氣校正模型，對2幅Landsat 8影像的多光譜進行了處理，反演出它們的反射率，然后采用單通道算法和劈窗算法將熱紅外波段 10波段數(shù)據(jù)反演為地表溫度。由于Landsat 7 ETM+傳感器是定標精度最高的傳感器之一，其數(shù)據(jù)是經(jīng)過了嚴格定標的準確數(shù)據(jù)，可以用于檢驗Landsat 8參數(shù)調(diào)整和相關(guān)算法的有效性，因此將反演出的2幅Landsat 8影像的反射率與2幅同日過空的Landsat 7影像的反射率進行對比，以檢驗Landsat 8的定標參數(shù)和算法的有效性，而Landsat 8的地表溫度則和同步的實測地表溫度進行對比，以驗證其精度。結(jié)果：與高定標精度的Landsat 7 ETM+傳感器對比結(jié)果表明，Landsat 8多光譜數(shù)據(jù)的反射率和Landsat ETM+對應(yīng)波段的反射率很接近，二者從可見光/近紅外到中紅外的6個對應(yīng)波段的總相關(guān)系數(shù)（r）可達0.97，均值誤差僅為0.0019或1.19%。引入COST算法建立的Landsat 8大氣校正模型與Landsat 7的COST大氣校正模型的誤差更小，二者6個波段的均值誤差降為0.0013或1.18%。就單波段而言，誤差較大的是中紅外2波段，其平均誤差可達5.83%，經(jīng)COST大氣模型校正后，平均誤差降為3.63%。但是Landsat 8地表溫度反演算法有一定誤差，其中單通道算法誤差較小，誤差為 1.5～2.8℃，而劈窗算法誤差較大，誤差范圍在4.1～18.0℃之間。結(jié)論：現(xiàn)有 Landsat 8多光譜數(shù)據(jù)的定標參數(shù)和大氣頂部反射率反演算法已有很高的精度，本文引入COST算法建立的Landsat 8大氣校正模型也與Landsat 7的COST模型所獲得的結(jié)果：幾乎相同，可以用于Landsat 8影像的大氣校正。另外，Landsat 8影像大氣頂部反射率的計算已大為簡化，也不再需要ESUN等參數(shù)。鑒于TIRS 11熱紅外波段的定標參數(shù)仍不理想，特別是劈窗算法由于TIRS 11波段的定標誤差，使得所反演的地表溫度誤差太大。因此在現(xiàn)階段建議采用 SC單通道算法單獨反演 TIRS 10波段來求算地表溫度，但要注意根據(jù)大氣水汽含量的情況選用正確的大氣參數(shù)計算公式。

來源出版物：地球物理學(xué)報, 2015, 58(3)： 741-747

入選年份：2017