夜光數據簡介

1. 概述

隨着經濟社會發展，夜間照明設施逐漸普及，人類已經逐步擺脫了黑暗的夜間生活。若是從太空觀測夜間無雲時的地球，能夠發現人類聚居區和經濟帶發出奪目的光芒。鑑於夜光遙感影像的獨特魅力，著名的谷歌地球軟件(Google Earth)已經將夜光影像做爲影像層之一。公衆能夠欣賞不一樣經濟帶的夜景來比較不一樣區域的發展水平，而科學工做者能夠對這些影像進行數據挖掘從而發現社會和天然規律。相比於普通的遙感衛星影像，夜光遙感影像更多地反映人類活動，所以它在社會科學領域獲得了普遍的應用。

始於20世紀70年代的美國軍事氣象衛星計劃(defense meteorological satellite program,DMSP)的線性掃描業務系統(operational linescan system,OLS)的設計初衷是捕捉夜間雲層反射的微弱月光，從而獲取夜間雲層分佈信息，然而科學家們意外的發現DMSP/OLS能夠捕捉到無雲狀況下的夜間城鎮等發光，這就是夜光遙感的起源。

科學家利用夜光數據開展了較多社會經濟參量估算，如人口、GDP、能源消耗、碳排放、貨運量和貧困度。使用夜光遙感數據估算社會經濟參量，具備空間細節豐富、時效快和統計口徑一致等優點。

城市監測是夜光遙感的典型應用領域。因爲城鎮在夜間利用照明設施發出亮光，夜光遙感可以有效捕捉燈光輻射信息，中國遙感衛星地面站的科研人員利用夜光遙感影像可以快速重建「一帶一路」沿線國家城市化過程。利用多時相合成的「一帶一路」地區夜光遙感圖，白色表示夜間燈光不變區，紅色表示夜間燈光擴展區，藍色和綠色表示夜間燈光降低區。從該圖能夠看出，日本和西歐發達國家夜間燈光較穩定，而中國、印度以及東歐發展中國家夜間燈光呈明顯增加趨勢。利用夜光遙感可直觀反映城市化空間擴展過程，有助於分析城市羣和城市空間結構演化規律。此外，利用歷史時序數據可重建過去20年「一帶一路」沿線國家城市化發展歷程，爲沿線國家城市化規劃和區域城市網絡體系發展提供科學支撐。

中國遙感衛星地面站的科研人員還利用夜光遙感影像評估戰爭危機等。例如也門戰爭發生後，致使夜光發生驟變。經過時序夜光遙感數據挖掘分析也門戰爭先後的夜光變化，能夠發現夜光降低明顯。經過定量化分析，也門戰爭先後夜光總值減小了7成，其中降低幅度最大是在2015年3月到4月，該時間與沙特空襲也門時間（2015年3月26日開始）一致，降低區域主要位於中東部省份。經過夜光遙感可以客觀準確評估戰爭形成也門人道主義危機的範圍和程度，有助於國際社會開展援助。

2. 用途

相比於大多數白天成像的可見光衛星和雷達衛星，夜光遙感衛星經過獲取地表發射的可見光近紅外電磁波信息，主要反映的是地表人類活動情況，最主要的是人類夜間燈光照明，同時也包括石油自然氣燃燒、海上漁船燈光、森林火災以及火山爆發等來源。相比於普通的遙感衛星影像，夜光遙感可以提供以人類活動爲中心的獨特視角，可以直接揭示地表人類活動的潛在規律，所以在社會科學領域有普遍的應用。

例如，科研人員利用夜光遙感影像所直觀反映的社會經濟發展差別，進行社會經濟參量估算。利用DMSP-OLS時序夜光遙感合成全球夜光圖，其中白色亮區爲經濟發展水平較高區域，而黑色則是經濟發展水平較低或者無人類居住區。從圖上可直觀看到，北美、歐洲、印度、中國和日本的夜光亮度較大，反映出經濟發展水平較高，而南美、非洲、中亞大部分區域則處於黑暗中，總體經濟水平較低。由此，科學家利用夜光數據開展了較多社會經濟參量估算，如人口、GDP、能源消耗、碳排放、貨運量和貧困度。使用夜光遙感數據估算社會經濟參量，具備空間細節豐富、時效快和統計口徑一致等優點。

城市監測是夜光遙感的典型應用領域。因爲城鎮在夜間利用照明設施發出亮光，夜光遙感可以有效捕捉燈光輻射信息，中國遙感衛星地面站的科研人員利用夜光遙感影像可以快速重建「一帶一路」沿線國家城市化過程。利用多時相合成的「一帶一路」地區夜光遙感圖，白色表示夜間燈光不變區，紅色表示夜間燈光擴展區，藍色和綠色表示夜間燈光降低區。從該圖能夠看出，日本和西歐發達國家夜間燈光較穩定，而中國、印度以及東歐發展中國家夜間燈光呈明顯增加趨勢。利用夜光遙感可直觀反映城市化空間擴展過程，有助於分析城市羣和城市空間結構演化規律。此外，利用歷史時序數據可重建過去20年「一帶一路」沿線國家城市化發展歷程，爲沿線國家城市化規劃和區域城市網絡體系發展提供科學支撐。

中國遙感衛星地面站的科研人員還利用夜光遙感影像評估戰爭危機等。例如也門戰爭發生後，致使夜光發生驟變。經過時序夜光遙感數據挖掘分析也門戰爭先後的夜光變化，能夠發現夜光降低明顯。經過定量化分析，也門戰爭先後夜光總值減小了7成，其中降低幅度最大是在2015年3月到4月，該時間與沙特空襲也門時間（2015年3月26日開始）一致，降低區域主要位於中東部省份。經過夜光遙感可以客觀準確評估戰爭形成也門人道主義危機的範圍和程度，有助於國際社會開展援助。

其它應用研究總結：

關於夜光數據在人口方面的研究成果以下：

3. 常見數據種類

觀測平臺	所在國家	已有存檔	空間分辨率	數據可獲取性
DMSP-OLS	美國國防部	1992-2013	2700米	免費，數據豐富
NPP-VIIRS	美國	2011-今	740米	免費，數據豐富，有月底合成產品，也有每日影像
珞珈一號	中國	2018/8-今	130米	免費，數據豐富，15天遍歷全球

4. 示例數據

珞珈一號數據海南三亞的覆蓋狀況(2018/8-2019/2)，可下載，下載後圖像文件大小約25M：

珞珈一號01星夜光遙感影像全國一張圖：

該圖由武漢大學、高分辨率對地觀測系統湖北數據與應用中心共同製做，它利用2018年6月至2018年12月拍攝的全國範圍內的珞珈一號01星影像，幅寬250km共計275景，基於地面控制點生產製做，是全國130m分辨率195m定位精度的正射影像一張圖。

下面，對比一下美版2015年全球夜光數據集和中科院製做的2012~2017夜光變化檢測產品的截圖，便於你們對夜光數據有一個直觀認識。

美版局部：

中科院版局部：

與美版的相比，中科院版不只能描述夜光的明暗分佈，還能描述這五年間的變化狀況，其中黑白（灰色）是表示期間變化不大，橘色表示亮度加強，藍色表示亮度減弱。

5. 參考資料

• 李德仁院士：在夜光遙感數據中挖掘民生相關的信息
• 衛星遙感揭祕全球夜光
• 夜光遙感監測城市化
• 5年夜光遙感監測合成，中科院版全球高清夜光數據集來了！
• 歡迎訪問「火石」地球夜光產品
• 論夜光遙感數據挖掘
• 夜間燈光遙感數據下載方法
• 夜間燈光遙感數據應用綜述和展望
• 夜光遙感大數據視角下的中國城市化時空特徵
• 珞珈一號01星夜光遙感全國一張圖發佈