测绘科学技术

基于夜光遥感影像的“一带一路”沿线国家城市发展时空格局分析

李德仁，余涵若，李熙

摘要：目的：“一带一路”国家战略使亚、欧、非各国形成命运共同体，沿线国家的发展逐渐成为社会关注的热点。了解这些国家与区域的经济发展、社会动态信息有利于中国进行经济战略部署。本文利用1993—2012年的DMSP/OLS夜间灯光影像数据，对“一带一路”沿线国家进行夜光规模分布与动态研究，从空间内部对城市夜间灯光整体空间格局变化和时空演化特征进行探究。方法：首先对“一带一路”沿线国家和地区1993—2012年夜间灯光总量与增量进行统计性研究，分析各国家和地区夜间灯光变化异同。其次，对沿线不同国家和地区夜间灯光的空间分布及时空演化过程进行分析，得出“一带一路”区域夜间灯光整体演化方向。关于灯光整体演化方向研究主要利用标准差椭圆法，该方法已被应用于城市问题、经济空间格局等领域，用于定量解释地理要素空间分布的中心性、方向性、空间形态等特征。最后，利用城市位序-规模法则对“一带一路”整体区域和中国的夜光规模分布空间形态以及时空演化特征进行探究。结果：夜间灯光总量和增量分析表明，“一带一路”区域内国家夜间灯光增长超过50%，增长显著；经济改革快速发展的国家，和经历过战乱之后快速进入和平的国家灯光增长最为突出，乌克兰等经济动荡的地区灯光总量呈现负增长；中国和印度对灯光增长的贡献最大，分别占灯光增量的38.37%和19.54%；中国、西亚和非洲区域和南亚区域灯光增长占比最大，中亚地区和俄罗斯地区呈现负增长趋势。标准差椭圆分析表明，“一带一路”城市夜间灯光空间分布由西向东，由南向北演化，呈现出西（略偏北）—东（略偏南）的格局；标准差椭圆长轴沿东西方向伸缩幅度较大，表明中国、东南亚地区对“一带一路”城市体系空间规模东西向拉动作用较强；分区域椭圆分析发现，中亚地区向欧洲扩张，南亚地区向印度南部收缩，东南亚地区向中南半岛收缩，西亚向波斯弯略微扩散，欧洲由于乌克兰社会经济动荡向西欧收缩。城市位序-规模法则分析结果表明，“一带一路”城市夜光规模前2000位区域符合位序-规模分布（|q|值在 1附近浮动）；1993—2012年间，“一带一路”整体区域的城市夜光规模分布总体上比较分散，首位城市的夜间灯光垄断性不够突出，中小城市夜光规模数量较多并且相差不大（|q|值大部分小于1）；从长时间序列来看，|q|值呈现逐渐变大的趋势，说明“一带一路”夜光规模分布逐渐集中，大城市与特大城市的首位度增大，对周围区域影响增强。结论：研究表明，“一带一路”区域近 20年来呈现出东西轴向性、区域差异性、首位聚集性的夜间灯光时空动态变化特征。中国、南亚、东南亚的夜间灯光发展成为整个夜光规模体系演化的主导力量。从不同区域来看，东亚、东南亚的夜光增长总量和增长率明显高于西部的欧洲、西亚以及呈现负增长的中亚地区。从区域均衡化发展来看，夜光总量增多而城市体系首位度增大，说明大城市仍有发展空间与趋势，同时也说明中小城市急需转变经济增长方式，促进产业结构转化与升级。

来源出版物：武汉大学学报（信息科学版）, 2017, 42(6)：711-720

入选年份：2017

新型Landsat8卫星影像的反射率和地表温度反演

徐涵秋

摘要：目的：Landsat 8卫星自2013年2月发射以来，其影像的定标参数经过了不断调整和完善，针对Landsat 8开发的各种算法也相继问世。但是这些参数的调整和新提出的算法是否有效，迄今国内外尚无相应的研究涉及。因此，本文将对这些参数变化、相关算法及其应用进行分析。方法：本次研究采用Landsat 8网站提供的2对位于美国西部，于 2013年 3月 29日同日过空的Landsat 7和Landsat 8的影像对，分别计算出它们的大气顶部反射率和经过COST模型大气校正的反射率，并进行比较。由于2幅影像皆为同日过空影像，且前后间隔时间不到 7 min，因此大气条件基本相同。首先采用最新的Landsat 8卫星定标参数、算法和引入COST算法建立的大气校正模型，对2幅Landsat 8影像的多光谱进行了处理，反演出它们的反射率，然后采用单通道算法和劈窗算法将热红外波段 10波段数据反演为地表温度。由于Landsat 7 ETM+传感器是定标精度最高的传感器之一，其数据是经过了严格定标的准确数据，可以用于检验Landsat 8参数调整和相关算法的有效性，因此将反演出的2幅Landsat 8影像的反射率与2幅同日过空的Landsat 7影像的反射率进行对比，以检验Landsat 8的定标参数和算法的有效性，而Landsat 8的地表温度则和同步的实测地表温度进行对比，以验证其精度。结果：与高定标精度的Landsat 7 ETM+传感器对比结果表明，Landsat 8多光谱数据的反射率和Landsat ETM+对应波段的反射率很接近，二者从可见光/近红外到中红外的6个对应波段的总相关系数（r）可达0.97，均值误差仅为0.0019或1.19%。引入COST算法建立的Landsat 8大气校正模型与Landsat 7的COST大气校正模型的误差更小，二者6个波段的均值误差降为0.0013或1.18%。就单波段而言，误差较大的是中红外2波段，其平均误差可达5.83%，经COST大气模型校正后，平均误差降为3.63%。但是Landsat 8地表温度反演算法有一定误差，其中单通道算法误差较小，误差为 1.5～2.8℃，而劈窗算法误差较大，误差范围在4.1～18.0℃之间。结论：现有 Landsat 8多光谱数据的定标参数和大气顶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大气校正模型也与Landsat 7的COST模型所获得的结果：几乎相同，可以用于Landsat 8影像的大气校正。另外，Landsat 8影像大气顶部反射率的计算已大为简化，也不再需要ESUN等参数。鉴于TIRS 11热红外波段的定标参数仍不理想，特别是劈窗算法由于TIRS 11波段的定标误差，使得所反演的地表温度误差太大。因此在现阶段建议采用 SC单通道算法单独反演 TIRS 10波段来求算地表温度，但要注意根据大气水汽含量的情况选用正确的大气参数计算公式。

来源出版物：地球物理学报, 2015, 58(3)： 741-747

入选年份：2017