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1、第 3卷第 4期 2 0 1 5年 l 2月 宏 观 质量研 究 J OURNAL OF MACRO QUALI TY RES EARCH Vo 1 3 NO 4 De c 2 0 1 5 夜光遥感 技术在 评估经济社会发展 中的应用 兼论其对“ 一带一路“ 建设质量 的保 障 李德仁李 熙 摘 要 ： 夜光遥感是指在夜间无云条件下卫星传感器获得城镇灯光、 舰船发光和油气井燃 烧 等可 见光 的过 程 。 由于 多数夜 间可 见光 和人 类 活 动 紧 密相连 ， 因此夜 光 遥感 能够 有 效获 取 经济社会发展动态， 评估经济社会发展可能存在 的宏观问题。从灾害监测等角度而言， 遥感技 术
2、对 于促 进 社会 经济 发展 有 着 重要 的作 用 。 文章 介 绍 了夜 光遥 感 技 术 如 何 用 于 区域 发 展 评 估 、 光污 染分 析 与调查 、 环 境评 估 等方 面 ， 从 而保 障和 评估 经济 社 会发 展 质 量 。利 用 夜 光遥 感 技术 ， 结合我 国正在开展的“ 一带一路” 战略， 展示 了“ 一带一路” 沿线部分 国家的夜 光动态变 化， 初步分析 了“ 一带一路” 沿线区域近 2 0年来 的发展规律。在未来“ 一带一路” 建设 中， 夜光 遥感 技 术将 为 中国 的投资 和 外交政 策提 供科 学 依据 ， 从 而充分保 障“ 一带一 路” 建 设
3、质 量 。 关 键 词 ： 夜 光 遥感 ； 社 会经 济发 展 质量 ； 区域 发展 ； 一 带 一路 一 、遥 感技术在 评估社 会经济发展的应用 自从 1 9 7 2年美国发射了第一颗地球资源卫星 L a n d s a t 一 1以来 ， 遥感技术成为世界主要大国争先发 展的高新技术。通过遥感卫星搭载的对地观测传感器可以获取陆地 、 海洋和大气的物理和几何属性 ， 从 而 有效 地服 务 于 自然 资 源调查 、 土地覆 盖 制 图 、 自然灾 害 评估 、 城 市 规 划 和环 境 监测 等应 用 。这 些 应用 领 域能 够直 接或 间接 地 服务 于 国 民经 济建 设 ， 对
4、于评估 社会 经济 发展 起推 动作 用 。 遥感 技 术对 于评 估社 会 经济 发展 质量 的典 型应 用 领域 是 自然 灾 害 的评 估 。众 所周 知 ， 自然 灾 害严 重 危害 了人 民生 命 和财 产安全 。 自然 灾 害发生 后 ， 往往 难 以在地 面进 行快 速准 确 的灾情 调查 ， 阻碍 了救 援活动的有效开展。遥感技术能够在较短 的时间内获得大范 围的灾情信息， 能够对救援活动和决策提 供 支持 。2 0 0 8年 5月 1 2日发 生 的汶川 大 地 震 造 成 了 巨大 的 人员 和 财 产损 失 。地 震 发 生后 ， 我 国政 府 充分利用了“ 空 间与 重
5、大灾 害 国际宪 章” 赋予 的权 利， 利用 了 中巴资 源卫 星、 S P OT、 R ADAR s AT、 AL oS等 国 内外 光学 和 雷达遥 感 卫星 开展 灾情 调查 ， 对 于 准确 获 取房 屋 倒 塌 和基 础 设施 损 坏 以及堰 塞 湖 、 滑坡泥石流等次生灾害信息起 到了关键作用， 有力支持 了抗震 救灾工作 ( 李德仁等，2 0 0 8 ) 。2 0 0 8 年 1 月 中旬 至 2月初 发 生在 我 国南方 的雪 灾对 于 居 民的 生产 生 活造 成 了极 大 影 响 ， 通 过被 动 微 波遥 感 技 术 ， 研 究 人员 较为 准确 地获 取 了此次 雪
6、灾 的范 围 、 强度 、 持 续 时间等 时空 分布 信息 ， 对 于政府 的抗 灾减 灾决策起到 了积极作用 ( 毛克彪等 ，2 0 0 9 ) 。此外 ， 遥感技术能够用于监测洪水 ( S a n y a l e t a 1 ，2 0 0 4 ) 、 干旱( Rh e e e t a 1 ， 2 0 1 0 ) 等 自然灾害 ， 获取这些灾害的时空分布信息 ， 从而有效减轻灾害对社会经济发 展的影响。此外 ， 遥感技术对于监测雾霾 ( 许华等，2 0 1 3 ) 、 耕地面积( 田光进等 ， 2 0 0 2 ) 、 违章房屋( 李德 仁等，2 0 0 9 ) 等社会热点现象均能发挥作用。
7、由于本文重点在于论述新兴的夜光遥感技术在评估社会 经济发展 中的作用 ， 因此对传统的遥感技术就不赘述。 *李德仁 、 李熙 ， 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室 ， 电子邮箱 ： d r l i wh u e d u c n 、l i r s 1 6 3 c o rn， 本研究受 湖北省 自然科 学基金( Z RY2 0 1 4 0 0 1 2 3 5 ) 资助 ， 感谢匿名评审人 ， 文责 自负 。 1 李德仁 、 李熙 ： 夜光遥感技术在评估经济社会发展 中的应用 二 、 夜光遥感技术对于评估和保 障经 济社会发展质量 的作用 大多数可见光遥感传感器的成像时问是 白天 ， 只有少部
8、分传感器具有捕捉地表夜间可见光的能力 。 在夜间无云的天气状况下， 遥感卫星对地表可见光成像的过程 即为夜光遥感 。在夜光遥感影像中， 城镇 发光、 舰船发光和油气井燃烧发光是主要的夜 间光源 ， 这三类光源均来 自于人类的经济社会活动 ， 因此 夜光遥感影像可以发现经济社会发展中的问题和规律 ， 从而评估 、 保障经济社会发展质量。夜光遥感的 应用领域众多， 本文挑选三个方面总结夜光遥感技术在评估 、 保障经济社会发展质量中的重要作用。 ( 一) 区域发 展评 估 区域 发展是 指在 一定 时空范 围 内的经济 增长 、 人 口增长 、 产业 组织 和结 构升 级等社 会经 济 活动 。评
9、估 区域 发展 有利 于客 观认识 区域 发展 带来 的资 源消耗 、 环境 污染 等环境 和社 会 问题 。一般 情况 下 ， 评 估 区域发展主要利用经济社会统计数据 ， 但统计数据往往存在数据缺失 、 客观性不足以及缺乏空间信息等 缺点 。由于夜光遥感能够客观反映城镇分布和经济活动强度 ， 它能够用来评估 区域发展动态及其带来 的生 态和 环境 问题 。 城镇 建成 区范 围及动态 变化 制 图是开展 区域 发展 评 估 的一 项 基本 工 作 。在 夜光 遥 感 影像 中 ， 城 镇 较乡村有着较高密度的照明设施 ， 因此通过提取夜光影像中较明亮的部分 ， 可以对城镇范围进行快速制 图
10、 ( He n d e r s o n e t a 1 ，2 0 0 3 ) 。随着夜光遥感研究的深入 ， 研究人员发现对夜光遥感影像进行简单的分 割无法满足高精度的城镇范围制图的需求 ， 需要将社会经济等数据作为辅助数据源 ， 对不同区域采取 自 适应的分割策略获得最准确 的城镇范 围 ( 何春阳等 ， 2 0 0 6 ； Z h o u e t a 1 ，2 0 1 4 ；S u e t a 1 ， 2 0 1 5 ) 。 基于 夜光遥 感影 像 的建 成 区提取 ， 可 以开展 城镇 扩张 的时 空动态 研究 。通 过对 1 9 9 2 2 0 1 0年 的夜 光遥感 影像 进行 时 空
11、分析 发现 ， 中国在 2 1世纪 的城 市扩 张 速度 超 过 了 2 0世 纪 9 0年代 ， 其 中 中国东 部 在 2 O世纪 9 O年 代 的城 镇 扩 张 速 度 最 快 ， 而 中 国 中部在 2 1世 纪 的 城市 扩 张 最 快 ( Ta n ，2 0 1 5 ) 。基 于 1 9 9 2 2 0 1 0 年 的夜 光遥 感影像 ， 对 中国 7 0个 主要 城市 的密度 进行 时 间序 列分 析 ， 研究 发 现 中 国城市 呈 现出过一度扩张的格局， 这对中国的可持续发展战略构成了一定的挑 战( Wu e t a 1 ，2 0 1 4 ) 。中国的区 域发展不平衡一直是各
12、级政府关切的重大问题 ， 通过对 1 9 9 2 2 0 0 8年 的夜光遥感影像进行分析发现 ， 如果 将城 镇 面积 作 为城 镇规 模 的指 标 ， 那 么 中 国在 此 期 间 内城镇 发 展逐 渐 趋 于平衡 ， 其 中 1 9 9 2 1 9 9 5 年 以及 2 0 0 0 2 0 0 3年是 中 国城镇分 布格 局发 生较 大变 化 的两 个 时期 ( Hu a n g e t a 1 ， 2 0 1 5 ) 。 由于夜光 影像 可 以在较 大尺度 显示 城镇 之 间的空 间连接 性 ， 相 应 的城市 群 和城市体 系研 究也 逐渐 展开 。例 如 ， 基 于空 间聚 类 的
13、方 法 ， 可 以从 2 0 0 5年 的夜光 遥感 影像 中提 取 中国 的主要城 市群 ， 发现 长三 角城 市群 、 河南 的 中原城 市群 和珠 三角城 市群 是 中国最 大的三 个城 市群 ( Yu e t a 1 ，2 0 1 4 ) 。 夜光遥感影像不仅可以有效提取城镇范围， 还可以通过发光强度来估算 区域发展 的质量。将城镇 灯光 分布 看做财 富 分布 ， 比较灯 光分 布 和人 口分布 的差异 ， 构建 “ 夜 光发展 指数 ” 可 以估算 不 同尺度 区域 的发展 不平 衡性 ( E l v i d g e e t a 1 ， 2 0 1 2 ) 。根据 这一指 数 ，
14、可 以分析 中 国 2 0 0 5 2 0 1 0年期 间 的发展 不 平 衡性 的动 态变化 ， 研 究表 明 中国西南 和西 北 的区域 发展 不平衡 度最 高 ， 而 中国北部 沿海 区域 发展 最为 平 衡 ， 且 中国整体的不平衡度在此期间内有一定程度降低 ， 表明了中国的区域发展趋于平衡 ， 此外 ， 人 口密 度较高地区的发展平衡度也相对较高 ( X u e t a 1 ，2 0 1 5 ) 。通过对夜光遥感影像进行强度信息提取 ， 发 现夜 光强 度能 够较好 在 中 国省 级和 县级 尺度上 反 映贫 困状况 ( Yu e t a 1 ， 2 0 1 5 ；Wa n g e
15、t a 1 ，2 0 1 2 ) ， 从 而 为我 国的贫 困研究 提供 一种 较为 客观 的数据 源 。在城 镇 化 过程 中 ， 住房 空 置 率是 评 价 城镇 是 否 过 度 扩 张的重 要指标 ， 通 过对美 国若 干都 会 区的城 市灯 光强 度和住 房 空置率 进行 相关分 析 ， 证 明了夜 间灯 光 能够 较好 反 映美 国的 住 房 空 置 率 ， 这 一 结 论 为 利 用 夜 光 遥 感 数 据 研 究 中 国住 房 空 置 率 奠 定 了基 础 ( Zuo q i Che n，2 01 5 )。 ( 二 ) 光污 染分 析与 调查 城镇的夜间灯光不仅反映了城镇的繁荣程
16、度 ， 同时也给人类和其他生物 的健康带来了一定 的负面 影 响 。这 是 因为人 类和 动植 物在进 化 中 ， 已经 适应 了漫 长 的黑夜 ， 而 电气 化 革命带 来 的夜 晚照 明设施 在 9 宕 现 质 量 研 究2 0 1 5 年第4 期 方便人类生产和生活的同时， 也打破 了各种生物长期以来在黑夜中的生活习惯和习性。因此 ， 城镇 中过 度 的夜 晚灯 光 又变 成为 光 污染 。 已有 的疾 病 机理 分析 表 明 ， 光 污染 和肥胖 症 、 失眠 症等疾 病有 着显 著 的 相关 性 。然 而 ， 传统 的样 本 调查方 法 在大 范 围 内调 查 光 污染 和疾 病 的联 系是 极 为 困难 的 。夜 光 遥 感 的 出现为大范围调查光污染信息提供了一条崭新的途径 。美国和以色列 的科学家基于医学调查数据和夜 光遥 感 影 像 ， 发 现 了 光 污 染 和 乳 腺 癌 的发 病 率 存 在 显 著 相 关 性
