遥感技术在城市夜间光污染研究中的应用进展
遥感技术在城市夜间光污染研究中的应用进展

遥感技术在城市夜间光污染研究中的应用进展引言光污染直接或间接地持续影响生态环境、动物和人类身心健康以及天文观测。
城市地区的增长速度在全球范围内没有减缓趋势,且可能在未来的数十年也不会下降[1]。
这意味着,快速发展的城市照明如果没有科学的指导,可能导致城市光污染更加严重。
首先,商务公司十分注重产品质量,将其作为公司发展之根本,尤其在教科书印刷方面,要求零差错,所谓零差错,就是不能有一本不合格品。
这虽然让商务人“压力山大”,但正是这份压力,让公司从软硬件发力,提升专业水平,把控质量。
目前夜空光污染的研究数据主要有三类,即数学模型数据、图像数据以及仪器测量数据。
其中数学模型数据不能直观表现区域人工光污染的现状,传统的地面调查存在费用昂贵、效率低下、研究区域范围小,缺乏历史数据等限制,而采用远距离对地探测的遥感技术具有观测范围大、频率高、时间序列长等优点[2]。
在各类遥感数据中,以夜间照明为探测重点的遥感技术可以快速生成区域和全球人造光的卫星图像。
由于夜间灯光遥感技术可以直接探测到夜间光照强度,因此各种研究均可以夜间光照强度为代表性指标。
历史上,夜间光遥感已广泛应用于社会经济参数估计、城市化监测、重大事件评估、环境与健康影响以及研究区域、国家和全球尺度的光污染问题。
卫星探测到的夜间亮度图像提供的光污染信息不仅可以反映人工照明的强度,还代表其他影响因素,如人口密度、能源消耗、城市规模和经济水平。
因此,遥感技术为检测和研究光污染提供了一种行之有效的方法[3]。
基于遥感技术在城市夜间光污染研究中的应用,本文梳理了应用的优势及挑战,对不同遥感数据类型、校正方法、应用优势与薄弱环节等方面进行综述,统计了相关研究成果,总结局限性并预测未来发展方向。
4) 完成了部分装置控制系统的软硬件升级工作,使用新版的Windows操作系统,避免了系统技术不支持等一系列问题,杜绝黑客利用这些系统漏洞攻击工业控制主机。
据表1显示,语言文化微信公众号共16个,其中微信公众号运营主体为个人的占比62.5%,其余运营主体包括高校、研究所与出版社。
城市夜间灯光亮度遥感监测技术研究

城市夜间灯光亮度遥感监测技术研究随着城市化的加速,城市已经变得越来越繁荣和繁忙。
然而,城市繁荣和繁忙的背后是巨大的灯光付出。
城市灯光污染已经成为了一个严重的问题。
夜间城市灯光不仅浪费了大量能源,还会对动植物的生物节律、迁徙、和繁殖产生负面影响,同时也会影响天文学观测和人类的健康。
因此,城市夜间灯光亮度遥感监测技术的发展,至关重要。
如何有效监测和管理城市夜间灯光亮度,是我们需要探讨的重要问题。
1.城市夜间灯光污染的危害自20世纪初期以来,城市化进程一直在不断加速。
城市的发展带来了灯光的发展。
夜间城市看起来像白天那么亮,但是这种光污染对我们的生态环境和天文学观测造成了严重影响。
夜间灯光可以扰乱每个动物的自然生物节律,如迁徙、交配和嗅探食物。
对于鸟类和昆虫来说,夜间灯光是对其繁殖和营养生长的威胁。
同时,城市夜间灯光亮度的增加,也会影响到天文学观测。
大量的夜间灯光会影响我们对天空的观测,并人为地使城市更明亮,使得我们的视野更狭窄,导致我们无法看到太阳系之外的恒星和星系。
这些影响不仅会影响我们的科学发展,而且影响我们的文化和娱乐活动。
此外,过度的夜间灯光也会对人类健康产生负面影响。
晚上过于明亮的街道灯会扰乱人们的睡眠,与此相关联的影响包括心理障碍、肥胖和疾病感染。
不仅如此,夜间灯光还会给我们带来不安全因素,刺激罪犯,增加犯罪率。
因此,城市夜间灯光亮度的监测与管理变得非常重要。
2.城市夜间灯光亮度遥感监测技术的意义在众多城市,夜间灯光是城市能耗的第一项消耗。
在掌握该参数后,人们可以更好地管理和使用能源,以实现节能降耗的效果。
同时,城市夜间灯光监测技术的开展将促进城市环境反馈机制和改善工作,以更好地促进城市绿色发展和可持续发展。
另外,通过城市夜间灯光亮度遥感监测技术,我们还可以更好地预测和管理能源需求,以提高城市的能源使用效率。
同时,该技术还将促进城市安全,减少城市犯罪率。
3.城市夜间灯光亮度遥感监测技术的应用目前,城市夜间灯光亮度遥感监测技术已经逐渐得到了应用。
遥感技术在环境污染监测中的应用

遥感技术在环境污染监测中的应用遥感技术是一种利用卫星、飞机或无人机等远距离方式获取地球表面信息的方法。
随着环境污染问题的日益严重,遥感技术在环境监测中的应用也日益受到重视。
本文将探讨遥感技术在环境污染监测中的应用,并分析其优势和局限性。
首先,遥感技术在环境污染监测中的最大优势是能够获取大范围、高精度的数据。
传统的监测方法需要人工采样,不仅耗时耗力,而且只能获得有限的采样点信息。
而遥感技术能够通过遥感卫星或飞机,对整个地区进行高分辨率的观测,获取全面的环境信息。
例如,利用遥感技术可以监测河流、湖泊的水质情况,通过测量水体的颜色和透明度,可以准确地评估水体的污染程度。
其次,遥感技术能够提供时间序列数据,揭示环境变化的趋势。
环境污染不是一次性事件,而是一个渐进的过程。
通过遥感技术,可以获取多个时间点的遥感影像,分析不同时间点的变化情况。
例如,可以通过遥感技术监测城市空气污染的演变,了解不同季节、不同年份之间的差异,从而更好地制定环境保护政策和措施。
此外,遥感技术还可以实现污染源的溯源和排放监测。
许多污染源如工厂、矿场等常常被遥感卫星或飞机拍摄到,通过对这些影像的分析,可以确定污染源的位置和排放情况。
通过遥感技术的应用,可以有效地进行污染源的监管和调查。
然而,遥感技术在环境污染监测中也存在一些局限性。
首先是遥感数据的解译和分析需要专业的技术和知识。
遥感影像通常是一种复杂的信息,对于非专业人士来说,很难准确理解和解释。
其次,遥感技术虽然可以提供大范围的数据,但在局部研究或小尺度环境监测方面有一定的局限性。
在小尺度的环境污染监测中,传统的野外采样方法可能更为有效和准确。
此外,遥感技术在环境污染监测中还面临数据处理和存储的问题。
由于遥感数据量庞大,对数据的存储和管理需要巨大的计算资源和硬件设备。
同时,数据处理和分析也对计算能力有较高的要求。
综上所述,遥感技术在环境污染监测中具有广泛的应用潜力和优势。
通过遥感技术,可以实现大范围、高精度的环境监测,揭示环境变化的趋势,溯源和监测污染源的排放情况。
夜间灯光遥感原理

夜间灯光遥感原理随着科技的不断发展,夜间灯光遥感成为了一项重要的技术。
它利用遥感技术来获取夜晚的灯光信息,从而提供有关城市照明状况的数据。
夜间灯光遥感对于城市规划、环境保护和能源管理等方面都具有重要意义。
本文将介绍夜间灯光遥感的原理及其应用。
夜间灯光遥感的原理主要基于光学遥感技术。
遥感技术是通过从卫星、飞机或其他遥感平台获取数据,分析并提取出有关地球表面的信息。
在夜间灯光遥感中,主要使用的是可见光和红外光谱的数据。
在可见光谱中,城市的灯光会发出明亮的光线,而乡村和荒野地区则相对较暗。
这是因为城市中有大量的人工照明,而乡村和荒野地区则相对较少。
通过分析可见光谱数据,可以确定每个区域的亮度水平,从而获得城市的灯光信息。
红外光谱也被广泛应用于夜间灯光遥感。
红外光谱在夜间能够检测到地面的热量分布。
城市中的建筑物和道路通常会散发出比周围环境更多的热量。
通过分析红外光谱数据,可以确定城市中的热点区域,从而进一步了解城市的灯光状况。
夜间灯光遥感的数据分析主要包括图像处理和空间分析。
图像处理是将原始数据转化为可视化的图像,以便更好地理解和分析。
空间分析则是将图像与地理信息系统(GIS)相结合,以获取更准确的城市灯光信息。
夜间灯光遥感在许多领域都有广泛的应用。
首先,它对城市规划具有重要意义。
通过夜间灯光遥感,城市规划师可以了解到城市不同区域的照明状况,从而制定更合理的城市规划方案。
其次,夜间灯光遥感对环境保护也具有重要意义。
通过分析城市灯光数据,可以评估光污染的程度,并采取相应的措施减少光污染对生物多样性和生态系统的影响。
此外,夜间灯光遥感还可以用于能源管理。
通过了解每个区域的照明水平,可以制定节能减排的措施,以提高能源利用效率。
夜间灯光遥感是一项重要的技术,它利用遥感技术来获取夜晚的灯光信息。
通过分析可见光谱和红外光谱的数据,可以获得城市的灯光状况。
夜间灯光遥感在城市规划、环境保护和能源管理等方面都具有广泛的应用前景。
夜光遥感数据应用述评与展望

4、军事活动监测
夜光遥感数据在军事活动监测方面也具有重要价值。这种技术可以帮助军事 侦察员更准确地识别和追踪敌方活动,从而为决策者提供关键的情报信息。
二、夜光遥感数据的未来展望
随着技术的进步,夜光遥感数据的应用前景也日益广阔。以下是对其未来发 展的几个预测:
1、高分辨率数据的普及
随着卫星技术的发展,我们将能够获取更高分辨率的夜光遥感数据,这将大 大提高我们对地表的详细理解。例如,我们可能会看到城市的电力消耗情况、车 辆流量等更多详细信息传统数据挖掘方法,夜光遥感数据挖掘具有以下优势:
1、精度高:夜光遥感数据挖掘基于卫星遥感技术,可获取覆盖范围广、精 度高的夜间灯光信息,从而为数据分析提供更加准确的基础数据。
2、泛化能力强:夜光遥感数据挖掘不仅能提取夜间灯光信息,还能挖掘出 与灯光相关的其他信息,如人口分布、经济发展等,从而支持更广泛的决策制定 和社会科学研究。
3、城市管理:利用夜光遥感数据挖掘技术,可对城市空间布局、交通状况 和发展趋势等进行深入研究,为城市规划和管理提供决策依据。
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2、数据融合与深度学习技术的 应用
通过将夜光遥感数据与其他类型的数据(如气象数据、社会经济数据等)进 行融合,并利用深度学习等先进技术进行数据分析,我们将能够更深入地理解各 种复杂现象,如城市化、经济发展与气候变化之间的关系等。
3、全球覆盖与实时监测
随着更多的卫星被发射到太空,我们将有可能实现全球覆盖的夜光遥感数据 采集,从而实现对全球各种现象的实时监测。这将极大地提高我们对全球变化的 理解和管理能力。
4、提高数据透明度与社会参与
通过开放夜光遥感数据,将有可能提高数据透明度,鼓励公众参与决策过程。 例如,通过向公众开放城市灯光数据,可以帮助他们更好地理解并参与城市规划 过程。
遥感技术在城市污染监测中的应用

遥感技术在城市污染监测中的应用随着城市化进程的加速,城市污染问题日益严峻,对人们的生活质量和健康产生了严重影响。
为了有效地监测和治理城市污染,各种先进的技术手段应运而生,遥感技术就是其中之一。
遥感技术作为一种非接触式、大面积、快速的监测手段,在城市污染监测中发挥着越来越重要的作用。
一、遥感技术的基本原理遥感技术是通过传感器从远距离接收和记录目标物体反射或发射的电磁波信息,然后对这些信息进行处理和分析,以获取目标物体的特征和性质。
在城市污染监测中,常用的遥感数据包括卫星遥感数据和航空遥感数据。
卫星遥感具有覆盖范围广、重访周期短等优点,能够对城市进行大面积的宏观监测;航空遥感则具有更高的空间分辨率,可以获取更详细的城市污染信息。
二、遥感技术在城市大气污染监测中的应用大气污染是城市面临的主要环境问题之一。
遥感技术可以通过监测大气中的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物的浓度和分布,为大气污染的监测和治理提供重要依据。
例如,利用卫星遥感数据中的气溶胶光学厚度(AOD)可以反演大气中颗粒物的浓度。
气溶胶光学厚度是指气溶胶对太阳光的消光作用,它与颗粒物的浓度密切相关。
通过建立气溶胶光学厚度与地面实测颗粒物浓度之间的关系模型,可以估算出城市大气中颗粒物的浓度分布。
此外,遥感技术还可以监测大气中的二氧化硫和氮氧化物等气态污染物。
这些污染物在特定的波长范围内具有特征吸收光谱,通过对遥感数据的光谱分析,可以获取它们的浓度信息。
三、遥感技术在城市水污染监测中的应用城市水污染也是一个严重的问题,遥感技术在城市水污染监测中也有着广泛的应用。
对于城市地表水的监测,遥感技术可以通过监测水体的颜色、透明度、温度等参数来判断水质状况。
例如,水体中藻类的大量繁殖会导致水体颜色发生变化,通过遥感影像可以识别这种变化,从而判断水体是否受到富营养化污染。
此外,遥感技术还可以监测城市污水排放口的位置和排放情况,为污水治理提供依据。
对于城市地下水的监测,遥感技术可以通过监测地面沉降、土壤湿度等参数间接反映地下水的变化情况。
夜间灯光遥感数据应用综述和展望

夜间灯光遥感数据应用综述和展望一、本文概述随着遥感技术的不断发展和进步,夜间灯光遥感数据作为一种重要的地球观测数据源,已经在多个领域展现出其独特的应用价值。
本文旨在全面综述夜间灯光遥感数据的应用现状,并对其未来的发展趋势进行展望。
我们将首先介绍夜间灯光遥感数据的获取原理和技术特点,然后重点分析其在城市规划、环境监测、社会经济研究等领域的具体应用案例,最后探讨夜间灯光遥感数据应用面临的挑战及未来的发展方向。
通过本文的综述和展望,我们希望为相关领域的研究者和实践者提供有益的参考和启示。
二、夜间灯光遥感数据获取与处理夜间灯光遥感数据主要来源于地球观测卫星,如DMSP/OLS、NPP/VIIRS 等。
这些卫星搭载的高性能传感器能够捕捉到地球表面在夜晚发出的微弱光信号,从而生成夜间灯光遥感图像。
DMSP/OLS数据具有较高的时间分辨率,但其空间分辨率相对较低,而NPP/VIIRS数据则提供了更高的空间分辨率。
这些数据为城市研究、经济发展评估、能源消耗监测等领域提供了全新的视角。
在获取夜间灯光遥感数据后,需要进行一系列处理以提取有用的信息。
需要对原始图像进行辐射定标和几何校正,以消除传感器误差和地形影响。
为了消除云层、阴影和其他非城市光源的干扰,需要对图像进行滤波和增强处理。
通过阈值分割和形态学运算等方法,可以从图像中提取出城市区域的光亮信息,包括城市范围、亮度分布等。
随着遥感技术的不断发展,夜间灯光遥感数据的获取和处理方法也在不断改进。
一方面,新型传感器的研发和应用提高了数据的空间和时间分辨率,使得我们能够更加准确地捕捉到城市发展的动态变化。
另一方面,先进的图像处理技术和算法也为数据提取和分析提供了更多可能性。
例如,基于机器学习和深度学习的图像分类和识别技术可以进一步提高城市区域的提取精度;时间序列的夜间灯光遥感数据则可以用于监测城市扩张趋势和经济增长动态。
夜间灯光遥感数据的获取和处理是城市研究和应用的关键环节。
夜间灯光数据研究的现状与趋势

Data Base Technique •数据库技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 197【关键词】夜间灯光数据 研究方法 研究领域 1 引言全球DMSP/OLS 夜间灯光数据,主要是由美国地理数据中心所提供的,而夜间灯光数据正是由此得来。
其主要包括的产品稳定灯光数据,以及负荷标定和非辐射标定夜间灯光强度数据,而稳定夜间灯光数据所包括的地点,主要以城镇等灯光具有一定稳定性的特点,而去除了短暂性事件如火灾等,此数据这个时候就有了大约1km 的数据空间分辨率,63级的数据值,其中夜间灯光数据在对数据的获取上,有着较强的获取性,无需较大的处理量,亮度指标可以对空间经济活动强度进行反映等方面的优势,在研究长时间和大尺度的城市群空间扩展是非常适合的。
2 发展背景针对城市区域人类活动的广度还有强度,DMSP/OLS 夜间灯光均可以进行全面的表征,同时对于城市体系时光所关联的各种矢量网络要素之间,具有着明显的联系。
不但如此,在对城市体系时空评估上,DMSP/OLS 夜间灯光在让单一统计指标所存在的缺陷得到较好改善的同时,也对综合指标体系所存在的过度性等不足进行了完善,对单一评估指标和综合指标体系,从理论上进行了深度的融合,而且通过实证发现,在分析我国大陆地区城市体系等级结构,还有其在空间上所采取的格局上都是切实可行的,而且还能够对此种可行性实施相应的评估。
3 研究方法从最近几年来发展的趋势来看,城市建设的步伐越来越快,由此在城市建成区的提取上让DMSP/OLS 夜间灯光数据得到了诸多的应用。
现阶段所采取的提取方式,其中有很大一部分因素,是因为在空间分辨率上,DMSP/OLS 数据与 A VHRR 是相同的,由此就为更大尺度城市的研究提供了一种好的手段,有利于独特数据的获取。
主要集中在如下几种方法:3.1 经验阈值法因为在研究此方法上,主要是基于前人夜间灯光数据研究的现状与趋势文/尹晓雪所研究的基础,并且和自身有关的背景知识紧密结合从而进行确定的,基于此,在全部方法当中,此种方法自然而然的就成为了一个非常方便,并且有着较高实现性的一种方法。
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遥感技术在城市夜间光污染研究中的应用进展引言光污染直接或间接地持续影响生态环境、动物和人类身心健康以及天文观测。
城市地区的增长速度在全球范围内没有减缓趋势,且可能在未来的数十年也不会下降[1]。
这意味着,快速发展的城市照明如果没有科学的指导,可能导致城市光污染更加严重。
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目前夜空光污染的研究数据主要有三类,即数学模型数据、图像数据以及仪器测量数据。
其中数学模型数据不能直观表现区域人工光污染的现状,传统的地面调查存在费用昂贵、效率低下、研究区域范围小,缺乏历史数据等限制,而采用远距离对地探测的遥感技术具有观测范围大、频率高、时间序列长等优点[2]。
在各类遥感数据中,以夜间照明为探测重点的遥感技术可以快速生成区域和全球人造光的卫星图像。
由于夜间灯光遥感技术可以直接探测到夜间光照强度,因此各种研究均可以夜间光照强度为代表性指标。
历史上,夜间光遥感已广泛应用于社会经济参数估计、城市化监测、重大事件评估、环境与健康影响以及研究区域、国家和全球尺度的光污染问题。
卫星探测到的夜间亮度图像提供的光污染信息不仅可以反映人工照明的强度,还代表其他影响因素,如人口密度、能源消耗、城市规模和经济水平。
因此,遥感技术为检测和研究光污染提供了一种行之有效的方法[3]。
基于遥感技术在城市夜间光污染研究中的应用,本文梳理了应用的优势及挑战,对不同遥感数据类型、校正方法、应用优势与薄弱环节等方面进行综述,统计了相关研究成果,总结局限性并预测未来发展方向。
4) 完成了部分装置控制系统的软硬件升级工作,使用新版的Windows操作系统,避免了系统技术不支持等一系列问题,杜绝黑客利用这些系统漏洞攻击工业控制主机。
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这些运营主体具有多元化特点,既有权威机构与院校,如“今日语言学”“语宝”等;也有专业人士,如“鄉音情怀”是由山西大学博士团队打造;“方言与文化”由武汉大学阮桂君老师创办;“汾阳方言”由在香港工作的语言爱好者、汾阳人徐占宇主创。
1 遥感与光污染研究遥感是一门获取物理对象和环境信息的艺术、科学和技术,它利用非接触式传感器来记录、测量以及解译图像和能量模式数字图[1]。
近年来,随着更大范围的对地观测在数据、技术和理论方面的创新,城市遥感和城市遥感应用已经受到不同使用者的广泛青睐。
例如,城市与区域规划师利用遥感获取城市环境信息,城市研究者利用遥感提取城市结构信息以研究城市地理,环境科学研究者依靠遥感提取城市土地覆盖信息作为空间分布模型的边界条件。
在城市光污染研究领域,卫星遥感图像据已被认定为研究夜间光污染的极具潜在价值的信息源[4],它是研究城市夜空光污染时空动态变化(作为全球变化的一种主要形式)过程和结果的一项实用技术[1]。
遥感为城市光污染的研究带来了诸多便利。
第一,遥感最大的优势在于能够获取大范围的图片或影像,提供一个用于识别对象、模式和人-地相互影响的总览图。
其独特的视角和跨学科研究的方法,使研究较大空间范围内完整的城市光污染现象具有了可能性。
第二,遥感为城市光污染研究提供了其他附加的测定方法。
城市光污染研究者经常利用从实地调查和测量所收集的数据。
这种数据收集方式是准确的,但也同时存在着抽样调查时的人为偏差所带来的可能错误,以及传统实地调查存在的费用昂贵的问题[2]。
遥感可以提供无偏差和成本效率高的收集数据方式。
此外,遥感传感器可探测到超过人类视觉范围的光谱能量,例如DMSP/OLS可探测到可见光和近红外波段0.47~0.95 μm之间的辐射[5],这些数据有助于获取我们人类视觉以外的信息。
第三,遥感能够追述性的观察地球地表,多时间序列的遥感数据能够用于研究某个城市、国家乃至全球夜间亮度特征或历史演变。
例如,HAN等[6]、JIANG等[7]利用1992—2012年间DMSP遥感图像研究中国光污染变化趋势及经济影响下的全国光污染分布。
第四,遥感有助于加强多尺度的城市研究之间的联系。
城市光污染不同的研究方向倾向不同的研究尺度。
大到全球范围的光污染[8]分布,小到城市区域的光污染影响因素研究[9]。
同时,不同研究者时间尺度选择上也会有差异性[8-11],从小时、天、周、月、季到年或者数十年。
遥感数据能覆盖全球,而其中的单个像素能从亚米级延伸至几千米,并且具备多种时间分辨率。
因此,遥感为城市光污染研究者在不同尺度或等级的多层次思考、分析、建模等方面提供了可能性。
最后,遥感结合诸如地理信息系统、空间分析和动态模拟相关的地理空间技术,提供了一套必备的针对城市光污染监测、集成和建模的技术框架。
这种框架建立了一种时空视角来研究城市光污染的过程和现象,它在不同空间尺度观测城市光污染的发展和现状,并可预测未来的发展趋势。
这些技术也可以用于综合不同的人类和自然变量识别城市光污染变化的直接和间接驱动力,辨析驱动力对城市光环境的潜在反馈机制。
然而,城市环境本身非常复杂,挑战着遥感技术的适用性与稳定性。
城市内部存在着不同样式不同波长的光源,存在灯光溢散现象以及不同地表类型,造成像元间与像元内部的灯光变化,从而挑战遥感数据的准确性与敏感性。
此外,在城市光环境的研究中,由于采样与测量的基础不同,遥感数据与其他类型的地理空间数据较难整合。
种种挑战都将在理论研究和遥感实践的发展中陆续被解决。
与发酵前荷叶上清液相比,2株肠球菌荷叶发酵上清液的3种抗氧化酶活力均显著提高(P<0.001)(图3)。
其中,WEHI01发酵上清的SOD、CAT 酶活力均极显著高于WEFA23发酵上清(P<0.001),而WEFA23发酵上清的GSH-Px酶活力显著高于WEHI01发酵上清(P<0.01)。
2 常用遥感数据的应用由于空间遥感影像很好地量化了人工夜空照明,记录了天文及生态学的影响,国内外学者利用来自传感器的夜间亮度图像在城际、洲际、全球不同的空间尺度上进行夜间可见光的定量研究[12]。
例如全球范围的传感器DMSP/OLS[13,14]或者Suomi-NPP VIIRS(可见光红外成像辐射仪,visible infrared imaging radiometer suite)可以对夜间地球灯光直接监测[15],地区尺度的传感器SAC-C和SAC-D或者宇航员在国际空间站(ISS)上拍摄的图片[16]提供了较高分辨率的夜间可见光图像,当地尺度EROS-B卫星提供了甚高分辨率光学影像。
此外,专业航空拍摄到的夜间亮度图像也应用到研究中[9],为地球选区光污染图像提供了更高的空间分辨率。
遥感数据基本参数如表1所示。
本文主要针对最常使用的三类夜间灯光遥感数据(DMSP/OLS、VIIRS以及EROS-B)和表征土地利用/覆盖、人类活动数据的Landsat影像在城市夜间光污染中的应用进行述评。
表1 遥感数据基本参数Table 1 Basic parameters of remote sensing data卫星DMSP-OLSSuomi NPPEROS-B发射年份197320112006运营者美国国防部NASA/NOAA以色列ImageSat 国际公司数字数据年份1992—201320112006传感器OLSVIIRSCCD-TDI装置位置海拔840 km海拔824km海拔500 km精度/m5604000.7光谱分辨率/nm470~950505~890500~900刈幅宽/ km300030007量化等级6-bit12/14-bit10-bit数据周期24 h12 h5 d应用范围城际、洲际、全球城际、洲际、全球城际、洲际、全球2.1 DMSP/OLS数据1)基本信息。
1973年美国国防气象卫星计划(DMSP)发射的F-1卫星上首次搭载传感器OLS(Operational Linescan System),OLS是一种具有低光可见和热红外(TIR)成像能力的振荡扫描辐射计,能够探测地球表面可见近红外(VNIR)发射的微弱光源,从而可以检测到城市和村镇地面的夜间向上灯光辐射。
20世纪70年代末到90年代初期,仅有少数研究者使用夜间灯光数据进行研究,包括城市测绘、人口密度、能源使用等,直到1992年美国国家海洋和大气管理局的国家地球科学数据中心(NOAA/NGDC)创建了DMSP-OLS数据的数字档案,并对OLS基础数据进行了一系列的噪声处理。
现在可用OLS夜间灯光数字数据扩展到1992—2013年,2013年NOAA/NGDC停止数据存档,而1992年前并没有保存或以数字形式提供[11]。
DMSP卫星处于低海拔(830 km)太阳同步极轨道,轨道周期为101 min。
卫星运行速度为一天14轨,因此每一个OLS传感器每天监测两次全球云分布情况,获取全球黎明、白天、黄昏和夜晚4个阶段的观测数据[17]。
OLS辐射计由两个望远镜和一个光电倍增管(PMT)组成。
可见望远镜对400~1 100 nm的辐射敏感。
PMT数据具有从440~940 nm(485~765 nm FWHM)的宽光谱响应,在500~650 nm区域内具有最高灵敏度。
这涵盖了最广泛使用的外部照明灯具的主要辐射范围。
望远镜像素值在晚上由PMT值替代。
OLS传感器最初的使命是探测夜间月光照射下的云,其具有的高增益性特征使它不仅能观测云还能检测到其他灯光,其中大部分光源都是公共街道照明,还有小部分是装饰或安全灯(市中心、机场、露天矿物、商业、体育、温室等外部灯光)、火灾和渔船灯光[18]。
DMSP/OLS夜间灯光数据主要包括三种产品,即稳定灯光数据、辐射标定夜间灯光强度数据、非辐射标定夜间灯光强度数据。
其中使用最广泛的是全球稳定灯光产品,稳定灯光数据是标定夜间平均灯光强度的年度栅格影像,栅格数据中包括城市、乡镇及其他区域的持久灯光,且消除了夜间月光、云层、火光、极光、闪电等短暂灯光的影响,处理后的数据能够较真实反映人类的生产和消费活动。
影像中像元的DN值范围从0(不亮)~63(最大灯光强度),因此OLS值是相对值而不是绝对辐射度量,它代表该区域的平均灯光强度。
2)校准方法。
利用遥感数据研究光污染变化需要可比较的时间序列数据,然而,由于稳定夜间灯光数据存在一系列问题,该数据不能直接用于定量变化分析[19]。
(a)1992—2013年,DMSP / OLS数据由跨度21年的六颗不同卫星(F10、F12、F14、F15、F16和F18)上的传感器获取,由于没有星上定标机制,每个传感器的平均DN值都不稳定[20];(b)由于不同卫星运行特性存在差异及传感器退化,导致不同传感器同一年份的数据不一致、同一传感器不同年份的数据不连续;(c)由于探测器具有高增益性能,灯光在城市中心区存在过饱和现象。