基于夜间灯光数据的内蒙古省域GDP总量分析

袁姜红，陈二阳

(1. 四川文轩职业学院 信息工程系，四川 成都 611330；2. 成都大学 信息科学与工程学院，四川 成都 610106；3. 成都理工大学 地球物理学院，四川 成都 610059)



基于夜间灯光数据的内蒙古省域GDP总量分析

袁姜红1，陈二阳2，3

(1. 四川文轩职业学院 信息工程系，四川 成都 611330；2. 成都大学 信息科学与工程学院，四川 成都 610106；3. 成都理工大学 地球物理学院，四川 成都 610059)

尽管近年来统计数据的生成技术有了很大提高，但国内生产总值(GDP)大多时候仍以各种统计资料、统计报表为基础进行核算，费时耗财。DMSP/OLS夜间灯光数据是监测人类活动强度的良好数据源。本文提出了一种基于DMSP/OLS夜间灯光数据测算和预测GDP的新方法。在分析夜间灯光强度与GDP关系基础上，采用三阶拟合的数值分析方法建立了GDP空间化模型。结果显示，三阶数值拟合精度误差不超过3.9%，通过夜间灯光数据计量，对省域GDP总量的分析效率较高，计算精度都较为理想，能够以相对客观的视角来验证内蒙古省域经济增长以及GDP统计数据的真实性。

GDP;夜间灯光数据;三阶拟合;数值分析

引言

国内生产总值(GrossDomesticProduct,GDP)被是目前世界上衡量一个地区或者国家经济状况的重要指标[1]。目前GDP的计算方式一般包括有以下几种：支出法核算、分配法核算、使用法核算等[2]。与西方发达国家相比，我国各省的GDP核算方法和统计体系整体上还比较原始，同时政府的统计设施还不够完善，从而导致全国各省的GDP统计数据质量不高，进而全国的GDP存在一定的误差。事实上，西方发达国家对我国官方公布的GDP相关数据的真实性长期持怀疑态度，一个重要的原因就是我国采用的GDP统计方式产生的计算结果很难预测及验证准确性。灯光的卫星数据由于GDP存在着密不可分的联系，透过灯光数据可以判断发达地区与贫穷地区的分布情况，也可以统计地区或国家经济发展的趋势。因此，客观快速地核算GDP并且赋予GDP空间信息，成为当下重要的研究课题。

遥感影像可以提供相对均一、连续以及独立的估计经济活动的数据源。通过一些大尺度研究发现，夜间灯光分布与经济活动之间存在着显著的相关性。DMSP数据是由美国军事气象卫星DMSP(DefenseMeteorologicalSatelliteProgram)搭载的OLS(OperationalLinescanSystem)传感器获取的数据。DMSP/OLS不但具有夜间探测能力，能够有效探测到夜间地表微弱的灯光[3-4]，又具有时效性、覆盖面积广泛性、高精度、获取方便和独立性等优点。该传感器所获得的数据目前已经广泛应用于气象监测、城市化空间扩展的动态监测、土地利用调查、人口密度监测、生态效益评价以及经济效益评价等。Elvidg等发现夜间灯光数据与人类(GDP)高度相关性[5]。Doll等基于夜间灯光数据开发了全球尺度的第一幅GDP空间分布图，但该研究未给出降尺度后的结果[6]。

本文在前人理论研究的基础上，假设在中国省级行政区域规模上，省域夜间灯光数据与该地区GDP总量具有某种关联，通过数据分析挖掘出二者之间的关系。该方法所需数据较少，具有较强的可移植性，对预测及验证GDP统计数据具有一定的借鉴意义。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区概况

内蒙古自治区地处欧亚大陆内部，南北和东西走向面积达1700×2400km2，土地国境线长达4200km，总面积占全国总面积的12.3%，在我国属于区域面积较大的省份。统计数据显示，2014年底内蒙古自治区常住人口为2504.8万人，人口密度相对稀少，且全区经济呈现发展不平衡现象较为严重[7]。

1.2 研究数据及来源

本文使用的研究数据包括以下三部分:

1)GOOLEEARTH提供的非辐射定标夜间灯光数据，从1992年到2013年的夜间灯光数据(stable_lights.avg_vis.tif);

2)国家基础地理信息中心(兼国家测绘档案资料馆)提供的1∶25万免费数据，以省级行政区的界限，作为研究区的空间数据分析的数据来源;

3)国家统计年鉴提供的“1996年-2013年内蒙古GDP总量”，用于推导和验证灯光数据预测GDP总量模型。

2 研究方法和技术路线

省级夜间灯光强度的获取在GIS平台下完成，而夜间灯光强度的统计数据在ENVI下获得，数据的处理在EXCEL中完成，整个过程包括:

1)统一中国省级行政边界数据与每年中国地区夜间灯光影像的投影方式；

2)利用中国省级行政边界数据对灯光数据进行裁剪；

3)把提取的每年内蒙古灯光数据转换为KML文件，并导入到GOOGLE里面，进行动画显示，如图1所示；

图1 把2013年的内蒙古灯光数据导入谷歌地球中进行显示 图2 夜间灯光强度与GDP关系分析流程图

4)利用ENVI来提取内蒙古的夜间灯光强度数据，并对每年的灯光数据进行统计，得出每年灯光强度的统计数据;

5)利用上述步骤得到的内蒙古省域夜间灯光强度平均强度值，结合历年内蒙古GDP数量，通过三阶拟合的数字数值分析方法，获得光照强度与GDP之间的关系。

夜间灯光强度与GDP关系分析流程图如图2所示。

3 结果分析

利用ENVI来提取内蒙古的夜间灯光强度数据，并对每年的灯光数据进行统计，得出每年灯光强度的统计数据，如表1所示。

表1 历年灯光强度与GDP统计数据

1)夜间灯光平均值与GDP总量及变化率的关系。从图1中可以看出，内蒙古GDP总量与灯光的平均值有很强的线性关系，尤其是2006年以后的历年数据。

图3 内蒙古GDP与夜间灯光均值趋势图

2)依据夜间灯光方差预测GDP总量。利用MATLAB函数polyfit，对灯光数据进行三阶拟合，可以得到曲线参数为:

p2 =1.0e+010 *[0.0000,-0.0000,0.0036,-2.4230],可以看出其实具有较强的线性相关性。

通过MATLAB函数polyval可以预测2014年的名义GDP总量为20544，而据中商情报网的数据显示，内蒙古2014年的名义GDP总量为21382.094，误差仅为3.9%。

4 结论

区域GDP的发展与地区夜晚灯光强度参数之间关系密切，在某个阶段线性相关性显著,所以，将灯光数据用于分析地区内的经济统计情况具有必要的科学性和可行性。由于未完全考虑各种不确定因素，导致预测结果与实测数据存在一定的误差。后期通过更深入的研究，进一步完善系统模型及研究方案，该方法不但能提供一个更加快速简洁的方式去了解区域的某个时间段内的经济发展状况，还可以辅助判断某些统计机构发布的经济数据的科学性。

[1]洪刚.绿色GDP的理解与实施[J]. 中国经贸导刊,2011(02):53-54.

[2]吕秋芬. 地区GDP核算及数据衔接问题研究[D].沈阳：辽宁大学,2009.

[3]杨妮,吴良林,邓树林,等. 基于DMSP/OLS夜间灯光数据的省域GDP统计数据空间化方法—以广西壮族自治区为例[J]. 地理与地理信息科学,2014(04):108-111.

[4]傅颖. 城市化对长江中下游地区极端温度变化的影响研究[D].南京：南京信息工程大学,2013.

[5]ElvidgeCD，BaughKE，KihnEA，etal．Relationbetweensatelliteobservedvisible-nearinfraredemissions，population，economicactivityandelectricpowerconsumption[J]．InternationalJournalofRemoteSensing，1997，1373-1379．

[6]Doll,C.N.H.,Muller,J.P.,Morley,J.G.Mappingregionaleconomicactivityfromnight-timelightsatelliteimagery[J].EcologicalEconomics,2006.

[7]左志敏,张裕凤,庄元. 内蒙古旗县驻地镇土地分等研究[J]. 内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版),2007(03):366-370.

(1.Department of Information Engineering,SiChuan WenXuan Vocational College,Chengdu 611330,China;2.School of of Information Science and Engineering, ChengDu University, Chengdu 610106,China;3.College of Geophysics,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

[责任编辑：江雪]

GDP Analysis of Inner Mongolia Autonomous Region Based on Night-Time Lightsatellite Imagery—— Take the Inner Mongolia Autonomous Region as an example

YUAN Jiang-hong1, CHEN Er-yang2,3

Though the technology of getting statistical data has been greatly improved in recent years,gross domestic product(GDP) is accounted based on the various statistics and statistical reports for accounting in most cases, which is time-consuming and consumption of wealth. DMSP/OLS Nighttime stable light (NSL) images are proven to be effective in monitoring the intensities of human activities.This paper proposes a new method based on DMSP/OLS night light data to estimate and forecast GDP. In order to explore the relationship between the night light intensity and GDP, this paper uses numerical analysis method of three order fitting to establish GDP space model. Results show that the model error is less than 3.9%, by measuring the night light data, the efficiency and accuracy of provincial GDP are satisfactory.It is a way of verifying the authenticity of the GDP and its growth rate in inner Mongolia autonomous region.

GDP; Night light data; Three order fitting; Numerical analysis

2016-05-22

四川省科技厅科技支撑计划项目(2015FZ0066);四川省教育厅科研项目(16ZB0425)

袁姜红(1986-)，女，江西赣州人，主要从事计算机应用、信息技术的研究。

TP751;F

A

1671-5330(2016)05-0083-04