基于NPP_VIIRS夜间灯光数据的浙江省GDP空间化分析

程 龙，何刚信，李爱霞*

（1.浙江水利水电学院 测绘与市政工程学院，浙江 杭州 310018；2.钱江水利开发股份有限公司，浙江 杭州 310013）

1.引言

国内生产总值（GDP）是一个国家或地区一定时期内生产活动的最终成果，是衡量经济发展水平的重要指标。传统的GDP 数据主要根据经济普查结果和GDP 核算制度规定进行核算，耗时费力。另外，GDP 统计结果往往是以各级行政单位为主体，而没有反映统计区域内部的经济状况差异[1]。DMSP/OLS 和NPP_VIIRS 传感器通过探测城市灯光甚至小规模居民点、车流等发出的低强度灯光生成的夜间灯光数据为人类城市活动监测提供了很好的数据源，为经济活动估算[2]、城市化[3]、电力消耗[4]等提供了新的研究思路。其中，DMSP/OLS 能够提供1992～2013 年的夜间灯光数据，已被广泛应用于GDP 相关的研究，建立灯光指数指标与GDP 之间建立预测模型来达到经济预测的目的[5,6]。但是，DMSP/OLS 夜间灯光数据中的过饱和现象削弱了灯光数据与GDP 数据的相关性。新一代的NPP_VIIRS 夜间灯光数据则不存在上述问题，而且分辨率更高，对夜间灯光具有更高的灵敏度[7]。刘沼辉等利用NPP_VIIRS 数据与山东省137 个县级GDP 数据进行分级多方式空间建模，各级最优拟合优度R2均在0.9 左右[8]。詹淇雯等选择NPP_VIIRS作为基础数据，对线性函数等6 种预测模型进行GDP 估算效果对比，最优模型拟合度R2达到了0.98[9]。因此，NPP_VIIRS夜间灯光数据与GDP 具有很强的相关性。

本文利用2012-2019 年NPP_VIIRS 夜间灯光数据，对浙江省各市第二三产业的GDP 进行空间化模拟，通过空间化模拟结果对近8 年来浙江省各市县的经济发展情况进行时空分析，为政府经济政策的制定和发展规划提供依据。

2.研究区域概况

浙江省位于我国东南沿海，陆域面积10.55 万平方公里，占全国总面积的1.1%，是我国面积较小的省份之一。浙江省属于长三角经济发展带，社会经济发达，是我国经济发展大省，经济水平始终位于全国各省前列。浙江省下辖11 个地级市，各城镇发展迅速，是中国省内经济发展程度差异最小的省份之一，其中杭州、宁波、绍兴、温州市浙江省的四大经济支柱，尤其是杭州和宁波经济实力长期位于我国前20 位。

3.数据源及预处理

（1）NPP_VIIRS 夜间灯光数据由美国大气海洋局（NOAA）提供的，选择2012 年到2019 年的月度复合数据；将影像数据进行兰伯特等角圆锥投影，并重采样为500 米分辨率。由于NPP_VIIRS 夜间灯光数据没有过滤火光、极光、渔船以及其它短暂光源的影响和低辐射检测带来的背景噪声数据，会造成影像中一些像元DN 值的波动，因此需要对NPP_VIIRS影像进行校正以提高DGP 空间化的准确性。本文首先利用河流、湖泊等较大水域的平均像元值作为阈值对背景噪声进行校正，然后根据杭州市和宁波市主城区最大像元值作去除极亮孤立像元值。最后将校正后的影像合并成为年度影像数据，年度影像像元值取每年所有月份灯光影像的像元DN 值的平均值。

（2）浙江省各市GDP 数据来源于浙江省统计局网站。GDP 数据包含了第一二三产业的生产总值，其中浙江省第一产业主要是以农产品和水产品为主，农田和水域都是不会产生灯光的区域。第二三产业在地域上很难分开统计，而且都与灯光数据有关，因此，本文采用第二三产业的GDP 总和来进行分析。另外，各年份GDP 数据以当年价格为准，由于每年价格有所波动，同一将所有年份GDP 数据换算到2019 年价格。文中用GDP23表示第二三产业GDP 总和。

4.GDP 数据空间化及分析

4.1 GDP23 数据建模

夜间灯光数据能够反映地区的社会经济水平，区域灯光总强度（TNL）与社会经济水平之间存在高度相关性早已被证实。因此，本文利用区域灯光强度指标来进行浙江省各地区GDP23模拟。其中，灯光强度指标TNL 的计算公式为：

将所有浙江省各市的2012-2019 年间的灯光强度综合与相应的GDP23进行回归分析，根据无灯光无GDP 的原则选择回归模型，分析结果如图1 所示，乘幂函数、多项式、线性三种函数模型的拟合度R2均达到了0.9 以上，其中乘幂函数最优，最优拟合度R2达到了0.9512，因此本文选择该函数模型进行GDP23的空间化模拟。

图1 夜间灯光数据与浙江省GDP23的回归模型

4.2 GDP 模拟值纠正

根据回归模型计算的各地区的GDP23值存在一定的误差，因此在进行GDP23空间化时需要对模拟的单像元GDP23进行线性纠正，从而保持各地区实际GDP23总量不变，线性纠正公式为：

4.3 GDP 密度图分析

图2 2012GDP密度图

图3 2019GDP密度图

图4 浙江省各市县经济增长速率

通过图2 和图3 浙江省2012 年和2019 年的GDP 密度图可以看出，灯光比较集中的区域及经济比较发达的区域主要集中在东北部的杭嘉湖平原以及沿海的宁绍平原和温台平原，而在浙江省内陆地区也有分散的小区域灯光比较集中的区域，这种分布形式与浙江省的地形地貌特征相吻合。

将浙江省像元GDP 密度分为5 级，可以看出在2012 年大部分的行政区都处于第一级（灰色区域），只有杭州主城区、绍兴、宁波、金华、台州、温州有部分区域达到第二级（黄色区域），杭州和温州个别位置达到了第三级（蓝色区域）。而到2019 年湖州、嘉兴、衢州的部分地区GDP 密度增长到了第二级；宁波、台州、金华也出现了第三级的区域；杭州主城区GDP 密度进一步增长，第三级区域增加，甚至出现了明显的第四级（紫色区域）和第五级（红色区域）的经济发展区域。

从8 年间的经济增长速度来看（如图4 所示），嘉兴的南湖区；湖州的南浔区和德清县；宁波的鄞州区、奉化区、慈溪市；绍兴的上虞区、越城区、嵊州市；台州的椒江区、路桥区；温州的龙湾区、瓯海区、苍南县；丽水的莲都区；金华的金东区和义乌市经济增长速度较快，超过500%的增长率。尤其是杭州市整个地区经济增长明显，随着大江东发展计划的实施以及机场的扩建，萧山地区的经济增长速度明显；2013 年阿里巴巴总部入驻余杭区大大带动了余杭的经济发展；2015 年富阳撤市设区和2017 年临安撤市社区为临安和富阳的经济发展提供了契机。舟山地区主要由海岛组成，人口较少，经济的发展主要依赖于部分工业和旅游业，因此经济的增加相对缓慢。而位于西南的丽水、衢州则主要以山地和丘陵为主，各行政区主要位于狭小的盆地当中，交通落后，所以导致了这些地区经济发展比较落后。

5.结论

利用2012-2019 年的NPP_VIIR 夜间灯光数据对浙江省8年间的二三产业GDP 进行建模，并根据归回模型对GDP23进行空间化分析。结果表明：浙江省各县市经济发展受地形影响较大，经济比较发达的区域主要集中在东北部的杭嘉湖平原以及沿海的宁绍平原和温台平原；从8 年间的经济增长速度来看，杭州、嘉兴、宁波、温州、绍兴、台州等地处平原地区的县市经济增长速率相对较快，而丽水、衢州、舟山受地形影响，GDP23总值及经济发展速度都相对缓慢。

本文利用NPP_VIIR 夜间灯光数据对浙江省各市年度GDP23数据进行空间化模拟，NPP_VIIR 夜间灯光数据逐月发布的特点为实现小于一年的时间单位内的社会经济数据模拟提供了影像基础，因此，可以进一步从季度甚至月度GDP 数据进行空间化模拟及分析。