DMSP-OLS在人口及城市扩张中的应用综述

黄凤荣，尹子虚，谭志茹

(辽宁师范大学，辽宁 大连 116029)

1 引言

早在20世纪70年代，美国发射的军事气象卫星(defense meteorological satellite program，DMSP)计划的线性扫描系统(operational linescan system，OLS)的目的就是要探测云层反射的微弱月光，进而推测云量和云分布空间位置，最后却意外的发现OLS传感器使用光电倍增管至少比其他卫星系统灵敏四个量级，进而可以探测到城镇灯光、渔船灯光等，这无疑是一个意外的收获，也是学者们开始将目光再次拓展到夜光遥感的新机遇。自此以后，夜光遥感开始如雨后春笋般快速成长，而DMSP/OLS数据作为第一代夜间灯光数据它拥有数据获取方便、数据量小、覆盖范围广以及数据更新速度快等优点。

2 研究数据概况

DMSP/OLS全球遥感影像，包括三种非辐射定标的夜间灯光影像：无云观测频数影像、平均灯光影像和稳定灯光影像。稳定灯光影像是标定夜间平均灯光强度的年度栅格影像，该影像包括城市、乡镇的灯光及其他场所的持久光源，且去除了月光云、火光及油气燃烧等偶然噪声的影响。如表1所示，影像的像元DN值代表平均灯光强度，其范围为0～63。

表1 OLS传感器基本数据

3 基于DMSP-OLS数据的研究方法及成果

3.1 基于城市扩张研究

城市扩张早在20世纪末21世纪初就已经成为席卷全球的发展潮流，资源环境约束的趋紧、城乡差距的拉大、区域竞争的加剧等问题，日益困扰着城市的健康发展，也制约着城市功能的发展，迫使着城市扩张[1～3]。DMSP/OLS夜间灯光数据可以综合定量城市地区人类活动的广度和强度[4]，进而对于DMSP/OLS的应用和研究的需求也更加迫切。如表2，灯光数据在城市扩张的方向、面积、速度、预测等方向都表现出良好的效果，因而进行城市扩张预测和城市规划等活动，具有很好的指导性意义。

表2 基于DMSP/OLS数据城市扩张应用的主要研究方法及成果

3.2 基于人口空间化研究

Elvidge等[9]早在20世纪90年代就发现，人口数据与夜间灯光存在着密切的相关关系。如表3，灯光数据对人口空间化的指示意义相比于城市用地、城市扩张等更有前瞻性，不存在信息的滞后性，对于城市的公共基础建设的供应、水资源的供应以及居民住房需求等信息都有指导意义。

表3 基于DMSP/OLS数据人口空间化的主要研究方法及成果

4 结论

DMSP/OLS数据作为探测夜间灯光的遥感数据源，为研究人类社会活动提供了便利的途径。研究表明，DMSP/OLS数据在城市扩张、人口空间化等的应用中拥有极大的优势，而灯光数据作为人类社会活动指示数据也非常具有指导性意义[14～20]。

(1)DMSP/OLS数据易获取且灯光捕获能力强，本身对于短暂灯光具有剔除能力，成品数据经过了消云处理和噪声去除等，运用起来便捷，为后续应用提供便利。

(2)DMSP/OLS与AVHRR拥有相当的空间和时间分辨率，但是DMSP/OLS更适合人口、城市等的长时间序列的动态监测。

(3)夜间灯光数据与人口、城区扩张等之间的关系研究一步步的深入，运用夜间灯光数据去表示人口等的数量都已不足为奇。在更加细化城市内部差异的人口空间化、城区扩展等研究相对罕见，未来运用灯光数据表示更高精度的内部差异是灯光数据发展的新尝试。

(4)随着研究的深入，空间尺度问题越来越突出。如果研究区的空间尺度过小，恰好没有统计到DN值，或者如果一个小区域恰好DN值很大，在这种情况下小范围内实际经济与统计出的经济将会产生很大的偏差，使用价值和意义就大大降低了。那么空间尺度为多大时，运用DMSP/OLS数据去表示人口空间化、城市扩张等才合理，是未来需要解决的问题。