基于夜间灯光遥感数据的人口/GDP数据估算开题报告

全文总字数：2464字

1. 研究目的与意义

目的：通过夜间灯光数据结合辅助数据（如土地利用数据、专题地图数据、POI信息等）实现区域尺度的人口密度估算、GDP估算，最终形成长三角区域或者省级尺度的人口GDP相关统计指标的空间化数据产品。

意义：人口、GDP等社会经济参数对于政府决策、科学研究具有重要价值，由于受到传统统计调查方式的局限，社会经济参数的获取往往存在误差较大以及缺乏空间信息等缺点。夜光遥感影像和人类活动存在较高的相关性，且具备时空连续、独立客观等优势，因此夜光遥感影像能够为人口、GDP等社会经济参数的估算提供重要依据。

2. 国内外研究现状分析

近年来，国内外专家对社会经济空间化开展了研究。遥感估算法随着技术、理论和方法的日趋成熟，已广泛渗透于上述各种方法之中，成为未来研究的重要手段之一。Elvidge等人通过对美国、巴西等21个国家的数据分析，研究了美国国防气象卫星计划，名为Defense Meterorlgical Satellite Program（DMSP），线性扫描业务系统（Operational Linescan System,OLS）获得的夜间灯光面积与GDP等之间的关系，建立了它们之间的log-log模型，使R²的值都达到0.85以上，结果证明可以通过夜间灯光数据较好的估算GDP等多项社会经济数据。在2001年，Elvidge等人又进一步收集了200多个国家的数据，这些国家人口占全球人口数约99%，并且这些国家经济发展水平各不相同，他们采用1994-1995年间6个月的DMSP/OLS影像，运用灯光面积、GDP等点对为基础分别绘制散点图，观察散点的分布特征，结果显示灯光面积与GDP等指标之间有着密切的关系，且存在着较强的线性关系。另外，Ghosh等人通过分析夜间灯光影像数据和美国的经过纠正后的官方经济数据之间的空间关系建立了回归模型，利用这个回归模型成功的估计出美国和墨西哥各州的实际经济情况，并且发现这个方法可以用于官方发布的经济情况的核对工作。现如今，美国空军和NOAA在国家地理数据中心（http://www.ngdc.noaa.gov/dmsp/download.html）发布了一系列关于DMSP的产品，包括全球GDP密度估计，其成果采用了Ghosh.T等人的研究方法生成。研究的区域包括中国、墨西哥的次国家级行政区域、印度、美国和世界其他一些国家的国家级的区域。利用回归模型来校正灯光总和与经济活动衡量数据之间的关系，获取回归系数，再利用模型进行估算全球GDP密度，结果为具有空间分布信息的1km²全球经济密度分布图。

我国利用遥感影像处理，来分析人口和GDP数据的方法成果，也随着遥感数据源的日益丰富和计算方法的不断改进，而不断的有着各方面的突破，尤其是用DMSP/OLS系列产品来模拟人口密度的相关研究，已经成为了重要的研究流派之一。OLS传感器在夜间工作，对可见光和近红外光高度敏感，其量级是扑通传感器的4倍，高增益性能使OLS传感器能探测城镇灯光、火光、渔船灯光等发出的电磁波，因此逐渐被应用于监测城市的夜间灯光，在人类活动观测方面独具特性。DMSP/OLS 夜间灯光数据用于城市建成区的提取, 重点在于获取最佳的阈值, 并以此阈值对夜间灯光数据进行分割, 像元值大于此阈值的区域为城市建成区。对于最佳阈值的获取主要分为4 类:① 经验阈值法；② 突变检测法；③ 统计数据比较法；④ 较高分辨率影像数据空间比较法。

已有许多国内外的学者在对夜间灯光数据进行处理的基础上,完成了对城市建成区的人口或GDP数据提取。何春阳、史培军等以中国城市建设用地的统计数据作为参考依据,根据夜间灯光数据的自身特点,计算出适宜的阈值用于建成区域的提取；Sutton等人在进行对人口分布数据和DMSP/OLS 夜间灯光数据对比分析后,提出分别用40%、80%和90%的阈值提取低收入地区、高收入地区和一些特殊地区(如埃及尼罗河地区)的城市建成区；Henderson则从更高精度的TM影像中提取城市区域作为辅助数据,与DMSP/OLS 数据进行比较分析,获取适用于从夜间灯光数据中进行城市建成区提取的分割阈值；Imhoff研究了夜间灯光数据中城市建成区光斑的空间形态特性,提出在逐渐增加分割阈值的过程中,以城市斑块周长大幅度变化的临界点进行城市区域的提取。

3. 研究的基本内容与计划

1．研究内容

（1）充分了解不同夜间灯光数据（dmsp/ols和npp/viirs夜间遥感影像数据等）的特征，包括传感器、空间分辨率及数据存档年份等；

（2）选择1-2种适合本论文研究目的的数据进行实验；

4. 研究创新点

通过已有的DMSP/OLS夜间遥感影像数据，对其选择正确的合适的方法进行去噪处理，再将处理好的数据进行分析计算，估算出目标地的人口或GDP数据。

所获得的数据可以很好的辅助人们对城市做长期人口和经济规划，从而加深对某些城市的了解，并且在此基础上，做出更好的有关城市建设的规划和决策。