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摘 要

基于2012~2018年NPP/VIIRS夜光遥感数据，利用数学统计回归分析、空间化模拟、多尺度分割算法，对“一带一路”中国区域34个主要节点城市的夜间灯光进行空间分析。结果表明：“一带一路”中国境内节点城市的夜间灯光总量TNL总体上呈现增长趋势；与GDP具有良好的线性回归关系，决定性系数在0.7以上；由夜间灯光反演的GDP空间格局为：高值区呈东多西少、南多北少分布，符合胡焕庸线的划分规律；利用多尺度分割技术对城市灯光亮区进行提取，发现“一带一路”中国节点城市的灯光亮区总体上呈扩张趋势，城市中心灯光亮区的增长具有一定的方向性，而郊县灯光亮区变化不具备方向性。

关键词：夜光遥感 一带一路 城市发展 回归分析 多尺度分割

The Belt And Road strategy based on nighttime remote sensing analysis and research on the impact of China's urban development

Abstract

Based on 2012~2018 NPP/VIIRS night-light remote sensing data, mathematical statistical regression analysis, spatial simulation and multi-scale segmentation algorithm were used to carry out spatial analysis of night lights in 34 major node cities in "The Belt And Road" region of China.The results show that TNL of " The Belt And Road" node cities in China presents an overall growth trend.It has a good linear regression relationship with GDP, and the decisive coefficient is above 0.7.The spatial pattern of GDP inversion by night light is as follows: the distribution of high-value areas is more in the east and less in the west, more in the south and less in the north, which conforms to the division law of hu Huanyong line.The multi-scale segmentation technology is used to extract the urban lighting areas, and it is found that the lighting areas of " The Belt And Road" node cities in China are generally expanding, and the growth of the urban central lighting areas has a certain direction, while the change of the suburban county lighting areas has no direction.

Key words: nighttime light; the belt and road initiative; city development; regression analysis method; multiresolution segmentation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

第二章 研究区及数据源 2

2.1 研究区 2

2.2 数据获取 3

2.3 数据预处理 4

第三章 研究方法 7

3.1 夜间灯光总量统计方法 7

3.2 GDP与TNL的回归分析 7

3.3 基于夜光数据的GDP空间化模拟 7

3.4 基于多尺度分割算法的城市灯光亮区提取 8

第四章 “一带一路”城市夜间灯光分析结果 9

4.1 夜间灯光总量统计结果与分析 9

4.2 GDP与TNL的回归分析结果 11

4.3 GDP空间化模拟结果 13

4.4 基于多尺度分割算法的城市灯光亮区提取结果 17

第五章 结语 21

参考文献 21

第一章 绪论

1.1 研究背景

“一带一路”（The Belt and Road）是“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的简称，2013年9月和10月由中国国家主席习近平分别提出建设“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的合作倡议。2015年3月，官方对外公开发布首个“一带一路”文件《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》，自此全国31个省(自治区、直辖市)开始建立推进“一带一路”建设工作领导小组，出台“一带一路”建设对接方案，积极参与和助力“一带一路”建设（https://www.yidaiyilu.gov.cn）。然而，我国幅员辽阔且内部国情存在较大的差异，导致社会统计数据具有时效性较弱、数据不完整等问题。夜光遥感是是遥感领域中一个新的分支，它在无云条件下获取地表发射的可见光-近红外波段的电磁波信息，这些电磁波信息主要由人类活动产生，包括陆地灯光照明、海上渔船、火山喷发、天然气燃烧等^[1]，夜光遥感平台高、视角宽广，可以同步探测到大范围的地表，夜光遥感在城市检测^[2-3]、经济参量估算^[4-5]、生态环境评估^[6-7]、公共卫生^[8-9]和重大事件变革^[9-10]域有着广泛的应用。李德仁和李熙发现夜光遥感在评估和保障经济社会发展质量中有着重要作用，认为利用夜光遥感技术能够有效监测“一带一路”沿线国家经济社会发展动态^[11]，因此夜光遥感技术可以为我国“一带一路”建设提供可靠的技术支撑。

1.2 国内外研究现状

目前，国内外众多研究人员利用美国国防气象卫星的线性扫描业务系统（Defense Meteorological Satellite Program/Operational Linescan System，DMSP/OLS）和国家极轨卫星( Suomi national polar orbiting partnership，Suomi-NPP) 搭载的可见光近红外成像辐射计组( visible infrared imaging radiometer suite，VIIRS)的夜光遥感影像开展许多关于模拟社会经济参量的研究^[11]。

卓莉等利用DMSP/OLS夜间灯光数据构建了可以反映区域城市化综合水平的灯光指数CNLI(compounded night light index)，分析得出基于DMSP/OLS夜间灯光数据构建的灯光指数CNLI在省级、县级尺度上都和基于社会统计数据的城市化水平复合指数密切相关，能够较好地反映城市综合水平的时空变化^[12]。Geo等通过对1992至2012年间DMSP/OLS夜间灯光数据的研究，发现夜间稳定灯光数据可以相对准确地反映出中国城市化水平的动态变化^[13]。Elvidge等分析了21个国家的夜间灯光数据，发现夜间灯光亮区与国内生产总值(GDP)和电能消费高度相关，研究结果初步表明夜光数据可以和其他高空间分辨率的遥感数据一道被用来了解国家和地区的经济社会发展水平^[14]。韩向娣等探索分析了全国31个研究区发现夜间灯光指数与GDP、第二生产总值和第三生产总值均有较高的相关性，并结合1:10万的土地利用数据，提高了夜光数据和GDP回归模型的精度，建模估算得到全国GDP密度图^[15]。江威等通过建立DMSP/OLS夜间灯光数据和中国省级尺度经济参量之间的线性回归模型，发现国内生产总值和第二产业生产总值与夜间灯光关联密切^[16]。李德仁等对1993至2012年“一带一路”沿线的国家和地区的夜间灯光总值与增量进行统计研究，评估了“一带一路”沿线部分国家和地区经济社会发展的现状^[17]。

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