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1、第70卷第8期地理学报Vol.70,No.82015年8月ACTAGEOGRAPHICASINICAAugust,2015基于EVI指数的DMSP/OLS夜间灯光数据去饱和方法11211卓莉，张晓帆，郑璟，陶海燕，郭宇伯（1.中山大学地理科学与规划学院广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室/综合地理信息研究中心，广州510275；2.广东省气候中心，广州510080）摘要：DMSP/OLS夜间灯光数据被广泛应用于表征人类活动强度及其生态环境影响的诸多研究中，但因OLS传感器设计的局限，在用电强度较高的城市中心，灯光信号存在明显
2、的饱和，这一不足可能影响到一些基于夜间灯光数据研究成果的可靠性。针对这一问题，NOAA-NGDC研发了辐射定标算法，但因缺乏星上定标系统，算法较为复杂，且受较多条件限制等原因，目前只有部分时期的辐射定标数据产品（RCNTL）。近期有学者提出一种基于植被指数NDVI构建的城市灯光指数VANUI，为灯光数据去饱和研究提供了一个操作简单且结果良好的方法，但该方法在一些城市效果不佳。基于此，本文综合利用夜间灯光与EVI指数信息，通过对VANUI指数构建方法进行改进，建立了一个新的缓解夜间灯光强度饱和的EANTLI指数。为了评价指数的效果
3、，将EANTLI与VANUI从三个方面进行比较：①区分、识别饱和区内地物的能力；②与RCNTL的拟合程度；③对用电量估算的效果。结果表明：EANTLI在三个方面均表现出优势,在潜在饱和区内对特征地物具有更高的可区分性，与RCNTL的线性相关程度更高，与用电量的相关性相比于NTL、VANUI亦明显提高。因此可以认为EANTLI在指数的设计上较为合理，不仅易于计算，而且能达到较好的缓解灯光强度饱和、凸现城市内部差异的目的，在用于反演城市发展指标时能获得更为准确的结果，因此具有较高的应用价值。关键词：DMSP/OLS；夜间灯光；EAN
4、TLI；饱和；EVI指数DOI:10.11821/dlxb2015080121引言不同于LANDSAT/TM、SPOT/HRV和NOAA/AVHRR等主要利用地物反射辐射特征进行地表监测的传感器，DMSP（DefenseMeteorologicalSatelliteProgram）/OLS（OperationalLinescanSystem）传感器具有独特的低光成像能力，能够探测到地表夜间在[1]可见光—近红外波段的发射辐射，如城市灯光，甚至居民地、车流等发出的低强度灯光，而且每天都能获取夜间的成像数据。由于夜间灯光（Night
5、timelight,NTL）能够直观地反映人类活动强度，因此在全球城市、全球变化等研究中均具有很大的潜力。基于此，美国海洋暨大气总署（NationalOceanicandAtmosphericAdministration,NOAA）的国家地理数据中心（NationalGeophysicalDataCenter,NGDC）于1994年积极发起了一个基收稿日期：2014-10-27;修订日期：2015-01-31基金项目：国家自然科学基金项目(41371499);中山大学柳林教授千人计划科研启动项目[Foundation:Natio
6、nalNaturalScienceFoundationofChina,No.41371499;ThestartupfundforProf.LiuLinfromtheOneThousandTalentsProgramofSunYat-senUniversity]作者简介：卓莉,女,副教授,主要从事城市与资源环境遥感、地理模拟、优化算法及灾害风险管理研究。E-mail:zhuoli@mail.sysu.edu.cn通讯作者：陶海燕,女,副教授,主要从事多智能体地理模拟、时空数据挖掘及资源环境遥感等研究。E-mail:taohaiya
7、n@mail.sysu.edu.cn1339-1350页1340地理学报70卷于OLS数据绘制全球夜间灯光的计划，并开发了稳定灯光产品的时间序列。稳定灯光数据产品去除了极光、野火等不稳定光源，以及月光、云的干扰，因此最后的数据值为无云图幅稳定光的年均灰度（DN）值，目前第4版稳定灯光产品已包含1992-2012年的长时间序列，为人类活动的探测提供了独一无二的全球视角。国内外许多学者已将这一数[2][1-3]据应用于城市化过程及其与环境的相互作用等诸多研究之中，如城市化水平估计、[4-16][10,17-23][10-12,16,
8、24-27][28-30]人口估算、GDP估算、能源消耗估算、城市扩张对生态系统的影响等。在这些研究中，DN值是进行建模分析的关键指标，但由于OLS传感器本身的缺陷，夜间灯光数据在灯光强度较高的城市中心会出现灯光饱和现象，即DN值增大到一定程度不再随着地面灯光强
