引言

光污染直接或間接地持續(xù)影響生態(tài)環(huán)境、動(dòng)物和人類身心健康以及天文觀測(cè)。城市地區(qū)的增長(zhǎng)速度在全球范圍內(nèi)沒(méi)有減緩趨勢(shì)，且可能在未來(lái)的數(shù)十年也不會(huì)下降[1]。這意味著，快速發(fā)展的城市照明如果沒(méi)有科學(xué)的指導(dǎo)，可能導(dǎo)致城市光污染更加嚴(yán)重。

首先，商務(wù)公司十分注重產(chǎn)品質(zhì)量，將其作為公司發(fā)展之根本，尤其在教科書印刷方面，要求零差錯(cuò)，所謂零差錯(cuò)，就是不能有一本不合格品。這雖然讓商務(wù)人“壓力山大”，但正是這份壓力，讓公司從軟硬件發(fā)力，提升專業(yè)水平，把控質(zhì)量。

目前夜空光污染的研究數(shù)據(jù)主要有三類，即數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)以及儀器測(cè)量數(shù)據(jù)。其中數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)不能直觀表現(xiàn)區(qū)域人工光污染的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的地面調(diào)查存在費(fèi)用昂貴、效率低下、研究區(qū)域范圍小，缺乏歷史數(shù)據(jù)等限制，而采用遠(yuǎn)距離對(duì)地探測(cè)的遙感技術(shù)具有觀測(cè)范圍大、頻率高、時(shí)間序列長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。在各類遙感數(shù)據(jù)中，以夜間照明為探測(cè)重點(diǎn)的遙感技術(shù)可以快速生成區(qū)域和全球人造光的衛(wèi)星圖像。由于夜間燈光遙感技術(shù)可以直接探測(cè)到夜間光照強(qiáng)度，因此各種研究均可以夜間光照強(qiáng)度為代表性指標(biāo)。歷史上，夜間光遙感已廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)參數(shù)估計(jì)、城市化監(jiān)測(cè)、重大事件評(píng)估、環(huán)境與健康影響以及研究區(qū)域、國(guó)家和全球尺度的光污染問(wèn)題。衛(wèi)星探測(cè)到的夜間亮度圖像提供的光污染信息不僅可以反映人工照明的強(qiáng)度，還代表其他影響因素，如人口密度、能源消耗、城市規(guī)模和經(jīng)濟(jì)水平。因此，遙感技術(shù)為檢測(cè)和研究光污染提供了一種行之有效的方法[3]。

基于遙感技術(shù)在城市夜間光污染研究中的應(yīng)用，本文梳理了應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及挑戰(zhàn)，對(duì)不同遙感數(shù)據(jù)類型、校正方法、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與薄弱環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行綜述，統(tǒng)計(jì)了相關(guān)研究成果，總結(jié)局限性并預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展方向。

4) 完成了部分裝置控制系統(tǒng)的軟硬件升級(jí)工作，使用新版的Windows操作系統(tǒng)，避免了系統(tǒng)技術(shù)不支持等一系列問(wèn)題，杜絕黑客利用這些系統(tǒng)漏洞攻擊工業(yè)控制主機(jī)。

據(jù)表1顯示，語(yǔ)言文化微信公眾號(hào)共16個(gè)，其中微信公眾號(hào)運(yùn)營(yíng)主體為個(gè)人的占比62.5%，其余運(yùn)營(yíng)主體包括高校、研究所與出版社。這些運(yùn)營(yíng)主體具有多元化特點(diǎn)，既有權(quán)威機(jī)構(gòu)與院校，如“今日語(yǔ)言學(xué)”“語(yǔ)寶”等；也有專業(yè)人士，如“鄉(xiāng)音情懷”是由山西大學(xué)博士團(tuán)隊(duì)打造；“方言與文化”由武漢大學(xué)阮桂君老師創(chuàng)辦；“汾陽(yáng)方言”由在香港工作的語(yǔ)言愛好者、汾陽(yáng)人徐占宇主創(chuàng)。

1 遙感與光污染研究

遙感是一門獲取物理對(duì)象和環(huán)境信息的藝術(shù)、科學(xué)和技術(shù)，它利用非接觸式傳感器來(lái)記錄、測(cè)量以及解譯圖像和能量模式數(shù)字圖[1]。近年來(lái)，隨著更大范圍的對(duì)地觀測(cè)在數(shù)據(jù)、技術(shù)和理論方面的創(chuàng)新，城市遙感和城市遙感應(yīng)用已經(jīng)受到不同使用者的廣泛青睞。例如，城市與區(qū)域規(guī)劃師利用遙感獲取城市環(huán)境信息，城市研究者利用遙感提取城市結(jié)構(gòu)信息以研究城市地理，環(huán)境科學(xué)研究者依靠遙感提取城市土地覆蓋信息作為空間分布模型的邊界條件。在城市光污染研究領(lǐng)域，衛(wèi)星遙感圖像據(jù)已被認(rèn)定為研究夜間光污染的極具潛在價(jià)值的信息源[4]，它是研究城市夜空光污染時(shí)空動(dòng)態(tài)變化(作為全球變化的一種主要形式)過(guò)程和結(jié)果的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)[1]。

遙感為城市光污染的研究帶來(lái)了諸多便利。第一，遙感最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠獲取大范圍的圖片或影像，提供一個(gè)用于識(shí)別對(duì)象、模式和人-地相互影響的總覽圖。其獨(dú)特的視角和跨學(xué)科研究的方法，使研究較大空間范圍內(nèi)完整的城市光污染現(xiàn)象具有了可能性。第二，遙感為城市光污染研究提供了其他附加的測(cè)定方法。城市光污染研究者經(jīng)常利用從實(shí)地調(diào)查和測(cè)量所收集的數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)收集方式是準(zhǔn)確的，但也同時(shí)存在著抽樣調(diào)查時(shí)的人為偏差所帶來(lái)的可能錯(cuò)誤，以及傳統(tǒng)實(shí)地調(diào)查存在的費(fèi)用昂貴的問(wèn)題[2]。遙感可以提供無(wú)偏差和成本效率高的收集數(shù)據(jù)方式。此外，遙感傳感器可探測(cè)到超過(guò)人類視覺范圍的光譜能量，例如DMSP/OLS可探測(cè)到可見光和近紅外波段0.47～0.95 μm之間的輻射[5]，這些數(shù)據(jù)有助于獲取我們?nèi)祟愐曈X以外的信息。第三，遙感能夠追述性的觀察地球地表，多時(shí)間序列的遙感數(shù)據(jù)能夠用于研究某個(gè)城市、國(guó)家乃至全球夜間亮度特征或歷史演變。例如，HAN等[6]、JIANG等[7]利用1992—2012年間DMSP遙感圖像研究中國(guó)光污染變化趨勢(shì)及經(jīng)濟(jì)影響下的全國(guó)光污染分布。第四，遙感有助于加強(qiáng)多尺度的城市研究之間的聯(lián)系。城市光污染不同的研究方向傾向不同的研究尺度。大到全球范圍的光污染[8]分布，小到城市區(qū)域的光污染影響因素研究[9]。同時(shí)，不同研究者時(shí)間尺度選擇上也會(huì)有差異性[8-11]，從小時(shí)、天、周、月、季到年或者數(shù)十年。遙感數(shù)據(jù)能覆蓋全球，而其中的單個(gè)像素能從亞米級(jí)延伸至幾千米，并且具備多種時(shí)間分辨率。因此，遙感為城市光污染研究者在不同尺度或等級(jí)的多層次思考、分析、建模等方面提供了可能性。最后，遙感結(jié)合諸如地理信息系統(tǒng)、空間分析和動(dòng)態(tài)模擬相關(guān)的地理空間技術(shù)，提供了一套必備的針對(duì)城市光污染監(jiān)測(cè)、集成和建模的技術(shù)框架。這種框架建立了一種時(shí)空視角來(lái)研究城市光污染的過(guò)程和現(xiàn)象，它在不同空間尺度觀測(cè)城市光污染的發(fā)展和現(xiàn)狀，并可預(yù)測(cè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。這些技術(shù)也可以用于綜合不同的人類和自然變量識(shí)別城市光污染變化的直接和間接驅(qū)動(dòng)力，辨析驅(qū)動(dòng)力對(duì)城市光環(huán)境的潛在反饋機(jī)制。

然而，城市環(huán)境本身非常復(fù)雜，挑戰(zhàn)著遙感技術(shù)的適用性與穩(wěn)定性。城市內(nèi)部存在著不同樣式不同波長(zhǎng)的光源，存在燈光溢散現(xiàn)象以及不同地表類型，造成像元間與像元內(nèi)部的燈光變化，從而挑戰(zhàn)遙感數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與敏感性。此外，在城市光環(huán)境的研究中，由于采樣與測(cè)量的基礎(chǔ)不同，遙感數(shù)據(jù)與其他類型的地理空間數(shù)據(jù)較難整合。種種挑戰(zhàn)都將在理論研究和遙感實(shí)踐的發(fā)展中陸續(xù)被解決。

與發(fā)酵前荷葉上清液相比，2株腸球菌荷葉發(fā)酵上清液的3種抗氧化酶活力均顯著提高(P<0.001)(圖3)。其中，WEHI01發(fā)酵上清的SOD、CAT酶活力均極顯著高于WEFA23發(fā)酵上清(P<0.001)，而WEFA23發(fā)酵上清的GSH-Px酶活力顯著高于WEHI01發(fā)酵上清(P<0.01)。

2 常用遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用

由于空間遙感影像很好地量化了人工夜空照明，記錄了天文及生態(tài)學(xué)的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用來(lái)自傳感器的夜間亮度圖像在城際、洲際、全球不同的空間尺度上進(jìn)行夜間可見光的定量研究[12]。例如全球范圍的傳感器DMSP/OLS[13,14]或者Suomi-NPP VIIRS(可見光紅外成像輻射儀，visible infrared imaging radiometer suite)可以對(duì)夜間地球燈光直接監(jiān)測(cè)[15]，地區(qū)尺度的傳感器SAC-C和SAC-D或者宇航員在國(guó)際空間站(ISS)上拍攝的圖片[16]提供了較高分辨率的夜間可見光圖像，當(dāng)?shù)爻叨菶ROS-B衛(wèi)星提供了甚高分辨率光學(xué)影像。此外，專業(yè)航空拍攝到的夜間亮度圖像也應(yīng)用到研究中[9]，為地球選區(qū)光污染圖像提供了更高的空間分辨率。遙感數(shù)據(jù)基本參數(shù)如表1所示。本文主要針對(duì)最常使用的三類夜間燈光遙感數(shù)據(jù)(DMSP/OLS、VIIRS以及EROS-B)和表征土地利用/覆蓋、人類活動(dòng)數(shù)據(jù)的Landsat影像在城市夜間光污染中的應(yīng)用進(jìn)行述評(píng)。

表1 遙感數(shù)據(jù)基本參數(shù)
Table 1 Basic parameters of remote sensing data

衛(wèi)星DMSP-OLSSuomi NPPEROS-B發(fā)射年份197320112006運(yùn)營(yíng)者美國(guó)國(guó)防部NASA/NOAA以色列ImageSat 國(guó)際公司數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)年份1992—201320112006傳感器OLSVIIRSCCD-TDI裝置位置海拔840 km海拔824 km海拔500 km精度/m5604000.7光譜分辨率/nm470～950505～890500～900刈幅寬/ km300030007量化等級(jí)6-bit12/14-bit10-bit數(shù)據(jù)周期24 h12 h5 d應(yīng)用范圍城際、洲際、全球城際、洲際、全球城際、洲際、全球

2.1 DMSP/OLS數(shù)據(jù)

1)基本信息。1973年美國(guó)國(guó)防氣象衛(wèi)星計(jì)劃(DMSP)發(fā)射的F-1衛(wèi)星上首次搭載傳感器OLS(Operational Linescan System)，OLS是一種具有低光可見和熱紅外(TIR)成像能力的振蕩掃描輻射計(jì)，能夠探測(cè)地球表面可見近紅外(VNIR)發(fā)射的微弱光源，從而可以檢測(cè)到城市和村鎮(zhèn)地面的夜間向上燈光輻射。20世紀(jì)70年代末到90年代初期，僅有少數(shù)研究者使用夜間燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，包括城市測(cè)繪、人口密度、能源使用等，直到1992年美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局的國(guó)家地球科學(xué)數(shù)據(jù)中心(NOAA/NGDC)創(chuàng)建了DMSP-OLS數(shù)據(jù)的數(shù)字檔案，并對(duì)OLS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了一系列的噪聲處理。現(xiàn)在可用OLS夜間燈光數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)擴(kuò)展到1992—2013年，2013年NOAA/NGDC停止數(shù)據(jù)存檔，而1992年前并沒(méi)有保存或以數(shù)字形式提供[11]。DMSP衛(wèi)星處于低海拔(830 km)太陽(yáng)同步極軌道，軌道周期為101 min。衛(wèi)星運(yùn)行速度為一天14軌，因此每一個(gè)OLS傳感器每天監(jiān)測(cè)兩次全球云分布情況，獲取全球黎明、白天、黃昏和夜晚4個(gè)階段的觀測(cè)數(shù)據(jù)[17]。

OLS輻射計(jì)由兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡和一個(gè)光電倍增管(PMT)組成?？梢娡h(yuǎn)鏡對(duì)400～1 100 nm的輻射敏感。PMT數(shù)據(jù)具有從440～940 nm(485～765 nm FWHM)的寬光譜響應(yīng)，在500～650 nm區(qū)域內(nèi)具有最高靈敏度。這涵蓋了最廣泛使用的外部照明燈具的主要輻射范圍。望遠(yuǎn)鏡像素值在晚上由PMT值替代。OLS傳感器最初的使命是探測(cè)夜間月光照射下的云，其具有的高增益性特征使它不僅能觀測(cè)云還能檢測(cè)到其他燈光，其中大部分光源都是公共街道照明，還有小部分是裝飾或安全燈(市中心、機(jī)場(chǎng)、露天礦物、商業(yè)、體育、溫室等外部燈光)、火災(zāi)和漁船燈光[18]。

DMSP/OLS夜間燈光數(shù)據(jù)主要包括三種產(chǎn)品，即穩(wěn)定燈光數(shù)據(jù)、輻射標(biāo)定夜間燈光強(qiáng)度數(shù)據(jù)、非輻射標(biāo)定夜間燈光強(qiáng)度數(shù)據(jù)。其中使用最廣泛的是全球穩(wěn)定燈光產(chǎn)品，穩(wěn)定燈光數(shù)據(jù)是標(biāo)定夜間平均燈光強(qiáng)度的年度柵格影像，柵格數(shù)據(jù)中包括城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及其他區(qū)域的持久燈光，且消除了夜間月光、云層、火光、極光、閃電等短暫燈光的影響，處理后的數(shù)據(jù)能夠較真實(shí)反映人類的生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)。影像中像元的DN值范圍從0(不亮)～63(最大燈光強(qiáng)度)，因此OLS值是相對(duì)值而不是絕對(duì)輻射度量，它代表該區(qū)域的平均燈光強(qiáng)度。

2)校準(zhǔn)方法。利用遙感數(shù)據(jù)研究光污染變化需要可比較的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，然而，由于穩(wěn)定夜間燈光數(shù)據(jù)存在一系列問(wèn)題，該數(shù)據(jù)不能直接用于定量變化分析[19]。(a)1992—2013年，DMSP / OLS數(shù)據(jù)由跨度21年的六顆不同衛(wèi)星(F10、F12、F14、F15、F16和F18)上的傳感器獲取，由于沒(méi)有星上定標(biāo)機(jī)制，每個(gè)傳感器的平均DN值都不穩(wěn)定[20]；(b)由于不同衛(wèi)星運(yùn)行特性存在差異及傳感器退化，導(dǎo)致不同傳感器同一年份的數(shù)據(jù)不一致、同一傳感器不同年份的數(shù)據(jù)不連續(xù)；(c)由于探測(cè)器具有高增益性能，燈光在城市中心區(qū)存在過(guò)飽和現(xiàn)象。因此，使用年際DMSP/OLS穩(wěn)定夜間燈光數(shù)據(jù)[21]進(jìn)行分析研究時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行傳感器間校正、連續(xù)性校正以及過(guò)飽和校正。

在長(zhǎng)期的研究中已經(jīng)形成了一套趨于一致的長(zhǎng)時(shí)間序列夜間燈光數(shù)據(jù)處理、校正的方法。最普遍的較正方法是選擇一個(gè)城市化進(jìn)程穩(wěn)定、燈光亮度變化小且亮度值跨度廣的區(qū)域(也常被稱為偽不變特征點(diǎn))作為不變目標(biāo)區(qū)域。方法由Elvidge等[19]首先提出，以亮度值年際變化小的不變目標(biāo)區(qū)域西西里島作為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域，選取區(qū)域DN值范圍廣且達(dá)到飽和的數(shù)據(jù)F121992作為參考圖像，建立二次回歸模型對(duì)其他年份的全球DMSP/OLS數(shù)據(jù)進(jìn)行相互校正[20]?，F(xiàn)有的校準(zhǔn)方法主要是在Elvidge等[19]提出的校準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上，在幾個(gè)細(xì)節(jié)方面進(jìn)行適用性更改：目標(biāo)地點(diǎn)、應(yīng)用區(qū)域、參考圖像、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖愋?、回歸參數(shù)估計(jì)。校正流程如圖1所示，其中包括四個(gè)步驟：選擇不變目標(biāo)區(qū)域、建模、影像校正、結(jié)果評(píng)定。

圖1 DMSP/OLS夜間燈光圖像校正流程圖
Fig.1 Correction flow chart of DMSP/OLS’s night light image

2017年P(guān)andey等[21]對(duì)比評(píng)估了9個(gè)最常用的DMSP/OLS的校正方法，研究表明，全球尺度的校正方法優(yōu)于區(qū)域校正方法，昏暗區(qū)域較明亮區(qū)域更難校正，南北高緯度地區(qū)校正后存在顯著不一致。最重要的是，即使應(yīng)用校正方法后，夜間燈光數(shù)據(jù)中仍存在不一致性。一系列問(wèn)題說(shuō)明現(xiàn)有的校正方法仍需進(jìn)一步改進(jìn)。一方面，使用原位數(shù)據(jù)將相對(duì)較正轉(zhuǎn)向絕對(duì)校正；另一方面，將DMSP/OLS數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)集例如VIIRS進(jìn)行融合，這將有助于穩(wěn)定夜間燈光數(shù)據(jù)飽和度校正和輻射校正。2014年Shao等[22]使用VIIRS數(shù)據(jù)對(duì)DMSP/OLS數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正，提出了一種比較甚至是整合兩類數(shù)據(jù)的方法。

3)應(yīng)用。DMSL/OLS提供世界上最長(zhǎng)時(shí)間序列的夜間燈光圖像[23]，且系列產(chǎn)品具有容易獲取、可探測(cè)低強(qiáng)度燈光、不受光線陰影影響，提供了大尺度范圍燈光變化動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為城市夜間光污染強(qiáng)度及其時(shí)空分異分析提供條件。由于DMSP/OLS具有以上優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外光污染研究學(xué)者基于DMSP/OLS數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量的科學(xué)研究。2001年Cinzano等[10]使用了OLS遙感數(shù)據(jù)來(lái)繪制大面積人造夜間天空亮度和全天空亮度的地圖，結(jié)果顯示全球約三分之二的人口生活在光污染區(qū)域；提出了在大范圍內(nèi)利用OLS遙感影像繪制夜間亮度圖像的方法，以及計(jì)算了特定的天空方向上的裸眼星辰可視度及伸縮極限強(qiáng)度[24]。利用時(shí)間序列OLS夜間燈光影像和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)對(duì)光污染進(jìn)行建模，研究了城市和郊區(qū)夜空的直接光污染和間接光污染，結(jié)果表明在城市化進(jìn)程迅速的過(guò)程中，郊區(qū)正在經(jīng)歷嚴(yán)重的光污染[25]。DMSP / OLS數(shù)據(jù)也被用來(lái)分析巴基斯坦的光污染，研究表明，光污染區(qū)域迅速增加。Bennie等[23]提出了一種分析歐洲大陸光污染趨勢(shì)的新方法，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)經(jīng)濟(jì)水平較高的國(guó)家面臨日益嚴(yán)重的光污染；然而在部分國(guó)家，光污染的亮度明顯下降。同時(shí)，Han等[6]調(diào)查了1992—2012年中國(guó)光污染的發(fā)展趨勢(shì)，研究表明，光污染增長(zhǎng)主要位于東部沿海城市，而工業(yè)城市則呈下降趨勢(shì)。Jiang等[2]利用OLS數(shù)據(jù)分別在國(guó)家、區(qū)域和省級(jí)尺度上研究了中國(guó)的光污染特征，發(fā)現(xiàn)中國(guó)光污染不斷嚴(yán)重，主要是東部沿海城市及省會(huì)城市。

2.2 VIIRS可見光紅外成像輻射儀數(shù)據(jù)

2011年NASA與NOAA的聯(lián)合Suomi NPP(Suomi National Polar-orbiting Partnership)衛(wèi)星發(fā)射，載有五個(gè)地球觀測(cè)傳感器，其中第5臺(tái)儀器是針對(duì)土地(和海洋)應(yīng)用的，即可見光紅外成像輻射儀(visible infrared imaging radiometer suite，VIIRS)。數(shù)據(jù)于2011年12月1日后可以使用[8,11]，用來(lái)取代之前的DMSP/OLS，這標(biāo)志著夜間亮度數(shù)據(jù)收集和應(yīng)用的新時(shí)代的開始[11]。VIIRS包括22個(gè)光譜波段，第17個(gè)中等分辨率波段(DNB)是一個(gè)寬廣的“晝夜波段”(500～900 nm)，可用來(lái)收集夜間可見光和近紅外圖像。VIIRS數(shù)據(jù)根據(jù)噪聲級(jí)別進(jìn)行12或14位量化，并以nW/(cm2·sr)作為輻射強(qiáng)度單位。VIIRS的指定動(dòng)態(tài)范圍介于3×10-9～0.02 W·cm-2·sr-1之間，但實(shí)際性能使噪聲基底達(dá)到5×10-11 W·cm-2·sr-1，可以檢測(cè)到極其微弱的光源信號(hào)。

2.2 4組血清中甲狀腺激素水平 細(xì)菌感染組的TSH顯著高于混合感染組、其他感染組及對(duì)照組，混合感染組的TSH顯著高于其他感染組和對(duì)照組，其他感染組的TSH顯著高于對(duì)照組，細(xì)菌感染組的T3顯著低于混合感染組、其他感染組及對(duì)照組，混合感染組的T3顯著低于其他感染組和對(duì)照組，其他感染組的T3顯著低于對(duì)照組，其差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而4組的T4、FT3及FT4水平無(wú)明顯的差異(P>0.05)。見表2。

VIIRS系統(tǒng)采用掃帚式掃描，總視場(chǎng)角為112°，可產(chǎn)生3 000 km的刈幅寬。其空間分辨率比OLS最低點(diǎn)的數(shù)據(jù)高45倍，比掃描邊緣的高88倍。它的輻射分辨率更精細(xì)256倍，對(duì)輻射的敏感度高10倍。相比之下，VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)的空間分辨率、時(shí)間分辨率、輻射分辨率均有了較大的提升，并消除了DMSP圖像數(shù)據(jù)中存在的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：飽和、溢散和缺乏板載校準(zhǔn)[11]。因此，相比于OLS數(shù)據(jù)和地面測(cè)量的夜間燈光亮度數(shù)據(jù)的密切相關(guān)，VIIRS具有更高的相關(guān)性[12]。

然而，VIIRS也不是所有方面都優(yōu)于OLS。隨著城市照明由傳統(tǒng)照明向LED照明轉(zhuǎn)變，夜間光譜向藍(lán)色波長(zhǎng)偏移，而VIIRS對(duì)500 nm以下的波長(zhǎng)不敏感，檢測(cè)結(jié)果將低估夜間光污染。OLS的波長(zhǎng)范圍為400～1 100 nm，因此有更大的可能性檢測(cè)到LED照明[11]。此外，VIIRS缺少如DMSP般的長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)記錄，因此在研究1992—2013年的夜空發(fā)亮，尤其是2011年之前，DMSP/OLS數(shù)據(jù)顯得尤為重要。2017年NASA推出Suomi NPP的后繼者，從此擴(kuò)展了夜間燈光的數(shù)據(jù)記錄[11]。

Elvidge[26]使用VIIRS數(shù)據(jù)檢測(cè)全球廢氣輻射排放，研究形成光污染的主要工業(yè)源。Levin等[8]對(duì)VIIRS數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，研究了亮度與人口、GDP、路網(wǎng)密度、植被覆蓋率等相關(guān)影響因素之間的相關(guān)性。Netzel等[27]以VIIR和Landsat遙感影像作為參考數(shù)據(jù)集之一，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，基于Berry的模型，提出了高效計(jì)算區(qū)域夜空亮度的方法，繪制了波蘭上空分辨率為100 m的夜空亮度圖。此外，VIIRS DNB也常作為對(duì)比數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較或校正[28]。但由于僅有2011年后的數(shù)據(jù)，且VIIRS缺少系統(tǒng)校正方法，因此相關(guān)研究較少。同時(shí)，VIIRS的空間分辨率以及DNB僅在單一的寬光譜波段收集信息，限制了VIIRS數(shù)據(jù)更廣泛的應(yīng)用。

2.3 EROS-B遙感影像數(shù)據(jù)

EROS-B是2006年以色列ImageSat國(guó)際公司發(fā)射的地球資源觀測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星，目的是向客戶提供高分辨率圖像。運(yùn)行在太陽(yáng)同步圓軌道，平均高度為520 km。以色列EROS-B衛(wèi)星載有NA 50相機(jī)，具有CCD-TDI傳感器，視角為33.7°。EROS-B的全色波段范圍為500～900 nm，圖像的掃描寬度約為8.3 km。遙感圖像的分辨率是與數(shù)據(jù)質(zhì)量密切相關(guān)的指標(biāo)，EROS-B的空間分辨率可以達(dá)到0.7 m。圖像可用作16位數(shù)字(DN)值(介于0～65 535之間)代表亮度值。

EROS-B遙感影像可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)購(gòu)買，但供應(yīng)商ImageSat不提供有關(guān)EROS-B檢測(cè)閾值的信息，也不提供有關(guān)如何將DN值校準(zhǔn)為輻射值的信息。Levin等[29]提出了以色列EROS-B商業(yè)衛(wèi)星作為高空間分辨率空間夜間亮度圖像的新來(lái)源，利用EROS-B衛(wèi)星提供的澳大利亞布里斯班的圖像，結(jié)合土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)，解釋了89%夜間燈光的變化。Katz等[12]通過(guò)結(jié)合Landsat和EROS-B兩種遙感數(shù)據(jù)，并利用天空質(zhì)量?jī)x(SQM)對(duì)耶路撒冷市進(jìn)行地面上、中、下三方向的測(cè)量，對(duì)三類數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)SQM和EROS-B亮度值之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，EROS-B圖像上的明亮區(qū)域與植被覆蓋度低和反照率高的區(qū)域相關(guān)聯(lián)。

2.4 Landsat土地利用數(shù)據(jù)

對(duì)于城市增長(zhǎng)和土地利用/覆蓋變化對(duì)光污染影響的研究，需要可靠的信息來(lái)源和穩(wěn)定的方法，而利用存檔遙感數(shù)據(jù)可以直接、及時(shí)、經(jīng)濟(jì)低廉地采集城市空間數(shù)據(jù)。通過(guò)提取遙感數(shù)據(jù)中的地面靜態(tài)和動(dòng)態(tài)屬性，可以描述出相關(guān)因素特征及變化，這些信息有助于分析導(dǎo)致光污染的各種驅(qū)動(dòng)力，并且能夠進(jìn)一步促進(jìn)預(yù)測(cè)未來(lái)城市光污染增長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)模型的發(fā)展。20世紀(jì)70年代初，區(qū)域、國(guó)家、全球范圍內(nèi)的城市土地利用/覆蓋信息的采集成為許多研究和評(píng)價(jià)的主題[1]，在光污染研究領(lǐng)域也對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用[15,27,30]。

學(xué)科服務(wù)是圖書館面向?qū)W科領(lǐng)域提供的專業(yè)化個(gè)性化的服務(wù)。高校圖書館的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在于對(duì)教學(xué)科研的支持?；ヂ?lián)網(wǎng)+環(huán)境下，圖書館員的服務(wù)充分利用互聯(lián)網(wǎng)中的知網(wǎng)、超星等網(wǎng)站平臺(tái)；互聯(lián)網(wǎng)中QQ、微信等聊天工具，及時(shí)獲得用戶的需求，解決用戶在學(xué)科方面的問(wèn)題或給以相關(guān)的支撐。學(xué)科服務(wù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的跟蹤服務(wù)，圖書館員在循序漸進(jìn)的服務(wù)中獲得高校師生的信賴和認(rèn)可，從而成為高校師生的重要朋友。

1972年發(fā)射的ERTS-1(Earth Resources Technology Satellite-1，后來(lái)被命名為L(zhǎng)andsat)極大地推動(dòng)了夜空光污染研究的進(jìn)展。美國(guó)Landsat計(jì)劃和法國(guó)SPOT衛(wèi)星是最大的數(shù)據(jù)源，其中Landsat計(jì)劃提供了歷時(shí)最長(zhǎng)的、連續(xù)的太空對(duì)地球的觀測(cè)，其時(shí)間跨度為自1973年至今。Landsat系統(tǒng)是唯一被設(shè)計(jì)并運(yùn)用在對(duì)地球陸地進(jìn)行中等分辨率重復(fù)觀測(cè)的衛(wèi)星系統(tǒng)，中等分辨率使它在宏觀的層面可以覆蓋全球，而在微觀的層面可以捕捉如土地利用、土地覆蓋、森林砍伐、城市增長(zhǎng)等人類活動(dòng)痕跡。基于Landsat影像，通過(guò)影像處理、空間分類獲取的土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)主要包括6個(gè)類型：高密度城市用地、低密度城市用地、發(fā)展用地/裸地、耕地/草地、林地、水體。

Landsat提供了一個(gè)豐富的、高度校準(zhǔn)的、覆蓋全球的多光譜影像數(shù)據(jù)，并且自2009年1月9日之后已經(jīng)可以從USGS EROS數(shù)據(jù)中心免費(fèi)獲取這些存檔影像。Landsat數(shù)據(jù)的獨(dú)特價(jià)值，使它在城市夜間光污染的研究中占據(jù)不可替代的地位。2015年蘇曉明等[31]對(duì)從Google Earth(衛(wèi)星圖像主要來(lái)源于Landsat衛(wèi)星和QuikBird衛(wèi)星)獲取的呼和浩特的夜間遙感圖像進(jìn)行等級(jí)劃分和亮度計(jì)算，結(jié)合實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，考察了呼市夜空亮度水平影響范圍并建立該市夜空光環(huán)境監(jiān)測(cè)模型；Katz和Levin[12]通過(guò)提取Landsat中的植被覆蓋度和反照率等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)與夜空亮度之間的相關(guān)性。

2.5 其他數(shù)據(jù)

更精細(xì)空間尺度的光污染研究需要更高空間分辨率的夜間亮度圖像。專門的航空拍攝和宇航員在國(guó)際空間站上拍攝的高分辨率的圖像能提供精確的分辨率，彌補(bǔ)衛(wèi)星圖像分辨率較低和大空間尺度下地面調(diào)查受限的問(wèn)題[16]，分辨出大量的基本土地利用/覆蓋單元，為光污染源分類提供條件。

圖5顯示了本文所述施工段局部地表測(cè)點(diǎn)分布。盾構(gòu)始發(fā)段與接收段每隔 10 m布置一排監(jiān)測(cè)點(diǎn)，正常掘進(jìn)段每隔 30 m 布置一排監(jiān)測(cè)點(diǎn)，由于部分測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失，因此選取CK 46+785—CK 47+055區(qū)間中位置典型且數(shù)據(jù)完整的測(cè)點(diǎn)作為典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

[1]王緋.池莉：存在仿真與平民的故事——二十世紀(jì)末中國(guó)女性小說(shuō)家典范論之一 [J]. 當(dāng)代作家評(píng)論，1998，（1）：58-72

2012年Kuechly等[9]基于DMSP夜間衛(wèi)星圖像，利用CDD相機(jī)俯拍德國(guó)柏林的夜景，得到城市夜間高分辨率(1 m)的圖像，之后結(jié)合GIS技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行拼接及評(píng)估土地使用數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)之間的均方根誤差，并運(yùn)用GIS計(jì)算每類土地利用類型的總面積和其中產(chǎn)生的燈光數(shù)量總和，得到各區(qū)域光總量和城市土地利用的比例關(guān)系，使用這種方法得出結(jié)論：街道照明被認(rèn)為是天頂光污染的主要來(lái)源(比例達(dá)到31.6%)。Levin和Duke[16]使用ISS圖像證明了城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)燈光分布的不同，并闡釋了經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施以及人口對(duì)亮度水平的影響，研究表明，高分辨率數(shù)據(jù)能更好地作為研究區(qū)域建成區(qū)人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性的指標(biāo)。然而數(shù)據(jù)采集的高成本以及研究區(qū)域較大時(shí)數(shù)據(jù)處理的技術(shù)難題限制了這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

3 研究成果統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)遙感數(shù)據(jù)在光污染研究中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)，如圖2所示。對(duì)比相關(guān)研究成果，我們認(rèn)為遙感數(shù)據(jù)在光污染研究中的應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：

劉劍文在接受記者采訪時(shí)表示，此次個(gè)稅改革之所以引起如此大的反響，主要是在草案制定過(guò)程中，一直處于保密狀態(tài)，對(duì)于起征點(diǎn)如何設(shè)定，專項(xiàng)扣除的項(xiàng)目如何選擇都沒(méi)有一個(gè)較為明確的解釋，引發(fā)了大家的疑惑?！皞€(gè)稅關(guān)乎著每個(gè)人，應(yīng)該在前期充分征求民意，凝聚共識(shí)，這樣才有利于法律的遵從?！?/p>

1)空間尺度。研究領(lǐng)域涉及不同尺度范圍，覆蓋省級(jí)、國(guó)級(jí)、洲級(jí)以及全球，這利用了遙感數(shù)據(jù)范圍廣、直觀性、高效性等特點(diǎn)，使光污染研究更加深入、直觀。但是，OLS和VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)受到圖像分辨率等因素的限制，其在省級(jí)及以下尺度范圍的光污染研究應(yīng)用較少甚至沒(méi)有，而EROS-B等遙感數(shù)據(jù)雖基本不受分辨率影響，但其價(jià)格及數(shù)據(jù)資源限制了大空間尺度的研究。

2)時(shí)間尺度。應(yīng)用OLS數(shù)據(jù)研究的時(shí)間尺度以年為最小單位進(jìn)行數(shù)年甚至數(shù)十年數(shù)據(jù)的研究，多進(jìn)行變化趨勢(shì)研究，這是由于DMSP/OLS數(shù)據(jù)庫(kù)僅提供年度復(fù)合產(chǎn)品。VIIRS可以提供每月的數(shù)據(jù)，從而可分析月、季、年度變化；ISS拍攝圖片以及航拍圖片具有更高的時(shí)間靈活性，但由于其缺乏數(shù)據(jù)的連續(xù)性，因此通常在時(shí)、日的尺度上進(jìn)行研究。

3)研究涉及的關(guān)鍵問(wèn)題。遙感數(shù)據(jù)在夜間光污染研究中的應(yīng)用主要涉及幾個(gè)方面：城市夜間光污染影響因素研究，城市光污染時(shí)空分布及變化趨勢(shì)，光污染地圖可視化，城市夜空光污染建模與評(píng)估。

4)數(shù)據(jù)交叉。遙感影像與城市發(fā)展、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、城市人口、土地覆蓋等因素密切相關(guān)，因此研究中常將人口、GDP、土地利用/覆蓋等關(guān)鍵參量與遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉分析[11]。此外，由于數(shù)據(jù)存在偏差，常將DMSP/OLS、VIIRS、EROS-B等遙感數(shù)據(jù)和地面測(cè)量數(shù)據(jù)相互對(duì)比和校正，甚至進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。

圖2 遙感數(shù)據(jù)在城市夜間光污染研究中的應(yīng)用成果統(tǒng)計(jì)圖
Fig.2 Statistical graph of application results of remote sensing data in urban nighttime light pollution research

4 總結(jié)

1)遙感圖像的限制。雖然夜間遙感燈光圖像提供了人造光和光污染的總體視圖，但是仍存在一些限制：①遙感亮度大多數(shù)代表向上發(fā)射的人造光，(盡管有些傳感器掃描寬度較寬，例如VIIRS夜間圖像測(cè)量掃描角度已經(jīng)高達(dá)52°，因此也會(huì)獲取一些斜向放射的光照)，因此可能會(huì)限制地面層從不同方向上體驗(yàn)光污染的人、動(dòng)物和植物評(píng)價(jià)光污染。②由于傳感器運(yùn)行及數(shù)據(jù)采集受系統(tǒng)控制，且遙感數(shù)據(jù)需要一定的獲取途徑，因此，與地面測(cè)量相比，遙感數(shù)據(jù)在獲取自由度及提供連續(xù)夜間亮度測(cè)量方面能力有限。③由于大氣狀態(tài)、云層遮擋、表面反射等外部因素以及傳感器空間分辨率、掃描光譜波段等內(nèi)部因素的限制，遙感數(shù)據(jù)存在飽和、溢出、偏差、不連續(xù)性等系列問(wèn)題。

字長(zhǎng)是計(jì)算機(jī)的一個(gè)主要性能指標(biāo)，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部所存儲(chǔ)的數(shù)值精度就越高，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和效率就越高。字長(zhǎng)取決于數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)越高，那么字長(zhǎng)也是越大，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和效率也會(huì)大大提高。一般數(shù)據(jù)總線有32位和64位，位數(shù)越高字長(zhǎng)也越大，因此計(jì)算機(jī)性能也越好[3]。

2)遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展。

①提高遙感數(shù)據(jù)可靠性。雖然已經(jīng)證明遙感數(shù)據(jù)和夜間燈光亮度數(shù)據(jù)的地面測(cè)量結(jié)果密切相關(guān)，但是仍存在檢測(cè)偏差。DMSP/OLS影像在長(zhǎng)期研究中形成了一套較完整的校正體系，但是僅限于相對(duì)較正，其數(shù)據(jù)不能與VIIRS數(shù)值直接進(jìn)行比較，而VIIRS燈光數(shù)據(jù)本身也存在低估光污染等問(wèn)題。因此，遙感數(shù)據(jù)校正方法有望向多類型數(shù)據(jù)相互校正方向發(fā)展，例如利用地面實(shí)測(cè)、數(shù)學(xué)模型進(jìn)行校正，多種遙感數(shù)據(jù)相互校正，甚至是將不同類型的數(shù)據(jù)融合，生成更精細(xì)的夜空光污染數(shù)據(jù)。

②完善光污染數(shù)據(jù)庫(kù)。DMSP/OLS提供了最長(zhǎng)的時(shí)間序列光污染數(shù)據(jù)，Suomi NPP及其后繼者將擴(kuò)展夜間燈光遙感數(shù)據(jù)。此外，還有其他獲取光污染數(shù)據(jù)的途徑：艾拉斯貝太空網(wǎng)提供了全球光污染在線地圖以及高分辨率的中國(guó)光污染地圖，為普及光污染認(rèn)知提供條件；Kuechly等 [9]將研究中的航空調(diào)查數(shù)據(jù)上載到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，以鼓勵(lì)進(jìn)一步的科學(xué)研究?；谙到y(tǒng)平臺(tái)，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)，完善光污染模型，共享數(shù)據(jù)信息，仍需國(guó)內(nèi)外共同努力。

③擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。高分辨率遙感數(shù)據(jù)集在未來(lái)的研究中將應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域，可能包括：光污染緩解措施的效果研究，光污染模擬的方法改進(jìn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源利用的研究，人造光和生態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系(如晝夜節(jié)律、伴侶選擇、物種分布、遷移障礙和季節(jié)性行為)，夜景規(guī)劃與管理等領(lǐng)域[9]。

④提高影像分辨率。隨著遙感影像向更高分辨率方向發(fā)展，甚高分辨率衛(wèi)星影像在城市夜空光污染研究中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。當(dāng)前甚高分辨率光學(xué)影像可以從多種傳感器獲取，包括QuickBird、WorldView-1、WorldView-2以及EROS等。值得注意的是，分辨率高于1 m、重復(fù)周期小于1天的影像在不久將成為現(xiàn)實(shí)，這將使城市夜間光污染研究實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展成為可能。

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