夜光遙感作為一種獨(dú)特的對(duì)地觀測(cè)手段，通過捕捉夜間地表及大氣層散發(fā)的可見光-近紅外輻射，為研究人類活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)、能源消耗及城市擴(kuò)張等提供了不可替代的宏觀視角。其數(shù)據(jù)主要來源于搭載了特定傳感器的衛(wèi)星平臺(tái)，構(gòu)成了遙感信息系統(tǒng)中的重要一環(huán)。以下將系統(tǒng)闡述夜光遙感數(shù)據(jù)的獲取來源與詳細(xì)處理流程。
一、 數(shù)據(jù)獲取：主要衛(wèi)星平臺(tái)與傳感器
夜光遙感數(shù)據(jù)并非所有衛(wèi)星都能獲取，它依賴于專門設(shè)計(jì)或在特定模式下工作的傳感器。目前，最主要的公開數(shù)據(jù)來源包括：
- DMSP/OLS（國(guó)防氣象衛(wèi)星計(jì)劃/線性掃描業(yè)務(wù)系統(tǒng)）：這是最經(jīng)典、歷史最悠久的夜光遙感數(shù)據(jù)源（1992-2013年）。其傳感器對(duì)低光環(huán)境極為敏感，能夠探測(cè)到城市燈光、漁船集魚燈、天然氣燃燒等微弱光源。其數(shù)據(jù)存在像元飽和、無在軌輻射定標(biāo)、空間分辨率較粗（約2.7公里）等局限性。
- NPP/VIIRS（國(guó)家極軌合作伙伴/可見光紅外成像輻射計(jì)套件）：作為DMSP的繼任者，VIIRS自2012年起持續(xù)提供數(shù)據(jù)。其夜光波段（DNB）進(jìn)行了精心的輻射定標(biāo)，避免了像元飽和問題，空間分辨率大幅提升至約740米，動(dòng)態(tài)范圍更廣，能區(qū)分出更豐富的亮度細(xì)節(jié)，是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)源。
- 珞珈一號(hào)：中國(guó)首顆專業(yè)夜光遙感衛(wèi)星，于2018年發(fā)射。其空間分辨率達(dá)到130米，顯著高于VIIRS，能更精細(xì)地刻畫城市內(nèi)部結(jié)構(gòu)和小規(guī)模居民點(diǎn)，為中國(guó)及全球高精度夜光遙感應(yīng)用開辟了新途徑。
- 其他新興數(shù)據(jù)源：包括“北京二號(hào)”、“吉林一號(hào)”等商業(yè)高分辨率衛(wèi)星，以及國(guó)際空間站（ISS）上的攝影設(shè)備等，也提供了不同尺度和精度的夜間燈光影像。
這些衛(wèi)星作為遙感信息系統(tǒng)中的“數(shù)據(jù)采集前端”，按照既定軌道周期性掃描地球，將捕獲的輻射信號(hào)下傳至地面接收站。
二、 詳細(xì)數(shù)據(jù)處理流程
原始衛(wèi)星數(shù)據(jù)不能直接用于分析，必須經(jīng)過一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶幚聿襟E，才能得到科學(xué)可用的夜光產(chǎn)品。整個(gè)流程是遙感信息系統(tǒng)中“數(shù)據(jù)處理與加工”核心功能的體現(xiàn)。
第一步：數(shù)據(jù)下載與預(yù)處理
數(shù)據(jù)獲取：從官方數(shù)據(jù)中心（如美國(guó)NOAA NGDC、中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心等）下載原始數(shù)據(jù)或初級(jí)產(chǎn)品（如VIIRS的月度合成數(shù)據(jù)）。
輻射定標(biāo)：將傳感器記錄的數(shù)字量化值（DN）轉(zhuǎn)換為具有物理意義的輻射亮度值（如nW/(cm2·sr)）。這對(duì)于VIIRS等定量化傳感器至關(guān)重要，是實(shí)現(xiàn)時(shí)間序列對(duì)比和跨傳感器數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)。
* 幾何校正：修正因衛(wèi)星姿態(tài)、地球曲率、地形起伏等造成的像元位置誤差，將影像匹配到標(biāo)準(zhǔn)的地圖坐標(biāo)系（如WGS84）。
第二步：去噪與異常值處理
夜間影像中充斥著各種非穩(wěn)定光源的“噪聲”，必須剔除：
- 背景噪聲與雜散光：去除由月光、氣輝、極光等自然光源以及傳感器本身產(chǎn)生的背景值。通常通過設(shè)定閾值或使用時(shí)空濾波方法。
- 短暫性事件：識(shí)別并剔除閃電、野火、油氣燃燒等一次性或季節(jié)性事件的光亮。這常通過比較相鄰時(shí)段的數(shù)據(jù)或借助輔助數(shù)據(jù)（如火災(zāi)點(diǎn)數(shù)據(jù)）來實(shí)現(xiàn)。
- 云污染：云層會(huì)遮擋或散射地表燈光。需利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)自帶的云掩膜產(chǎn)品或結(jié)合其他氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，將受云影響的像元剔除或進(jìn)行插值修復(fù)。
第三步：年度合成與穩(wěn)定性處理
為獲得代表常年穩(wěn)定光源的“本底夜光”，需要對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行合成：
- 合成方法：對(duì)一年內(nèi)所有經(jīng)過去噪的可用影像，對(duì)每個(gè)像元取平均值、中位數(shù)或最大值。中值合成能有效抑制偶然事件，應(yīng)用最廣。
- 跨年度一致性校正（特別是對(duì)于DMSP數(shù)據(jù)）：由于DMSP衛(wèi)星間傳感器無定標(biāo)、性能退化，不同年份的數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)性偏差。需通過不變目標(biāo)區(qū)域法或傳感器間交叉定標(biāo)等方法，將整個(gè)時(shí)間序列校正到一致的輻射尺度上。
第四步：應(yīng)用導(dǎo)向的后期處理
根據(jù)具體研究目的，可能還需進(jìn)行：
- 空間裁剪與重投影：將數(shù)據(jù)裁剪至研究區(qū)范圍，并轉(zhuǎn)換為適合分析的投影坐標(biāo)系。
- 空間分辨率重采樣：根據(jù)需求進(jìn)行聚合（降低分辨率）或融合（結(jié)合高分辨率數(shù)據(jù)銳化）。
- 數(shù)據(jù)融合與增強(qiáng)：例如，將VIIRS數(shù)據(jù)與珞珈一號(hào)等高分辨率數(shù)據(jù)融合，以兼顧覆蓋范圍與細(xì)節(jié)；或與社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)分析。
三、
夜光遙感數(shù)據(jù)的價(jià)值，深深依賴于從衛(wèi)星平臺(tái)獲取到最終信息產(chǎn)品生成的每一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。一個(gè)完整的遙感信息系統(tǒng)不僅包含了這些數(shù)據(jù)處理算法和流程，還涵蓋了數(shù)據(jù)管理、分發(fā)服務(wù)和應(yīng)用模型。理解并掌握夜光數(shù)據(jù)的獲取與處理全流程，是將其有效應(yīng)用于城市化監(jiān)測(cè)、GDP估算、貧困評(píng)估、碳排放研究、重大事件（如戰(zhàn)爭(zhēng)、疫情）影響分析等諸多領(lǐng)域的基石。隨著更多高分辨率、高光譜夜光衛(wèi)星的發(fā)射，以及人工智能處理方法的引入，夜光遙感的數(shù)據(jù)流程與應(yīng)用前景必將更加廣闊與精深。
