珞珈一号01星夜光遥感影像全国一张图

1月21日，高分湖北中心（高分辨率对地观测系统湖北数据与应用中心）发布公告，武汉大学“珞珈一号”01星夜光遥感全国一张图制作完成，面向各行业提供免费数据服务。

有需要的用户单位可根据流程申请领用数据（领用流程见文末），具体流程见高分辨率对地观测系统湖北数据与应用网（http://www.hbeos.org.cn/）相关通知公告。

据珞珈一号的项目负责人张过介绍，他们的照片数据已经达到了单幅下载量超过1万次的情况，这些数据就足以说明他们说分享的照片是具有很高的研究价值的。

我国首张“夜光遥感一张图” 诞生

据了解，该图由武汉大学、高分湖北中心共同制作，它利用2018年6月至2018年12月拍摄的全国范围内的珞珈一号01星影像，幅宽250km共计275景，基于地面控制点生产制作，是全国130m分辨率195m定位精度的正射影像一张图。

这是我国首张夜光遥感一张图，可以广泛应用于社会经济参数估算、区域发展研究、重大事件评估、渔业监测等诸多研究领域。

项目团队通过分析珞珈一号01星误差来源与影响机理，构建了影像对地目标定位的全链路几何处理模型，并通过基于地面控制点参与区域网平差，大幅度提升影像的绝对定位精度。

在此基础上，利用星载影像自动匹配获取连接点1602个，进行带控制点的区域网平差，平差后连接点中误差0.983个像素，检查点中误1.5个像素，绝对定位精度由原始无控的683.386米提高至195.491米。

张过教授与“珞珈一号”01星模型 图源:湖北日报

“此前，我们开放了分区域图像的查询和下载，这次制作成全国一张图，将方便更多人展开研究。”珞珈一号卫星工程总师张过教授介绍，武汉大学前期已经研究夜晚灯光与GDP、人口、电力消耗的关系，更多的研究欢迎全社会的参与，对此图有需要的国内外研究单位均可提出获取申请。

据张过介绍，珞珈一号01星是世界上第一颗兼具遥感和导航增强功能的“一星多用”低轨微纳科学实验卫星，其夜光遥感分辨率优于美国现有卫星，目前夜光遥感数据已经向16个国家和地区的3000多用户提供服务。

张过还透露，珞珈一号02星正在研制中，进展顺利，目前正在申请发射许可，初步计划于2020年10月发射。此后，武大还会研发珞珈一号03星。

“珞珈一号”拍摄的武汉夜光图 图源：湖北日报

夜光遥感的发展历程

随着社会经济的发展，夜间照明设施逐渐普及。夜晚灯光的强弱，直接彰显了人类活动区域的发达程度。基于这个特点，夜光遥感的作用逐渐开始凸显。

简单地说，夜光遥感就是利用遥感技术从太空观测夜间地球的光芒。夜光遥感最早起源于上世纪70年代美国军事气象卫星计划，该计划的初衷是希望捕捉夜间云层反射的微弱月光，从而获取夜间云层分布信息，但意外发现该卫星可以捕捉到无云情况下夜间城市区域发光。

科研人员意识到了这一作用，通过对每天卫星采集的影像进行合成处理，研制出了无云的夜光遥感数据，这个数据被全球的科学家广泛应用，从而促使夜光遥感逐渐成为遥感领域发展活跃的一个分支。

世界上第一颗夜光卫星（DMSP-OLS）是由美国国防部主导发射，而后该系列卫星一直延续到2013年，提供了迄今最长时间序列（1992年-2013年）的年度夜光遥感数据。

随着NPP-VIIRS卫星2011年发射成功，该卫星能够获取新的夜光遥感影像，空间分辨率也提高到500米左右，而且发布了月度合成产品。这两个夜光数据由美国海洋大气局开展处理分发，并免费开放获取，这样就促使更多科学家加入到了夜光遥感研究中，并不断拓展其应用领域。

具备夜光遥感功能的NPP卫星 图源网络

除了这两套夜光遥感数据，美国、阿根廷、以色列等国的卫星及国际空间站也能获取夜光遥感卫星数据，但这些数据较少，且不易获取。

近年来我国频频发射夜光遥感卫星，突破了夜光遥感数据源依赖国外的局面，其中“吉林一号”是国内首颗能够获取夜光影像的商业卫星，其分辨率可达到亚米级，而今年6月成功发射的“珞珈一号”是我国首颗专业夜光遥感卫星，理论上15天就能获取一期全球较高分辨率的夜光影像。

夜光遥感影像能直接彰显人类活动

相比于大多数白天成像的可见光卫星和雷达卫星，夜光遥感卫星通过获取地表发射的可见光-近红外电磁波信息，主要反映的是地表人类活动状况，最主要的是人类夜间灯光照明，同时也包括石油天然气燃烧、海上渔船灯光、森林火灾以及火山爆发等来源。

南韩的夜间影像 图源网络

相比于普通的遥感卫星影像，夜光遥感能够提供以人类活动为中心的独特视角，能够直接揭示地表人类活动的潜在规律，因此在社会科学领域有广泛的应用。

北朝鲜的夜间影像 图源网络

例如，科研人员利用夜光遥感影像所直观反映的社会经济发展差异，进行社会经济参量估算。其中白色亮区为经济发展水平较高区域，而黑色则是经济发展水平较低或者无人类居住区。

全球夜间灯光分布图 图源网络

从图上可直观看到，北美、欧洲、印度、中国和日本的夜光亮度较大，反映出经济发展水平较高，而南美、非洲、中亚大部分区域则处于黑暗中，整体经济水平较低。由此，科学家利用夜光数据开展了较多社会经济参量估算，如人口、GDP、能源消耗、碳排放、货运量和贫困度。使用夜光遥感数据估算社会经济参量，具有空间细节丰富、时效快和统计口径一致等优势。

城市监测是夜光遥感的典型应用领域。由于城镇在夜间利用照明设施发出亮光，夜光遥感能够有效捕捉灯光辐射信息，中国遥感卫星地面站的科研人员利用夜光遥感影像能够快速重建“一带一路”沿线国家城市化过程。

“一带一路”路线和主要城市节点示意图 图源网络

利用夜光遥感可直观反映城市化空间扩展过程，有助于分析城市群和城市空间结构演化规律。此外，利用历史时序数据可重建过去20年“一带一路”沿线国家城市化发展历程，为沿线国家城市化规划和区域城市网络体系发展提供科学支撑。

中国遥感卫星地面站的科研人员还利用夜光遥感影像评估战争危机等。例如也门战争发生后，导致夜光发生骤变。通过时序夜光遥感数据挖掘分析也门战争前后的夜光变化，可以发现夜光下降明显。

夜光污染问题不可忽视

随着全球城市化进程加快，城市夜间照明设施快速发展，为城市居民生活和出行带来了极大方便。但与此同时，整夜被灯光所笼罩的“不夜城”，也将导致不可避免的夜光污染，不仅造成了能源的浪费，还会对人类健康、动植物的栖息繁殖和天文观测等活动造成一定的负面影响。

有调查表明，过度夜光照射可能增加人类健康风险，并可改变动植物生长习性等。夜光遥感影像为健康风险评价提供了科学数据。

中国遥感卫星地面站卫星数据深加工团队在国内较早开展了利用夜光遥感监测夜光污染的工作。研究发现，全球夜光污染主要在北半球中高纬度，东亚、欧洲和北美是夜光污染高值区。亚洲和南美洲在近20年夜光污染增速较快，全球大部分国家夜光污染在增加，部分国家如美国、乌克兰和叙利亚夜光污染处于下降趋势。

中国夜光污染高值主要集中在经济发达地区，但经济欠发达地区夜光污染增长速度较快，中国东西部夜光污染差异性较大。

光污染地图 图源：https://www.lightpollutionmap.info

该团队调查了中国保护区夜光污染变化特征，发现我国超过一半的保护区有夜光污染增加趋势，主要集中于华东、华中地区和西部局部地区；41%的保护区属于稳定夜光污染或无夜光污染，而高增长高密度夜光污染的保护区占所有保护区的9%。

结合高分辨率光学卫星遥感数据和社会经济统计数据，发现中国保护区夜光污染增加主要因为矿产开发、旅游发展和临近城市。这项工作的开展有助于了解目前我国保护区夜光污染现状，并为今后保护区的夜光污染防范和治理提供科学支撑。

附：珞珈一号01星夜光遥感全国一张图领用流程

各用户单位：

珞珈一号01星夜光遥感全国一张图现已完成生产，为了更好地促进该图的广泛应用，现面向各行业用户提供免费数据服务。该图由高分湖北中心负责发放，有需要的用户单位可根据以下领用流程申请数据：

1、领用单位需签署《珞珈一号01星夜光遥感全国一张图成果使用协议》，协议要求一式两份，盖所在单位公章，法人签字。同时，领用单位需填写协议附表相关内容一份。经武汉大学审批后，提供数据。

2、由于申请的用户较多，为了保证数据领用的高效性，请领用单位邮寄纸质协议和附表的同时，邮寄一块容量大于1T的移动硬盘，并务必提供本单位邮寄地址和联系方式，以便数据拷贝完成后立刻寄出，未提供回寄地址和联系方式的概不寄送数据。

3、请领用单位严格遵照协议内容，履行相关职责和要求，并定期向数据提供方反馈汇交成果使用情况。

高分湖北中心联系方式如下：

联系人：凃光胜

联系方式：

18627704208，438441404@qq.com

联系地址：湖北省武汉市洪山区街道口中部创意大厦2008

高分辨率对地观测系统湖北数据与应用中心