1.1 研究背景

随着科技的不断发展，遥感作为卫星的重要应用手段之一，可以提供多光谱多时空的地理信息，为国家土地利用、城市规划、农业管理、应急灾害响应等提供服务。夜光遥感作为遥感中特别的存在，可以为很多社会经济活动的评估提供新的视角。卫星夜间灯光数据在反映人类社会活动方面，由于其客观性、容易获取、应用范围广备受关注，诸多学者利用该数据挖掘出不同领域的应用。

1.2研究目的及意义

城市化是衡量一个地区经济水平高低,社会发展程度的重要标志。近年来，随着国家经济发展迅猛，城市化水平不断提高，为了更好的分配城市资源，保障城市产业结构和经济系统健康稳定的发展。因此，寻找一种有效、综合、直观的表达城市化水平的方法对各个城市在新形势下的发展具有深远意义。武汉城市圈虽己进入城市化高速发展期,但是,其城市群体发育和城市化发展并不成熟,城市化质量还存在很多问题,如圈内中心城市首位度过高,其他中、小城市发展缓慢,区域发展极不均衡;产业同构现象显著,产业高度化不够;城市人口持续增长,带来交通拥堵、保障性住房短缺、贫富差距加大、环境质量下降等“城市病”;发展方式粗放,生态环境有隐患,等等。不可否认,在取得巨大成就的同时,武汉城市圈现阶段的城镇化路径正在限制其未来可持续发展的能力。在“中部崛起”战略和长江中游城市群建设全面展幵的时代背景下,亟需明确武汉城市圈城镇化质量的现实状况,从而探索适合武汉城市圈的城市化质量优化策略。通过对武汉城市圈长时间序列夜光遥感数据的研究，结合相关统计数据，发现城市圈格局发展的规律，将为武汉城市圈的发展规划提供决策参考。

1.3 国内外研究现状

1.3.1夜间灯光数据研究进展

目前常用的夜间灯光数据分为DMSP夜间灯光数据，另一种是NPP卫星获取的VIIRS夜间灯光数据。DMSP/OLS夜间灯光数据有两点优势：一是不依赖于高空间分辨率，因影像数据量非常小，且不到 TM 数据的 1%，故对DMSP/OLS 数据进行处理时更加简便 ；二是 DMSP/OLS 夜间灯光影像能反映综合性信息，它涵盖了交通道路、居民地等与人口、城市等因子分布密切相关的信息。因此，使用 DMSP/OLS 夜间灯光数据时无需再单独考虑这些因素。NPP-VIIRS夜间灯光数据是第二代夜间灯光数据,和DMSP/OLS数据相比，NPP-VIIRS夜间灯光数据在空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率上有较大提高，但是NPP-VIIRS夜间灯光数据自2014年才开始发布，数量较少。

1.3.2基于DMSP/OLS数据的城市化研究进展

依据DMSP/OLS夜间灯光数据来提取城市建成区的思路是Croft在20世纪70年代末提出来的,之后,众多学者对DMSP/OLS夜间灯光数据进行分析并运用到城市的研究中。Gall等在1995年使用了夜间灯光数据对城市温室效应进行了系统的研究和相应数据统计分析的回归模型建设；同年,Imhoff等使用了夜间灯光数据估算城市面积以及城市扩展对王壤资源的影响;Elvidge等人尝试运用不确定系统模型改进灯光强度数据对中国的人曰模型进行综合评判,需要强调的是,不确定性模型的运用需要大量的相关数据予以支撑。国内相关于DMSP/OLS的研究与国外而言是相对较晚的,具体在我国人口、城市化进程、城市化格局和演变等范围的研究最早始于2000年。其中LoCP、陈晋、卓莉、何春阳、史培军、李百岁、王跃云、阴英超等人的研究比较突出。LoCP尝试利用DMSP/OLS数据方法对人口模型进行数值模拟,并设计了相应的数值模拟验算方案；陈晋等人于2003年,尝试运用上述方法进行区域性的测算,这也是我国学者第一次将上述模型方法运用到城市化发展水平的相关性论证中。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究目标

通过对武汉城市圈夜间灯光遥感数据和武汉市统计年鉴部分数据的研究，得到武汉及周边城市的城市化趋势，分析武汉城市圈格局的变化过程，总结影响因素，预测武汉市城市圈的未来发展方向。

2.2 研究内容

研究主要分为三个部分开展，第一部分是理论方法的准备，包括相关理论的梳理和研究方法的总结；第二部分是实证研究阶段，也是核心内容，基于夜间灯光数据探讨区域空间发展状况，并进一步进行长时间序列分析，研究武汉的城市圈格局变化；第三部分，结合研究结果为武汉城市圈发展提供建议。

2.3 技术方案

2.3.1 数据预处理

DMSP/OLS 灯光数据之间的校正：

参考 Elvidge、曹子阳的研究，分三步对原始灯光影像进行校正，解决不同卫星、不同年份灯光影像的不可比问题和像元值饱和问题。

①饱和校正和相互校正