10月22日，中國測繪地理信息學(xué)會2015年學(xué)術(shù)年會在江西南昌召開。中國科學(xué)院院士、中國工程院士、武漢大學(xué)學(xué)術(shù)委員會主任李德仁院士給帶來了報告《論夜光遙感數(shù)據(jù)挖掘》。

　　以下是李德仁院士在會上的講話實錄：

　　我今天的演講主題是《夜光遙感的數(shù)據(jù)挖掘》。大家做遙感做了那么多年，主要做自然的，地球的變化，能不能利用我們的遙感，來研究以人類以及人類活動為中心的，來做社會經(jīng)濟學(xué)的一個應(yīng)用?因此今天提到的夜光遙感是以人類為中心，開展對地觀測的數(shù)據(jù)分析。

　　我將圍繞以下四個方面介紹：一、什么是空間數(shù)據(jù)挖掘?二、什么是夜光遙感?三、從夜光遙感數(shù)據(jù)挖掘中可以獲得哪些知識?四、武漢大學(xué)近期的工作。

　　一、什么是空間數(shù)據(jù)挖掘?由于物聯(lián)網(wǎng)的需求，會帶來上億個，十萬億個無限的傳感器，記錄我們?nèi)祟愒跒榈厣系幕顒樱素斘锏难b備變化，這就會帶來海量的大數(shù)據(jù)。這些大數(shù)據(jù)要處理、挖掘，相比數(shù)據(jù)處理和信息提取，數(shù)據(jù)挖掘主要難在基于大數(shù)據(jù)和知識庫存的智能推理。

　　我們空間數(shù)據(jù)挖掘是從海量、多元多尺度、多時相、多光譜的地理空間數(shù)據(jù)中自動發(fā)現(xiàn)和抽取隱含的、非顯性的模式、規(guī)則中提取。

　　這個數(shù)據(jù)挖掘的過程，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)傳輸分配、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)演示到數(shù)據(jù)安全。這個過程，就稱之為從倉庫里面選取數(shù)據(jù)，要做數(shù)據(jù)采樣、多方面的分析，最后得到我們要用的數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)挖掘我們要做準(zhǔn)備，從數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、知識發(fā)現(xiàn)到可視化。在驗證過程中，在檢驗高度中，我們需要關(guān)聯(lián)規(guī)則、需要找分類、聚類分析、序列分析、路徑更新等等，這是擺在我們年輕人，我們?nèi)w測繪人員需要面對的新的任務(wù)，它就是一個金字塔——從現(xiàn)實世界，我們可以獲得空間數(shù)據(jù)，繼續(xù)往下做空間數(shù)據(jù)挖掘，最后得到我們的支持。關(guān)于這個問題，我們有本書，叫空間數(shù)據(jù)挖掘的理論與應(yīng)用，在中國科學(xué)出版社出了兩本，英文版正在翻譯，今年會出來。

　　這本書里面講的空間數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)的方法，包括統(tǒng)計方法和空間統(tǒng)計、歸納方法、聚類方法、空間多測量和多時相分析方法、探索性數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)場和云模型、圖像分析和模式識別，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、證據(jù)理論、遺傳算法、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等

　　二、什么是夜光遙感?夜光遙感對地觀測平臺，夜光遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理。

　　這是美國軍事氣象衛(wèi)星獲取的全球晚上的夜光遙感影像。這是一個國際空間站宇航員用照相機拍攝的武漢市的夜光影像，這個分辨率是60米，可以看到我們大學(xué)在這里。我給出一個夜光遙感的定義：在夜間無云情況下，遙感傳感器獲取陸地/水體可見光源的過程，即稱之為夜光遙感。城市燈光、艦船燈光和油井燃燒發(fā)光均和人類活動有關(guān)，而這些可見光源均可以被夜光遙感衛(wèi)星觀測到。

　　除了人類以外，自然界也有可能發(fā)光，也是夜光光源的一部分。有發(fā)光的海洋生物、火山爆發(fā)、激光、森林野火等。

　　夜光遙感對地觀測平臺。目前美國、以色列、阿根廷等國擁有能夠觀測夜光的衛(wèi)星。美國有DMSP系列衛(wèi)星，傳感器是OLS，空間分辨率2700米。阿根廷有SAC-C衛(wèi)星，傳感器HSTC，空間分辨率2-3千米。

　　夜光遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理。包括幾何糾正、輻射定標(biāo)、云檢測地表反射的月光去除、噪聲去除。一般情況下，用于社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)挖掘的夜光影像來自于一定時期內(nèi)的平均夜光影像。

　　我們從夜光遙感數(shù)據(jù)中可以獲得的知識可以用于社會經(jīng)濟參數(shù)估算、城市化和區(qū)域發(fā)展評估、光污染分析、漁業(yè)檢測。

　　社會經(jīng)濟參數(shù)估算。比如說社會經(jīng)濟參數(shù)，美國有用夜光做了一個全球2006年的GDP，就發(fā)現(xiàn)有一些國家虛報了GDP的增長。1992-2002年的GDP年均增長率的官方值為8.6%，而夜光數(shù)據(jù)修整后的年均增長率只有4.3%。因為數(shù)據(jù)是人報的，可以修整GDP參數(shù)的虛報。這就是2006年全球一公里的GDP，詳細(xì)可以看，這墨西哥的這是阿根廷的。這是用傳統(tǒng)辦法做得很慢，這個用夜光遙感做得很快。

　　城市化和區(qū)域發(fā)展評估。請大家看，左邊這張圖，1992年長三角夜光遙感影像，到2013年整個長三角夜光遙感影像，可以發(fā)現(xiàn)城市發(fā)展成連片的，原來是分開的。

　　綜合城市發(fā)展分布，我們可以把中國的城市化分為中國十個大的城市群，可以通過空間分析，就可以把城市群的范圍定義出來。所以這是我們夜光遙感的一個運用。

　　光污染分析。美國人做的乳腺發(fā)病率跟夜光分布的關(guān)系，它有正相關(guān)，就是肥胖病、癌癥的光污染有關(guān)。所以它損害人的健康。有一些國家像北歐，控制夜光以減少對人體的污染。光污染與乳腺癌的發(fā)病率、前列腺癌發(fā)病率、與青少年的夜晚型人格比例都是正相關(guān)，光污染改變了海龜?shù)闹擦?xí)慣，也改變了部分鳥類的生活習(xí)性。

　　漁業(yè)檢測。很多國家調(diào)查了捕魚的情況，這是海上魚船發(fā)的光。

　　以下介紹下武漢大學(xué)近期的工作。武漢大學(xué)研究團隊在近年來開展了夜光遙感應(yīng)用研究：包括夜光影像的預(yù)處理分析、光污染分析、人道主義危機評估、區(qū)域發(fā)展評估。下面著重介紹利用夜光遙感技術(shù)人道危機評估和一帶一路的區(qū)域發(fā)展評估的研究：全球武裝沖突評估、敘利亞內(nèi)戰(zhàn)評估、伊拉克北部伊斯蘭國(ISIS)的評估、“一帶一路”的夜光動態(tài)分析。

　　1.全球武裝沖突評估。我們發(fā)現(xiàn)夜光的劇烈減少或波動往往意味著當(dāng)?shù)匕l(fā)生了戰(zhàn)爭和人道主義災(zāi)難。再看這個，我們分析夜光活動，在有些國家集聚波動，每年一會兒少、一會兒多，這個國家政局的反應(yīng)，經(jīng)濟波動很大。盧旺達(dá)波動是有一次大屠殺。越南有一次夜光不斷增加，他學(xué)中國改革開放。新西蘭、澳大利亞是穩(wěn)定國家，穩(wěn)定發(fā)展，經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展。

　　2.敘利亞內(nèi)戰(zhàn)評估。結(jié)果我們就把夜光波動指數(shù)和發(fā)生戰(zhàn)爭紀(jì)律找到了關(guān)系。因為我們重點這兩年做了敘利亞內(nèi)戰(zhàn)評估，有100多萬人流離失所，成了難民。但是敘利亞對于占地記者去，極端危險，導(dǎo)致新聞報到不全面和不客觀。那么我們可以靠遙感影像來分析。

　　這是利用美國的數(shù)據(jù)，2011年3月的敘利亞夜光遙感影像;發(fā)生戰(zhàn)爭以后，2014年2月份，減少了80%的。這個國家工業(yè)在這個省，這個省的夜光指數(shù)是96%。按照這個我們就去估計，在2011年到2014年這三年之中，敘利亞的夜光減少了74%。敘利亞在14個省分之中，有12%個省份的夜光減少了60%，這說明難民遷徙是夜光減少的主要因素。我們看遙感的數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)做了這個分析，這個分析的結(jié)果，我們在《國際遙感》發(fā)了一篇文章，在今年的3月份，正好敘利亞內(nèi)戰(zhàn)爆發(fā)四周年，全世界NGO，非政府機構(gòu)決定全球聲援?dāng)⒗麃?，與敘利亞同在。結(jié)果找不到數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)83%的敘利亞夜光消失，足以說明內(nèi)戰(zhàn)的嚴(yán)重程度。。超過600家國際主流媒體和網(wǎng)站以文字報道、電視廣播等形式轉(zhuǎn)摘或評估了研究成果。而報告的成果最后上交了聯(lián)合國安理會。

　　3.伊拉克北部伊斯蘭國(ISIS)的評估。從這個結(jié)果大家可以看出來，打白圈的地區(qū)夜光幾乎消失，這個地方是什么地區(qū)?是ISIS控制的摩蘇爾地區(qū)，而首都巴格達(dá)的燈光未發(fā)生減少。這就說明ISIS只給另外一個教派組織者，這個就做了分析，最多的地方減少了93%。這樣基本上就可以發(fā)現(xiàn)伊拉克城鎮(zhèn)的夜光的規(guī)律，我們也寫了一篇文章。這個結(jié)果也同樣得到了很多的應(yīng)用。

　　我們得出什么結(jié)論?伊拉克政府切斷了ISIS控制區(qū)域的電力供應(yīng)，而ISIS控制了發(fā)電站的發(fā)電，也給居民生活帶來影響。

　　4. “一帶一路”的夜光動態(tài)分析。目前上有三條線，從中國-中亞-俄羅斯-歐洲;中國-中亞-西亞-波斯灣-地中海;中國-東南亞、南亞、印度洋。我們按照定義的“一帶一路”，涉及沿岸35個國家，我們采取了1995年、2001年、2007年、2013年的DMSP夜光遙感影像。可以看到，多數(shù)國家的夜光不斷增加。特別是中國，以及好多東南亞國家，還有西歐的國家。1995年“一帶一路”的夜光排名，第一名是俄羅斯，到2013年再排名第一名是中國，當(dāng)時中國只有俄羅斯的一半，現(xiàn)在中國已經(jīng)反超俄羅斯，這說明中國城市發(fā)展比較好。這個是動態(tài)的分析，這個變化的增長，增長的比例哪些國家?看看中國在哪里?中國排在第13名，柬埔寨、阿富汗、越南、索馬里、蒙古都在我們前面。更有下降的:一個是烏克蘭，一個是敘利亞，都是因為戰(zhàn)爭。這就說明中國、東南亞等國的夜光發(fā)生了快速增長，這些國家正在發(fā)生快速的城市化和經(jīng)濟增長，特別是中國的夜光總量超過俄羅斯，說明中國經(jīng)濟總量超過了俄羅斯。有部分國家，波黑、索馬里、阿富汗等，由于和平進程核戰(zhàn)后重建，國家在發(fā)展。少數(shù)國家內(nèi)戰(zhàn)，敘利亞、烏克蘭，還有瑞典、丹麥等發(fā)達(dá)國家，夜光處于負(fù)增長。

　　總體來說，夜光遙感是遙感領(lǐng)域新興出現(xiàn)的分支，能夠提供以人類活動為中心的獨特視角，對夜光遙感影像進行數(shù)據(jù)挖掘，可以發(fā)掘如下知識：社會經(jīng)濟參數(shù)的估計-GDP、區(qū)域發(fā)展、人口和碳排放等，觀測全球社會經(jīng)濟變化、包括監(jiān)測戰(zhàn)爭和經(jīng)濟動蕩，污染分析，包括光污染的醫(yī)學(xué)和生態(tài)學(xué)效應(yīng)分析。

　　為此，武漢大學(xué)將發(fā)射珞珈一號夜光遙感小衛(wèi)星指標(biāo)，這個重訪周期是3-5天，地面分辨率星下點100米。我們還為這個衛(wèi)星加了一個北斗增強。美國人不讓我們在海外建設(shè)，我們幫著他們增強，這是做一個實驗。這個在明年9到10月能夠上來。