使用PIE-Engine探寻地球灯光蕴藏的秘密

地球夜晚的灯光有着怎样的秘密？

全球夜景灯光变化又在讲述怎样的故事？

远在地球之外的对地观测卫星为我们捕捉到这颗星球上各式各样的美丽景色（如城市、渔船、火点等可见光辐射源），一束束人类智慧结晶汇成的灯光点缀在大地上，记录着地球的美好。

今天来听听小编讲述：如何通过PIE-Engine平台结合夜间灯光数据探寻人类地球灯光所蕴藏的秘密？

灯光亮度往往与一个地区的发展和文明程度息息相关，从2013-2020年全球夜间灯光影像上可以看出，亮度大的区域一般人口较为稠密，跟随夜间灯光的变化，我们可以直观的看到世界各地的兴衰往复。

俄罗斯的夜间灯光告诉我们，该国的欧洲国土与亚洲国土发展依旧失衡，从乌拉尔山以西开始，一条西伯利亚铁路就串联起了几乎所有主要城市的夜光。

中东地区石油资源丰富，随着油田伴生气的大量燃烧，给这个地区增添了一抹独特的夜光元素。迪拜的第一桶金来自于石油，随着基础设施建设的不断加速，它作为中东地区经济和金融中心的地位已经十分稳固。

不过，地球上可不只有发展，还有一些地方的灯光亮度是显著降低甚至消失的。2011年，在经历了内战摧残的叙利亚已经整个国家都陷入了混乱，随着电力线路被连带破坏，这个国家的夜晚出现了大规模的黑暗。2016年，我们已经几乎看不到这几座城市的灯光，但在2017-2020年，之前消失的灯光以及幼发拉底河沿岸各个城市的灯光也在风雨飘摇中逐渐复苏，并且，受到难民大量涌入邻近国家的影响，它们与叙利亚接壤的边境地区快速发展，灯光亮度愈发变强。

朝鲜半岛的夜间灯光分界线明晰可见，黑暗一侧只有一个城市的灯光闪耀，而明亮一侧的灯光已经接连成片，成为一片灯海。

而对于中国的发展，所有国人都是见证者。珠三角是中国开放的先行地区，广州持续繁荣，深圳爆发式发展……这一地区的其它城市同样在努力加快发展的步伐。

2013年的京津冀地区，很明显可以看出一个首都、两个直辖市、三个行政区的格局，2017年，雄安新区的设立为该地区的发展增添一股新的血液，2020年，三地的区分已经随着发展愈发缩小，相信这种区别会在未来京津冀一体化的战略中逐渐消融。

从2013-2020年，中国的所有地区，无论是城市还是农村，都取得了长足的发展。东北老工业基地逐渐复苏，武汉都市圈成为中部地区崛起的战略支点，西部大开发也成功激活了多个地区。

“一带一路”的战略目标是要建立一个政治互信、经济融合、文化包容的利益、命运和责任共同体，实现中国与沿线各国政治沟通、贸易畅通、资金融通、基础设施联通和民意相通。如今，我们正在向着这个目标不断前进！

总的来说，全球夜间灯光影像呈现出了日间影像所无法表现的元素，它可以直白的显示人类活动的社会热点和地区问题，把这种夜间灯光的变化放在多年的尺度上去衡量，则更能体现出人类世界发展的快速和不均，从这个维度去感受中国的发展，也更能感受到它几十年如一日坚持发展的可贵，世界的发展有无数种可能，而中国无疑是这个大维度的新角度、新坐标。

数据介绍

目前，应用最为广泛的夜间灯光数据主要是美国国防气象卫星（Defense Meteorological Satellite Program，简称DMSP）搭载的可见红外成像线性扫描业务系统（Operational Linescan System，简称OLS）数据与美国新一代国家极轨卫星（Suomi National Polarorbiting Partnership，简称Suomi-NPP）搭载的可见光近红外成像辐射传感器（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite，简称VIIRS）数据。DMSP的设计初衷是为了获取月光照射下的云层信息，由于OLS传感器具有较强的光电放大能力使其可探测到夜间地表微弱的近红外辐射，能够敏锐的捕捉到地表极光、火光以及夜间城市灯光等辐射光源，对人类的社会活动有较好的表征，从此拉开了基于夜间灯光数据开展科学研究工作的序幕。而美国航天局（NASA）在2011年成功发射的Suomi-NPP卫星上搭载的VIIRS传感器相比OLS具有更高的时空间分辨率且观测尺度更大，Suomi-NPP/VIIRS数据相比传统的DMSP/OLS也更具发展潜力。VIIRS数据分为经过云掩膜处理的VCMCFG数据和云掩膜散光校正的VCMSLCFG数据两种格式，VCMCFG就是我们今天使用的主要夜间灯光数据。

示例代码

1.//加载全球国家行政区划边界数据  

2.var roi = pie.FeatureCollection('RESDC/WORLD_COUNTRY_BOUNDARY')  

3.             .filter(pie.Filter.eq("fcname", "中国"));  

4.visroi = {color: "ff0000ff", fillColor: "00000000", width: 1};  

5.Map.addLayer(roi, visroi, "中国", false);  

6.var chn =roi.getAt(0).geometry();  

7.//定位地图中心  

8.Map.centerObject(chn, 3);  

9.  

10.//设置夜光数据预览参数及颜色组合  

11.var visParams = {min: 0, max: 60,  

12.    palette:['000000','4c3300','664401','7f5501','996601','b27702',  

13.    'cc8802','e59902','ffad02','ffaf02','ffb102','ffb302','ffb502',  

14.    'ffb702','ffb902','ffbb02','ffbd02','ffc002','ffc202','ffc402',  

15.    'ffc602','ffc801','ffca01','ffcc01','ffce01','ffd001','ffd201',  

16.    'ffd501','ffd701','ffd901','ffdb01','ffdd01','ffdf01','ffe101',  

17.    'ffe300','ffe500','ffe700','ffea00','ffec00','ffee00','fff000',  

18.    'fff200','fff400','fff600','fff800','fffa00','fffc00','ffff00']};  

19.//定义夜光指数计算函数  

20.function calcNT(night, chn) {  

21.    var result = night.reduceRegion(pie.Reducer.mean(), chn, 1);  

22.    return result;  

23.}  

24.//循环计算影像的夜光指数  

25.var xSeries = [];  

26.var chnNT = [];  

27.for(var i = 2013; i < 2021; i ++){  

28.    var nightLight = pie.ImageCollection('VIIRS_VCMCFG/NIGHTTIME_LIGHTS')  

29.                        .filterDate(i + "-01-01", i + "-12-31")  

30.                        .map(function(image) {  

31.                             return image.select("avg_rad").divide(1000).rename("a_r");})  

32.                        .mean();  

33.    //print(String(i), nightLight);  

34.    Map.addLayer(nightLight, visParams, String(i), true);  

35.    var chnresult = calcNT(nightLight, chn);  

36.    xSeries.push(String(i));  

37.    chnNT.push(chnresult);  

38.}  

39.//动画显示  

40.Map.playLayersAnimation(xSeries, 0.5, 100);  

41.  

42.//添加图例  

43.var data = {  

44.    title: "夜光指数",  

45.    colors: [ '#000000','#4c3300','#664401','#7f5501','#996601','#b27702',  

46.    '#cc8802','#e59902','#ffad02','#ffaf02','#ffb102','#ffb302','#ffb502',  

47.    '#ffb702','#ffb902','#ffbb02','#ffbd02','#ffc002','#ffc202','#ffc402',  

48.    '#ffc602','#ffc801','#ffca01','#ffcc01','#ffce01','#ffd001','#ffd201',  

49.    '#ffd501','#ffd701','#ffd901','#ffdb01','#ffdd01','#ffdf01','#ffe101',  

50.    '#ffe300','#ffe500','#ffe700','#ffea00','#ffec00','#ffee00','#fff000',  

51.    '#fff200','#fff400','#fff600','#fff800','#fffa00','#fffc00','#ffff00'],  

52.    step: 30  

53.};  

54.var style = {  

55.    top: "80%",  

56.    left: "40%",  

57.    height: "70px",  

58.    width: "350px"  

59.};  

60.var legend = ui.Legend(data, style);  

61.Map.addUI(legend);  

【PIE-Engine注册地址】

https://engine.piesat.cn