基于夜间灯光数据的长三角地区GDP预测模型开题报告

当前航天遥感事业的不断发展，基于全球的大尺度的遥感数据成为社会经济指标研究很好的数据源。其中NPOESS Preparatory Projec (NPP)卫星搭载的Visibleinfrared Imaging Radiometer (VIIRS) 可见光红外成像辐射仪可在夜间工作，对可见光和近红外光高度敏感，能够探测到地球表面的光源，NPP/VIIRS数据应用较为广泛，其获取的全球夜间灯光数据可用来测量云量和气溶胶特性、海洋水色、海洋和陆地表面温度、海冰运动和温度、火灾、和地球反照率等，被广泛应用于地理科学、社会统计、气象等各个领域。VIIRS可见光红外成像辐射仪得到的夜间灯光数据能够直观的反映人类活动，近年来国内外学者对NPP/VIIRS夜间灯光数据大量应用于城市化空间扩展的动态监测、人口密度监测、土地利用调查、经济效益估测等方面。将NPP/VIIRS数据应用于社会经济领域的研究也得到了更多学者的青睐，其中主要将夜间灯光数据应用区域GDP的估算和预测与城镇化水平的动态监测有助于较为客观的估算、预测、监测，较为及时地反映当前经济发展的真实情况，解决在现实生活中地区GDP难以准确测量、相关部门瞒报误报等问题，同时也节省大量的人力财力；通过对实时监测的遥感数据进行分析，可以快速得到连续的任意区域监测数据的变化，更好的反映人类活动、经济发展水平等，为决策者对相关地区的经济情况把握提供有利依据；通过建立夜间灯光数据和社会经济数据之间的关系，将其相关关系细化到各个县乃至乡镇，反应不同空间尺度下的经济发展水平，或者类比于其他国家和地区，得到各国、各地区之间的经济发展差异，为相关经济政策的制定提供参考。

自上世纪末，人们对DMSP卫星搭载的OLS红外传感器传输的灯光数据进行分析以来，大量研究显示，夜间灯光数据和人类活动、社会经济因子存在高度相关关系，灯光数据已经在估算、预测社会经济数据等领域得到较为充分的应用。本选题通过对长三角地区GDP和中科院提供的全球高清夜光数据建立相关的统计模型， 对该地区的经济发展进行分析和预测。

本文研究基于2012年-2019年的NPP/VIIRS提供的夜间灯光数据构建长三角地区GDP的统计模型，并结合夜间灯光数据的变化趋势来估计长三角整体及其各地级市的未来发展趋势。本文的研究将从夜间灯光数据和GDP紧密相关的角度出发，分别构建灯光数据和GDP的线性、二次项、乘幂、指数等统计预测模型，根据对相对误差的比较来找到各地区的最优拟合模型，并探究从地理位置、政府政策、区域特点等方面出发来解释长三角地区不同地级市对应的不同估算模型背后的原因、发展较慢的地级市可以从哪些方面入手解决经济发展的瓶颈等问题。同时，由于长三角地区不同地级市的发展水平不同，因此，可探究对于不同发展情况的地级市应当采用哪些适合其发展速度和发展模式的经济政策。

写作提纲：

第一部分：引言和文献综述（1）背景分析以及研究意义（2）文献综述（3）研究方法、研究思路

第二部分：数据处理（1）对夜间灯光影像进行处理得到长三角各地区的年度灯光值（2）初步证明灯光值与GDP之间的相关关系

第三部分：模型构建（1）构建长三角地区灯光值对GDP的预测模型（2）构建长三角各地级市灯光值对各地级市GDP之间的估算模型并逐一计算其相对误差

第四部分：模型解释（1）对长三角估算模型结果进行分析，从地理位置、政府政策、区域特点等角度出发探究误差存在的原因（2）对长三角各地级市估算模型进行分析，从地理位置、政府政策、区域特点等角度出探究误差存在的原因（3）分析适用于不同估算模型的地级市的区别与适用于同种估算模型的地级市之间的共性，探究发展较慢的城市可以从那些方面着手解决区域发展的瓶颈。

第五部分：结论及展望 对本文中使用的统计估算模型进行总结概述、分析文中统计方法和模型解释部分的不足之处，提出数据和模型改进的建议，展望未来能够更加精确的得到估算的模型以及长三角地区能够高质量高水平的发展。

早在上世纪八十年代，国外学者就开始了对灯光数据的研究并发现，城区提取的灯光容易受到云层覆盖、灯光饱和、灯光溢出、短暂性光源等因素的影响，在Elvidge等学者的研究下，开发对云层覆盖和短暂性的光源进行处理的方法，得到Stablelights灯光数据集(稳定夜间灯光影像)。国际学者的研究基于这种稳定夜间灯光影像数据，尤其是其衍生的灯光面积和灯光强度的总和来初步估计大尺度范围内的社会经济分布状况和特征。结果表明灯光影像信息与社会经济因子之间显著相关，灯光影像已经成为估算社会经济、实现各类社会经济指标空间化的良好数据源。Tilottama Ghosh等人利用夜间灯光影像和美国经济活动之间的关系来估算墨西哥的正规经济和非正规经济的发展潜力；Christopher NH Doll等人根据夜间灯光遥感数据分析了11个欧盟国家和美国的夜间灯光辐射数据以及区域经济生产力数据，并根据得到的关系绘制经济图；Andrew Marx等人利用对1996年至2012年巴拿马地区夜间灯光数据的分析，得到巴拿马运河移交以来，当地的政府数据日益政治化，政府部门在数据操控上存在嫌疑的结论。

国内的研究较晚于国外，方法方面的探究还在发展阶段。我国现有的城市化水平测量指标、GDP统计数据都是基于一定的统计数据，数据在获取过程中产生的误差以及获取数据本身的困难，使得需要一种更加低成本、快速有效的测量手段成为迫切需要解决的问题，而航天遥感科技的发展提供了大尺度、实时真实的数据源。国内对于夜间灯光数据的研究主要应用于社会经济数据空间化的处理，主要集中在人口数据的空间化、GDP数据的空间化和其他类型数据的空间化处理，处理方法上大多采用回归分析、相关性分析找到灯光强度和社会经济数据之间的相关关系并对此进行估算、预测等。陈晋等人基于非辐射定标夜间灯光平均强度数据构建了一个综合、全面反映区域城市化水平, 具有较高可比性的灯光指数, 并验证了这一指数的在省级尺度上的可靠性；杨洋等人基于长时间序列夜间灯光遥感数据，进一步从国家、八大经济区、省、地等四个尺度综合分析了中国1992—2010年土地城镇化水平时空动态特征。顾鹏程等人采用基于鸡西市和北京市的不变目标区域法对1992-2013年DMSP夜间灯光数据进行长时间序列数据的校正，与统计GDP数据建立线性、指数、二次项和乘幂回归模型，再通过比较预测GDP与统计GDP误差，选出各自的最优拟合模型。

1、2022年12月中旬-2022年12月下旬梳理相关文献及所用统计分析方法：剖析本选题的研究背景与研究现状，对国内外关于夜间灯光数据对GDP等经济社会数据的研究内容和有关研究方法进行梳理，基于阅读和梳理的文献确定文章写作的思路和主要方法。 2、2022年1月初-2022年1月中旬数据收集和整理：在对相关领域的内容有了充分的了解之后，查找本文所需数据的来源和本文研究的地理区域。考虑到长三角地区的夜间灯光较为密集、经济发展迅猛，且长三角城市群也是我国最具代表性的开放型经济区域试验田之一，由此确定本文研究区域为长三角地区。在搜集数据过程中，主要是对中科院陈甫团队构建的2012-2022年全球高清夜光数据集、国家统计局提供的中国统计年鉴统计中2012-2022年长三角各地GDP、国家基础地理信息中心提供的长江三角洲地区行政区界限等数据的采集和整理。 3、2022年1月中旬-2022年1月下旬研究方法：完成数据的采集后，整理并了解夜间灯光数据的处理方法，熟练掌握用Eviews、SPSS、Minitab等统计软件构建统计模型的操作。 4、2022年2月初-2022年2月中旬数据处理和模型构建：对数据进行加工处理，用统计方法证明GDP和灯光数据之间的相关性；对长三角各地区GDP和对应灯光数据分别构建线性、二次项、乘幂、指数等统计模型，计算各模型的预测误差并选出各地区的最优拟合模型。

5、2022年2月中旬-2022年3月中上旬结果分析：跟据以上得到的统计模型，对长三角各地区的实际情况如地理环境、政策实施、经济结构等方面进行分析，在此基础上总结灯光数据和GDP预测模型存在误差的原因、模型在GDP预测方面的实际应用以及对政府政策的制定提供哪些参考。完成论文初稿的写作。

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