耦合多因子的地表生态状况指数在干旱半干旱区露天矿的应用效果评价

矿区生态环境遥感动态监测是指导绿色矿山建设和生态恢复的重要基础。 耦合绿度、热度、干度、湿度、 亮度多种生态因子的指数,如遥感生态指数( Remote Sensing Ecological Index,RSEI)、地表生态状况组成指数( Land Surface Ecological Status Composition Index,LSESCI)具有可视化、可扩展等优势,已被广泛用于矿区生态环境监测中,但 地表生态状况指数在不同景观条件和露天开采模式下表征矿区生态环境的适宜性及差异性尚不明确,并且研究区多 为单一矿区易忽略因生态环境背景差异导致的区域异质性。 因此,以新疆位于不同生态功能分区以及地形条件下的 金宝铁矿区、黑山煤矿区和乌拉根锌矿区为研究区,基于长时间序列 Landsat 遥感影像提取绿度、热度、干度、湿度、亮 度生态因子耦合构建 LSESCI、RSEI、改进遥感生态指数(Modified Remote Sensing Ecological Index ,MRSEI)及标准化遥 感生态指数(Standardized Remote Sensing Ecological Index,RSEIs) 4 个地表生态状况指数,结合土地利用数据和 DEM 数据,通过相关性分析、缓冲区分析、滑动滤波、Sen+MK 等多种方法综合分析,揭示了基于卫星遥感数据反演获取的 地表生态状况指数表征不同生态功能区露天矿地表生态状况性能的差异性。 结果表明:① 不同地表生态状况指数与 绿度、热度、干度、湿度、亮度各生态因子的平均皮尔森相关系数达到 0. 6 以上,其中 RSEI 指数对各生态因子拟合程度 最好。 ② 结合土地利用数据和 DEM 数据,LSESCI 指数能够有效区分位于山前冲洪积扇区的金宝铁矿露天采区和原 地貌裸土及山间谷地,不会过低估计生态环境质量,能够反映露天开采对生态环境的影响范围。 对于原地貌有低覆 盖植被且存在土地盐渍化的研究区,如黑山煤矿区和乌拉根锌矿区,相比 MRSEI 和 RSEIs 指数,RSEI 指数与湿度、热 度等生态因子相关性更高,不会低估研究区的生态环境质量。 ③ 基于 Sen+MK 时间序列分析算法和最优指数,对 2005—2020 年各矿区的生态环境时空变化特征进行了分析,露天开采对研究区内生态环境质量“良”和“优”的土地 影响不大,通过露天开采占用、挖损的土地主要为生态环境质量“中”的土地。 相比黑山煤矿区,金宝铁矿区和乌拉根 锌矿区的生态环境质量显著下降区域面积小,通过复垦及生态恢复生态环境质量显著提高的面积比例高,其中乌拉 根锌矿区复垦率为 34. 58%,金宝铁矿区复垦率为 20. 75%。     

辽宁海城-大石桥菱镁矿矿集区生态环境变化的遥感评价

辽宁海城-大石桥地区是中国最大的菱镁矿基地,露天开采使周边生态环境恶化。为了更好地开发矿山、保护地区生态,本文对其环境质量进行监测与评价。选取1984年、1990年、2007年、2010年和2016年Landsat遥感影像,提取绿度、湿度、干度和热度四个生态因子,通过主成分分析法构建遥感生态指数（RSEI）模型,并结合土地利用类型的变化来分析研究区生态环境演化。结果表明,1984—2016年间RSEI指数均值呈先上升后下降再上升的趋势。通过RSEI值分级结果可以看出,生态质量差的区域整体呈现先升高后下降的趋势,生态环境质量优的区域呈波动上升趋势,生态质量良的区域面积最大。结合RSEI值分级和土地利用分类,分析研究区生态环境变差的主要原因：一是城镇化规模扩大,林地及耕地被侵占或林地被改造为耕地;二是菱镁矿的露天开采及排土场影响了矿区环境。后期生态环境改善则是因为矿区复垦、植树造林,提高了林地面积,改善了环境质量,环境治理成效明显。该研究可为露天采矿地区的生态监测及治理提供一定的科学依据。     

济宁采煤塌陷地区生态适宜度评价

选取济宁市兖州区、邹城市部分煤矿开采区为研究对象,针对影响采煤塌陷区生态环境的主要因素,以生态位适宜度的理论为基础,利用层次分析法和德尔菲法构建矿区生态适宜性评价体系及模型,并通过多因子评价综合叠加方法和空间分析原理评价矿区生态适宜性的区域分布特征,最终实现矿区塌陷土地的生态适宜度综合评价的可视化。研究结果表明,生态环境适宜区域分布在泗河和白马河沿岸,面积约12.092km2,占研究区域面积的17.25%;生态环境最不适宜区域主要分布在采矿厂、矸石山、城乡建设用地周围,面积约5.72km2,占研究区域面积的8.16%。     

基于遥感生态指数的矿井关闭前后生态环境时空变化规律研究

我国煤炭资源丰富,煤炭资源开采为地方社会经济发展发挥支撑作用的同时,也对矿区周围的生态环境带来重大影响。近年来,随着煤矿资源枯竭和国家去产能政策的出台,大量煤矿被关闭。现有研究多关注开采过程中生态环境的变化,较少涉及关闭矿井后生态环境变化规律的研究。为此,以徐州贾汪关闭矿区为例,选取2009—2021年的Landsat 5和8影像,采用遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI)方法动态监测分析了该矿区关闭前后生态环境的时空演化规律。研究表明:矿井关闭后矿区整体的生态质量呈上升趋势,其中权台矿的RSEI值由2009年的0.432上升至2021年的0.568,旗山矿的RSEI值由0.490上升至0.546。贾汪矿区生态等级差和较差区域所占的比例在减少,由2009年的41.51%降为2021年的29.06%;生态等级良和优的区域所占比例在增加,由2009年的36.4%升为2021年的47.36%。另外,生态指数较低的区域不太稳定,重心迁移较明显,生态指数较高的区域相对来说较稳定且集中。将生态结果与高分辨率影像进行可视化对比,反映出利用30 m分辨...     

基于RS和GIS的矿区生态指标提取与安全评价 ——以焦作矿区为例

为了快速、高效地对煤矿区生态安全状况进行评价,借助遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、空间景观格局分析等技术,在压力-状态-响应(PSR)模型的基础上拓展构建压力-状态-响应-格局(PSRP)模型,对焦作矿区33年(1993—2026年)的生态安全状况进行评价与动态变化模拟分析。以遥感卫星影像数据为主要数据源,选取矿区1993年、2004年、2018年遥感数据及社会、经济统计数据,提取用于生态安全评价的建筑用地指数、归一化植被指数、生态弹性度、绿度指数、生物丰富度、湿度指数、破碎度指数、城市扩展强度、干度指数、人口密度、多样性指数、分维度12个关键技术指标,利用层次分析法(AHP)确定指标在生态安全评价的目标层、准则层、指标层3个层次体系,并进一步计算12个指标的权重,从而对生态安全进行评价,最后利用CA-Markov模型模拟获取2026年结果数据,对焦作矿区生态安全状况趋势评价分析和动态变化监测进行研究。结果表明:①利用遥感技术能有效提取用于生态安全评价的绝大多数指标,并且有较好的提取精度,基础指标土地利用/覆盖分类提取结果精度为92%以上;②CA-Markov模型可以进行土地利用/覆盖变化趋势模拟与预测,在该试验选择的3期数据集中预测精度达到83%;③20多年来焦作市裸地和建筑景观变化幅度最大,水体、植被景观变化相对较小,不同的地物覆盖类型均受到人类生产生活的影响;④1993—2018年间,焦作市生态安全状态总体情况先是大幅下降,然后达到平缓稳定状态,其中1993—2004年间生态状态呈现下降趋势,2004—2018年间焦作市的生态状况总体上没有显著的变化;⑤针对典型矿区,1993年,整个矿区还是处于稳定和安全的状态,到2004年,由于矿产资源大量的开采,部分地区由1993年的稳定状态转为临界状态,2018年以来,由于矿区的陆续关闭,矿区的生态安全状况相比于2004年没有太大的变化,模型预测表明到2026年焦作市及其矿区生态指数将呈现出轻微下降趋势,典型矿区与焦作区域表现出一致的生态安全等级分布状况和变化趋势。研究结果可为维护矿区及其周边生态环境的原生平衡、引导矿区资源的合理开采与利用提供技术支持。     

基于多时相遥感生态指数的大悟县生态环境质量评估

以大悟县为研究区,利用2010、2020年的Landsat系列遥感数据、提取绿度、干度、湿度、热度4个指标,通过主成分分析法建立遥感生态指数-RESI,定量评价大悟县生态环境状况及其变化。研究表明,大悟县2010、2020年总体处于生态环境良好的等级,RESI-均值分别为0.70、0.68,但从时间上看呈现减少的趋势,生态环境质量略微下降。2010年及2020年大悟县生态环境质量都以良等级为主,其面积所占比例达95849%、93916%;生态环境质量较差和差的等级所占面积比例均较小。2010年及2020年间大悟县生态等级产生了稍微的变化,变差的面积占比为3235%;生态等级不变的占比为92119%;生态等级变好的面积占比为4645%。大悟县生态环境质量下降可能与人类活动导致的植被覆盖度下降与气温升高等有关。     

顾及“岩土差异”和植物多样性的矿区生态环境遥感监测模型

矿区生态环境遥感可为矿区土地复垦或生态修复活动提供必要的监测数据，也可为相关部门提供便捷的监管工具，具有重要的实用价值和研究意义。然而，面向矿区或矿山场景，大多数生态环境遥感综合指数还未能有效顾及稀疏植被区裸土和裸岩的质量差异问题(简称“岩土差异”),以及浓密植被区植物多样性导致的生态质量差异问题(简称植物多样性)。为了更全面、准确地监测与评价矿区生态环境，建立了矿区植被-土壤-不透水层(或裸露岩石)框架，并据此发展出一种面向矿区环境的遥感综合生态指数(简称REM)。研究以Sentinel-2多光谱数据为驱动，以抚顺西露天矿为研究区域，实现了2016—2021年10 m分辨率的年度REM监测，并结合野外调查数据(95个采样点)和地表覆盖类型分类数据对比分析了REM模型的性能。结果表明：(1) REM值与土地覆盖类型表征的生态环境质量具有较强的一致性，并能够区分裸土和不透水层(或裸露岩石)的质量差异；(2) REM值与野外采样点调查的生态环境质量也具有较强的一致性(相关系数0.899 4,显著性水平P<0.01),并能够顾及植物多样性问题；(3) REM值有效表征了2016—202...     

基于遥感生态指数的宝日希勒露天矿区生态修复效果评估

煤炭资源露天开采严重破坏了矿区及周边的生态环境,而实现绿色发展则要求矿山企业及时对遭受破坏的地区进行环境治理和生态修复.为评估宝日希勒露天矿区的环境治理和生态修复效果,本文选取该矿区范围内多时相Landsat遥感影像,计算该区域1996—2019年期间的遥感生态指数,并在矿区内部选取已修复区域和对照区域,通过对比矿区开...     

基于改进遥感生态指数的山西省及煤炭矿区生态环境分析

遥感生态指数(Remote Sensing Ecology Index,RSEI)是目前生态监测评价中使用较为广泛的一种遥感指 数,在矿区生态环境研究中也得到了大量应用。 但是其提出是基于城市区域的生态环境分析,对于黄河流域水土侵 蚀易发区的适用性尚待研究。 黄河流域中游煤炭矿区高强度、大范围开采带来的局部地质环境、生态状况改变,更对 该指数的适用性提出了挑战。 基于现有遥感生态指数并兼顾地域差异化特点,提出了一种改进型遥感生态指数 (Modified Remote Sensing Ecology Index,MRSEI),即在顾及绿度( NDVI)、湿度( WET)、热度( LST)和干度( NDBSI)因 子的同时,引入土壤侵蚀模型( The Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE),通过归一化运算获取土壤侵蚀因子 (Erosion),并将该因子纳入生态环境质量分析中。 通过在谷歌云平台( Google Earth Engine,GEE)上计算 MRSEI 并将 其应用于山西省及煤炭国家规划矿区,结果表明:① 与传统的 RSEI 相比,改进的生态指数 MRSEI 有效集成了绿度、 湿度、干度、热度和土壤侵蚀 5 个生态因子的综合信息,可以更全面客观地揭示山西省及煤炭国家规划矿区生态环境 及其变化;② 2000—2020 年,山西省的生态环境质量呈现先恶化后好转的趋势,空间分布特征主要表现为省域东南部 生态环境质量较高,而西北、西南区域相对较低。     

基于遥感生态指数的滁州市生态环境变化分析

文章利用2016、2018、2020年Sentinel-2A、Landsat8遥感影像分析区域生态环境中的绿度、湿度、干度、热度4个生态因素,在此基础上应用主成分分析方法(PCA)计算遥感生态指数(RSEI),对4年间滁州市进行生态环境时空变化分析.结果表明,2016-2020年间,滁州市生态环境质量整体略呈下降趋势.滁州市西南和东南部分遥感生态指数下降明显,老中心城区遥感生态指数略有上升;4个指标中,绿度指标的影响力较大,说明城区生态环境质量下降受到城市化过程中对原始自然绿地环境破坏的影响,这与绿地自然景观的大面积消减密切相关.     

多源遥感数据下区域生态环境质量评价方法

生态环境具备显著的地域差别,为精准展现区域生态环境质量特征,提出一种多源遥感数据下区域生态环境质量评价方法.使用卫星遥感技术得到待评价地域的多源遥感数据,围绕植被覆盖度、土壤侵蚀指数、坡度3方面构建生态环境质量评价指标;运用功效系数法无量纲处理正负效应指标,通过投影寻踪法将多源遥感高维数据投影至低维子空间,提取遥感细节...     

工业发达地区城市生态资源变化状况分析——以深圳市宝安区为例

文章基于2007-2016年SPOT5遥感影像解译结果和实地踏勘校对数据,根据《深圳市生态资源测算技术规范》（试行）的计算方法,分析了深圳市宝安区近10年来生态资源的变化情况,并探讨了GDP增长与生态资源变化之间的关系。研究结果表明：1）2016年宝安区植被覆盖指数、水面覆盖指数、建设用地覆盖指数、未利用地指数以及生态资源状况指数分别是43.16、68.87、43.43、72.83和53.24,生态资源状况指数等级为“良”;2）2007-2016年,宝安区植被覆盖面积呈先下降后增加的趋势,水域面积呈逐年下降趋势,建设用地面积呈逐年增加趋势,未利用面积总体呈先增加后下降的趋势;3）2007-2016年,宝安区植被面积和水域面积的消耗量随GDP的增长先增加后下降,再回归到正常消耗水平,建设用地面积和未利用地面积的增加量随GDP的增长总体呈波动下降趋势;4）2007-2016年,宝安区生态用地的消耗总量随GDP的增加呈先增加后减少的趋势,非生态用地总面积随GDP的增加而增加,但GDP每增长100亿元,非生态用地面积增加幅度呈波动下降的趋势,说明宝安区在提高经济发展质量、实现生态资源与经济社会的可持续发展方面取得重大成绩。      

基于RSEI的采煤塌陷积水对生态环境的影响研究

采煤塌陷积水是东部高潜水位矿区最主要的生态环境问题，但塌陷湖的形成又对生态环境建设提供了难得的水资源，因此，研究塌陷积水后对周边生态环境的影响特征，对于指导矿区塌陷地生态恢复治理与湿地资源保护利用具有现实意义。本文以任楼煤矿塌陷积水区为研究区，以建矿后至今约20年的5期遥感影像为数据源，通过多光谱计算和主成分分析获取RSEI指数，并提取北、东、南、西四个方向数据，通过数据拟合与秩和检验，得出以下结论：（1）研究区生态环境自2000年以来有很大改善，矿区土地复垦与生态恢复成效显著；（2）塌陷积水对周边生态环境总体上产生正面影响，影响具有显著的方向差异性和年度变化特征；（3）塌陷积水对生态环境的影响随距离呈“凸型”抛物线变化，平均影响范围约3.7km，南北向约3.5km，东西向不超过7.8km，塌陷积水区形成后需要经土地整治工程才能最大程度发挥水域生态环境功能。     

基于高分辨率遥感数据的矿区生态修复研究

针对目前矿区生态景观修复方法的修复效果较差,提出了高分辨率遥感数据分析下的矿区生态景观修复研究方法,为了消除高分辨率遥感影像中存在的阴影,对其实施校正处理。采用核主成分分析方法处理校正后的高分辨率遥感影像,获取矿区生态景观的实际情况,评估矿区生态景观,根据评估结果采用相应的方法修复矿区生态景观。试验结果表明,所提方法修复后矿区的聚合度、最大斑块指数、斑块结合度指数和香农多样性指数有所提高,表明所提方法具有较好的修复效果。     

黑龙江省生态环境质量空间分布与演变特征

以黑龙江省的76个市县为基本研究单元,基于2005年和2010年的土地变更调查数据和遥感监测数据,参考《生态环境状况评价技术规范(试行)》中生态环境质量指数,结合黑龙江省实际提出了修正后的指数模型,包括土地脆弱指数、生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、环境质量指数、生态承载指数,利用修正后的模型从土地脆弱、生物丰度、植被覆盖、水网密度、环境质量和生态承载6方面分析黑龙江省生态环境的变化。结果表明:自黑龙江省实施生态省建设战略以来,全省的生态环境质量有了改善,生态环境质量稳定并趋好发展,尤其是东部煤炭城市生态环境质量改善明显。大、小兴安岭和长白山地的市县生态环境质量“优”,三江平原和松花江及其支流沿岸的市县生态环境质量“良”,松嫩平原以及东部煤炭产地的市县生态环境质量“一般”,而哈大齐工业走廊的三个重要城市哈尔滨、大庆、齐齐哈尔的生态环境质量“较差”。     

利用无人机遥感反演高潜水位矿区沉陷地玉米叶绿素含量

有效识别采煤沉陷耕地损毁程度、面积及空间分布信息是矿区沉陷土地复垦、赔偿的客观需求。农作物受损后叶片叶绿素是很好的指示性指标,针对高潜水位矿区开采沉陷导致地面积水所引起的农作物渍害影响,基于无人机多光谱影像,在传统植被指数的基础上引入红边波段进行扩展,改进了现有的植被指数,结合田间同步实测叶绿素数据,采用经验模型法分别构建了单变量和多变量叶绿素反演模型,通过决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和估测精度(EA)3 个指标筛选出最佳模型。最终构建了多元线性回归MVI(red-edge),GNDVI,NDVI的叶片叶绿素定量反演模型,并采用野外对照区域样本对反演结果进行精度验证。结果显示:相对传统植被指数,引入红边后植被指数与叶片叶绿素的相关性得到显著增强,采用上述方法构建的多元线性回归模型的决定系数普遍提高010~020,达到了073,均方根误差降低了011~198,为0938 SPAD,估测精度EA最终可达到834%,说明红边波段对采煤沉陷区作物的叶绿素响应敏感,引入红边波段构建叶绿素反演模型,可以应用于采煤沉陷影响下的玉米叶片叶绿素无人机遥感反演。结果显示:采煤沉陷盆地内玉米叶绿素含量主要集中于52~61 SPAD,面积占整体的751%,叶绿素含量在9~52 SPAD的作物面积占57%,玉米整体长势受采煤扰动影响较严重,叶绿素含量呈现从沉陷盆地边缘往中心逐渐降低的趋势。该研究为土地损毁监测与评价,土地复垦与生态修复等提供基础数据与理论支撑。     

基于遥感信息的矿区生态扰动监测研究——以迁安市为例

矿产资源开发会引发一系列环境问题,制约了矿区城市的可持续发展,矿区生态环境扰动监测已成为矿区城市生态文明建设的重要组成部分。为研究矿区活动及矿区生态修复对我国典型矿产资源型城市——迁安市生态环境的影响,利用2000—2018年Landsat系列遥感数据对该市矿区生态扰动进行了监测研究。利用随机森林（Random Forest, RF）算法对迁安市2000—2018年间矿区演变进行了提取研究,并构建了遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index, RSEI）定量分析研究区生态环境质量及变化特征。研究表明：2000—2018年间,迁安市矿区范围变化明显,矿区总面积明显变少,且有修复效果优良的矿区;该市生态环境质量整体呈现波动下降趋势,其变化与矿区活动及矿区生态修复具有较强的相关性。结合RSEI时空分布与矿区生态修复活动,迁安市生态环境变化可分为两个阶段：①2000—2008年间,生态环境质量主要由优、良向中、差转变,生态环境质量改善和恶化面积占比分别为20.18%和34.31%;②2008—2018年间,生态环境质量整体上升,生态质量改善面积占比达到43.11%,且变化具有明显的区域性。2000—2018年,迁安市生态环境经历了先恶化、后逐步恢复的过程,表明该市在实行功能分区、健全矿产资源规划和矿区分区治理政策后,生态环境得到改善,生态修复效果显著,为矿区城市环境治理和生态文明建设提供了参考。     

多源遥感技术在青海大场金矿环境预测中的应用

为研究矿业活动对青海大场金矿矿集区生态环境变化的影响,选择1988、1996、2004及2016年4个时期的Landsat5 TM、SPOT₅、高分一号等多源遥感数据,采用归一化植被指数法开展植被覆盖度解译,并与矿业活动解译结果对比研究,探讨历史时期矿业活动对生态环境影响的时空机制。研究结果表明:矿集区生态环境变化与矿业活动之间没有明显的相关性。气象条件是控制矿集区生态环境的主要因素,对生态环境的改变是直接的、强烈的;矿业活动是影响生态环境变化的次要叠加因素,对生态环境的改变是局部的、有限的。未来在合理、有序、规模化、集约化开发利用的前提下,在矿集区开展矿业开发活动是可行的,进而建成有序、高效开发的矿业产业基地,将对拉动地方经济发展具有积极意义。