基于TVDI的布尔台矿区土壤湿度变化分析

矿区土壤湿度变化监测对我国西部资源开发、生态保护及旱灾预警等领域的研究具有十分重要的意义。本文以神东煤炭集团所属的布尔台矿区为研究区,基于2000-2017年时相相近的Landsat 5 TM和Landsat 8 OLI长时间序列遥感影像,引入归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）和地表温度（land surface temperature,LST）构建NDVI-LST光谱特征空间,计算获取了矿区的温度植被干旱指数（temperature vegetation dryness index,TVDI）,制作了矿区土壤湿度的变化趋势及影响因素。结果表明:在8、9月份植被物候期基本一致的条件下,2000-2017年布尔台矿区地表土壤湿度呈现增长趋势,没有发现明显的干化现象,与矿区植被的人为恢复和矿区环境的改善有关。     

GIS支持下的矿区土壤含水量遥感反演及变化规律

遥感方法可以开展大范围土壤含水率的连续监测,其技术关键是建立土壤含水率的遥感信息模型.针对矿区采动影响特征,提出了应用归一化植被指数NDVI=0.3作为判别高、低植被覆盖条件的阈值;裸地或低植被覆盖条件(NDVI≤0.3)采用基于热惯量理论的表现热惯量法(ATI)、高植被覆盖条件(NDVI＞0.3)采用作物供水指数法(VSWI)来反演土壤含水量.并根据采后"三带"高度和植被覆盖情况,将矿区分为6种不同的研究区域,提出应用MODIS数据和TM/ETM 数据定量反演矿区土壤含水量,进一步提出了在GIS支持下,由非采煤区推算采煤区采矿前的土壤含水量以及分析采矿前后土壤含水量变化规律的理论和方法.     

基于GNSS-R技术的矿区复垦地土壤湿度反演方法研究

全球导航卫星系统反射测量(GNSS-R)技术通常以单卫星单频反射信号为数据源进行土壤湿度反演,但其反演精度有限且易忽略不同卫星双频反射信号之间的差异性与互补性。为进一步提高矿区复垦地土壤湿度的反演精度,以安徽省淮南市潘集矿区东辰生态园为研究区,通过HD-V8接收机与土壤湿度监测系统(HZR80型)采集GPS卫星信号和土壤湿度等数据,利用GNSS-R土壤湿度反演方法处理得到GPS PRN1和PRN22卫星的L1、L2波段反射信号的干涉特征参量(振幅、频率、相位),并将其与土壤湿度实测值进行相关性分析,根据相关性分析结果选择相关性较强的干涉特征参量作为最优反演参数;采用自适应加权算法确定最优加权因子对最优反演参数进行数据融合;再利用PRN1和PRN22卫星L1、L2波段的最优反演参数、最优反演参数的算数平均值及其融合值分别与土壤湿度实测值建立基于单频法、均值法与融合法的土壤湿度反演模型,并验证模型的可靠性。结果表明,干涉特征参量中振幅与土壤湿度实测值的相关性较强,其相关系数的绝对值介于0.556 8～0.748 3,表明选择振幅作为最优反演参数比较合理;相比于单频法与均值法,融合法的土壤湿度反演模型更可靠,其决定系数R2为0.763 8,模型验证R2为0.936 9,均方根误差为1.907 8%,平均绝对误差为1.380 6%,最大相对误差为18.482 8%,表明基于双频数据融合的GNSS-R矿区复垦地土壤湿度反演方法可提高反演精度。     

露天矿区植被协同演变多源数据时序分析 ——以准格尔矿区为例

为揭示露天煤矿排土场复垦区人工植被与矿区外围未扰动的原始植被间的协同演变规律,研究基于Landsat TM/OLI与MODIS卫星遥感数据,结合气象台站观测数据,采用一元线性回归法,分析准格尔矿区1988—2020年的归一化植被指数(NDVI)与植被覆盖度的时序变化,对Landsat卫星热红外波段数据反演得到准格尔矿区...     

神府东胜矿区采区与非采区土壤水分变化特征分析

土壤湿度是植被生长的主导因子,对采区和非采区土壤湿度进行监测有助于矿区植被建设及生态恢复。利用实测土壤湿度数据对神东矿区的大柳塔煤矿、锦界煤矿和武家塔露天矿复垦排土场土壤水分变化特性进行分析。     

遥感技术在乌达煤田火灾监测中的应用

 利用2001、2003、2007、2010年Landsat TM/ETM热红外数据对内蒙古乌达煤田的地表温度进行反演,分析了煤田火区的空间分布格局、空间演变态势与变化趋势,并监测了矿区十年的植被覆盖变化。结果表明：高温异常区范围明显,反演出的煤火区符合实际煤火区分布;12、13、14号火区面积减少,其他火区继续蔓延,并形成了新的煤火区;十年来矿区的归一化植被指数(NDVI)从0.0926减少到-0.0378,植被覆盖度逐年减少。矿区煤火遥感监测实现了火区的动态监测和新火区的预测,为煤田火区灭火工程、矿井安全生产和矿区可持续发展提供了辅助决策。     

红沙泉露天煤矿土壤盐渍化遥感监测

地处我国西部荒漠化地区的红沙泉露天煤矿是我国重要的煤炭生产基地之一,而盐渍化问题是影响该地区生态环境的重要因素。利用Landsat(30 m)、Sentinel-2(10 m)及无人机(0.188 m)多光谱影像计算红沙泉矿区10个盐渍化指数,与实测电导率进行相关性分析,根据相关系数选出最优指数,并利用该指数、梯度结构相似度指数(Gradient-based Structural Similarity,GSSIM)及一元线性回归法监测研究区土壤盐渍化动态变化状况。结果表明：(1)实测土壤EC与UAV、Landsat和Sentinel-2计算出的S3指数的相关系数分别为0.703、0.665和0.723(P<0.01),其稳定性优于其他9个指数,最适于监测研究区土壤盐渍化。(2)从S3指数的时空分布以及转移来看,未采矿前(1988—2006年)非盐渍化区域零散分布在研究区东部和北部,重度盐渍化区域主要分布在研究区南部,2种类型相对稳定,转移量较少,而轻度盐渍化土壤转移量最大(约92.37 km2),在2006年尤为明显。开采初期(2006—2010年),露天矿坑内的非盐渍化区域增加...     

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。     

基于影像特征CART决策树的稀土矿区信息提取与动态监测

、裸土指数（Bare Soil Index,BSI）、归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）3种特征信息进行提取,采用基于CART（Classification and Regression Trees）决策树的分类方法对研究区稀土矿开采信息进行识别,分类总体精度达到89.43%,其中矿区分类精度达到88%,分类精度相对于基于光谱信息的CART决策树分类和最大似然分类有明显提高。通过对研究区2013-2016年稀土矿开采区域进行遥感动态监测,发现增加的开采区域主要分布于矿权范围内,减少的开采区域在矿权界限内外均有大量分布,减少幅度达41%,说明政府和相关矿权部门对于稀土行业健康有序发展发挥了重要作用。研究表明：基于影像特征CART决策树的分类方法在稀土矿区信息提取与动态监测方面具有一定的可行性。     

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%。     

基于遥感的矿区土地荒漠化动态及驱动机制

为探讨人类活动和自然因素在榆神府矿区土地荒漠化发展变化中的相对作用,采用1989,2002,2011年3期TM遥感数据,分析了土地荒漠化现状及动态变化,结合主成分分析法确定了人类活动和气候因素在矿区土地荒漠化发展变化中的相对作用。结果表明:1通过建立NDVI(构归一化植被指数)和Albedo(地表反射率)的空间关系,结合典型区分析,可将榆神矿区荒漠化程度分为5种类型;2矿区土地荒漠化空间分带性显著,以毛乌素沙地和黄土高原接壤带为界,矿区西部荒漠化程度较重而东部荒漠化程度较轻;3研究期矿区土地荒漠化面积不断减少,1989—2002年间减少了39.7%,2002—2011年间减少了27.7%,荒漠化程度呈逆转趋势;4荒漠化变化在空间上差异较大,矿区西部荒漠化明显逆转,东部荒漠化程度呈现逆转—发展的趋势;5人类活动、气候因素决定了本区荒漠化演化方向,其贡献率分别为62.16%,14.18%。研究结果表明,推行保水采煤技术、禁牧及植树造林等是抑制本区荒漠化发展的有效途径。     

无人机热红外遥感煤火探测方法

为了提高矿区煤火识别的精度,利用无人机搭载数码相机和热红外相机分别在白天和夜晚采集RGB图像和热红外图像,基于面向对象的分类方法将矿区彩色正射影像分类并赋予对应类别的发射率值;热红外影像经过辐射定标后镶嵌为正射影像,根据辐射传导方程和Plank反函数反演矿区地表温度,采用移动窗口热异常提取算法识别煤火区。试验表明,实测煤火点与无人机热红外技术探测的煤火区的重叠率为96.72%,说明无人机热红外遥感煤火探测方法的精度可靠,技术可行。     

运用遥感技术对矿区植被覆盖变化进行分析

运用遥感技术动态监测矿区生态环境,对于保护矿区生态环境,合理开发矿产资源具有重要的现实意义。以鞍山为研究区,采用MODIS卫星遥感影像,通过对2007、2008、2009三年两个波段的反射率和归一化差异植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)等的分析和应用,在分析地表地物光谱特征和空间特征的基础上,通过对研究区植被覆盖度计算,得出了矿区生态环境植被的动态变化。     

基于影像特征随机森林的自然保护区矿区动态监测

获取矿区地物的变化是监测矿山活动有效手段之一,以贺兰山国家自然保护区为研究区,选用Landsat-8OLI多光谱遥感影像,通过分析矿区地物光谱信息特点,选取纹理特征、归一化差分植被指数NDVI、改进归一化差异水体指数MNDWI和归一化差值土壤指数NDSI 4种特征信息,采用随机森林分类方法,对研究区地物覆盖物信息进行识别,分类整体精度和Kappa系数分别为92.35%,0.91,分类精度较基于传统随机森林分类和支持向量机分类有明显提高。通过对研究区2016—2019矿业权内进行动态监测。结果表明:①通过图斑提取发现自然保护区内存在越界开采、无序开采及乱采滥挖等情况;②开采场面积增加的区域主要分布在矿业权范围内,减少的开采场面积在矿业权界内外均有分布,减少幅度达56.34%,说明相关矿业部门对矿山管理起到积极作用。基于影像特征的随机森林的分类方法在自然保护区地物覆盖信息提取和动态监测中具有一定可行性。     

新疆准东露天煤矿区地表温度反演及时空变化特征

使用Landsat7/ETM 于2005年7月22日和2013年6月10日过境的新疆准东煤田矿区的影像数据,运用单窗算法以及Weng算法反演准东煤矿开采前后的地表温度。通过反演结果与热红外辐射计实测数据对比证明在本研究区运用单窗算法反演地表温度较Weng算法精度更高。在此基础上,分析了不同时期准东矿区地表温度分布格局得出(1)时间尺度上,由开采前的最高温42.7℃上升至49.2℃,最低温保持在11-12℃。2013年地表温度平均值为35.1℃高于2005年的30.8℃。(2)空间尺度上,矿区地形独特,北方为喀拉麦里山,南方为天山绿洲带,两山包裹呈现典型的“热岛”效应。从2013年温度分布图可以看出明显的温度变化梯度,由外到内依次是荒漠草原、荒漠裸土、岩石裸地以及露天矿坑,地表温度呈现依次升高。总之,单窗算法反演精度高,适合干旱区露天煤矿地表温度反演。     

基于无人机遥感的开采沉陷耕地质量评价及复垦建议

针对我国东部高潜水位矿区煤炭开采造成耕地减产绝收及生态破坏等问题,以东滩煤矿开采沉陷耕地玉米作物为例,利用无人机多光谱影像和田间同步实测数据,采用经验模型法建立了开采沉陷耕地玉米叶面积指数反演模型并进行了耕地质量评价。结果表明：引入红边波段的归一化植被指数（red-red edge normalized difference vegetation index,RRENDVI）构建的幂函数模型为最优模型,其R2=0.756,RMSE=1.125,模型具有较高的精度和可靠性。通过该模型对研究区玉米叶面积指数（leaf area index,LAI）进行反演,得到玉米LAI分布图。根据研究区玉米及当地正常生长玉米的LAI均值,并结合实际沉陷积水情况,构建了沉陷耕地质量评价规则,将开采沉陷耕地分为五等,根据各等级地块损毁程度分别提出了划方平整、挖深垫浅等复垦建议。分析结果对于小范围沉陷耕地损毁监测、耕地质量评价及复垦工作具有一定的参考价值。     

基于Sentinel-2的荒漠化矿区生态环境监测

随着我国能源战略西移,西部荒漠化地区正成为重要的煤炭生产基地.快速准确地获取矿区生态环境信息,为绿色矿山及区域生态文明建设提供数据支撑,成为当前迫切需要解决的关键问题之一.以榆林某矿区为研究范围,基于当前空间分辨率较高的民用卫星Sentinel-2数据,通过波段运算、缨帽变换等方法,提取研究区土壤亮度指数(SBI)、植...     

基于Landsat-8的煤火监测方法研究

为了监测乌达矿区煤火的变化趋势,减少因煤自燃引起的经济损失,根据landsat-8卫星影像数据采用辐射传输方程法,单窗算法,劈窗算法等反演了内蒙古乌达矿区的地表温度,提取了煤火信息,并结合内蒙古乌达市环境监测中心站提供的数据和实地考察,验证地表反演结果的有效性。结果表明:几种反演算法得到的结果与地下煤火区地表温度的空间分布一致,其中劈窗算法综合考虑了两个热红外波段,其反演结果与实测温度值的差值较小,约为0.5℃,与地面实测值一致性比较好,高温异常区范围明显,在地下煤火反演中具有一定的适用性。     

基于有限单元技术的紫金山金铜矿区地应力场反演分析木

根据紫金山金铜矿区的地应力实测资料以及矿区的地质构造条件,运用有限元技术建立了地应力场的多元回归模型,通过实测点地应力值用逐步回归分析方法求出回归系数,较为准确地反演矿区地应力场,得到了紫金山金铜矿区地应力场的分布规律;这对研究矿山露天地下联合开采过程中的露天矿边坡稳定性、地下采矿方法和开采顺序等有重要的意义.     

基于有限单元技术的紫金山金铜矿区地应力场反演分析

根据紫金山金铜矿区的地应力实测资料以及矿区的地质构造条件,运用有限元技术建立了地应力场的多元回归模型,通过实测点地应力值用逐步回归分析方法求出回归系数,较为准确地反演矿区地应力场,得到了紫金山金铜矿区地应力场的分布规律;这对研究矿山露天地下联合开采过程中的露天矿边坡稳定性、地下采矿方法和开采顺序等有重要的意义。