矿区生态环境定量遥感监测研究进展与展望

矿区生态环境的科学有效监测是矿区生态环境保护与治理的前提,对于促进生态文明建设具有重要意义。遥感技术已经成为矿区生态环境监测的重要手段,特别是近年来遥感技术在数据、算法、算力方面的迅速发展极大地促进了国内外矿区生态环境定量遥感监测研究的进步,涌现出了一系列优秀的研究成果。从矿区地表要素类型识别以及矿区植被、土壤、水体、大气、生态系统的参数反演与监测方面归纳和剖析了矿区生态环境定量遥感监测的研究进展。结果表明：新兴遥感数据的应用提升了监测的时空分辨率,矿区地表要素识别以及参数反演方法得到了优化改进,提升了识别和反演的精度;深度学习和遥感云计算平台在矿区应用中崭露头角。但是也存在一些不足：①深度学习在矿区地表要素识别的应用尚未完全展开,缺乏矿区遥感地表分类体系标准与大规模高分样本库,矿区地表要素识别的自动化与智能化水平有待提高;②矿区定量遥感参数反演的广度有待拓展,反演与监测方法研究有待深入;③矿区多要素参数的中高分辨率、长时序、高频次同步观测与协同分析的研究还相对缺乏。在此基础上,对未来的研究方向进行了展望：①构建矿区遥感地表分类体系与大规模高分样本库,跟踪最前沿的深度学习算法,实现矿区地表典型要素的高精度识别;②研究矿区场景下的定量遥感物理机理建模方法,拓展遥感反演的矿区要素参数,提升反演方法的精度和稳定性;③融合矿区多源大数据,实现参数的中高分辨率、长时序、高频次的体系化同步定量遥感反演与监测。     

矿区生态环境定量遥感监测评价技术框架与应用

为了践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念,平衡矿产开发与生态环境保护,迫切需要对矿区生态环境开展动态监测并进行科学评价。本文立足于矿区生态环境场景的特点,在剖析矿区生态环境要素的时空变化特征及其差异性、矿区开采修复活动对生态环境要素影响机制及各要素协同演变规律基础上,为满足新时期矿区生态环境监测与评价的要求,构建了矿区生态环境定量遥感监测与评价的“数据-监测-评价-应用”技术框架。该框架充分利用以遥感影像数据为主体的矿区多源大数据,发挥人工智能与定量遥感等技术手段的优势,以高频次、大面积、长时间、多要素协同、定量反演的方式对矿区生态环境要素进行监测和质量评价,可应用于矿区开采活动监测、矿区生态环境诊断、预警和修复效果评估等方面。最后,介绍了技术框架的两个应用实例,展示了该技术框架的有效性与应用方式。     

无人机遥感在矿区监测与土地复垦中的应用前景

无人机遥感技术具有成本低、重访周期短、快速高效、质轻灵活、操作简便、获取影像的时空精度高等诸多的特点,成为近几年研究热点,并已在国土资源调查、农林生长监测、生态环境监测和灾害调查评估方面获得广泛应用,显示出其灵活、快速、高时空分辨率的优势。本文分析了目前无人机遥感技术在各领域应用现状,针对矿区这一特殊对象,在剖析我国典型矿区的面积、监测对象、监测指标的基础上,从搭载平台、传感器选择、监测参数设置等方面进行了具体分析,并构建了矿区无人机遥感监测与土地复垦的应用框架体系,认为无人机遥感技术可用于矿区基础信息普查、地质灾害与污染等敏感风险源信息获取与监测,矿区土地复垦与生态重建规划与设计、复垦验收与复垦后效果监测与评价等多个方面,将成为未来矿区监测与土地复垦重要的应用技术手段。     

浅谈矿区土地的生态复垦

我国是一个矿业大国,矿区土地的生态复垦是一项具有战略意义的系统工程。概述了矿区土地复垦的意义和生态复垦技术,指出生态修复要因地制宜,以新技术为指导,并引入景观学和景观建筑学等新思想,将传统复垦技术与生态工程复垦相结合,才能实现社会经济效益、生态环境效益的全面发展。     

矿区生态环境问题及其治理

我国是以煤炭为主要能源的国家,也是目前世界上煤炭产量和消费量最大的国家.伴随着经济的快速发展,对煤炭的需求与日俱增,由此引发的生态环境问题日益严峻,水系破坏、植被破坏、土地功能退化、污染严重等威胁着矿区的可持续发展.虽然我国矿区的生态环境问题取得了一定的进展,但仍存在法律不规范、不健全,基础理论研究薄弱,技术革新缓慢等不足.因此,基于对矿区生态环境问题及其治理的探讨,构建了煤炭开发与经济、生态、历史文化相结合的治理模式,以期实现煤炭开采和生态环境修复的双赢.     

基于30年遥感监测的矿区生态环境变化——以南四湖周边矿区为例

南四湖地区煤炭资源丰富,湖区有上百年的采煤历史,煤炭开采为地方社会经济发展发挥支撑作用的同时,也对区域内的生态环境带来了重大影响.为研究煤炭开采对南四湖地区生态环境的影响,采用Landsat系列遥感数据,对南四湖上级湖区域1988—2019年间的生态环境进行了遥感动态监测.利用支持向量机(Support Vector ...     

无人机遥感支持下的煤矸石山自燃监测与预警

复垦后煤矸石山的复燃问题是矿区土地复垦与生态环境保护中的巨大挑战。超前和及时的自燃监测和预警对治理至关重要,同时也一直是研究和治理中的难题。研究基于无人机遥感技术,提出了一种在复垦后利用植被紫花苜蓿评估煤矸石山自燃风险的方法,并对该方法在自燃监测和预警中的可行性进行评估。以中国山西省某复垦后自燃煤矸石山为例,利用无人机搭载可见光、热红外相机获取了某复垦后煤矸石山的无人机影像,并基于无人机影像提取的图像特征估算了紫花苜蓿地上生物量、株高和植被水分信息;在此基础上提出了自燃风险评估方法,在已发生自燃的研究区A1开展预警可行性探究;同时,利用上述方法对一未知(潜在)自燃研究区A2的自燃风险进行评估。研究结果表明：(1)无人机是煤矸石山植被监测的有效工具,基于无人机遥感图像特征能够实现紫花苜蓿长势参数的精准估算。基于随机森林的紫花苜蓿生物量和植被水分估算模型在验证集上的决定系数R²分别为0.92和0.78,均方根误差RMSE分别90.58 g/cm2和4.29%;基于作物高度模型的株高预测结果的R²为0.92,RMSE为7.58 cm。(2)3种紫花...     

我国煤炭矿区生态环境问题分析

从矿区生态环境问题的内涵阐释出发，分析了矿区生态环境问题的形成与危害，在确认煤炭矿区环境保护与治理成效的基础上，针对现存矿区环境中的薄弱点，提出了解决问题的途径和对策。     

基于遥感生态指数的淮南矿区生态环境质量变化分析

淮南矿区长期的煤炭开采活动引发了地面沉陷,进而影响到了矿区生态环境,在矿区开展生态环境质量评价很有必要。利用遥感生态指数(RSEI)模型计算得到研究区各年份的生态环境质量综合指数,采用自然截断法对研究区生态环境质量进行分级。结果表明,生态环境质量优良的区域主要为耕地和水域,城镇、工矿、农村居民地生态环境质量较差;分析得出2013—2019年淮南矿区生态环境质量总体呈变差趋势,水体区域生态环境状况几乎不变,城镇区域生态环境状况好转,部分农田区域生态环境变差。     

矿区土地复垦的生态功能

煤炭是工业的粮食。煤炭的开采对矿区来说,出现既占用了大量土地又造成地表塌陷,破坏自然景观、污染大气和水、农村劳动者的失业等问题。土地复垦是对采矿破坏的土地采取整治措施,使其恢复到可供利用状态的活动。我国矿区土地复垦工作刚刚起步,人们对其重要性和意义认识不足,缺乏相应的科学理论作指导。本文从生态学的观点和原理出发,试图为矿区土地复垦提供生态学方面的根据。     

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...     

矿区土地复垦历史文献数据挖掘方法及应用研究

土地复垦是煤炭开采面临的最严峻问题之一,经过多年相关研究的经验积累,已经产生了大量的历史文献,因此,引入数据挖掘技术处理这些宝贵的历史文献资料十分必要.本文以徐州矿区为例,通过对土地复垦历史文献关键词分词编码化,构建TF?IDF算法和空间向量模型、聚类分析,采用Python语言进行数据挖掘,最后在ArcGIS基础上二次...     

浅谈矿区生态系统重建的可行性和经济效益

文中从土地复垦与生态重建效益的概念出发,分析了矿区土地复垦与生态效益重建的必然性和可行性,并简单揭示了影响生态效益重建的因素。为优化矿区土地资源利用结构和建立矿区复合生态系统重建的效益评价指标体系提供理论基础。     

神华呼伦贝尔矿区生态环境动态分析

为科学分析神华集团资源整合后资源开发对草原生态环境的影响以保护矿区生态环境及实现矿区土地资源可持续利用与煤炭资源绿色开发,基于遥感检测技术并在充分收集呼伦贝尔矿区开发以来积累的各类地理、地质、环境等调查资料和专题研究成果的基础上,通过统计分析区域土地利用类型、植被覆盖度、土壤侵蚀强度3个因子,评价2002年至2017年间呼伦贝尔地区生态环境动态变化,对矿区生态环境进行综合评价分析。研究结果表明,总体上16年来呼伦贝尔区域生态环境状况持续为一般,2002~2006年生态环境状况恶化,2007~2012年有所改善,2013~2017年则继续变好。2002~2017年期间区内土地利用类型结构发生了较大变化,主要表现在耕地先增后减再增,草地先减后增再减、林地和城镇工矿用地持续增加。植被覆盖总体变化趋势为植被覆盖区持续减少、2002~2012年期间高覆盖度植被持续减少,中、低覆盖度植被逐步增加;而2013~2017年期间高覆盖度植被迅速增加,中、低覆盖度植被减少。土壤侵蚀总体变化趋势是中度侵蚀先增后减,轻度侵蚀先减后增;轻微侵蚀先减后增再减,总体呈减少的特趋势;其他侵蚀等级整体变化不大。     

基于GIS技术的南屯矿区生态环境建设研究

针对山东省邹城市南屯矿区的生态环境特征,利用遥感数据,结合G IS技术建立生态环境演化模型,对研究区域的生态环境进行模拟,从而对研究区的生态环境演变有了清楚的认识,为矿区的生产、决策和生态环境保护提供了有效的技术支持。     

基于可持续发展的晋城矿区生态环境现状研究

根据晋城矿区的生态环境,通过分析其生态环境系统现状,在环境治理过程中概括提出了存在的一些问题,简单描述了晋城矿区在实施环境可持续发展措施后,分别在技术、政策、风险评估、社会等方面的支持下取得的成绩,在一定程度上可供其他矿区环境保护借鉴。     

矿区土地复垦工程的科学和技术问题

根据近年来土地复垦领域的研究成果，结合我国矿工土地复垦实践的经验和特点，对矿区土地复垦工程的概念，研究对象，研究内容及研究方法等作了系统论述，并介绍了新技术在矿区土地复垦工程中的应用。     

黄淮平原矿区土地复垦对微生物群落结构和功能的影响

黄淮平原矿区复垦土壤肥力低,与养分循环密不可分,但复垦对土壤养分循环影响的微生物学机制尚不清楚。为此,于山东省邹城市东滩矿区4个复垦区和1个对照区共采集65个表土样,利用高通量测序及PICRUSt2和FUNGuild分析工具探测复垦对土壤微生物群落结构和功能的影响及其区系演替的环境驱动机制。结果表明：(1)复垦对土壤理化性状和酶活性影响显著（P<0.05）,随复垦年限增加,铵态氮（AN）逐渐上升,硝态氮（NN）、有效磷（AP）、有机碳（SOC）、β-葡萄糖苷酶（BG）及蛋白酶（PRO）活性下降,pH、亮氨酸氨肽酶（LAP）活性则先升后降。(2)复垦显著影响了土壤微生物群落结构和组成（P<0.05）,丰富度和均匀度随复垦年限增加而上升,所有处理优势菌门保持不变,但相对丰度变化显著。(3)土壤pH、铵态氮及磷酸酶是群落结构变化的主导因子。(4)PICRUSt2功能预测显示细菌群落基因功能相似,与代谢相关功能最活跃。FUNGuild功能预测结果显示真菌群落包含2个单营养型和3种混合营养型及4个单一功能群和14个混合功能群。本研究丰富了对复垦土壤发育的微生物学机制认识,为黄淮平原采...     

矿区复垦土地生产力的耗散结构模型

提出了影响复垦土地生产力的三要素：环境要素，土壤要素与投入要素，并讨论了三要素之间的关系；分析了复垦土地生产力系统形成耗散结构的条件，导出了复垦土地生产力变化的动力学方，提出了投产出比已知知两种情况下的复垦土地生产力状态的熵流评价模型。     

矿区生态环境恢复分析

讨论了矿区生态环境恢复的理论基础;分析了矿区生态恢复演替的4个阶段模式,在此基础上,提出了矿区生态环境恢复的策略和综合技术体系;最后对矿区生态重建的认识和方法论提出了建议。