吉林一号星座数据在内蒙古黄岗梁矿区生态修复遥感监测中的应用

吉林一号星座数据
在内蒙古黄岗梁矿区生态修复遥感监测中的应用
文 | 赵宇恒 王春月 刘思言 徐贵贵 秦磊 于海洋 付璐
长光卫星技术股份有限公司
摘要：为发挥吉林一号卫星星座数据在矿区生态修复监测应用服务中的优势，本文建立了一套基于吉林一号星座的矿区生态修复治理工作的监测分析流程，并对内蒙古黄岗梁国家森林公园内部铁矿区生态修复工作进行遥感监测，结果表明具有高空间分辨率、多光谱信息的吉林一号星座数据在矿区生态修复监测分析应用服务中有较大优势，能够为矿区生态修复监测提供数据保障和分析依据。

关键词：吉林一号；高分辨率卫星；矿山生态修复；遥感监测
一、前言
“十四五”时期是生态文明建设关键期，国家发布的《“十四五”生态环境监测规划》中指出全国矿业开发形势依然严峻，矿山环境问题比较突出，综合治理任务十分艰巨。

作为众多矿区的一种，露天开采矿区生态问题最为严重，大面积的地表挖掘破坏了地表的植被、降低土壤养分，严重损坏矿区及周边的生态系统[1]。

“十四五”时期为降低采矿过程中的生态环境问题，各地区纷纷出台相应的矿区复垦政策，力求将矿区生态环境损毁状况降至最小、恢复当地生态平衡。

在矿山复垦工作中植被复垦是重要工作之一，植被覆盖度的动态变化是复垦植被健康状况的直接表现，是评价复垦效果比较直观和有效的指标[2]。

利用植被覆盖度指标能够帮助用户及时了解矿山生态修复工作进展，掌握矿区生态现状，为下一步绿色矿山建设工作提供指导依据。

传统的监督方式以现场调查为主，由于矿区分布广泛，多在险远山区，对巡护工作造成了较大困难，消耗了大量人力和物力。

随着遥感技术的发展，矿山监测有了跨时代的进步。

目前已有很多工作者基于遥感技术在矿区生态修复监测领域进行了大量研究工作[3-7]。

然而现阶段遥感监测数据主要为美国陆地卫星系列数据和欧洲哨兵卫星数据，这些数据虽然具有多光谱信息，但是空间分辨率较低，很容易受到混合像元因素的影响，导致结果存在一定误差。

随着商业遥感卫星的不断建设，卫星技术蓬勃发展，尤其是吉林一号卫星星座，凭借其高空间分辨率、多光谱观测能力的优势广泛应用于矿区生态各领域遥感监测服务中。

本文基于前人研究基础，利用亚米级吉林一号星座数据对内蒙古黄岗梁矿区生态修复工作进行监测，同时基于吉林一号星座，多光谱数据对监测区近三年植被覆盖情况进行统计，用以评估监测区内矿山对植被的破坏程度，为矿山生态修复监测提供数据和精度保障。

二、监测区域与数据源
1．监测区介绍
内蒙古黄岗梁矿区位于黄岗梁国家森林公园内。

黄岗梁国家森林公园成立于1996年8月，位于内蒙古赤峰市克什克腾旗东北部，公园总规划面积180万平方米。

《森林公园管理办法》明确规定，
图1 矿区生态修复遥感监测技术路线图
矿区生态修复工作主要表现在地物变化、地表地形地貌变化以及矿区植被变化。

因此本文以采矿区内部矿坑、矿石堆以及尾矿库的变化情况作为生态修复工作开展的监测指标，以植被覆盖度作为矿区生态修复进展工作的评价指标。

其流程如下：1）首先基于吉林一号星座宽幅星高空间分辨率遥感数据对监测区域内矿区进行提取；
2）利用提取到的矿区边界对高空间分辨率和多光谱数据进行裁剪；
3）创建矿区地物解译标志，对矿区内部尾矿库、矿坑、矿石堆等地物进行提取；
4）利用吉林一号星座光谱星数据对矿区多年植被覆盖度进行分析；
5）最后基于矿区地物变化及植被覆盖度变化情况对矿区生态修复状况进行评价分析。

（a）露天采场 （b）中转场
（d）矿山建筑（e）矿山治理区
图2 矿区地物解译标志
（c）尾矿库
3．植被覆盖度分析
植被覆盖度即植被的叶、茎、枝等在地面垂直投影面积占研究区总面积的百分比，是衡量地表植被状况的重要指标之一，也是描述生态系统的重要基础数据，对区域生态系统环境变化具有重要指示植被覆盖度基于可见光红波段和近红外波段，利用归一化植被指数和像元二分模型进行植被状况
植被覆盖度反演结果可依据各像元植被覆盖度
四、遥感监测应用结果分析
1．矿区生态治理活动监测
基于吉林一号星座宽幅星亚米级空间分辨率可见光遥感数据，对2019—2022
的开采区、矿山建筑区、矿石堆放区、尾矿库、中转场等目标进行监测并对各目标变化情况进行分析。

通过高空间分辨率吉林一号卫星影像，发现公园内部矿石堆共计6处，尾矿库
（a）矿堆裸露（2021-04-19）（a）无变化（2021-04-19） （b）矿堆苫盖（2022-04-28）
（b）无变化（2022-04-28）
图3 矿石堆变化情况
图4 1号尾矿库变化情况
（c）矿堆清理（2022-06-01）
（c）复垦（2022-06-01）
（a）无变化（2021-04-19） （b）无变化（2022-04-28）
图5 2号尾矿库变化情况
（c）尾矿库清理（2022-06-01）
3）截至2022年4月，黄岗梁国家森林公园内共处露天采区，总占地面积为8.5×10m2，根据遥段。

1—6号采区为长期开采遗留的矿坑区域，2022 4月28日影像显示，这些矿区未采取回填治理，由
（a）无变化（2021-04-19）（a）2019年
（b）无变化（2022-04-28）
（b）2021年
图6 1号采区变化情况
图7 黄岗梁矿区植被覆盖度分级图
（c）已回填（2022-06-01）
（c）2022年
2．矿区植被覆盖度监测
为评估黄岗梁矿区周边生态状况，对矿区建冲区范围内植被覆盖情况进行评价分析。

各年植
由植被覆盖度数均值和标准差变化曲线（图8）可知，2019—2022年矿区植被覆盖度均值由0.5下降为0.3，标准差值基本维持在0.3，整个区
图8 2019、2021、2022年植被覆盖度均值
和标准差变化曲线
针对矿区植被覆盖度均值逐年降低的现象，对各等级植被覆盖度区域进行面积统计，结果如表2所示。

减少2.77km2；高植被覆盖区域减少4.46km2。

中植被覆盖区域面积变化相对较小，较2019年减少
1.02km2。

2019—2022年矿区周边植被覆盖情况呈现下降趋势，裸土面积不断上涨，主要因素包含以下两点：1）矿区长期暴露，无防护措施，导致周边水土持续流失。

土壤营养成分遭到破坏，土壤荒漠化严重，进一步阻碍了植被恢复。

2）2022年6月矿区治理工作力度加大，大量的施工车辆和设施用于矿区回填治理工作中，势必对草原造成一定程度破坏，也会造成矿区周边植被覆盖情况变差。

五、结论与展望
本文基于三期吉林一号星座宽幅01星和光谱星遥感影像对黄岗梁公园内部历史遗留矿区生态修复工作进行监测分析，结果表明，具有高空间分辨率、多光谱信息的吉林一号星座数据在矿区生态修复监测分析应用服务中有较大优势，能够为矿区生态修复监测提供数据保障和分析依据。

吉林一号星座凭借高空间分辨率、多光谱、大幅宽以及高重访次数等优势，为矿区生态遥感监测服务领域提供了更高质量的数据保障，但由于矿区环境的复杂性和特殊性，目前矿区生态监测服务还需要人工介入，后续会进一步加强相关智能解译算法建设。

此外为满足各地方监管需求，会加强智能监管平台建设，提升矿区生态修复监管的智能化和便捷度。

参考文献
[1] 胡振琪，龙精华，王新静.论煤矿区生态环境的自修
复、自然修复和人工修复[J].煤炭学报，2014，39（8）：1751-1757.
[2] 张耀，周伟.安太堡露天矿区复垦地植被覆盖度反演
估算研究[J].中南林业科技大学学报，2016，36（11）：113-119.
[3] 刘硕，李小光，宋建伟，等.长山沟露天矿集中区土地利
用时空变化的遥感监测与分析[J].水土保持通报，2021，41（4）：121-127.
[4] 胡芝梅.基于时序NDVI的零陵锰矿区修复工程遥感监
测[J].中国高新科技，2020（13）：117-118.
[5] 金点点，翟俊，高海峰，等.基于卫星遥感技术的生态恢
复区域监测评估技术方法研究[C]//2020中国环境科学学会科学技术年会论文集（第三卷）.北京：《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司，2020：544-550.
[6] 孙娅琴，邸宝刚，安娜，等.长江经济带废弃露天矿山生
态修复典型模式遥感监测：以湖北省为例[J].中国矿业，2022，31（12）：50-57，63.
[7] 李聪聪，王佟，王辉，等.木里煤田聚乎更矿区生态环
境修复监测技术与方法[J].煤炭学报，2021，46（5）：1451-1462.
[8] 贺小军，李竺强，秦小宝，等.吉林一号光谱卫星技术创
新与应用成果[J].卫星应用，2020（3）：18-26.
[9] 马国胤，谈树成，赵志芳.基于高分辨率遥感影像的矿
山遥感监测解译标志研究[J].云南地理环境研究，2017，29（5）：59-68.
[10]李思发，李亮，安全.基于GF2卫星数据的矿山遥感监
测方法及对象识别研究[J].贵州地质，2022，39（1）：87-92.
[11]伍超群，张绪冰，王耀，等.基于Landsat影像的木里
煤田矿区植被覆盖提取及时空变化分析[J].测绘与空间地理信息，2020，43（2）：67-72.。