國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量遙感考核方法研究

楊海軍　李　營　朱海濤　洪運(yùn)富

(環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京　100094)

國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量遙感考核方法研究

楊海軍李營朱海濤洪運(yùn)富

(環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京100094)

[摘要]本文提出一種國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量遙感考核方法，該方法以遙感技術(shù)為主，集成了衛(wèi)星遙感、無人機(jī)遙感、人工調(diào)查等技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，建立了“天”、“空”、“地”的立體化監(jiān)測(cè)方式，并開展示例研究，從多尺度、多分辨率角度獲取縣域環(huán)境變化信息，取得了很好的研究應(yīng)用效果。

[關(guān)鍵詞]重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)；縣域；生態(tài)環(huán)境；遙感

中圖分類號(hào)：X87

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：碼：A

文章編號(hào)：號(hào)：1673-288X(2015)05-0041-03

Abstract：This paper proposed a check method of the counties’ ecological environment quality in National key ecological function area，it based on remote sensing technology，integrated the advantages of satellite remote sensing，UAV remote sensing and artificial survey，established three-dimensional monitoring pattern including of space，sky and ground.Based on the above method，we took one county as the study area，extracted the dynamic change information of the county from multi-scale and multi-resolution，the results showed good effectiveness.

Keywords：National key ecological function area；county；ecological environment；remote sensing

作者簡(jiǎn)介：楊曉棠，工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染控制工程

1引言

國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域是維護(hù)國家生態(tài)安全、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，具有生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持和防風(fēng)固沙等生態(tài)功能。為引導(dǎo)地方政府加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度，提高當(dāng)?shù)卣竟卜?wù)保障能力，自2010年以來，環(huán)境保護(hù)部、財(cái)政部每年定期開展國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量考核工作，評(píng)價(jià)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化情況，為縣域轉(zhuǎn)移支付資金的獎(jiǎng)懲提供依據(jù)。目前，縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量考核主要基于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用人工調(diào)查方式，對(duì)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，而縣域內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)有限，難以全面反映縣域的環(huán)境狀況，同時(shí)，人工調(diào)查方式易受地形條件影響。

近年來，遙感技術(shù)在我國環(huán)保領(lǐng)域發(fā)展迅速，完成了水環(huán)境、大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等方面的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用示范，并形成了環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)[1]，取得了很好的應(yīng)用成效。遙感技術(shù)具有監(jiān)測(cè)范圍大、重訪周期短、受地面限制少等優(yōu)勢(shì)，便于全面監(jiān)測(cè)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及變化情況。本文針對(duì)國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量考核內(nèi)容，基于衛(wèi)星遙感、無人機(jī)遙感及地面調(diào)查等技術(shù)，建立立體化的遙感考核方法，力爭(zhēng)為縣域考核工作提供切實(shí)可行的技術(shù)支撐。

2遙感考核方法

針對(duì)縣域的自然生態(tài)和環(huán)境狀況，充分利用衛(wèi)星遙感、無人機(jī)遙感及地面調(diào)查等技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從多分辨率、多尺度、多時(shí)相等角度出發(fā)，構(gòu)建縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量遙感考核方法，即“衛(wèi)星普查-無人機(jī)核查-現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查”的工作方式，在“天”、“空”、“地”三個(gè)層次共同監(jiān)測(cè)縣域生態(tài)環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)了立體化監(jiān)測(cè)。該方法步驟如下：

(1)衛(wèi)星普查

衛(wèi)星普查完成縣域的生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測(cè)，在中尺度上提取縣域的環(huán)境變化信息。

衛(wèi)星普查采用衛(wèi)星遙感技術(shù)，獲取縣域兩個(gè)年份(考核基準(zhǔn)年、被考核年)同一時(shí)期的衛(wèi)星遙感影像，通過對(duì)影像進(jìn)行幾何校正、拼接、裁剪等處理后，對(duì)兩期影像進(jìn)行對(duì)比分析，提取縣域的生態(tài)環(huán)境變化和人類活動(dòng)影響信息。

(2)無人機(jī)核查

無人機(jī)核查完成縣域部分環(huán)境變化斑塊監(jiān)測(cè)，在小尺度上進(jìn)一步精確提取環(huán)境變化信息。

無人機(jī)遙感是利用先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、通信技術(shù)、全球定位系統(tǒng)差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，自動(dòng)化、智能化、專題化地快速獲取地物信息，并實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的技術(shù)[2]。采用無人機(jī)遙感技術(shù)，能夠高精度、準(zhǔn)確地獲取環(huán)境變化信息，有效補(bǔ)充了衛(wèi)星遙感分辨率低、受氣象因素影響較大等不足。根據(jù)衛(wèi)星普查結(jié)果，采用無人機(jī)遙感技術(shù)獲取縣域環(huán)境變化斑塊數(shù)據(jù)，無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)獲取通常包括無人機(jī)飛行準(zhǔn)備、航線規(guī)劃、空域申請(qǐng)、無人機(jī)飛行、數(shù)據(jù)處理、信息提取等過程[3]，數(shù)據(jù)獲取后，通過對(duì)影像進(jìn)行圖像處理，進(jìn)一步精確提取環(huán)境變化斑塊的邊界、面積和地物空間分布特征信息。

(3)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查完成縣域環(huán)境變化信息的最終核實(shí)，明確環(huán)境變化屬性信息。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查基于衛(wèi)星普查以及無人機(jī)核查結(jié)果，通過實(shí)地調(diào)查，驗(yàn)證衛(wèi)星普查與無人機(jī)核查結(jié)論，獲悉環(huán)境變化屬性信息，并通過咨詢走訪，找出環(huán)境變化原因。

3示例應(yīng)用

以河北省承德市寬城滿族自治縣為研究區(qū)，該縣屬于水源涵養(yǎng)類型的生態(tài)縣域，采用“衛(wèi)星普查-無人機(jī)核查-現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查”的方法對(duì)該研究區(qū)進(jìn)行考核。通過衛(wèi)星普查方法，獲取2010年、2014年的衛(wèi)星影像，通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：研究生態(tài)環(huán)境變化斑塊3個(gè)，總面積為2.6平方公里，其中2個(gè)斑塊位于研究區(qū)南側(cè)山區(qū)，1個(gè)斑塊位于寬城縣城東北側(cè)。根據(jù)環(huán)境變化斑塊衛(wèi)星影像特征，判斷縣城東北側(cè)變化斑塊疑似為城鎮(zhèn)擴(kuò)建，南側(cè)山區(qū)2個(gè)變化斑塊疑似為新增尾礦庫。

圖1　2010年(左)、2014(右)寬城滿族自治縣衛(wèi)星普查結(jié)果

選取研究區(qū)南側(cè)山區(qū)的2個(gè)斑塊開展無人機(jī)核查工作。經(jīng)過無人機(jī)航空影像獲取、數(shù)據(jù)處理、信息提取等步驟，獲取了變化斑塊的空間與屬性特征，如下圖所示：圖中藍(lán)框?yàn)樾略鲞x礦廠及尾礦庫，面積0.75平方公里；紅色框?yàn)樾略龅V產(chǎn)露天開采區(qū)，面積0.7平方公里；紫框和綠框?yàn)榈V石生產(chǎn)及固廢堆棄區(qū)，面積0.5平方公里，所有變化斑塊總面積為1.95平方公里。

圖2　寬城滿族自治縣無人機(jī)核查結(jié)果

將衛(wèi)星普查與無人機(jī)核查結(jié)果結(jié)合，可進(jìn)一步對(duì)比變化斑塊特征，提取變化斑塊屬性信息。具體結(jié)果如下：

圖3　礦區(qū)露天開采區(qū)衛(wèi)星普查與無人機(jī)核查結(jié)果對(duì)比

圖4　礦區(qū)選礦廠及尾礦庫衛(wèi)星普查與無人機(jī)核查結(jié)果對(duì)比

根據(jù)衛(wèi)星普查與無人機(jī)核查結(jié)果，對(duì)研究區(qū)南側(cè)山區(qū)2個(gè)變化斑塊開展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，經(jīng)過調(diào)查走訪發(fā)現(xiàn)：兩個(gè)變化斑塊均位于亮甲臺(tái)鎮(zhèn)，一個(gè)為天寶集團(tuán)釩鈦礦露天采區(qū)，另一個(gè)為天寶集團(tuán)釩鈦礦尾礦庫。釩鈦礦露天采區(qū)位于亮甲臺(tái)鎮(zhèn)柏樹溝村，探明儲(chǔ)量9600萬噸，年產(chǎn)量約600萬噸，預(yù)計(jì)2020年開采結(jié)束閉礦，目前開采面積約為0.5平方公里。露天礦開采之前地表覆蓋主要以低矮灌木叢和雜草為主，地表土層厚度2至10米不等。露天礦開采生產(chǎn)過程中主要伴隨粉塵、廢石棄土、尾礦等3種潛在污染。釩鈦礦尾礦庫位于亮甲臺(tái)鎮(zhèn)楊樹溝村，設(shè)計(jì)庫容6360.1萬立方米，年排入量530萬立方米，預(yù)期使用10年。尾礦庫壩呈階梯狀，建有排水渠，并種植棉槐等植被。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，查明了環(huán)境變化斑塊的屬性信息，并找出了其變化原因，為后續(xù)環(huán)境治理提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。

4結(jié)論

(1)本方法以遙感技術(shù)為主，人工調(diào)查為輔，能夠有效、快速、準(zhǔn)確、客觀地獲取縣域的環(huán)境變化信息，可為縣域考核工作提供有力的技術(shù)與數(shù)據(jù)支撐；

(2)目前，我國縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量考核工作仍以人工調(diào)查為主，本方法的提出，有利于補(bǔ)充縣域考核現(xiàn)有技術(shù)體系，擴(kuò)展考核技術(shù)手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊一鵬，韓福麗，王橋，等.衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用：應(yīng)用、問題及對(duì)策[J].地理與地理信息科學(xué)，2011.

[2]謝濤，劉銳，胡秋紅，等.基于無人機(jī)遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展[J].環(huán)境科技，2013，26(4)：55-64.

[3]王橋，王晉年，楊一鵬，等.環(huán)境監(jiān)管無人機(jī)遙感技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2014，1-3.

Researches on Land Cover Classification of Water Source and Its

Validation and Evaluation Using UAV Remote Sensing

YANG HaijunLI YingZHU HaitanHONG Yunfu

(Satellite Environment Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing，100094)

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》學(xué)術(shù)影響因子逼近2.000

位列環(huán)境保護(hù)部主管期刊第一名

在全國收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第六名

據(jù)知網(wǎng)2014年12月16日發(fā)布的《中國學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)(2014版)》，我刊學(xué)術(shù)影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關(guān)，為1.971，名列環(huán)境保護(hù)部主管期刊第一名。在全國收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第18名，2011年第29名，2010年第33名。

引用文獻(xiàn)格式：楊曉棠.關(guān)于縣域生態(tài)文明建設(shè)思路探討[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(5)：44-46.