霍林郭勒礦區高分衛星生態復墾監測示范應用

文|李思慧 邢洋 李偉 李巍巍

通遼市氣象局/高分衛星內蒙古通遼分中心

一、前言

霍林郭勒市為內蒙古自治區轄縣級市，由通遼市代管，位于大興安嶺南麓，在科爾沁草原腹地，是一座因煤而建、緣煤而興的新興工業城市。境內的霍林河煤田，是我國現代化生產程度最高的大型露天煤礦，是全國五大露天煤礦之一。

霍林河露天煤礦在2018 年6 月中央環保督察組檢查中暴露出生態恢復治理嚴重滯后的問題，需要對露天煤礦加強管理，對違法違規行為嚴格執法。要全面掌握多年來霍林河煤礦生態狀況，遙感無疑成為一種有效手段。為科學直觀地反映霍林郭勒礦區范圍變化及生態修復情況，為自然資源、生態環境等部門監督、監管提供科學依據，為政府決策提供科學支撐，高分衛星內蒙古通遼分中心從2018 年開始，連續5 年對霍林郭勒市及礦山重點區域生態恢復持續開展遙感監測與評估。利用包括高分衛星數據在內的多源衛星遙感數據，結合霍林河礦區本底調查等地面資料，對氣象條件、植被覆蓋度及其生態復墾狀況進行綜合分析。利用高分一號、高分六號衛星，通過融合技術，得到2m 空間分辨率多光譜影像，直觀反映生態復墾區域真實狀況，為霍林郭勒礦區范圍變化及生態修復提供數據支撐。

二、示范應用

針對霍林河露天煤礦生態恢復治理滯后問題，通遼市確立了“一年大變樣，三年徹底整改”，打造我國高寒地區“綠色礦山標桿”的整改目標。為全面掌握多年來霍林河煤礦生態狀況，衛星遙感再次成為科學、有效、快速的評估評價手段，并持續對礦山生態恢復進行監測評估。目前已連續5 年開展此項工作。

1.植被覆蓋度監測：波動增加，植被結構持續改善

高分一號衛星為高分專項首發星，配置了2臺2m 分辨率全色/8m 分辨率多光譜相機，4 臺16m 分辨率多光譜寬幅相機，全色譜段波長范圍0.45-0.90μm，藍色波段0.45-0.52μm，綠色波段0.52-0.59μm，紅色波段0.63-0.69μm，近紅外波段0.77-0.89μm。基于高分一號衛星影像近紅外波段和紅色波段反射率的值計算得到NDVI，利用像元二分模型求算植被覆蓋度，開展霍林郭勒地區植被覆蓋遙感監測。結果顯示，霍林郭勒市植被生長狀況持續改進，2020 年植被覆蓋度較2018年、2019 年同期逐步增加；2020 年7 月植被覆蓋度達到93.34%，較2018 年、2019 年同期分別增加2.92%、1.38%。去除城區及礦區等建設用地后，霍林郭勒市平均植被覆蓋度達到98.08%。植被覆蓋增加區域主要位于霍林郭勒市南、北露天煤礦礦區四周，可以看出復墾區域生態明顯改善（見圖1）。

圖1 2018—2020 年霍林郭勒植被覆蓋分布

霍林郭勒地區地處通遼市最北端，為大興安嶺余脈，整體植被覆蓋度水平高于全市其他旗縣。利用高分一號衛星影像，對霍林郭勒地區植被結構進行監測。將地表植被覆蓋結構分為五個等級（劣、低、中、較高、高），根據2020 年7 月27日與2018 年、2019 年同期植被覆蓋結構空間分布對比圖顯示，霍林郭勒市植被覆蓋結構主要由低、高覆蓋度向中、較高覆蓋度轉變，高覆蓋度減少區域主要位于霍林郭勒市北部及西南部地區，低覆蓋度減少區域則主要位于霍林郭勒市礦區周圍，可以看出礦區主體范圍逐年縮減，礦區生態復墾效果顯著（見圖2）。

圖2 2018—2020 年植被覆蓋結構空間分布

2.礦區面積監測：未呈現明顯擴大

2013 年至2018 年，煤礦區域呈擴大趨勢，部分恢復治理區植被覆蓋度較低。

2018—2021 年復墾力度加大，生態復墾區域增加明顯。利用高分一號、高分六號衛星數據，通過輻射定標、大氣校正、圖像融合對影像進行預處理，得到16m 和2m 的基礎數據，通過對比2018 年7 月10 日、2019 年7 月8 日、2021 年8 月17 日三期遙感影像，結合實地調查，對礦區復墾進行對比分析。2018—2019 年為復墾經濟投入最大一年，復墾進度最快。近年來各個礦區生態復墾區域呈現不同程度的增加，礦區未呈現明顯擴大。整體來看，生態呈向好態勢（圖3）。

圖3 2018—2021 年霍林郭勒市北露天煤礦遙感影像

三、結語

霍林郭勒生態復墾監測案例是在通遼高分中心籌備成立關鍵時間節點為地方政府決策部門提供的成功案例。通過衛星遙感監測，直觀反映了霍林郭勒礦區生態復墾持續向好態勢，為礦區范圍生態修復提供了數據支撐。衛星遙感作為支撐地級市政府管理和行業應用的高科技手段，將逐步優化涵蓋多領域、滿足地方需求的應用業務，遙感監測服務更加有力；打造行業應用示范工程，完善產業應用技術標準促進科技成果轉化，應用成效持續放大。后續，還將建設高速、高精度和大容量的遙感數據處理系統，全面提高數據保障能力?！扒Ю镅邸敝φ卫砟芰椭卫硭浆F代化、精細化能力不斷提升，為地方經濟高效發展提供強有力的科技支撐。