創(chuàng)新點(diǎn)

在研究視角上，針對(duì)當(dāng)前露天礦植被擾動(dòng)識(shí)別中多直接選用 NDVI 指數(shù)、缺乏系統(tǒng)的植被指數(shù)優(yōu)選實(shí)驗(yàn)與效果評(píng)價(jià)的研究缺口，篩選出應(yīng)用頻次較高的七種植被指數(shù)，以神東煤炭基地為典型研究區(qū)，構(gòu)建了長(zhǎng)時(shí)序的遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)集，從擾動(dòng)類型識(shí)別精度、擾動(dòng)時(shí)間提取效果等核心維度展開(kāi)全面對(duì)比分析。

在技術(shù)方法上，引入 Auto-VDR 方法并加以應(yīng)用，通過(guò)構(gòu)建植被擾動(dòng)類型時(shí)序特征樣本庫(kù)、科學(xué)設(shè)定裸土與植被閾值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)植被損毀后修復(fù)、損毀未修復(fù)、未損毀三種類型及對(duì)應(yīng)時(shí)間的精準(zhǔn)識(shí)別與量化分析，提升了植被擾動(dòng)識(shí)別的精準(zhǔn)化程度。

在研究發(fā)現(xiàn)上，揭示了不同植被指數(shù)在露天礦植被擾動(dòng)過(guò)程中的響應(yīng)特性與適用邊界，明確了煤炭基地尺度下 NDVI、GNDVI、DVI 三種植被指數(shù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)單個(gè)礦區(qū)尺度上植被覆蓋度與各植被指數(shù)識(shí)別準(zhǔn)確度的關(guān)聯(lián)，以及不同指數(shù)在植被損毀和修復(fù)不同階段的響應(yīng)差異，為不同場(chǎng)景下植被指數(shù)的合理選取提供了精細(xì)化的科學(xué)依據(jù)。

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露天礦開(kāi)發(fā)擾動(dòng)識(shí)別的植被指數(shù)效果評(píng)價(jià)與優(yōu)選方法

作者：謝雪霜, 許亞玲, 程洋, 郭麗, 許聯(lián)航, 張成業(yè), 李軍, 彭曼凌, 張靜

單位：1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院; 2. 國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司

引用格式：

謝雪霜，許亞玲，程洋，等. 露天礦開(kāi)發(fā)擾動(dòng)識(shí)別的植被指數(shù)效果評(píng)價(jià)與優(yōu)選方法[J]. 綠色礦山，2025，3(3)：40?52.XIE Xueshuang，XU Yaling，CHENG Yang，et al. Evaluation and optimization methods for vegetation index effects in identifying disturbances from open-pit mining development[J]. Journal of Green Mine，2025，3(3)：40?52.

摘要

露天礦開(kāi)發(fā)作業(yè)是礦區(qū)周邊植被和生態(tài)環(huán)境退化受損的直接影響因素之一，露天礦開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)植被的擾動(dòng)主要包括損毀和修復(fù)2個(gè)過(guò)程，利用植被指數(shù)的時(shí)序變化情況監(jiān)測(cè)植被變化進(jìn)而評(píng)價(jià)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)狀況是常用的監(jiān)測(cè)方法。研究篩選了應(yīng)用頻次較高的7種植被指數(shù)：Normalized Differential Vegetation Index (NDVI)、Enhanced Vegetation Index (EVI)、Green Normalized Difference Vegetation Index (GNDVI)、Ratio Vegetation Index (RVI)、Difference Vegetation Index (DVI)、Modified Soil Adjustment Vegetation Index (MSAVI)、Redness Index (RI)，對(duì)比分析了各植被指數(shù)對(duì)神東煤炭基地長(zhǎng)時(shí)序(1990—2021年)植被擾動(dòng)情況提取的效果。結(jié)果表明：在單個(gè)礦區(qū)尺度，植被覆蓋度與各植被指數(shù)識(shí)別的準(zhǔn)確度之間存在關(guān)聯(lián)，在煤炭基地尺度NDVI、GNDVI、DVI均是適合神東煤炭基地植被擾動(dòng)提取的指數(shù)。在損毀后修復(fù)、損毀未修復(fù)、未損毀3種擾動(dòng)類型的識(shí)別方面，除RI外，其余指數(shù)均能有效提取礦區(qū)各擾動(dòng)的類型，識(shí)別的總體精度均能達(dá)到80%以上，而在擾動(dòng)時(shí)間的提取方面，NDVI、GNDVI、DVI 3種植被指數(shù)的識(shí)別效果更高，損毀時(shí)間提取的精度NDVI、GNDVI、DVI分別為82%、80%和76%，修復(fù)時(shí)間提取的精度NDVI、GNDVI、DVI分別為95%、91%、88%。神東煤炭基地大規(guī)模開(kāi)采發(fā)生在2005年后，大規(guī)模修復(fù)發(fā)生在2010年以后，開(kāi)采后各修復(fù)措施的加入使得礦區(qū)生態(tài)環(huán)境有所改善。為優(yōu)選植被指數(shù)的研究及應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。合理的選擇植被指數(shù)可以在總體上把握礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況，對(duì)于監(jiān)測(cè)露天煤礦開(kāi)發(fā)過(guò)程中的生態(tài)影響、支持恢復(fù)措施的制定具有重要意義。

部分圖片

圖1 神東煤炭基地地理位置

圖2 Auto-VDR方法流程

圖3 各指數(shù)類型模板數(shù)量及閾值

圖4 各指數(shù)擾動(dòng)類型提取結(jié)果對(duì)比

圖5 擾動(dòng)區(qū)域植被指數(shù)年際變化

圖6 損毀時(shí)間識(shí)別結(jié)果對(duì)比

圖7 修復(fù)時(shí)間識(shí)別結(jié)果對(duì)比

圖8 損毀時(shí)間與修復(fù)時(shí)間總體精度對(duì)比

圖9 各指數(shù)損毀時(shí)間及修復(fù)時(shí)間識(shí)別對(duì)比

第一作者

謝雪霜，四川宜賓人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士研究生，研究方向?yàn)榈V區(qū)生態(tài)修復(fù)監(jiān)測(cè)與遙感信息提取，重點(diǎn)聚焦于植被指數(shù)在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化中的應(yīng)用研究。系統(tǒng)掌握了遙感影像預(yù)處理、植被指數(shù)構(gòu)建及時(shí)序數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)，具備較強(qiáng)的定量遙感應(yīng)用能力。參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目子課題及相關(guān)科研項(xiàng)目，積累了豐富的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究成果為礦區(qū)生態(tài)效應(yīng)評(píng)估提供了技術(shù)支持。

通訊作者

李軍，教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)家級(jí)高層次青年人才、青年測(cè)繪地理信息科技創(chuàng)新人才、孫越崎青年科技獎(jiǎng)獲得者、高校GIS新銳，現(xiàn)任中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院副院長(zhǎng)，兼任國(guó)際礦山測(cè)量協(xié)會(huì)專委會(huì)委員、中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)礦山測(cè)量專委會(huì)委員等。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專題等縱向項(xiàng)目及國(guó)家能源集團(tuán)、華為公司等企事業(yè)單位項(xiàng)目20余項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，其中以第一或通訊者發(fā)表SCI/SSCI論文30篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利32項(xiàng)、軟件著作權(quán)16項(xiàng)，出版專著2部。獲中國(guó)地理信息科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)等科技獎(jiǎng)勵(lì)。擔(dān)任《自然資源遙感》、Remote Sensing專題主編。

研究方向

礦山生態(tài)環(huán)境遙感、礦山生態(tài)大數(shù)據(jù)智能分析、生態(tài)治理數(shù)字化

主要成果

團(tuán)隊(duì)依托煤炭精細(xì)勘探與智能開(kāi)發(fā)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、時(shí)空信息與智能服務(wù)自然資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、礦山生態(tài)安全教育部工程研究中心等國(guó)家級(jí)和省部級(jí)科研平臺(tái)開(kāi)展科學(xué)研究、人才培養(yǎng)、創(chuàng)新應(yīng)用和社會(huì)服務(wù)，長(zhǎng)期從事礦山生態(tài)修復(fù)時(shí)空精準(zhǔn)決策研究。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金、教育部國(guó)際合作項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金、新疆自治區(qū)重大科技專項(xiàng)、鄂爾多斯市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等國(guó)家省部級(jí)項(xiàng)目，國(guó)家能源集團(tuán)、山西焦煤集團(tuán)、華電集團(tuán)、新疆天池能源、中國(guó)自然資源航空物探遙感中心、國(guó)家減災(zāi)中心等企事業(yè)單位科技項(xiàng)目50余項(xiàng)，獲北京市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、中國(guó)地理信息科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、綠色礦山科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)等重要科技獎(jiǎng)勵(lì)，發(fā)表SCI/EI學(xué)術(shù)論文300余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利60余項(xiàng)。

策劃丨常明然

責(zé)編丨常明然

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡(jiǎn)介

為深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設(shè)領(lǐng)域高端學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，2023年5月，經(jīng)國(guó)家新聞出版署批準(zhǔn)，由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的中文科技期刊——《綠色礦山》（Journal of Green Mine）應(yīng)運(yùn)而生?！毒G色礦山》為季刊，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號(hào)為：CN10-1912/TD，ISSN號(hào)：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負(fù)責(zé)策劃、出版、發(fā)行。

刊登范圍

綠色勘查、綠色開(kāi)采、礦山地下空間利用、綠色選冶、礦山環(huán)境保護(hù)、低碳技術(shù)及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經(jīng)濟(jì)政策與評(píng)價(jià)等。

期刊主頁(yè)

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https://lsks.cbpt.cnki.net/EditorAN/index.aspx?t=1

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