简介:关于本文可作为相关专业生态系统大学学报论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文生态系统大学学报论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
（1. 晋城煤业集团坪上煤业有限公司,山西 沁水 048203；2. 太原理工大学,山西 太原 030024）
摘 要：通过对高光谱遥感技术在矿区环境污染监测、矿区生态环境调查和矿区地质灾害分析等领域的分析研究,指出遥感技术具有宏观、高分辨率、高精度定位和可重复性的特点,为煤矿区资源环境保护,实现煤炭资源可持续开发提供参考.
关键词：遥感（RS）；煤矿；遥感监测；遥感调查
中图分类号：P715.7；X752 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2012.11.098
20世纪60年代兴起的遥感探测技术（Remote Sensing,RS）,以其快速、准确、全面、客观、便捷及周期性等特点,被广泛地应用于农业、资源、环境、生态、地质、海洋等不同领域[1].煤矿区作为一种不同背景、不同要素相互作用形成的复杂区域,人类的高强度开采严重地破坏了自然环境,极大地改变生态景观,造成大气、水体环境污染的同时,引发了一系列的地质灾害[2-6],见图1.笔者在系统梳理近年来相关研究成果的基础上,提出遥感技术应用与煤矿领域的3个方向：矿区环境污染监测、矿区生态环境调查和矿区地质灾害分析；拟为遥感技术在煤矿区的应用提供技术和方法储备,为服务于煤矿区资源环境保护,实现煤炭资源可持续开发提供参考.
1 矿区环境污染监测
1.1 大气污染监测
矿区大气污染主要来源于工业生产污染、交通运输污染和生活污染[7],其主要污染物包括气态污染物和气溶胶污染物.工业生产过程中所需的动力、热能、电能的来源主要是燃烧化石燃料,工艺生产过程中排放和泄漏的气体污染物、粉尘造成矿区大气污染[8].此外,矿区交通运输和居民生活需要,燃烧矿物质燃料而向大气排放的烟尘或油烟亦造成大气污染.
遥感技术应用与矿区大气污染监测的理论基础在于：一方面,大气污染直接影响空气中微粒分布与构成,从而影响电磁波在空气中的传输,利用特定波段可以实现对大气污染成分的直接分析；另一方面,空气污染影响植被生长,在特定波长对植被光谱特性产生影响,因此通过对植被光谱特征的定量诊断与分析可以反推大气污染.实证研究方面,戴立乾等利用 SPOT5 提取煤尘污染区域的影像,用于快速掌握煤矿区煤尘污染现状并进行监测[9].
1.2 地表水污染监测
煤炭开采对水资源的污染具有多源性.伴随煤炭开采而产生的矿井水通常含有大量的悬浮物,有的呈现高矿化度或酸性或含有放射性元素及氧化物等,若直接外排会对地表上河流等水资源产生较严重的污染.煤矸石在雨水的淋滤作用下形成酸性水,对周围水环境将造成严重污染.大型矿井中工作机械用油的泄露,一部分随矿井水排至地面污染环境,另一部分流到井下造成污染[10].此外,矿区固体废弃物、液态污染物和空气污染直接影响区域地表和地下水资源,导致严重的水污染.
把卫星遥感技术应用于矿区水污染监测,主要是通过增强方法来突出影像中水体分布状况,运用密度分割方法对不同波段水体进行分级,建立水资源污染遥感解译标志,进而实现地表水的污染程度的宏观调查[11].此外,高光谱遥感在水环境监测分析与水体污染定量分析、水质参数提取等领域的应用优势明显.
1.3 其他污染监测
矿山固体废弃物是矿产开采、分选、加工过程中产生的废弃岩石,以煤矸石排放量最大.矸石山堆积引发大气污染、水污染、土壤污染等方面的问题,还会造成矿区景观破坏,严重影响居民的生活和植物的生长[12].
遥感技术监测矿区土壤污染,首先通过遥感影像进行土壤污染区的定性识别与划分,其次借助植物的生长状态和参数来反推土壤污染状况,同时遥感数据反演土壤中污染元素的浓度和其他参数,其中应用高光谱遥感信息可以定量反演污染元素与污染物浓度,从而实现对土地污染和监测与分析,提高监测效率[13].此外,矿山开采通过视觉和噪音影响周围居民生产和生活环境,进而构成看了潜在的环境污染源[14].
2 矿区生态环境调查
2.1 植被覆盖信息提取
矿区开采过程中,建设矿山工业广场、修建简易公路、砍伐树木、搭建工棚、堆放废石弃渣等,对地表植被破坏较大,降低区域植被覆盖度.同时,矿区的建设和生产使土壤坚硬、板结,有机质、养分与水分缺乏.造成土地贫瘠,土壤养分短缺,土壤承载力下降,植物难以生存,导致矿区大面积人工裸地的形成,极大地破坏了矿区生态系统平衡[15].
获取矿区不同年份不同类型影像数据（如：Landsat MSS,TM,ETM+等）,运用ERDAS,ENVI等遥感图像处理软件与平台,提取、计算归一化植被指数（NDVI）,根据像元二分线性模型估算矿区植被覆盖度[16].利用非监督分类方法对矿区的植被覆盖度进行分类、赋色 ,得出近若干年来植被生长状况及时空变化特征[17].
2.2 土地利用/覆盖信息提取
遥感技术在煤矿研究中应用中最广泛的就是矿区土地利用分类和环境调查及变化监测[18].长期的煤矿开采对矿区土地及生态环境造成严重的破坏,露天矿区土地复垦与生态重建问题已成为矿区生态环境问题中最重要的研究内容[19].特别是IGBP与IHDP（全球变化人文计划）交叉科学研究课题——LUCC（土地利用/土地覆盖变化）计划实施以来,热点地区（如深圳市、北京市、长江三角洲等）和脆弱区（如中国东北一带,地处干旱、半干旱过渡带的榆林地区等）的相关研究趋于成熟[20].
在地理信息系统（GIS）和遥感技术（RS）的支持下,以矿区多时相遥感影像为数据源（如Landsat TM,ETM+,CBERS等）,按照煤矿区土地利用分类的特点和需要,通过最大似然法监督分类及人机交互解译相结合的方法进行解译,计算土地利用程度综合指数、动态度指数、多度和重要度指数[21],构建LUCC过程图谱、LUCC变化图谱、LUCC地类变化过程信息图谱和LUCC某地类景观格局及变化信息图谱[22],有效地分析煤矿区土地利用/覆盖状况,进而反映区域土地利用变化的结构特征与各用地类型变化的方向的演变规律.
2.3 景观生态分类研究
煤矿区由于矿业生产的特殊规律,如生态环境扰动、资源耗竭和效益递减规律等的影响,生态景观不同于农地、林地、城市等景观,其景观变化也比一般的农地、城市景观更为显著.在煤矿区典型地物遥感信息提取基础上[23],依据突出景观演化和生态类型变化、人文因素纳入与空间尺度选择、定性分析与定量研究结合等原则,构建包括景观类型、景观系和景观组分三层次多类型的矿区景观生态分类体系[24].此外,基于不同尺度煤矿区的多时相、多光谱、多传感器、多平台和多分辨率的遥感影像景观分类研究也是热点之一.
3 矿区地质灾害分析
3.1 煤矿塌陷调查
因地下煤炭开采导致的矿区塌陷是目前矿区的主要地质灾害之一,由于开采塌陷造成土地塌陷,使原本平整的土地变的凹凸不平,造成水土流失、季节性或者常年积水等现象,给工农业生产带来了巨大损失[25].利用遥感技术快速准确地确定塌陷的位置和范围,进而分析塌陷对土地利用的影响有重要意义[26].
目前,遥感技术应用与煤矿塌陷调查中的研究成果较多,数据源包括Landsat TM,ETM+,CBERS,SPOT-5[28],QuickBird[29-30],GeoEye[31]、航空摄影（MSS）等.数据处理过程包括遥感影像校正和增强变换,多源数据融合（主成分变换融合算法）,根据各类遥感影像特征建立沉降区的解译标志,在综合分析的基础上,结合多期的遥感影像特征,进行必要的地质调查,编制矿区沉降区分布示意图和地面沉降幅度图,进而开展煤矿塌陷区的定性判别和定量分析.
3.2 草地荒漠化分析
煤炭开发对草地的影响主要体现在对草地的直接破坏和草地荒漠化[32].采矿扰动作为一种人为驱动力,在特定的区域（如生态脆弱区）,破坏草地生态系统结构和功能,使草地生态系统的自我调节功能下降,打破了原有生态系统的平衡,生态系统变得脆弱而且不稳定,对土地荒漠化的发生、发展起了重要的推动作用[33].
矿区草地荒漠化分析较为成熟的方法是：采用光谱混合分解模型光谱（L论文范文M）[34]来提取沙壤比例和植被盖度.经过主成分变换和散度分析[35],共选取了植被、阴影、沙壤、轻壤4个组分,利用无约束线性光谱混合分解模型分别对不同时相的遥感图像进行混合像元分解.采用逐像元线性内插的方法[36],构造出不同时段植被盖度影像.之后遵循决策树的思想,通过对 NDVI 影像取适当阀值,将植被(草地)和非植被分离开来,利用BP 神经网络,对分离出的两个大类分别进行细分,从而完成对草地荒漠化信息的提取[33].
3.3 其他地质灾害调查
矿区沉降常常引发地面塌陷、裂缝、山体开裂、滑坡等地质灾害.结合野外调查,可从遥感影像中的位置、色调、形态等角度,建立滑坡、崩塌、地裂缝等矿山地质灾害的影像识别标志[37].滑坡壁在遥感影像上呈现亮白色,出现在相对较高的山坡；形态上呈M型、弧形、簸箕形；山底经常被人工干扰而呈现出浅蓝色.崩塌呈现出白色与浅蓝色混杂的现象,常出现在地势较陡的山区,形态上表现为漏斗状,呈片状分布,总体面积较大；人工干扰因素相对较弱.地裂缝在遥感影像上呈现不规则的线形,灰白色色彩,与周围的褐色荒地形成对比[38].
4 结论
遥感影像是全国矿产资源开发多目标调查与监测的最基本的信息源,煤矿环境遥感调查是煤炭资源开发与煤矿环境保护协调发展的关键环节.3S（遥感RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS）一体化技术的不断发展,极大地提高多时相、多光谱、多传感器、多平台和多分辨率矿区遥感影像的可获取性和可分析性.高光谱遥感技术逐步被应用于矿区矸石山污染物光谱特征分析,受污染植被光谱变异规律研究,为煤矿区环境评价、污染治理提供依据.
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（实习编辑 高 远）
总结：这是一篇与生态系统大学学报论文范文相关的免费优秀学术论文范文资料。
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