“一带一路”区域水电站工程生态环境影响遥感监测

为实现“一带一路”区域可持续发展,我国倡导绿色、低碳、循环、可持续的生产生活方式,建设绿色“一带一路”。遥感技术在生态环境监测与评价方面具有重要作用。本文以“一带一路”区域中国援建的水电站工程为研究对象,基于陆地系列卫星(Landsat)、哨兵2号（Sentinel-2）等遥感对地观测数据,利用决策树与缓冲区分析等方法,从水电站库区概况、水电站对植被生长状况与生态资源影响等方面,开展“一带一路”区域水电站项目建设对当地经济发展和生态环境影响的遥感监测及分析。本文首先根据遥感影像与DEM确定库区及库容,结合最小外接正方形面积比及平均宽度等指标确定各水电站缓冲区类型和范围。利用NDWI及NDVI构建决策树模型,提取各缓冲区土地利用类型,分为水体、林地、草地、耕地和其它5类;结合区域植被覆盖度,估算库区生态占用并对水电站建成前后的土地利用类型和植被变化进行分析。研究结果表明：① “一带一路”沿线10座水电站造成的生态损失与库区面积呈正相关,不同工程间,在水体、林地、草地、耕地和其它方面的损失面积大小存在较大差异;② 土地利用类型与植被覆盖度年均变化幅度约为0.35%、1.27%,水电站修建对周边生态资源与植被生长状况影响较小,同时在植被覆盖度较低的地区水电站的修建会明显改善周边环境;③ 各水电站周边的植被覆盖度差异较大,大部分水电站周边植被生长状况良好;④ 水电站建设始终坚持工程建设与环境保护并重,从施工设计到水电站后期维护期间,积极采取环保措施,减少占用,保护生物多样性,生态风险防范得当;⑤ 水电站提供了优质的清洁能源,促进了当地经济和社会发展。     

基于NDVI的三峡大坝岸边植被时空特征分析

三峡工程建设对生态系统中植被的破坏很明显,尤其是岸边带附近。本文基于多时相遥感图像,采用NDVI序列计算植被覆盖度,通过比较三峡大坝蓄水前后1978、1999、2006年3个时期坝区9月份岸边3km缓冲区的植被覆盖度特征、动态变化,描述了研究区各年份植被覆盖分布以及近30年的植被覆盖变化特征;同时,从面积角度定量,采用分级分析了变化大小,并应用统计学的非参数Wilcoxon秩和检验方法对不同时期、不同土地利用类型的覆盖度样本进行了检验,得到如下结论:近30年间,三峡大坝岸边带植被覆盖变化显著,1978～1999年时间段,由于大坝工程建设植被破坏程度较高,有植被覆盖的区域面积下降了3.31km²;1999年至2006年时间段,在有8km²的淹没区情况下,有植被覆盖的区域仅下降1.57km²,说明植被恢复较明显。近30年间,三峡大坝植被覆盖度整体上有增加的趋势。     

近20年来苏锡常地区建设用地扩展及耕地占用态势的遥感分析

本文在苏锡常地区已有三期矢量数据(1988、1995和2000年)的基础上,对2008年TM影像进行监督分类,经过人工解译辅助处理得到20世纪80年代以来4期土地利用时间序列数据。研究了近30年来,苏锡常地区建设用地扩展及其对耕地占用的态势。主要结论有:(1)从整体扩展面积看,1988年到2008年建设用地面积扩展总计2 354.55km²,其中,城市扩展面积最大,为1257.26km²,占到总扩展面积的一半,其次,是建制镇的扩展,面积达695.91km²,农村居民点扩展面积为355.96km²,扩展最少的是工矿交通用地,为45.42km²;(2) 城市扩展所占用的土地资源主要来源于对耕地的占用。从三个不同时期来看,1995-2000年耕地转化为建设用地最少,为262.36km²,1988-1995年占用耕地面积656.36km²,而在2000-2008年耕地被占用高达1 343.56km²。这些数据为我国东部城市化地区土地利用规划与管理政策的制定提供决策依据。     

天绘一号卫星影像的平原绿化提取方法

平原绿化是我国平原地区森林植被的主体,为生态环境建设提供了有力保障。但平原绿化分布零散,斑块面积小,不易被准确提取。本文以河南省封丘县为例,利用天绘一号卫星影像面向对象分类技术提取了平原绿化。在面向对象分类过程中,针对不同平原绿化信息选取不同的分割尺度和参数,建立影像对象的分割层次结构,确保农田林网、通道防护林、四旁防护林等平原绿化信息能够被准确分割。分类时通过构建隶属度函数,利用层与层之间的关系,子类继承父类的分类特征,在此基础上增加自己的特征,建立分类规则集,逐层提取绿化信息。本文共获取封丘县平原绿化面积152.51 km²,其中,农田林网36.09 km²,通道防护林21.29 km²,四旁防护林71.56 km²,片林23.57 km²。利用验证点数据,对分类结果进行精度评价,总体分类精度为93.50%,Kappa系数达到0.92。     

近40年来白洋淀湿地土地覆被变化分析

白洋淀是华北平原上现存最大的天然湖泊,是典型的内陆湿地。最近40年,白洋淀湿地出现了水面萎缩、生态功能急剧退化、生物多样性减小和水体污染严重等生态环境问题。本文利用1964年CORONA侦察卫星影像、1974年和1983年Landsat MSS影像和2002年ETM+影像,对白洋淀湿地的土地覆被变化及其驱动力做了详细分析。结果表明,湿地面积呈减少趋势:1964年为407.3km2,2002年缩减到274.63km²。湿地水面起伏变化大,1964年水面较宽,为346.75km²;到1974的10年间,减少到94.65km²,1983年和2002年水面继续变窄,水面面积分别为67.27km²和46.86km²。引起湿地土地覆被变化的原因包括降雨量的减少、蒸发量的增大、城市发展用水增大、不合理土地利用开发和上游水库、引水工程修筑等。     

基于FLUS模型和SD模型耦合的中巴经济走廊土地利用变化多情景模拟

中巴经济走廊的规划和建设离不开对走廊沿线土地资源、生态环境空间格局及变化过程的科学认识。未来土地利用变化模拟研究,可为区域土地资源管理、生态环境可持续性和潜在风险评估等研究提供可靠的预测数据。本文通过耦合系统动力学模型（SD）和未来用地模拟模型（FLUS）,并结合中巴经济走廊建设和区域的生态环境政策等设置多种情景对中巴经济走廊进行土地利用模拟,充分发挥2个模型在宏观土地需求模拟以及微观土地分配上的优势。首先根据2009—2015年的历史数据构建并验证了区域土地利用SD-FLUS模型,然后模拟了2016—2030年中巴经济走廊区域惯性发展、投资优先以及和谐发展3种不同情景下的土地利用变化。结果表明：① 历年的总量模拟相对误差均小于9.00%,2015年喀什和巴基斯坦模拟的总体精度均达到90.00%以上、Kappa系数达到0.90以上,说明SD和FLUS耦合模型能有效模拟中巴经济走廊土地利用变化格局,适用于其土地利用变化的情景模拟;② 到2030年,不同情景之间的土地利用存在明显的差异。在3种情景下建设用地均扩张,和谐发展情景扩张速度居中,该情景下喀什建设用地增加了235.17 km²,巴基斯坦增加了4942.80 km²,而扩张最快的投资优先情景下,喀什建设用地增加了265.23 km²（惯性发展情景仅增加163.71 km²）,巴基斯坦建设用地增加了5918.91 km²（惯性发展情景仅增加2861.84 km²）;巴基斯坦和谐情景下的耕地增量（4768.60 km²）不到增长最多的惯性发展情景的一半,喀什耕地在和谐发展情景增加了604.44 km²,不到投资优先情景的3/4;3种情景中只有和谐发展情景下的林地得到了有效的恢复。总体而言,和谐发展情景兼顾了社会经济发展和生态环境保护,是3种情景中最理想的情景。模型模拟结果可为中巴经济走廊的可持续性研究和生态环境评估等提供一定的数据和方法支撑。     

准格尔旗植被覆盖度变化的时间序列遥感监测

准格尔旗2000年开始实施退耕还林、沙漠治理政策已逾10年,了解准格尔旗植被恢复现状及存在的问题,对于制定更加合理的环境治理政策、实现环境和经济的可持续发展具有重要意义^[1]。本研究基于准格尔旗地区1990、2000和2011年3个时间序列的Landsat TM/ETM+遥感影像,通过选取3个时期植被与裸地的NDVI值,代入像元二分法模型中,反演得到3个时期的植被覆盖度,并且通过研究准格尔旗3期植被覆盖度的时空变化特征、近21年的准格尔旗植被覆盖度转移矩阵、植被恢复/退化状况及驱动力,定量分析了该地区近21年植被覆盖度的时序变化和空间分布特征。研究结果表明：准格尔旗近21年植被覆盖度显著增加,平均覆盖度由1990年的15.53%上升到2000年的17.82%,以及2011年的29.30%;准格尔旗的大部分区域植被呈恢复状态,局部区域呈现退化现象;准格尔旗的植被覆盖度变化特征受降雨因素影响不显著,准格尔旗近21年植被覆盖度的显著提高主要得益于2000年之后的一系列植被恢复工程。     

航空遥感成果加快城乡建设发展

根据遥感技术成果,建委于1984年编制了腾冲县城总体规划,规划面积5.88km²,并经省地批准于1985年实施,对城市建设发挥了重要的龙头作用。使城市基础设施建设上了一个新台阶、城乡建设取得了突飞猛进的发展,实现了历史的飞跃,城乡的面貌在日新月异的变化。     

基于改进Markov-CA模型的黄土高原土地利用多情景模拟

土地利用/覆被的时空变化研究能为区域生态环境恢复和生态系统集成管理提供科学支持。集成Logistic回归模型、改进的Markov与FLUS模型模拟黄土高原2020—2050年3种典型情景土地利用变化。发现各情景土地利用面积变化及空间置换转移主要集中在农用地、草地和城镇用地;历史趋势延续情景下农用地减少15 205 km²,草地、城镇用地分别增加2742 km²和16 007 km²;生态保育管护情景中草地增加7076 km²,林草用地增长存在权衡关系（r_{主要林地-草地}=-0.66）,在典型区域的生态恢复管理中应加以重视;城镇发展建设情景中农用地减少20 256 km²,城镇用地增加22 032 km²,变化均达到极值,其中,南部城镇扩张与农用地减少存在强权衡关系（r_{农用地-城镇用地}=-1）。改进的Markov-FLUS模型适用于黄土高原地区的土地利用模拟,情景分析可有效揭示区域生态保护与城镇扩张的阈值变化,为区域土地利用政策权衡管理和水土保育提供科学依据。     

大伙房库区近30年来植被覆盖变化分析

根据像元二分模型原理,利用1983年、2000年、2011年大伙房库区遥感影像数据提取植被覆盖遥感信息,结合植被指数计算植被覆盖度,分析比较大伙房库区不同时期植被覆盖的变化,研究大伙房库区这三个时期植被覆盖动态变化规律,为大伙房库区的生态建设和可持续发展提供决策支持。结果显示:1近30年以来,大伙房库区植被覆盖等级分布不均衡,高植被覆盖区过分集中在北部地带,西部则多为低植被覆盖区;2大伙房库区高植被覆盖面积在减少、低植被覆盖面积在增加;3大伙房库区植被覆盖总面积在下降,库区的生态环境已经遭到了破坏;4政策建议:加强监测与监管力度,合理开发利用矿产资源,积极响应国家"退耕还林、退耕还草"号召。     

工程项目地球大数据监测与分析理论框架及研究进展

空间信息是工程项目建设的基础。测绘、遥感、GPS和GIS等空间信息采集技术在支撑工程项目向更高、更大、更安全等方向发展中发挥了重要作用。随着信息采集技术的迅速发展,大数据技术推动了各行各业迈入了新台阶。海量的空间信息正促进工程项目建设向更智能、更科学、更环保发展。在大数据时代,如何开展工程项目的大数据监测与分析成为了工程遥感监测领域新的研究方向。与此同时,“一带一路”倡议提出以来,迅猛发展的我国境外工程项目对工程项目的投资决策、建设与运营管理都提出了更高的要求。地球大数据技术可以为境外工程项目的前期规划、可行性研究、设计、安全风险评估、施工、后期运营管养及监管提供新技术、新方法和新手段。围绕工程项目大数据监测与分析的理论方法体系与科学问题,面向我国境外工程项目建设中对大数据分析技术的迫切需求,本文系统性的阐述了工程项目地球大数据监测与分析的概念、用户需求、研究内容、主要技术方法和远景目标,以期为未来相关研究工作提供指引。在此基础上,总结了工程项目地球大数据监测与分析的研究进展。研究发现：① 空间信息采集技术的快速发展,使得工程建设比任何时候都能获得更准确、更及时、更丰富的空间信息,工程项目的大数据监测与分析这一新的研究方向应孕而生,可促进工程项目向更智能、更科学、更环保发展;② 工程项目的现状调查、规划、可行性研究、勘察设计、施工和运营与监管等各个环节都对地球大数据监测技术有大量的需求;③ 地球大数据技术在我国工程项目建设中应用的相关研究还处于较为初级的具体技术服务阶段,还难以为工程项目投资决策提供支持,特别是境外工程项目的相关研究尚处于起步阶段,而我国境外工程项目建设存在基础数据匮乏、项目总体规划和模拟水平较低、监管能力弱和人文政治鸿沟风险高等问题,迫切需要开展地球大数据监测与分析,提高投资决策科学水平,降低境外投资风险。     

“海上丝绸之路”超大城市环境变化遥感分析

随着城市化进程的加快,如何及时、精确地对城市环境的变化做出评价,进而制定出合理的发展方案,对城市可持续发展至关重要。本文综合利用卫星遥感获取的PM_2.5浓度数据、地表温度数据（Land Surface Temperature,LST）、植被指数数据（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）及城市用地辅助信息数据,基于综合评价指标,分析海上丝绸之路沿线12个超大城市地区2000-2013年环境质量的动态变化。研究结果表明,2000-2013年,海上丝绸之路沿线约75%的超大城市呈现出不同程度的环境恶化现象。12个超大城市用地环境恶化及逐步恶化面积占研究区域总面积的31.33%（4732.39 km²）。2000-2013年,城市扩张用地恶化和逐步恶化面积约占总扩张用地的29.48%（3765.83 km²）。平均地表温度的上升、植被覆盖度的急剧下降及PM_2.5浓度的增加均对海上丝绸之路沿线超大城市环境质量变化产生影响。其中,空气中PM_2.5浓度的大幅度增加是2000-2013年海上丝绸之路沿线超大城市扩张用地环境退化的主要原因。     

1990—2020年中国能源开采和加工场地多源数据综合制图与时空变化分析

由于当前缺乏有效的能源开采和加工场地精细化遥感探测方法和高精度的数据产品,全国尺度的能源开采和加工场地时空分布规律的认识仍显不足。本研究基于高分辨率遥感影像、土地利用/覆盖数据、网络爬虫数据、OSM地图数据和环境专题数据等信息,发展了基于多源数据融合和专家知识参与获取的能源开采和加工场地遥感识别和精细化制图的技术方法,研发了1990、2000、2010和2020年共4期的中国能源开采和加工场地分布数据产品及2010—2020年场地植被恢复信息数据产品,作为中国土地利用/覆盖变化数据的组成部分（CLUD-Mining）。CLUD-Mining具有较高的质量和可靠性,数据产品平均精度为91.75%;中国能源开采和加工场地开发建设的面积呈现先增长后减少的发展趋势,1990—2010年,面积增长速度从55.22 km²/a上升到95.51 km²/a,而2010—2020年呈现负增长,平均每年减少27.28 km²;此外,2010—2020年场地植被恢复面积达746.76 km²,主要集中在华北区和西南区;中国能源开采和加工场地分布格局逐渐由东部地区向西部地区转移。本研究对提升中国能源开采和加工场地时空分布特征的认识具有重要意义,可为场地污染治理和生态修复提供重要的数据基础。     

喀斯特地区植被覆盖度变化及地形与人口效应研究

喀斯特山地流域植被变化具有独特性,探究其植被变化特征有利于石漠化治理和退耕还林工程科学实施。本文选取1990-2016年贵州石阡河流域Landsat系列遥感影像,采用像元二分模型和相关分析等方法研究流域植被覆盖度时空变化特征,并探究其变化的地形效应和人口效应。研究表明：① 1990-2016年贵州石阡河流域植被覆盖度总体处于上升趋势,植被恢复取得较好效果;② 1990-2016年贵州石阡河流域植被覆盖度变化的地形效应中,随海拔和坡度上升,植被覆盖度总体处于稳定上升趋势。随坡向变化中,无坡向地区植被覆盖度最低,其他坡向差异不明显;③ 1990-2016年贵州石阡河流域植被覆盖度变化的人口效应中,随人口密度上升,植被覆盖度总体处于下降趋势。研究结果可以为喀斯特地区退耕还林还草和石漠化治理提供科学依据。     

塔里木河下游生态环境变化时序监测与对比分析

塔里木河下游地区是我国西部干旱区生态环境问题比较突出的区域。本文主要从地表水(湖泊、河流和湿地)、地下水、地表植被覆盖的角度,基于多源遥感和长时间序列数据,监测和分析生态输水前后区域环境变化和生态响应。首先,采用基于知识迁移的专题图斑更新技术,实现了1990、1995、2000、2005、2010和2015年区域湿地遥感制图和植被覆盖度等生态因子指标提取;然后,以2000年为基准（生态输水起始年）,结合地下水位观测数据,对比分析了人工生态输水前后区域生态环境动态变化过程。结果显示：① 生态输水前（1990-2000年）,塔河下游的生态环境持续恶化,流域范围内一半以上的沼泽湿地消失、河道干涸,地下水位下降,区域植被覆盖大幅度下降;② 生态输水后（2000-2017年）,区域生态环境明显好转,改变了下游河道长期断流状态,区域地下水位明显抬升,地表水域（湖泊和沼泽）面积呈现“V”型逆转增加,区域植被覆盖区和覆盖度均呈现显著增加趋势,曾经一度干涸的塔河尾闾台特玛湖水域面积2017年8月达到147.87 km²。以上研究结果综合表明人工生态输水工程对塔河下游生态环境拯救和治理发挥了重要作用,遏制了生态输水前塔河下游生态环境继续恶化局面,流域生态环境正在逐步恢复。     

北京城市绿化的时空动态分析

城市绿化覆盖是城市生态系统的重要组成部分,合理的绿化率和绿化布局可以改善城市环境,提高城市人居适宜性。研究中将2005、2010、2015年北京市土地利用（LUC）数据中的城市居民用地作为城区范围,应用Landsat 5、GF-1影像数据和MODIS产品,利用支持向量机的监督分类方法,提取了2005、2010、2015年的北京市城市绿化覆盖数据,并获取了同期的植被指数（NDVI）数据;继而以城市绿化覆盖率、绿化覆盖均匀度和植被指数为评价指标,在公里栅格和行政区2个尺度上探讨了北京市城市绿化覆盖的空间分布格局和时间变化动态特征。研究表明：① 3个指标在空间和时间2个维度、区县和栅格2个尺度上都表现一致。这反映北京市过去10年中,在绿化面积增加的同时,绿化的空间布局得到优化改善,绿化的质量得到提高。② 2005-2015年,北京市城市绿化覆盖面积由518.93 km² 增加到1405.54 km²,绿化覆盖率由39.9%增加到49.13%,绿化覆盖均匀度由0.598增加到0.653,植被指数由0.42增加至0.5。③ 北京市城市绿化建设存在明显的时空差异。中心城区绿化建设缓慢,成效不明显;重大绿化建设成果主要集中在城市边缘地区和远郊区县。城市绿化改善过程主要发生在2005-2010年。     

长江三角洲滩涂信息的遥感提取及时空变化

海岸带滩涂是重要的生态资源,对于环境保护和区域可持续发展具有重要意义,是学术界研究的热点区域。但由于滩涂周期性地被潮水淹没,通达性较差,传统的测量方式难以满足这一高度动态环境的变化监测需求,因此遥感观测方式成为一个潜在的选择。但遥感观测受成像方式、大气条件和潮情的影响,其应用仍面临很大的挑战。本文以苏北至上海南汇边滩沿岸作为研究区域,首先选择了1975年以来每年潮位最低的Landsat影像数据作为数据源,利用水边线作为滩涂的外边界,植被线或围垦大堤作为内边界提取滩涂面积;然后利用ArcGIS软件对获取的滩涂数据进行分析,以此来研究长江口滩涂的时空变化特征。结果表明：① 1975年以来研究区域滩涂面积整体上呈降低趋势;1990s之前滩涂面积基本保持稳定,1990s之后降低趋势较为明显;1995年前后研究区圆陀角以北的江苏海岸和以南的长江河口区域滩涂面积达到最大值,分别为1101.2 km²、1495.5 km²,至2017年,二者面积分别降为649.5 km²、1043.4 km²,1990年至今总体降低速率为21.7 km²/a;② 流域来沙减少和围垦、深水航道等河口工程是长江口滩涂面积减少的主要控制因素。