礦山生態(tài)環(huán)境定量遙感監(jiān)測與分析是實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)、踐行國家生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略的關(guān)鍵技術(shù)。然而，現(xiàn)有礦山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測分析系統(tǒng)仍然停留在單一專題、要素不全、智能化不足、本地管理的初級階段，無法滿足生產(chǎn)實(shí)踐中對礦山生態(tài)環(huán)境多要素、長時序、高頻次監(jiān)測與分析的需求，迫切需要研發(fā)一套可以兼顧生態(tài)多要素、顧及因子耦合作用的礦山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與智能分析系統(tǒng)。

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）李軍教授團(tuán)隊系統(tǒng)梳理、歸納和剖析了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境定量遙感監(jiān)測的研究進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了礦山生態(tài)環(huán)境定量遙感監(jiān)測與智能分析系統(tǒng)，簡稱“礦山生態(tài)天眼” 系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托定量遙感監(jiān)測技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、WebGIS等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對礦區(qū)“植—土—水—?dú)狻钡榷嘁亍㈤L時序生態(tài)參數(shù)的定量反演與智能分析，并具備GIS時空分析、綜合定量評價及自動報告生成等功能。該系統(tǒng)可為礦山生態(tài)環(huán)境的全過程精準(zhǔn)監(jiān)管、科學(xué)評估與高效治理提供一體化解決方案，對于推動礦業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型生態(tài)文明信息化建設(shè)具有重要的理論價值，工程應(yīng)用前景較好。

1.系統(tǒng)原理與核心技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)采用無插件、組件化的B/S（瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)，包括多源大數(shù)據(jù)融合管理、生態(tài)參數(shù)定量遙感智能反演、生態(tài)環(huán)境智能分析與綜合評價、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)等核心內(nèi)容。

系統(tǒng)核心架構(gòu)

系統(tǒng)主界面

2.系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

• 多源大數(shù)據(jù)融合管理

“礦山生態(tài)天眼”系統(tǒng)集成了多源衛(wèi)星遙感（如Landsat, Sentinel, 高分系列）、無人機(jī)遙感、地面監(jiān)測、調(diào)查采樣等多維度數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)清洗、標(biāo)準(zhǔn)化、空間化與融合技術(shù)，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)的時空基準(zhǔn)與尺度，構(gòu)建了統(tǒng)一的“礦山分布一張圖”和動態(tài)更新的礦山生態(tài)大數(shù)據(jù)資源池，為實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（a）Landsat-5 光學(xué)衛(wèi)星遙感影像

（b）Sentinel-1 微波衛(wèi)星遙感影像

（c）無人機(jī)遙感傾斜三維地形

（d）地面測量數(shù)據(jù)（實(shí)地采樣）

礦山生態(tài)大數(shù)據(jù)資源池

• 生態(tài)參數(shù)定量遙感智能反演

在數(shù)據(jù)資源基礎(chǔ)上，“礦山生態(tài)天眼”系統(tǒng)通過融合物理模型與機(jī)器學(xué)習(xí)方法，實(shí)現(xiàn)了對礦山“人類活動—自然地理—植被—土壤—水體—大氣”全要素的協(xié)同監(jiān)測。系統(tǒng)可自動識別采礦擾動，反演地表溫度、植被指數(shù)、土壤水分、水體葉綠素及大氣參數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)，形成一套長時序、多尺度、高精度的生態(tài)參數(shù)產(chǎn)品集，滿足用戶對礦山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測長時序、高頻次、多尺度的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

（a）土地利用

（b）數(shù)字高程模型（DEM）

（c）歸一化植被指數(shù)（NDVI）

（d）土壤含水量

（e）水體葉綠素a濃度

（f）大氣水汽密度

礦山生態(tài)參數(shù)遙感反演產(chǎn)品樣例

• 生態(tài)環(huán)境智能分析與綜合評價

“礦山生態(tài)天眼”系統(tǒng)能夠?qū)χ脖桓采w、地表形變、水土參數(shù)等進(jìn)行長時序動態(tài)追蹤與時空分析，自動識別生態(tài)損傷區(qū)域與變化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通過深度融合統(tǒng)計分析模型與多因子綜合評價體系，系統(tǒng)可精準(zhǔn)揭示采礦活動與生態(tài)演變的內(nèi)在規(guī)律，并自動生成定量化、可視化的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量“體檢報告”，從而為生態(tài)風(fēng)險預(yù)警、修復(fù)方案制定治理成效評估提供直接、可靠的決策支持。

礦山生態(tài)大數(shù)據(jù)智能分析

• 數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

“礦山生態(tài)天眼”系統(tǒng)構(gòu)建了先進(jìn)的可視化引擎。系統(tǒng)以三維地球?yàn)榛?，無縫融合衛(wèi)星影像、無人機(jī)傾斜三維模型與各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)環(huán)境從宏觀到微觀的沉浸式瀏覽。同時，基于GeoServer提供標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)，支持二維/三維空間數(shù)據(jù)的動態(tài)疊加與交互查詢；利用ECharts圖表庫，將長時序統(tǒng)計分析結(jié)果、監(jiān)測治理報告等以豐富的圖表形式直觀呈現(xiàn)；并通過LOD（細(xì)節(jié)層次模型）等關(guān)鍵技術(shù)，保障了海量空間數(shù)據(jù)的流暢加載與實(shí)時渲染，最終為用戶提供了一個高效、直觀、可交互的決策支持平臺。

3.推廣應(yīng)用方向

“礦山生態(tài)天眼”系統(tǒng)憑借其監(jiān)測全面、分析智能、拓展靈活的優(yōu)勢，支撐了中國自然資源航空物探遙感中心、中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心等機(jī)構(gòu)的礦山調(diào)查業(yè)務(wù)，并在國家能源集團(tuán)、焦煤集團(tuán)、華能集團(tuán)、華電集團(tuán)、新疆天池能源公司等所屬的多家礦山開展了應(yīng)用研究，成效顯著。以該系統(tǒng)為重要支撐的科技成果授權(quán)軟件著作權(quán)8項，榮獲中國地理信息科技進(jìn)步獎一等獎1項、中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎1項和二等獎1項、綠色礦山科技進(jìn)步一等獎1項

團(tuán)隊負(fù)責(zé)人簡介

李 軍

教授、博導(dǎo)

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）

國家級高層次青年人才、青年測繪地理信息科技創(chuàng)新人才、孫越崎青年科技獎獲得者、高校GIS新銳，現(xiàn)任中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院副院長，兼任國際礦山測量協(xié)會專委會委員、中國測繪學(xué)會礦山測量專委會委員等。

主要研究方向?yàn)榈V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。先后主持國家自然科學(xué)基金、教育部國際合作項目、新疆重大科技專項課題等縱向項目及國家能源集團(tuán)、焦煤集團(tuán)、華為公司等企事業(yè)單位項目30余項。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43篇，授權(quán)國家發(fā)明專利32項、軟件著作權(quán)16項，出版專著2部。獲中國地理信息科技進(jìn)步獎一等獎、中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎、綠色礦山科技進(jìn)步獎一等獎等科技獎勵。擔(dān)任《Sustainability》和《綠色礦山》編委，《煤炭學(xué)報》《金屬礦山》《礦業(yè)科學(xué)學(xué)報》等刊青年編委。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學(xué)會主辦，主編為中國工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來源期刊）、中國百強(qiáng)報刊、RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學(xué)文摘（CA）、美國劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。

編排：余思晨

審核：王小兵

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