高分遥感技术在湖南省国家级自然保护地监测中的应用

摘 要：【目的】对高分遥感技术在国家级自然保护地的应用进行研究，为自然保护地开展监督管理提供依据。【方法】选取湖南省国家级自然保护地为研究对象，筛选了2020—2022年高分遥感数据，采用现代高分遥感技术，实现了自然保护地类变化情况遥感监测，分析了自然因子和人工因子转化情况。【结果】结果表明：研究区内共监测到林地资源、草地资源、湿地资源、房屋、道路、采矿用地、其他建设用地等地类变化1 174处，面积为843.74 hm²。其中，总体资源损毁269.10 hm²，损毁地块603处；总体恢复治理17.99 hm²，恢复治理地块22处；净变化为资源损毁251.11 hm²，地块变化共计625处。【结论】研究成果为自然保护地开展监督管理提供了重要数据依据，能够为自然资源督察执法、国土空间用途管制、自然保护地监管等提供支持。

关键词：高分遥感；国家级自然保护地；变化监测；自然因子；人工因子

中图分类号：P237" " "文献标志码：A" " "文章编号：1003-5168（2024）24-0096-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.24.018

Application of High-Resolution Remote Sensing Technology in

Monitoring National Natural Reserves in Hunan Province

Abstract：[Purposes] This paper studies the application of high-resolution remote sensing technology in national natural reserves， and provides a basis for the supervision and management of natural reserves.[Methods] In this paper， the national natural reserves of Hunan Province were selected as the research object， and the high-resolution remote sensing data of three years from 2020 to 2022 were screened. The modern high-resolution remote sensing technology was adopted to realize the remote sensing monitoring of the changes of natural reserves in three years， and the transformation of natural and artificial factors was analyzed. [Findings] The results show that there are 1174 changes of forest land resources， grassland resources， wetland resources， houses， roads， mining land and other construction land， with an area of 843.74 hectares. Among them， the total resources were damaged 269.10 hectares and 603 plots were damaged; a total of 17.99 hectares of land were restored and controlled， including 22 plots. The net change was 251.11 hectares of resource damage and 625 land parcel changes. [Conclusions] The research results provide important data basis for the supervision and management of natural reserves， which. It has effectively supported and served major national needs such as natural resources supervision and law enforcement， territorial space use control， and natural protection area supervision.

Keywords：high-resolution remote sensing; national natural reserves; change detection; natural factor；artificial factor

0 引言

随着遥感技术的不断发展，高空间分辨率影像数据在自然保护地遥感监测中得到了广泛应用［1］。中国地质调查局开展的“全国矿山开发及重点地区生态空间遥感监测项目”多次采用高分遥感技术对研究区的地类变化情况进行监测［2］。本研究以湖南省国家级自然保护地为对象，以高分遥感影像为底图，通过对研究区范围内自然保护地类变化情况解译，查明区内林地、草地、湿地、耕地、各因子的变化情况。统计分析研究区内的林地资源、草地资源、湿地资源，以及房屋、道路、采矿用地、其他建设用地等地类的变化，为开展自然保护地监督管理提供基础依据。

1 自然保护地现状及数据源概况

1.1 自然保护地现状

自然保护地指对有代表性的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物物种的天然集中分布区、有特殊意义的自然遗迹等保护对象所在的陆地、陆地水水体或者海域，依法划出一定面积予以特殊保护和管理的区域［3］。其中，在国内外有典型意义、在科学上有重大国际影响或者有特殊科学研究价值的自然保护地，列为国家级自然保护地。

自然保护地解译包括国家级自然保护地、国家级自然保护地、自然公园的解译。湖南省国家级自然保护地共有22个，分别在分布在岳麓区、平江县、宁乡市、汝城县、新化县、武陵源区、韶山市、苏仙区、永顺县和临湘市等30个区县。

1.2 数据源概况

本研究主要采用中国自然资源航空物探遥感中心下发的2020—2022年涉及的各县级行政区土地利用调查与变更数据。主要数据源有国产高分辨遥感影像ZY3、GF1、GF2，以及部分国外高分辨率遥感影像P1、SPOT7，空间分辨率［4-5］参数见表1。所有数据坐标系统采用“CGCS2000坐标系”，投影方式采用高斯-克吕格投影，分带方式与基础底图一致，高程基准与使用高程数据一致［6］。

2 研究内容及方法

2.1 研究内容

以湖南省国家级自然保护地为研究对象，采用2020—2022年3个年度范围内的遥感数据与其他多源数据相结合、人机交互制图的解译方法，完成了相关的年度监测。

研究区共涉及22个自然保护地，包括德夯、凤凰、福寿山-汨罗江、湖南白水洞、湖南东江湖、湖南虎形山—花瑶、湖南九嶷山-舜帝陵、湖南崀山、湖南南山、湖南桃花源、湖南武陵源、湖南岳阳楼洞庭湖、里耶—乌龙山、猛洞河、南岳衡山、韶山风景、苏仙岭-万华岩、万佛山—侗寨、沩山、炎帝陵、岳麓山、紫鹊界梯田-梅山龙宫自然保护地。本研究只对研究区范围内能反映人类活动对资源环境有影响的变化进行解译，其中无人类活动行迹或人类活动行迹对资源环境无损害的不进行解译。

人类活动是指在自然保护地内发生的、影响自然保护地生态环境状况的各类人为活动及其产生的结果，也称为人工因子，包括采矿用地、道路、房屋、耕地种植、其他建设用地。自然保护地需保护的自然类，也称为自然因子，包括林地、草地、湿地、沙地裸地［7］。

所需要解译的内容分为恢复治理和资源损毁。其中，恢复治理包括退耕还林、退耕还草、退耕还湿、耕地转为沙地裸地、道路植树、道路长草、道路还湿、道路转为沙地裸地、拆房种树、拆房还草、拆房还湿、拆房还沙地裸地、矿山修复种树、矿山修复种草、矿山修复为湿地、矿山修复为沙地裸地、拆除其他建设用地修复为林地、拆除其他建设用地修复为草地、拆除其他建设用地修复为湿地、拆除其他建设用地修复为沙地裸地。

资源损毁包括毁林开垦、毁林修路、毁林建房、毁林开矿、毁林新建其他建设用地、毁草开垦、毁草修路、毁草建房、毁草开矿、毁草新建其他建设用地、毁湿开垦、毁湿修路、毁湿建房、毁湿开矿、毁湿新建其他建设用地、占沙地裸地新增耕地、占沙地裸地新增道路、占沙地裸地新增房屋、占沙地裸地新增采矿用地、占沙地裸地新增其他建设用地。除此以外无须进行解译。

2.2 技术路线及方法

在充分收集基础地理资料、国家级自然保护地范围资料等相关资料的基础上，完成全国国家级自然保护地年度监测。以先进的遥感技术手段为支撑，统一规划，合理部署，点面结合，采用遥感数据与其他多源数据相结合、人机交互制图的技术路线。工作流程主要包括资料收集与整理分析（遥感数据、国家级自然保护地范围）、确定解译类型（人工因子、自然因子识别）、图斑提取（资源损毁图斑提取、恢复治理图斑提取）、综合分析与研究。技术路线如图1所示。

3 信息提取与分析

采用2020—2022年3期次遥感数据，叠加范围，提取变化信息，包括资源损毁和恢复治理。因人工因子中，房屋及其他建设用地的变化面积较小，使用的影像数据都需要优于2 m，以满足解译精度要求。

自然保护地内还需解译“人工因子”和“自然因子”的变化情况。人工因子包括建设用地、人工湿地和道路等；自然因子包括耕地、林地、草地、天然湿地、地表水和沙地裸地等。重点关注研究区内人工因子与自然因子之间的转换，即重点研究人类活动对自然保护地内自然资源的影响。解译的地物转换类型如下。

①恢复治理。包括人工因子→耕地、林、草、湿、水、沙地裸地等自然因子；沙地裸地→耕地、林、草、湿、水等自然因子（需有人类活动行迹）。典型示例如图2至图6所示。

②资源损毁。包括耕地、林、草、湿、水、沙地裸地等自然因子→人工因子；耕地、林、草、湿、水等自然因子→沙地裸地（须有人类活动行迹）；新增道路、新增房屋、新增采矿用地、新增其他建设用地。典型示例如图7至11所示。

4 产品数据制作

4.1 编制方法和要求

采用自由分幅，以单个国家级自然保护地为单元编制。采用“CGCS2000坐标系”，高斯-克吕格投影，分带方式与采购人提供的基础底图一致，高程基准与使用高程数据一致；比例尺1∶5 000。以本年度的遥感数据为底图，叠覆本年度资源损毁、恢复治理变化信息，形成国家级自然保护地遥感数据产品。

4.2 产品内容及表现方式

底图：以当年度的遥感数据为底图。

专题信息：保护地范围内反映人类活动对资源环境有影响的变化图斑，包括资源损毁图斑和恢复治理图斑。资源损毁图斑包括：耕地、林、草、湿、水、沙地裸地等自然因子→人工因子；耕地、林、草、湿、水等自然因子→沙地裸地（须有人类活动行迹）；新增道路、新增房屋、新增采矿用地、新增其他建设用地。恢复治理图斑包括：人工因子→耕地、林、草、湿、水、沙地裸地等自然因子；沙地裸地（须有人类活动行迹）→耕地、林、草、湿、水等自然因子。相关图例参照《矿产资源开发遥感监测技术规范》（DZ/T 0266-2014）和《全国矿山开发及重点地区生态空间遥感监测二级项目实施方案》（2022年）要求。

图斑信息：放置在东图廓外侧，沿外图廓线从上而下排列，分别为图斑编号、保护地名称、保护地类型、中心点坐标、变化类型、行政区划、变化面积和具体变化情况。靠左对齐，字体均用仿宋字体，字号大小为11。

数据源信息：北图廓内西侧放置指南针，南图廓内西侧放置上年度遥感数据源信息，南图廓外东侧放置本期数据源、本期数据获取时间信息，南图廓外中部放置比例尺信息，字体视图幅大小而定。

按图面内容标示相关图例，放置在东图廓内侧下部如图12所示。

5 监测结果

①自然因子中，林地资源增加0.14 hm²，地块增加1处；林地资源减少215.80 hm²，减少地块505处；林地资源净减少215.67 hm²，地块变化共计506处。草地资源增加17.19 hm²，地块增加12处；草地资源减少35.87 hm²，减少地块55处；草地资源净减少18.68 hm²，地块变化共计67处。湿地资源未监测到增加；湿地资源减少0.14 hm²，减少地块2处；湿地资源净减少0.14 hm²，地块变化共计2处。

②人工因子中，房屋增加5.47 hm²，增加地块77处；房屋减少0.26 hm²，减少地块6处；房屋净增加5.21 hm²，地块变化共计83处。道路增加51.90 hm²，增加地块77处；道路未监测到减少；道路净增加51.90 hm²，地块变化共计77处。采矿用地增加8.42 hm²，增加地块8处；采矿用地减少0.14 hm²，减少地块1处；采矿用地净增加8.28 hm²，地块变化共计9处。其他建设用地增加190.82 hm²，增加地块415处；其他建设用地减少17.59 hm²，减少地块15处；其他建设用地净增加173.22 hm²，地块变化共计430处。

③从净变化占比（净变化面积/该省内该类型保护地面积×1 000）来看，林地净变化占比最高，为0.64‰；其次为其他建设用地，净变化占比为0.51‰；其他地类净变化占比由高到低依次为道路、草地、采矿用地、房屋和湿地，净变化占比分别为0.15‰、0.06‰、0.02‰、0.02‰和0.000 4‰。

6 结论

①本研究利用多期次高分遥感数据，完成了湖南省国家级自然保护地自然因子和人工因子的变化情况监测。查明了湖南省国家级自然保护地总体资源损毁269.10 hm²，损毁地块603处；总体恢复治理17.99 hm²，恢复治理地块22处；净变化为资源损毁251.11 hm²，地块变化共计625处。主要分布在岳麓区、平江县、宁乡市、汝城县、新化县、武陵源区、韶山市、苏仙区、永顺县和临湘市等地。

②本研究利用高分辨率遥感影像数据为底图，通过人机交互式解译方法，辅以计算机智能识别技术，高效完成了工作区的资源损毁和恢复治理信息提取工作。在增值产品生产过程中，研究了监测图制作的快速批处理技术，实现了自然保护地遥感监测成果的半自动化生产，显著提高了自然保护地遥感增值产品的生产效率和准确率。

③利用遥感技术完成了湖南省国家级自然保护地的资源环境变化现状及特点监测，为自然保护地开展监督管理提供了重要数据依据。

参考文献：

［1］焦雯珺，刘显洋，何思源，等.基于多类型自然保护地整合优化的国家公园综合监测体系构建［J］.生态学报，2022，42（14）：5825-5837.

［2］于航，安娜，汪洁，等.黔西南采煤塌陷区高分遥感动态监测：以六盘水市煤矿采空塌陷区为例［J］.自然资源遥感，2023，35（3）：310-318.

［3］高俊华，龙欢，邹联学.吉林省国家级自然保护区资源环境动态变化遥感监测［J］.区域治理，2019（33）：85-87.

［4］杨金中，等.天眼望矿山-矿山遥感监测知识读本［M］.北京：地质出版社.2019.

［5］李思发，李亮，赵伟立.遥感技术在广西矿山开发占损土地中的应用［J］.贵州地质，2021，38（3）：344-349.

［6］］彭海辉.遥感技术在六安市矿山地质环境调查中的应用方法研究［J］.西部资源，2019（3）：152-154.

［7］殷亚秋，王敬，杨金中，等.海南省国家级海洋自然保护区2016—2020年人类活动影响遥感监测与评价［J］.自然资源遥感，2023，35（4）：149-158.