MT/T 1305-2025 露天煤矿生态环境质量遥感评价技术规范

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国煤炭工业协会提出 。

　　本文件由中国煤炭工业协会标准化专家组归口 。

　　本文件起草单位：煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室 、中国矿业大学(北京)、国家能源投资集团有限责任公司 、国能北电胜利能源有限公司 、北京低碳清洁能源研究院 、陕西神延煤炭有限责任公司 、国能准能集团有限责任公司 、中国神华能源股份有限公司 、新疆天池能源有限责任公司 。

　　本文件主要起草人：李全生 、张凯 、李军 、方杰 、王菲 、张成业 、郭俊廷 、孙元亨 、孟峰 、赵勇强 、李飞跃 、许亚玲 、于瑞雪 、杨志勇 、杨飞 、黄月军 、胡桂林 、张小平 、王党朝 、刘慧辉 、佘长超 、张国营 、白璐 、魏博微 、彭传盈 、刘新杰 。

　　露天煤矿生态环境质量遥感评价技术规范

　　1 范围

　　本文件规定了露天煤矿生态环境质量遥感评价的技术流程 、评价指标体系 、遥感评价指标计算 、综合指数计算 、分级和成果表述 。

　　本文件适用于露天煤矿的生态环境质量遥感评价工作 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 ，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 20257.3—2017 国家基本比例尺地图图式 第 3 部分：1 ∶25 000 1 ∶50 000 1 ∶100 000 地形图图式

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　露天采场 open‑pit mine进行露天开采的场所 。

　　3.2

　　排土场 dumping site

　　露天采矿剥离物集中堆放的场所 。

　　[来源：TD/T 1070.2—2022，3.4]

　　3.3

　　多光谱数据产品 multispectral data product

　　由多光谱遥感探测器获取的目标物体辐亮度数据产品经过加工处理得到的数据产品 。 [来源：GB/T 38026—2019，3.4]

　　3.4

　　地表反射率 surface reflectance

　　地物表面反射能量与到达地物表面的入射能量的比值 。

　　[来源：GB/T 30115—2013，3.9] 3.5

　　植被指数 vegetation index

　　一种利用遥感影像不同谱段数据的线性或非线性组合而形成的能反映绿色植物的生长状况和分布的特征指数 。

　　[来源：GB/T 30115—2013，3.11]

　　3.6

　　土壤肥力指数 soil fertility index

　　利用多光谱数据产品计算得到的 、能够反映土壤相对肥力水平的指数 。

　　3.7

　　土壤侵蚀程度 soil erosion degree

　　以土壤原生剖面被侵蚀的状态为指标划分的土壤侵蚀等级，用以反映土壤侵蚀的结果和所处的发展阶段 。

　　3.8

　　水体透明度 water transparency

　　黑白赛奇盘(塞氏盘)垂直沉入水中直到看不见的深度，通过水体透光能力来表征水体清澈程度 。

　　4 技术流程

　　露天煤矿生态环境质量遥感评价技术流程主要包括收集多光谱数据产品和地表覆盖数据产品 、遥感评价指标计算 、评价指标归一化 、综合指数计算 、分级和成果表述，如图 1 所示 。

　　图 1 露天煤矿生态环境质量遥感评价技术流程

　　5 评价指标体系

　　5.1 评价对象

　　本文件以遥感像元为评价的基本单元 ，以露天煤矿生态环境质量为评价目标 。评价对象包括植被 、土壤 、水体和大气 。

　　植被包括露天煤矿区内的乔木 、灌木 、草地等，土壤包括露天煤矿区内所有不同植被覆盖程度的土壤(地表人工建造的不透水面除外)。 植被和土壤主要分布于露天煤矿排土场 、办公区等 ;水体主要分布于露天煤矿区内的河流 、水库 、集水池等;大气覆盖于露天煤矿区全部地表区域 。

　　5.2 评价因子

　　5.2.1 植被质量评价因子

　　露天煤矿区植被质量评价因子包括植被生长状况 、植被光合作用能力 。

　　5.2.2 土壤质量评价因子

　　露天煤矿区土壤质量评价因子包括土壤肥力 、土壤湿度 、土壤侵蚀程度 。

　　5.2.3 水体质量评价因子

　　露天煤矿区水体质量评价因子包括水体清澈程度和水体富营养化程度 。

　　5.2.4 大气质量评价因子

　　露天煤矿区大气质量评价因子包括大气煤尘污染程度 。

　　5.3 遥感评价指标

　　5.3.1 植被质量遥感评价指标

　　对于植被生长状况宜采用的遥感评价指标为归一化差值植被指数(NDVI)。 计算公式见附录 A 。对于植被光合作用能力宜采用的遥感评价指标为光化学反射指数(PRI)。 计算公式见附录 A 。

　　5.3.2 土壤质量遥感评价指标

　　对于土壤肥力宜采用的遥感评价指标为土壤肥力指数(NDSI)。 计算公式见附录 A 。

　　对于土壤湿度宜采用的遥感评价指标为土壤湿度指数(Wet)。 计算公式见附录 A 。

　　对于土壤侵蚀程度宜采用的遥感评价指标为水土保持指数(SE)。 首先通过多因素分级的方式查表得到土壤侵蚀程度，如表 1 所示 。其中，坡度应利用数字高程模型(DEM)计算从中心像元到每个相邻像元在水平和垂直方向上的表面变化率来表达 。各土壤侵蚀程度分级结果对应的水土保持指数值如表 2所示 。

　　表 1 土壤侵蚀程度分级方法

　　表 2 分级结果对应的水土保持指数值

　　5.3.3 水体质量遥感评价指标

　　对于水体清澈程度宜采用的遥感评价指标为水体透明度(SD)。 计算公式见附录 A 。

　　对于水体富营养化程度宜采用的遥感评价指标为水体总氮含量(TN)、水体总磷含量(TP)以及水体叶绿素 a 含量(Chla)。 计算公式见附录 A 。

　　5.3.4 大气质量遥感评价指标

　　对于大气煤尘污染程度宜采用的遥感评价指标为差值指数(DI)。 计算公式见附录 A 。

　　6 遥感评价指标计算

　　6.1 收集遥感数据

　　使用的遥感数据包括多光谱数据产品和地表覆盖数据产品 。

　　多光谱数据产品应包含附录 B 中所示所有波段的地表反射率信息，空间分辨率应优于或等于 30 m，各 波 段 的 波 长 范 围 建 议 值 见 表 B .1 。 多 光 谱 数 据 产 品 的 云 层 覆 盖 面 积 占 露 天 煤 矿 区 范 围 比 例 应 少 于5% ，且不遮挡露天煤矿区主要地物 。

　　地表覆盖数据产品的空间分辨率应不低于采用的多光谱数据产品 。地表覆盖数据产品中地表覆盖类型应包含表 1 中所涉及的地表覆盖类型 。

　　6.2 评价指标计算

　　利用多光谱数据产品对应波段的地表反射率计算各遥感评价指标 。

　　6.3 评价指标归一化

　　各项遥感评价指标归一化处理应按照公式(1)进行 。

　　式中：

　　Xi ——归一化后该指标值;

　　X ——归一化前该指标值;

　　Xmin ——该指标的最小值，参见附录 C;

　　Xmax ——该指标的最大值，参见附录 C 。

　　7 露天煤矿生态环境质量遥感评价综合指数计算

　　7.1 分类

　　根据地表覆盖数据产品，将露天煤矿区地表分为非水体地表区域和水体地表区域，然后分别计算 。

　　7.2 非水体地表区域生态环境质量遥感评价综合指数计算

　　非水体地表区域生态环境质量遥感评价综合指数计算方法如公式(2)所示 。

　　CEIn = C 1 XNDVI + C2 XPRI + C3 XNDSI + C4 XWet + C5 XSE + C6 XDI ………………( 2 )

　　式中：

　　CEIn ——非水体地表区域生态环境质量遥感评价综合指数;

　　XNDVI ——归一化后的归一化差值植被指数;

　　XPRI ——归一化后的光化学反射指数;

　　XNDSI ——归一化后的土壤肥力指数;

　　XWet ——归一化后的土壤湿度指数;

　　XSE ——归一化后的水土保持指数;

　　XDI ——归一化后的差值指数 。

　　C 1、C2、C3、C4、C5、C6 为权重系数 ，是主成分分析中第一主成分对应特征向量的各分量 ，即各归一化后的指标在第一主成分上的线性组合系数 。使用主成分分析确定权重系数时，应与评价对象的空间范围保持一致，即参与评价的矿区使用相同的权重系数，避免权重差异导致的评价结果不可比性 。

　　7.3 水体地表区域生态环境质量遥感评价综合指数计算

　　水体地表区域生态环境质量遥感评价综合指数计算方法如公式(3)所示 。

　　CEIw = C7 XSD + C8 XTN + C9 XTP + C 10XChla + C 11XDI ……………………( 3 )

　　式中：

　　CEIw ——水体地表区域生态环境质量遥感评价综合指数;

　　XSD ——归一化后的水体透明度;

　　XTN ——归一化后的水体总氮含量;

　　XTP ——归一化后的水体总磷含量;

　　XChla ——归一化后的水体叶绿素 a 含量; XDI ——归一化后的差值指数 。

　　C7、C8、C9、C 10、C 11 为权重系数 ，是主成分分析中第一主成分对应特征向量的各分量 ，即各归一化后的指标在第一主成分上的线性组合系数 。使用主成分分析确定权重系数时，应与评价对象的空间范围保持一致，即参与评价的矿区使用相同的权重系数，避免权重差异导致的评价结果不可比性 。

　　7.4 综合指数归一化

　　非水体地表区域和水体地表区域的生态环境质量遥感评价综合指数分别进行归一化 ，应参照公式(4)进行 。

　　CEI …………………………( 4 )

　　式中：

　　CEI ——归一化后的生态环境质量遥感评价综合指数;

　　CEI0 ——归一化前的生态环境质量遥感评价综合指数;

　　CEImin ——评价对象空间范围内 CEI0 的最小值;

　　CEImax ——评价对象空间范围内 CEI0 的最大值 。

　　为减少极端异常值干扰，增强统计稳健性，建议选择评价对象空间范围内 CEI0 统计数据的 3%~5%分位数作为最小值，95%~97% 分位数作为最大值 。

　　8 露天煤矿生态环境质量遥感评价分级和成果表述

　　8.1 露天煤矿生态环境质量遥感评价分级

　　根据计算得到的露天煤矿生态环境质量遥感评价综合指数以及表 3 的分级标准，得出露天煤矿生态

　　环境质量遥感评价分级结果 。

　　表 3 露天煤矿生态环境质量遥感评价综合指数值对应的分级结果

　　8.2 露天煤矿生态环境质量遥感评价成果表述

　　露天煤矿生态环境质量遥感评价成果的专题图制作应按照 GB/T 20257.3—2017 的规定执行 。制图要素应包括图名 、图例 、比例尺 、基础地理信息 、评价分级结果 、制图单位等 。

　　附 录 A

　　(资料性)

　　遥感评价指标计算方法

　　NDVI 的计算方法如公式(A .1)所示 。

　　NDVI …………………………( A .1 )

　　式中：

　　ρNIR——遥感近红外波段的地表反射率;

　　ρ Red——遥感红光波段的地表反射率 。

　　PRI 的计算方法如公式(A .2)所示 。

　　PRI …………………………( A .2 )

　　式中：

　　ρ Red ——遥感红光波段的地表反射率;

　　ρ Green——遥感绿光波段的地表反射率 。

　　NDSI 的计算方法如公式(A .3)所示 。

　　NDSI …………………………( A .3 )

　　式中：

　　ρNIR——遥感近红外波段的地表反射率;

　　ρ Blue——遥感蓝光波段的地表反射率 。

　　Wet 的计算方法如公式(A .4)所示 。

　　Wet = K1 ρ Blue + K2 ρ Green + K3 ρ Red + K4 ρNIR + K5 ρ SWIR 1 + K6 ρ SWIR 2 ……………( A .4 )式中：

　　ρ Blue ——遥感蓝光波段的地表反射率;

　　ρ Green ——遥感绿光波段的地表反射率;

　　ρ Red ——遥感红光波段的地表反射率;

　　ρNIR ——遥感近红外波段的地表反射率;

　　ρ SWIR 1 ——遥感短波红外第 1 波段的地表反射率;

　　ρ SWIR 2 ——遥感短波红外第 2 波段的地表反射率 。

　　K1、K2、K3、K4、K5、K6 为多光谱数据产品缨帽变换中湿度分量的转换系数 。

　　针对 SD 、TN 、TP、Chla，可基于波段比值模型和指数算法进行计算 。 以下给出一种公开文献中出现的具体计算方法，供参考选用 。

　　SD …………………………( A .5 )

　　式中：

　　ρ Red——遥感红光波段的地表反射率 。

　　SD 的单位为米(m)。

　　TN 的计算方法如公式(A .6)所示 。

　　式中：

　　ρ Red——遥感红光波段的地表反射率;

　　ρNIR——遥感近红外波段的地表反射率;

　　ρ Blue——遥感蓝光波段的地表反射率 。

　　TN 的单位为毫克每升(mg/L)。

　　TP 的计算方法如公式(A .7)所示 。

　　TP = 2.087 6 × ρNIR + 0.003 1 …………………………( A .7 )式中：

　　ρNIR——遥感近红外波段的地表反射率 。

　　TP 的单位为毫克每升(mg/L)。

　　Chla 的计算方法如公式(A .8)l = 116.98 × 9.709 …………………………( A .8 )

　　式中：

　　ρNIR——遥感近红外波段的地表反射率;

　　ρ Red——遥感红光波段的地表反射率 。

　　Chla 的单位为微克每升(μg/L)。

　　DI 的计算方法如公式(A .9)所示 。

　　DI = ρ Red - ρNIR …………………………( A .9 )式中：

　　ρ Red——遥感红光波段的地表反射率;

　　ρNIR——遥感近红外波段的地表反射率 。

　　附 录 B

　　(资料性)

　　多光谱数据产品波长范围的建议值

　　所使用的多光谱数据产品应包括蓝光波段(Blue)、绿光波段(Green)、红光波段(Red)、近红外波段(Near Infrared，NIR)、短波红外波段(Short Wavelength Infrared，SWIR)。 其中 ，SWIR 应包括 SWIR 1 和SWIR 2 。表 B .1 给出了上述波段建议的波长范围，供参考选用 。

　　表 B.1 多光谱数据产品波段对应的波长范围

　　附 录 C

　　(资料性)

　　遥感评价指标的最大值和最小值的建议值

　　综合全国主要露天煤矿区植被 、土壤 、水体和大气质量状况，表 C .1 给出了各遥感评价指标的最大值和最小值的建议值 。可根据多光谱数据产品进行适当调整 。

　　表 C.1 各遥感评价指标的最大值和最小值的建议值

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 15663.1—2025 煤矿科技术语 第 1 部分：煤炭地质与勘查

　　[2] GB/T 15663.4—2008 煤矿科技术语 第 4 部分：露天开采

　　[3] GB/T 30115—2013 卫星遥感影像植被指数产品规范

　　[4] GB/T 38026—2019 遥感卫星多光谱数据产品分级

　　[5] DZ/T 0296—2016 地质环境遥感监测技术要求 1 ∶250 000

　　[6] NB/T 10532—2021 露天煤矿土地复垦质量监测技术规程

　　[7] TD/T 1031.2—2011 土地复垦方案编制规程 第 2 部分：露天煤矿

　　[8] TD/T 1070.2—2022 矿山生态修复技术规范 第 2 部分：煤炭矿山

　　[9] Zhang Y，Zhang Y，Shi K，et al. Remote sensing estimation of water clarity for various lakes in China[J]. Water Research，2021，192：116844.

　　[10] Li Y，Zhang Y，Shi K，et al. Monitoring spatiotemporal variations in nutrients in a large drink ‑ ing water reservoir and their relationships with hydrological and meteorological conditions based on Landsat 8 imagery[J]. Science of the Total Environment，2017，599：1705‑1717.

　　[11] 段 洪 涛 ，于 磊 ，张 柏 ，等 . 查 干 湖 富 营 养 化 状 况 高 光 谱 遥 感 评 价 研 究[J]. 环 境 科 学 学 报 ， 2006，26(7)：1219‑1226.

　　[12] Duan H，Zhang Y，Zhang B，et al. Assessment of chlorophyll‑a concentration and trophic state for Lake Chagan using Landsat TM and field spectral data[J]. Environmental Monitoring and Assessment， 2007，129：295‑308.