基于RS和GIS的矿区生态指标提取与安全评价——以焦作矿区为例

张合兵¹，张克²，刘培¹，余志远¹，赵嘉伟¹

1. 河南理工大学测绘与国土信息工程学院2. 河南工业职业技术学院城市建设学院

摘 要：为了快速、高效地对煤矿区生态安全状况进行评价,借助遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、空间景观格局分析等技术,在压力-状态-响应（PSR）模型的基础上拓展构建压力-状态-响应-格局（PSRP）模型,对焦作矿区33年（1993—2026年）的生态安全状况进行评价与动态变化模拟分析。以遥感卫星影像数据为主要数据源,选取矿区1993年、2004年、2018年遥感数据及社会、经济统计数据,提取用于生态安全评价的建筑用地指数、归一化植被指数、生态弹性度、绿度指数、生物丰富度、湿度指数、破碎度指数、城市扩展强度、干度指数、人口密度、多样性指数、分维度12个关键技术指标,利用层次分析法（AHP）确定指标在生态安全评价的目标层、准则层、指标层3个层次体系,并进一步计算12个指标的权重,从而对生态安全进行评价,最后利用CA-Markov模型模拟获取2026年结果数据,对焦作矿区生态安全状况趋势评价分析和动态变化监测进行研究。结果表明:①利用遥感技术能有效提取用于生态安全评价的绝大多数指标,并且有较好的提取精度,基础指标土地利用/覆盖分类提取结果精度为92%以上;②CA-Markov模型可以进行土地利用/覆盖变化趋势模拟与预测,在该试验选择的3期数据集中预测精度达到83%;③20多年来焦作市裸地和建筑景观变化幅度最大,水体、植被景观变化相对较小,不同的地物覆盖类型均受到人类生产生活的影响;④1993—2018年间,焦作市生态安全状态总体情况先是大幅下降,然后达到平缓稳定状态,其中1993—2004年间生态状态呈现下降趋势,2004—2018年间焦作市的生态状况总体上没有显著的变化;⑤针对典型矿区,1993年,整个矿区还是处于稳定和安全的状态,到2004年,由于矿产资源大量的开采,部分地区由1993年的稳定状态转为临界状态,2018年以来,由于矿区的陆续关闭,矿区的生态安全状况相比于2004年没有太大的变化,模型预测表明到2026年焦作市及其矿区生态指数将呈现出轻微下降趋势,典型矿区与焦作区域表现出一致的生态安全等级分布状况和变化趋势。研究结果可为维护矿区及其周边生态环境的原生平衡、引导矿区资源的合理开采与利用提供技术支持。

关键词：遥感;生态指标;景观格局;生态安全评价;焦作矿区;