引言

矿区是一个具有资源开发目标的特殊地理区域，土地的侵占和破坏十分严重。3S技术在矿区土地利用动态监测中的应用会使我国现有的矿产资源得到更为有效的利用。矿产资源开采在推动经济发展的同时，也引发了土地损毁、水土流失等生态问题。传统监测方法存在时效性差、精度不足等问题。随着遥感与地理信息技术发展，3S技术为矿区复垦提供了新手段。本文研究如何利用3S技术构建矿区复垦动态监测体系，并提出生态修复优化策略，为矿区生态治理提供参考。 

一、3S技术体系与矿区复垦需求

3S技术是矿区土地复垦工作中不可或缺的技术工具，它通过三种技术的协同配合，为复垦工程提供从前期调查到后期评估的全过程支持。

遥感技术（RS）：主要通过卫星和无人机获取地表影像。卫星影像可覆盖大范围区域，适合定期监测整体变化；无人机则能拍摄更清晰的细节照片，特别适合对重点区域进行精细调查。这些影像经过专业软件处理后，可以清楚显示出矿区的地表状况，比如哪些地方出现塌陷、堆土场的位置和范围等。技术人员通过对比不同时期的影像，就能掌握矿区土地损毁的变化情况。

地理信息系统（GIS）：它可以把矿区的地形、土壤类型、水系分布等各种信息整合在一起，形成一张综合性的电子地图。比如在设计复垦方案时，工程师可以通过GIS分析哪片区域适合种植什么植物，哪些地方需要重点进行水土保持。GIS还能模拟不同复垦方案的效果，帮助选择最优方案。

全球定位系统（GPS）：主要用于实地测量和工程放样。在复垦施工时，GPS设备可以帮助工人准确定位工程边界，确保施工范围不出现偏差。现在常用的RTK-GPS技术，定位精度可以达到厘米级，完全满足复垦工程的精度要求。

这三种技术各有所长，配合使用效果更好。卫星和无人机负责从空中获取数据，GPS负责地面精准定位，GIS则负责所有数据的存储、分析和可视化展示。通过这样的天-空-地协同工作模式，技术人员可以全面掌握矿区状况，为复垦工作提供可靠的技术支持。

二、矿区土地复垦动态监测体系

（一）数据采集与预处理

矿区复垦监测需整合多源数据：卫星遥感影像（如Landsat、Sentinel系列）提供周期性宏观观测，无人机航拍获取高分辨率局部细节，地面观测设备（如多光谱相机、土壤传感器）补充近地表信息。数据预处理包括辐射校正（消除传感器误差）、几何校正（统一坐标系）及数据融合（如将无人机影像与卫星数据配准）。例如，通过辐射定标将遥感影像的原始数字值转换为地表反射率，再利用正射校正消除地形起伏导致的几何畸变。最终生成包含地形、植被、水体等要素的矿区地表信息底图，为后续分析提供统一基准。

（二）土地损毁动态识别

基于预处理后的遥感影像，采用面向对象分类技术实现土地损毁自动识别。该技术以影像图斑为基本单元，通过综合分析光谱、纹理、形状三类特征实现精准分类：

光谱特征分析：利用裸土与植被在近红外波段的反射率差异（裸土反射率通常低于0.3，健康植被可达0.6以上），结合归一化植被指数（NDVI）阈值（<0.2判定为裸土），可快速识别排土场、采坑等无植被覆盖区域。

纹理特征提取：通过灰度共生矩阵计算地表粗糙度，塌陷区因地表破碎呈现高纹理复杂度，而规则排土场具有均匀纹理特征。

形状特征约束：设置紧致度（0-1范围）和长宽比参数，排除自然地物干扰。例如，排土场通常呈矩形或梯形（紧致度>0.7，长宽比<3），而自然冲沟形态更不规则。

通过时间序列分析工具，可对比年度遥感影像监测损毁变化。当某区域连续三年NDVI值低于0.15且面积扩张率超过10%，则判定为活跃损毁区。实际应用中需注意：雨季影像可能因积水导致光谱特征失真，需结合多时相数据综合判断；对于复合损毁区（如塌陷区叠加水体），需采用决策树分类策略逐层剥离干扰因素。

（三）复垦进程可视化追踪

利用GIS时空分析功能，将复垦前后的土地利用类型（如耕地、林地、建设用地）、植被覆盖度（NDVI指数）等指标按时间序列叠加。例如，通过对比2020年（复垦前）与2025年（复垦后）的植被覆盖度，可直观展示修复区域从裸土（NDVI<0.2）向草地（0.2<NDVI<0.5）或林地（NDVI>0.5）的演变过程。进一步生成动态演变图谱，如以年度为单位的土地利用转移矩阵，或以季度为间隔的植被覆盖度变化热力图。

三、生态修复优化策略

（一）修复目标精准定位

矿区生态修复需优先解决最紧迫的生态问题。通过GIS叠加分析坡度、土壤侵蚀模数、植被覆盖度等因子，可识别关键修复区域。例如，坡度大于25°的区域易发生水土流失，需优先采取工程措施（如修建挡土墙）；土壤侵蚀模数超过5000吨/平方公里·年的区域，需通过植被恢复减少地表径流。同时，结合生态敏感性评价（如动物迁徙廊道、水源保护区），可划定生态保护红线区域。这种分级策略使有限资源集中于核心区域。

（二）修复措施智能匹配

不同损毁类型需适配差异化修复技术。基于3S技术构建的决策支持系统，可自动推荐技术方案：对于挖损地（如采坑），若深度小于5米且地下水条件良好，推荐采用分层回填+植被重建技术；若深度超过10米，则需结合“充填固化+湿地营造”以防止塌陷。对于压占地（如排土场），当土壤pH值低于5时，优先实施客土改良（掺入石灰或有机肥）；当pH值在6-8之间时，可采用直接植被重构（如种植豆科植物固氮）。

（三）修复效果动态评估

过程监控通过遥感反演植被覆盖度（NDVI）、土壤湿度等指标，按季度生成修复进度报告；结果验证则结合地面采样（如0-20cm表层土壤有机质含量、植物多样性指数），年度校验修复成效。例如，若某区域连续两年NDVI低于0.3，则触发预警，需核查是否因土壤盐碱化或外来物种入侵导致修复失败。该体系为政策调整提供了量化依据（如将土壤有机质含量纳入生态补偿标准）。

总而言之，本文阐述了3S技术在矿区土地复垦动态监测与生态修复中的应用框架。研究证明，3S技术可提升复垦决策科学性与修复措施精准性，对推动矿业绿色转型具有实践价值。

参考文献

[1] 胡振琪,孙煌,张子璇,等. 2022年土地科学研究重点进展评述及2023年展望——土地工程与信息技术分报告[J]. 中国土地科学,2023,37(3):114-125.

[2] 马晨阳. 高时空分辨率地表移动变形动态规律研究[D]. 中国矿业大学,2022.

[3] 侯竟. 胜利矿区土地退化时空特征与生态修复效果研究[D]. 中国矿业大学,2021.