为4. 3%，大大低于全 县水平。
[0042] 水域：水域在沛县全境中的比例为4%左右，而在沛县煤矿区中所占的比例则高 达11%左右。其原因一方面为京杭大运河部分流域位于煤矿区内；另一方面为煤矿的过度 开采导致地表大面积沉降，形成人工湖。
[00创住宅用地准宅用地所占的比例为第二而且沛县煤矿区中的住宅用地的比例比 沛县全境的高出3%左右。 W44]工矿仓储用地：工矿仓储用地在沛县全境中占1. 4%左右，在煤矿区则占4. 9%左 右，运说明煤矿对周边地区的工业发展有较大的促进作用。 W45]从1987年到2013年26年间变化趋势角度分析：
[0046] 耕地：耕地面积呈减少趋势，沛县全境耕地从73%下降到67%，下降6%;煤矿区 耕地从66 %下降到49 %，下降17 %。
[0047] 林地：沛县全境的林地变化不大，比例在7%-8%之间，煤矿区的林地呈小幅上 涨趋势，由1987年的4%上涨到2013年的4. 345%。 W4引 水域：水域在沛县全境由3%增长到4. 5%，在煤矿区由9. 4%增长到15. 1%。 W例住宅用地：住宅用地在沛县全境由14. 5%上涨到16%，在煤矿区由17%上涨到 21. 3%。
[0050] 工矿仓储用地：工矿仓储用地在沛县全境由0.7%增加至2. 6%，在煤矿区由 2. 4%增加至9. 4%。
[0051] 在得出整体变化趋势的基础上，进一步计算研究区单一 ±地利用类型动态度变化 结果，如表1所示。
[0052] 表1沛县煤矿区上地利用动态度
[0053]
[0054] 由表1中可W看出，沛县煤矿区在各时间段±地利用类型年均变化速率情况：
[00对 （1)耕地变化：从1987年到2013年间，沛县煤矿区耕地面积呈持续减少趋势，26 年平均每年减少1 %，而整个沛县耕地面积减少速率只有0. 31 %，运说明煤矿塌陷区耕地 减少速率远远大于同期沛县耕地减少的速率。在26年间，煤矿区耕地面积减少经历了由慢 到快转而变慢的两个阶段：第一阶段1987年到2004年，耕地加速流失，动态度由-0. 639% 到-1. 104%再到-2. 073%;而从2004年到2013年，在耕地保护政策的影响下，耕地面积减 少速度稍稍放缓，其面积W每年1. 379%和0. 584%的速率减少。主要原因是随着煤矿开采 量的增加，煤矿区人口大幅上涨，基础设施、居民地和工矿仓储用地随之增加，大量耕地被 占用，并且其中有一部耕地由于沉降、塌陷成为水域。
[0056] (2)林地变化：煤矿区林地面积从1987年到2013年呈波动上升趋势，增加速率 也呈增加趋势，在26年间林地年平均增加0. 318%。1987到1994年林地面积年均减少 2. 972% ; 1994年到1999年林地面积年均增加7. 219% ; 1999年到2004年基本保持稳定； 2004年到2009年年均增加7. 439% ;2009年到2013年年均减少6. 722%。
[0057] 做水域变化：煤矿区水域在1987年到2013年间，共增加18. 5km2,总面积变化较 大，且期间变化起伏很大，先是在1987年到1994年快速增加，在1994年到1999年缓慢增 加，1999年到2004年水域面积大幅增加，2004年到2009年水域面积小幅下降，2009年到 2013年小幅上升。水域面积变化主要是由于沉降、塌陷形成的人工湖，另外各阶段降水量变 化也会影响水域面积。
[0058] (4)住宅用地：住宅用地变化主要呈现增加趋势，1987年到2013年共增加住宅用 地13. 5km2,年均变化率为0. 828%，比沛县全境0. 475%的增长率略高。第一个增长高峰出 现在1994年到1999年，年增长率为1. 743%。第二个小高峰出现在2004年到2013年，年 增长率在1%左右。住宅用地面积增加主要是煤矿区的发展带动城市扩大和经济发展，运就 必然导致住宅用地的不断增长。
[0059] (5)工矿仓储用地变化：工矿仓储用地的变化呈迅速增加趋势，在研究时间范围 内共增加22km2,特别是在1994年至2004年期间，工矿仓储用地面积增加迅速，平均每年增 长速率为14. 204%。其它时期的年平均增长速率在2%到5%之间。
[0060] (6)未利用地变化：未利用地的变化呈先增长后减少的态势，在26年间共增加 1.128km2〇
[0061]总的来说，1987年到2013年沛县煤矿区±地利用变化的速度较大，其中煤矿区工 矿仓储用地变化最快，年均变化率为10 %，远大于其他±地利用类型，其次是水域、未利用 地、耕地、住宅用地，运四种±地利用类型变化速率相差不大，都在1%至3%之间，面积变 化最小的是林地，但是其变化过程较复杂。
[0062] 选取位于沛县东北部的龙固镇、杨屯镇，运两个镇是沛县重要的工矿企业用地，区 域内拥有四个大型的煤矿开采区，分别为Ξ河尖煤矿、龙固煤矿、龙东煤矿和姚桥煤矿。
[0063] 在运一方面的分析中，本发明缩小了尺度进一步选取了具有典型的矿业型城市 发展特性的工矿企业用地作为研究区域，即对研究区序列的遥感影像进行分类处理，并利 用形态学算子对分类后图像后处理，使得图像空间具有连续性，最终符合后续分析的需求。 进而对分类后影像采用矢量图层差值运算的方法进行变化检测分析，描述任意两时相的耕 地、塌陷地在空间格局上的变化。通过分析采矿区历年的耕地变化和塌陷地积水变化可W 从地表的变化清楚、直观地分析得到矿区的开采使得耕地资源遭到了破坏的趋势。
[0064] 研究沛县大屯矿区25年期间的±地利用在空间上的演变，采用图层差值运算检 测出两时相之间资源的转换 阳0化]从研究区耕地资源变化监测图上可W看到，由于矿区的矿产资源开采造成耕地利 用破坏，但在2004年至2008年间，耕地资源有所增加。
[0066] 再根据遥感影像分类结果图，通过感兴趣区裁剪将研究区塌陷地的积水区域裁剪 出来进行时序图像比较分析，得到研究区主要塌陷地积水范围变化监测图，统计出研究区 历年的塌陷地积水面积变化情况。
[0067]分析采矿区历年的塌陷地积水变化可W得到矿区的开采使得±地利用遭到了破 坏，在1987年±地利用图上原本是耕地的区域由于采矿变成了塌陷积水区，且随着不断的 煤矿开采，塌陷面积日益趋大，并且塌陷区积水面积扩展的方向就是地下煤矿开采的方向。
[0068] 研究区开采量与耕地资源的破坏情况可W得出： W例 （1)随着研究区矿产资源的开采，开采量与耕地破坏面积都在不断增加。
[0070] (2)当NRI值固定不变为1. 5时，比较2012年到2014年的研究区矿产产量与耕 地破坏面积的变化，计算出矿产开采总量的增长比为1.6286,耕地面积破坏的增长比为 1. 6182,矿产开采的增长比耕地破坏的增长快。 阳07U 做当NRI从0. 2变化到2. 5时，研究区采矿总产量大幅度提化同时也伴随着耕 地资源的破坏。计算出矿产开采量的增长比为1. 6276、1. 6278. 6286、1. 6276,矿产开采增长 比在NRI为1. 5时达到最大；耕地破坏增长比为1. 6176、1. 6181、1. 6182、1. 6182,虽然耕地 破坏增长比在不断增加，但在NRI为1. 5时趋于稳定值。综合考虑矿产资源利用最大化及 保护耕地资源的角度，建议将矿产开采系数范围设置为0. 75-1. 5。
[0072]所W，只要利用矿产资源开采与耕地面积变化的运种协同关系，制定合适的矿区 开采方案，在自然因素、社会因素等采矿外在条件基本一致时，就可W比较准确的预测煤 炭矿区的耕地损失，有利于矿区的可持续发展。
【主权项】
1. 一种矿区土地资源变化协同分析方法，用于矿区土地资源的监管规划，其特征在于， 包括以下步骤： 1) 采用矿区监测的历史遥感影像、雷达数据以及地面矿政与地政资料，获取多年的矿 区土地利用和覆盖变化的时空变化数据； 2) 根据时空变化数据结合当前矿区土地资源分布信息，提取矿区土地地面沉降的时空 变化信息并建立地面沉降3D模型； 3) 根据地面沉降3D模型提取矿区土地多年的耕地损害范围及空间演变规律； 4) 根据演变规律获取矿区土地资源变化协同关系，得到开采造成的最主要的环境影响 与导致的直接结果。2. 根据权利要求1所述的一种矿区土地资源变化协同分析方法，其特征在于，所述的 步骤2)包括以下步骤： 21) 对多年的矿区土地利用和覆盖变化的时空变化数据进行预处理，包括几何纠正、 多源数据融合和研究区分割，并对矿区土地的地物进行分类，获取矿区土地的地物影像特 征； 22) 根据矿区土地的地物影像特征，获取矿区土地利用分类的七维特征空间； 23) 根据Morlet小波核函数的加票法以及七维特征空间建立支持向量机分类算法，构 建地面沉降动态3D模型。3. 根据权利要求2所述的一种矿区土地资源变化协同分析方法，其特征在于，所述的 步骤12)中的七维特征空间包括图像波段比值TM5/TM1和TM5/TM7、植被指数NDVI、工矿用 地指数GKI以及主成分分析K-L变换后的前三个分量PCA1、PCA2和PCA3。4. 根据权利要求1所述的一种矿区土地资源变化协同分析方法，其特征在于，所述的 步骤3)包括以下步骤： 31) 在地面沉降3D模型中通过综合相关系数法选取多幅主影像； 32) 对主影像进行配准、重采样、裁剪和选取PS点后，生成差分干涉图； 33) 根据差分干涉图进行基于PS点迭代回归分析，获取耕地损害范围及空间演变规 律。5. 根据权利要求1所述的一种矿区土地资源变化协同分析方法，其特征在于，所述的 步骤4)中矿区土地资源变化协同关系包括土地资源与塌陷积水区变化关系和矿产资源开 采与耕地利用的协同关系。
【专利摘要】一种矿区土地资源变化协同分析方法。本发明涉及1)采用矿区监测的历史遥感影像、雷达数据以及地面矿政与地政资料，获取多年的矿区土地利用和覆盖变化的时空变化数据；2)根据时空变化数据结合当前矿区土地资源分布信息，提取矿区土地地面沉降的时空变化信息并建立地面沉降3D模型；3)根据地面沉降3D模型提取矿区土地多年的耕地损害范围及空间演变规律；4)根据演变规律获取矿区土地资源变化协同关系，得到开采造成的最主要的环境影响与导致的直接结果。与现有技术相比，本发明具有数据准确、方法先进等优点。
【IPC分类】G06Q10/06
【公开号】CN105279604
【申请号】CN201510621143
【发明人】林怡, 叶勤, 伍吉仓, 李刚, 赵华, 宇洁, 沈茗戈, 桂坡坡, 应旻, 何丽玲, 颜琼
【申请人】同济大学, 中国矿业大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月25日