使用 Landsat 图像绘制复杂采矿区和混合土地覆盖区的露天矿区地图

露天矿区的监测 对于各国生态保护至关重要，卫星遥感是监测露天矿区的最广泛、最有效的方法。然而，很少有工作在 更大的地理范围 内绘制露天矿地图，或者考虑复杂的土地覆盖类型或各种各样的矿山属性。这项工作提出了一个框架，用于绘制 复杂土地覆盖和采矿属性区域的露天矿地图 ，包括预处理、分类和后处理步骤

拟解决的科学问题

本研究旨在解决以下科学问题：

• 如何在复杂的采矿和混合土地覆盖区域内，使用 Landsat 图像绘制露天矿区地图。

• 如何有效地处理不包含矿区的像素点，以及如何根据矿区的光谱特征将矿区分为两类。

• 如何通过预处理、分类和后处理步骤，提高矿区地图的准确性和可靠性。

创新点

• 通过使用 Landsat 图像和 Google Earth Engine，研究成功地在山西省绘制了露天矿区地图，并且在复杂的土地覆盖和采矿属性区域中，该方法表现出了 高效和有效 的性能。

• 新的预处理、分类和后处理工作流程被发现是有效的，特别是在植被覆盖较多的环境中，这为监测和管理露天矿区提供了一个新的方法。

研究方法

• 使用 Landsat 图像和 Google Earth Engine 绘制了 2000 年至 2020 年以5年为步长 的山西露天矿地图。

• 对不包含矿区的像素点进行掩码，根据矿区的光谱特征将矿区分为两类，然后选取样本进行分类，得到矿区的分类结果，最后去除误分类的像素点

研究结果

为了绘制复杂地表覆盖和矿业活动分布区域的 露天矿 ，本研究以山西为研究区域，成功利用一系列经过 预处理、分类和后处理 的工作流程对长时间序列的Landsat影像进行了 20年来的露天矿区绘制 。通过视觉解译并参考多个数据库验证了结果的可信度。结果显示，结果的 平均生产者和用户精度分别为 79.4%和83.2% 。结果显示，山西省活跃的露天矿面积从2000年的最低值 31.27平方公里 逐步增长到2015年的最高值 432.43平方公里 ，随后略微下降至2020年的356.05平方公里。此外，计算并展示了 露天矿活动对山西省各种地表覆盖类型的侵蚀，总计734.5平方公里，占山西省总面积的0.47% 。

这种针对 复杂矿业环境的分类策略 在分类准确性和结果的实用性方面都是有效的，并且适用于非干旱地区，使其能够在许多具有类似环境条件的其他地区应用。与此同时，也确定了该方法的局限性。首先，由于它是一种基于像素的分类方法，许多具有类似矿区光谱特性的像素被错误分类，这在干旱地区和某些年份中表现得更为明显。作为整体面积比例较小的地表覆盖类型，露天矿在更大范围内的绘制仍然具有挑战性，特别是 较小、分散的矿场可能很容易被忽视和错误分类 。尽管在某些特定区域的子集或非常小的已识别矿场中存在许多缺陷，但从这种大规模露天矿绘图方法得到的结果在估计总体面积和趋势方面相对准确。对于未来的矿山绘图工作，希望能应用新类型的数据，如高分辨率和高光谱数据，并开发更先进的算法。

分类和验证样本以及2020年山西省的三个典型矿区：(a) 一个非常大的矿区，忻州；(b) 一个毗邻地下矿山的露天矿区，运城；(c) 一个毗邻城区的矿区，阳泉

(a) 山西省的干旱和湿润地区以及2020年图像中未遮蔽的区域。(b) 平朔矿区未遮蔽的区域。(c) 两种类型矿山样本选择的示意图

(a) 平朔矿区的一部分，典型的大型露天煤矿(b) 一个地下矿区(c) 阳泉的一个大型铁矿。(d) 一个采石场。(e) 山西省已移除的地下矿井(f) 与地下矿相邻的露天矿的分类结果

(a) 吕梁市的一个大型矿区。(b) 靠近阳泉市的矿区。(c) 靠近大同市的一个矿区

(a) 山西省每年活跃矿区的面积。(b) 山西省每个时期新矿区和新复垦矿区的面积

山西省各种土地类型中受露天矿区侵占的比例

(a) 开放式铁矿区的真彩色图像。(b) 被夜间灯光屏蔽（NTL）遮罩去除的区域。(c) 未遮蔽区域和用于分类的样本选择。(d) 未被植被遮罩移除的区域，并选择生产者精度验证点

山西省和其干旱地区的年均最大归一化差异植被指数（NDVI）图像及其变化

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