基于CBERS CCD图像的焦家坡垃圾填埋场动态变化监测

摘要：利用多时相国产CBERS CCD遥感图像数据，通过整合SAVI植被指数计算和决策树分类技术，对焦家坡垃圾填埋场动态变化进行监测，结果表明：焦家坡垃圾填埋场建成后，其覆盖面积逐年增加，裸露度逐年减小。多时相CBERS CCD遥感图像可以满足普查阶段城市垃圾填埋场动态变化监测的需要。
关键词：CBERS CCD；焦家坡垃圾填埋场；变化监测
中图分类号：X87文献标识码：A文章编号：1005－8206（2010）05－0017－04
遥感技术作为生活垃圾填埋场的监测和管理工具能够大面积快速收集数据，可节省大量时间和运行管理费用，已经被许多城市应用到固废堆放场的监测和识别当中［1-8］。Landsat TM遥感数据是最为常用和存档时间最长的多光谱卫星遥感数据之一［9］，用于固废堆放场选址和评估其环境影响研究，但随着Landsat7卫星2003年发生故障和Landsat5卫星2009年停止工作，必须寻找新的卫星遥感数据来进行固废堆放场识别和变化监测研究。CBERS-02星是中国第1颗地球资源卫星CBERS（1999年发射升空）系列星的第2颗后续星，于2003年10月21日从山西省太原发射升空，其CCD相机空间分辨率为19.5m，包括4个可见近红外光谱波段加1个全色波段（B1：0.45~0.52μm；B2：0.52~0.59μm；B3：0.63~0.69μm；B4：0.77~0.89μm；B5：0.51~0.73μm）。
与TM数据相比，CBERS CCD数据有较高的空间分辨率，但时间分辨率相对较低，没有短波红外波段（TM第5、7波段）和热红外波段（TM第6波段），而这些波段对于检测由于固废含水成分和吸水特性以及生化反应等引起的固废堆放场湿度和温度变化非常有用。自2006年4月1日起，CBERS-02CCD数据在全国免费使用，为利用CBERS-02CCD数据开展固废堆放场识别和动态变化监测提供了便利。笔者以北京市门头沟区焦家坡垃圾填埋场为研究对象，探讨构建利用多时相CBERS-02CCD遥感图像数据进行垃圾填埋场动态变化监测的方法体系，为垃圾填埋场监管和环境影响研究提供技术支持。
1方法
1.1焦家坡垃圾填埋场简介
焦家坡垃圾填埋场，又称为北京市门头沟区垃圾无害化处理中心，位于北京市门头沟永定镇焦家坡的山谷中，地处门头沟区永定镇和丰台区大灰厂村的交界处。焦家坡垃圾填埋场原来是一个天然的大坑，经过进一步挖掘达到了垃圾填埋标准。该工程占地25.83hm2，填埋总容量195万m3，主要处理石景山和门头沟的全部生活垃圾，设计处理能力600t/d，设计使用年限8a，预计封场时间2012年。2001年开始动工，2004年5月8日投入使用［10］，对填埋区进行了黑色防渗膜覆盖处理。
1.2数据收集和预处理
为了监测焦家坡垃圾填埋场面积变化，收集了2002-05-12到2008-09-14中巴地球资源卫星系列数据（所用数据均下载自中国资源卫星应用中心网站http：//www.cresda.com），共7景数据，覆盖了该垃圾填埋场从施工、投入使用和运行各阶段。首先利用1∶10万地形图对2008-09-14影像进行几何精纠正，然后将其作为参考图像，对其余6景影像进行几何精纠正，总体几何误差控制在0.5个像元左右。
1.3研究方法
目前由于国内外均缺少对城市固体废物光谱特性的数据，而且城市固体废物的光谱特性与城市中一些地物的光谱相当接近，尤其和城郊砖瓦屋顶、覆盖黑色油毡屋顶和柏油马路的光谱接近，如果没有地理知识的介入，单靠统计分类难以将废物堆放场与其他地物分开。如采用非监督分类时，不仅成分不同的废物堆放场将属于不同的聚类，而且废物堆放场多属于不确定类，即分类的可靠性多数小于50%［1-2］。利用遥感技术进行动态变化监测按照是否需要分类可分为：直接变化监测和分类后变化监测2种［11］。笔者首先利用人机交互目视解译的方法获得7个时期焦家坡垃圾填埋场总面积和覆盖面积，计算裸露度（（总面积-覆盖面积）/总面积×100%），并进行简单分析，然后选择时相相近的2004、2006、2008年影像，探讨建立垃圾填埋场动态变化监测方案，为城市垃圾填埋场监管提供一种快速可行的办法。
2结果与讨论
2.1人机交互目视解译结果分析
表1为焦家坡垃圾填埋场填埋区7个时期空间分布的人机交互目视解译结果。2002-05-12和2003-07-05为CBERS-01星数据，为焦家坡垃圾填埋场建设期，总面积在增加，裸露度大，显示了建设期的特点；2004-09-08到2007-09-05为CBERS-02星数据，2008-09-14为CBERS-02B星数据，为焦家坡垃圾填埋场运行期，总面积变化不大，裸露度逐渐降低，黑色防渗膜覆盖面积2006-09-06最大，之后有所降低，其中2007-09-05为7.68hm2黑色防渗膜覆盖和0.42hm2植被覆盖，2008-09-14为6.88hm2黑色防渗膜覆盖和1.26hm2植被覆盖。这一方面表明填埋区域基本稳定，另一方面表明填埋量增加。
表1焦家坡垃圾填埋场填埋区遥感解译结果