孫晨紅 趙武強(qiáng) 賈清波 雷雨默 鄭 晨

（自然資源陜西省衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)中心，陜西 西安 710002）

0 引言

隨著我國(guó)農(nóng)村地區(qū)整體經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民生活水平的提升，生活垃圾產(chǎn)生量日益增多。由于村鎮(zhèn)垃圾分類(lèi)、收集、轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)施不完善，同時(shí)相關(guān)部門(mén)缺少有效的監(jiān)管手段［1］。2018 年，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)方案》［2］，強(qiáng)調(diào)將農(nóng)村垃圾治理作為重點(diǎn)任務(wù)。2021 年，陜西省住建廳發(fā)布《關(guān)于做好農(nóng)村生活垃圾治理鞏固提升工作的通知》［3］，要求各地開(kāi)展農(nóng)村生活垃圾堆放點(diǎn)整治“回頭看”。傳統(tǒng)拉網(wǎng)式的實(shí)地調(diào)查工作量大，工作周期較長(zhǎng)［4］，生活垃圾治理工作迫切需要融入新的科技手段。目前，隨著遙感領(lǐng)域?qū)Φ赜^測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，高分辨率衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)等設(shè)備的應(yīng)用使得獲取遙感數(shù)據(jù)的途徑和方式越來(lái)越多［5-6］。利用高分辨率衛(wèi)星影像可快速、準(zhǔn)確獲取200 m2以上非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)位、數(shù)量、規(guī)模和分布情況，不僅節(jié)約人力成本，還可提升工作效率，為開(kāi)展農(nóng)村生活垃圾治理工作提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐［7-10］。

本文基于國(guó)產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星遙感影像，對(duì)陜西省全域涉農(nóng)縣（市、區(qū)）200 m2以上農(nóng)村生活垃圾非正規(guī)堆放點(diǎn)開(kāi)展衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)和外業(yè)核查，摸清全省非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)底數(shù)，并按要求進(jìn)行規(guī)范化整治，嚴(yán)肅查處生活垃圾亂堆亂放新增違法行為，同時(shí)驗(yàn)證衛(wèi)星遙感技術(shù)在開(kāi)展垃圾監(jiān)測(cè)方面的可行性。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

陜西，簡(jiǎn)稱(chēng)“陜”或“秦”，位于中國(guó)內(nèi)陸腹地，黃河中游，東鄰山西、河南，西連寧夏、甘肅，南抵四川、重慶、湖北，北接內(nèi)蒙古，位于東經(jīng)105°29′～111°15′，北緯31°42′～39°35′，總面積205 600 km2。地勢(shì)呈南北高、中間低，由高原、山地、平原和盆地等多種地貌構(gòu)成，橫跨三個(gè)氣候帶。研究區(qū)為陜西省全域涉農(nóng)范圍，共涉及10個(gè)地級(jí)市、102個(gè)縣（市、區(qū)）。

1.2 數(shù)據(jù)源

1.2.1 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)

本研究遙感數(shù)據(jù)主要以高分二號(hào)、高分七號(hào)亞米級(jí)公益衛(wèi)星為主，由于陜南秦嶺地區(qū)地形、地勢(shì)、氣候等因素的影響，該區(qū)域部分困難地區(qū)亞米級(jí)影像覆蓋率較小，因此以北京二號(hào)、吉林一號(hào)、WorldView-2、GeoEye-1 等亞米級(jí)商業(yè)衛(wèi)星為輔。其中公益類(lèi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)均來(lái)自自然資源衛(wèi)星遙感云服務(wù)平臺(tái)存檔數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)級(jí)別為1A 級(jí)，經(jīng)過(guò)地面接收系統(tǒng)的輻射校正處理，商業(yè)類(lèi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)通過(guò)采購(gòu)獲取，研究所用公益衛(wèi)星影像覆蓋率及數(shù)量統(tǒng)計(jì)情況詳見(jiàn)表1。

表1 研究所用公益衛(wèi)星影像覆蓋率及數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

農(nóng)村生活垃圾衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)頻次為季度監(jiān)測(cè)，本研究數(shù)據(jù)時(shí)相包括2021 年第四季度和2022年第二季度共兩期數(shù)據(jù)。

1.2.2 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)

本文所使用的無(wú)人機(jī)影像獲取時(shí)間為2022 年2—3 月，空間分辨率均優(yōu)于0.2 m，主要對(duì)全省32個(gè)垃圾治理試點(diǎn)鎮(zhèn)創(chuàng)建情況，開(kāi)展了大比例尺專(zhuān)題監(jiān)測(cè)。

2 農(nóng)村生活垃圾衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)與核查整治方法

利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)陜西省農(nóng)村生活垃圾非正規(guī)堆放點(diǎn)開(kāi)展季度遙感監(jiān)測(cè)，主要包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)生產(chǎn)、遙感解譯、系統(tǒng)研發(fā)、外業(yè)核查、成果入庫(kù)和督導(dǎo)檢查等流程，基于監(jiān)測(cè)結(jié)果查明全省非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)數(shù)量、規(guī)模和分布情況，掌握全省范圍內(nèi)非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)底數(shù)，建立生活垃圾堆放點(diǎn)信息臺(tái)賬。

監(jiān)測(cè)與核查整治技術(shù)路線如圖1 所示，農(nóng)村生活垃圾衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)與核查整治方法技術(shù)路線包括：

圖1 技術(shù)路線圖

（1）數(shù)據(jù)收集。收集整理研究所需的各類(lèi)數(shù)據(jù)，主要包括行政區(qū)代碼、全省五級(jí)（省、市、縣、鎮(zhèn)、村）行政區(qū)界、高程數(shù)據(jù)及其他參考數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性進(jìn)行初步檢查，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析整理及數(shù)據(jù)預(yù)處理等。

（2）數(shù)據(jù)生產(chǎn)。采集篩選研究區(qū)2021年第四季度和2022 年第二季度共兩期亞米級(jí)高質(zhì)量衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對(duì)采集的遙感影像數(shù)據(jù)，通過(guò)校正、融合、鑲嵌、勻色等技術(shù)流程生產(chǎn)制作正射影像［11］，在要求的季度時(shí)相內(nèi)盡可能選取分辨率高、時(shí)相新、云霧量少、質(zhì)量好的影像進(jìn)行鑲嵌，為陜西省農(nóng)村生活垃圾治理衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)核查與整治提取提供底圖數(shù)據(jù)支撐。

（3）遙感解譯。本文基于亞米級(jí)數(shù)字正射遙感影像，結(jié)合地物目標(biāo)形狀、大小、顏色和色調(diào)、陰影、位置、結(jié)構(gòu)、紋理等影像特征，建立農(nóng)村生活垃圾堆放點(diǎn)遙感解譯知識(shí)庫(kù)［12-13］。綜合運(yùn)用人機(jī)交互解譯技術(shù)，基于多時(shí)相分析，判別和勾繪農(nóng)村生活垃圾邊界矢量，初步完成垃圾堆放位置、堆放面積、堆放垃圾類(lèi)型等信息提取。表2為農(nóng)村生活垃圾堆放點(diǎn)在影像上的主要特征。

表2 農(nóng)村生活垃圾堆放點(diǎn)影像解譯特征

（4）系統(tǒng)研發(fā)。建立農(nóng)村生活垃圾違規(guī)堆放點(diǎn)信息管理系統(tǒng)與外業(yè)核查APP，對(duì)遙感監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的垃圾堆放點(diǎn)以及外業(yè)核查信息、整治變化信息進(jìn)行統(tǒng)一臺(tái)賬管理，實(shí)現(xiàn)全省農(nóng)村生活垃圾堆放點(diǎn)“底數(shù)清晰、動(dòng)態(tài)可見(jiàn)”，構(gòu)建農(nóng)村生活垃圾堆放點(diǎn)“發(fā)現(xiàn)-整治-銷(xiāo)號(hào)”一體化管理模式，輔助業(yè)務(wù)管理部門(mén)精準(zhǔn)整治工作，助力實(shí)現(xiàn)綠水青山人居環(huán)境管理目標(biāo)。系統(tǒng)包括任務(wù)管理子系統(tǒng)、成果展示子系統(tǒng)和配置管理子系統(tǒng)。其中任務(wù)管理子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)遙感監(jiān)測(cè)圖斑數(shù)據(jù)下發(fā)、入庫(kù)和成果匯總管理，包括數(shù)據(jù)管理模塊、任務(wù)管理模塊與信息管理模塊。成果展示子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)成果規(guī)范化、一體化管理，分析和展示，服務(wù)于后續(xù)治理和決策工作，包括數(shù)據(jù)入庫(kù)模塊、成果管理與展示模塊、統(tǒng)計(jì)分析管理與展示模塊和報(bào)告管理與下載模塊。配置管理子系統(tǒng)主要為外業(yè)核查APP 功能的研發(fā)，支持移動(dòng)端用戶(hù)注冊(cè)、用戶(hù)統(tǒng)一登錄、用戶(hù)角色查詢(xún)和管理、用戶(hù)權(quán)限管理等，包括任務(wù)接收模塊、地圖導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)填報(bào)模塊和結(jié)果上報(bào)模塊［14-15］。

（5）外業(yè)核查。以縣（區(qū)、市）為單位，對(duì)解譯的生活垃圾圖斑進(jìn)行逐一核查，核實(shí)和采集垃圾的空間信息和各類(lèi)屬性信息，結(jié)合核查屬性特點(diǎn)，匯總形成外業(yè)工作成果并反饋上報(bào)，為陜西農(nóng)村生活垃圾整治提供數(shù)據(jù)支持。

（6）成果入庫(kù)。整合遙感影像信息數(shù)據(jù)、農(nóng)村生活垃圾遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和外業(yè)核查數(shù)據(jù)等，經(jīng)數(shù)據(jù)整理、質(zhì)量檢查后進(jìn)行數(shù)據(jù)成果入庫(kù)。

（7）督導(dǎo)檢查。定期對(duì)各地已整治的生活垃圾堆放點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地抽查暗訪，梳理問(wèn)題清單，核查問(wèn)題原因，形成書(shū)面報(bào)告。對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題跟蹤督導(dǎo)，直至整治徹底，對(duì)措施不力、行動(dòng)遲緩、整治不到位或問(wèn)題突出的非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)提交省廳發(fā)督辦函督促各地立行整改，確保全省農(nóng)村生活垃圾治理工作取得新成效。

3 結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過(guò)兩期衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)，提取陜西省涉農(nóng)區(qū)域200 m2以上的垃圾堆放點(diǎn)圖斑共5 314 個(gè)，初步掌握了全省范圍內(nèi)農(nóng)村疑似非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)數(shù)量、類(lèi)型和分布情況。圖2、圖3 分別為生活垃圾和混合垃圾衛(wèi)星影像整治前、整治中及整治后的監(jiān)測(cè)與核查整治成果圖。

圖2 遙感監(jiān)測(cè)與核查整治對(duì)比圖（生活垃圾，堆體規(guī)模2 600 m3）

圖3 遙感監(jiān)測(cè)與核查整治對(duì)比圖（混合垃圾，堆體規(guī)模2 180 m3）

圖4 為無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)生活垃圾成果圖，通過(guò)無(wú)人機(jī)航空拍攝，對(duì)全省32個(gè)垃圾治理試點(diǎn)鎮(zhèn)創(chuàng)建情況，開(kāi)展大比例尺專(zhuān)題監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)50 m3以上垃圾堆放點(diǎn)191個(gè)。監(jiān)測(cè)核查結(jié)果作為試點(diǎn)鎮(zhèn)創(chuàng)建評(píng)估重要考核指標(biāo)之一。

圖4 無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)生活垃圾成果

3.2 分析討論

農(nóng)村生活垃圾堆放點(diǎn)在遙感影像上的空間分布一般在人員密集區(qū)附近，如大型鄉(xiāng)鎮(zhèn)，城鄉(xiāng)接合部附近，分布密度與人員密集程度成正比，在村與村交界處（行政管轄交接處）分布較多，山區(qū)分布較少。這與陜西地理位置分布有關(guān)，陜西中部關(guān)中平原地區(qū)地勢(shì)平坦，易于發(fā)現(xiàn)垃圾堆放點(diǎn)，陜南陜北以山區(qū)為主，垃圾堆放點(diǎn)較為隱蔽，不易發(fā)現(xiàn)。

圖5 為兩期遙感監(jiān)測(cè)生活垃圾圖斑數(shù)量對(duì)比，通過(guò)兩期次衛(wèi)星監(jiān)測(cè)核查與整治，農(nóng)村生活垃圾數(shù)量從2021 年第四季度的4 164 個(gè)減少至2022年第二季度的1 150個(gè)，總體下降72%，亂堆亂放現(xiàn)象得到有效遏制。同時(shí)，依托核查與整治系統(tǒng)、外業(yè)核查APP 等信息化手段，形成了“圖斑下發(fā)-實(shí)地核查-規(guī)范整治-報(bào)告上傳-問(wèn)題銷(xiāo)號(hào)”的閉環(huán)監(jiān)管工作機(jī)制，完善了生活垃圾全鏈條管控，實(shí)現(xiàn)了生活垃圾治理全生命周期管理，提升全省農(nóng)村生活垃圾治理水平。

圖5 兩期遙感監(jiān)測(cè)生活垃圾圖斑數(shù)量對(duì)比

研究對(duì)2021年第四季度西安、寶雞、咸陽(yáng)、銅川、渭南、安康、商洛7 個(gè)市29 個(gè)縣（區(qū)）已整治非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)按5%進(jìn)行抽查，共檢查圖斑135個(gè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題53 處，問(wèn)題占整體抽查的39.26%。圖6 為生活垃圾堆放點(diǎn)抽查統(tǒng)計(jì)圖，其中商洛市柞水縣、銅川市王益區(qū)問(wèn)題百分比均為0%，咸陽(yáng)市興平市問(wèn)題百分比為13.33%，商洛市鎮(zhèn)安縣問(wèn)題百分比為16.67%，這四個(gè)縣（市、區(qū)）情況良好；咸陽(yáng)市永壽縣問(wèn)題百分比為83.33%，渭南市大荔縣和富平縣問(wèn)題百分比均為75%，銅川市耀州區(qū)和宜君縣、西安市周至縣問(wèn)題百分比均為66.67%，這六個(gè)縣（市、區(qū)）問(wèn)題較為突出。這主要是因?yàn)榇嬖谖凑?、整治不徹底、?wèn)題反彈等情況，其中未整治原因主要為圖斑核查認(rèn)定不準(zhǔn)，與實(shí)際位置存在偏差，導(dǎo)致整治有遺漏；非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)，圖斑判定不需要整治；未引起重視，未開(kāi)展整治等。整治不徹底原因主要為采取整治推平方式，表面上進(jìn)行了整治，但垃圾倒入溝壑內(nèi)，未對(duì)生活垃圾進(jìn)行清理，且個(gè)別地區(qū)采用垃圾焚燒等非環(huán)保方式進(jìn)行整治。問(wèn)題反彈主要是對(duì)已整治的點(diǎn)位采取安裝欄桿、防護(hù)網(wǎng)等措施，但仍有新增垃圾倒入（破窗效應(yīng)），建議加強(qiáng)監(jiān)管、宣傳，鞏固整治工作成果。

圖6 遙感監(jiān)測(cè)生活垃圾堆放點(diǎn)抽查統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)農(nóng)村生活垃圾監(jiān)測(cè)，本文提出了利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，基于國(guó)產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像進(jìn)行季度監(jiān)測(cè)，探索出“衛(wèi)星遙感+無(wú)人機(jī)+實(shí)地核查+信息平臺(tái)”的“天-空-地-網(wǎng)”協(xié)同工作模式，建立了農(nóng)村生活垃圾常態(tài)化監(jiān)測(cè)機(jī)制，對(duì)已整治的問(wèn)題進(jìn)行回溯，遏制問(wèn)題反彈，發(fā)現(xiàn)新增問(wèn)題苗頭，把問(wèn)題消除在萌芽狀態(tài)。

基于現(xiàn)有農(nóng)村生活垃圾遙感監(jiān)測(cè)成果，在今后的研究中可從以下幾點(diǎn)出發(fā)：一是進(jìn)行常態(tài)化衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)。對(duì)已整治的生活垃圾堆放點(diǎn)進(jìn)行回頭看，遏制問(wèn)題反彈；及時(shí)發(fā)現(xiàn)新增違法問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“早發(fā)現(xiàn)、早制止、嚴(yán)查處”。二是針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)。在沿黃河流域、秦嶺沿線、漢丹江流域等重點(diǎn)區(qū)域開(kāi)展衛(wèi)星監(jiān)測(cè)和無(wú)人機(jī)航拍，保護(hù)綠水青山；針對(duì)全省鄉(xiāng)村振興示范鎮(zhèn)、垃圾治理試點(diǎn)鎮(zhèn)開(kāi)展多期次、長(zhǎng)時(shí)序遙感監(jiān)測(cè)和對(duì)比分析，進(jìn)一步整治生活垃圾亂堆亂放的現(xiàn)象，提升鎮(zhèn)容鎮(zhèn)貌，助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施。三是優(yōu)化完善核查整治系統(tǒng)。根據(jù)用戶(hù)反饋情況，對(duì)核查與整治系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，完善工作進(jìn)度管理、業(yè)務(wù)分析和成果展示，為生活垃圾治理工作提供信息平臺(tái)支撐。