基于国产高分辨率遥感影像的农村生活垃圾监测与核查整治

孙晨红 赵武强 贾清波 雷雨默 郑 晨

（自然资源陕西省卫星应用技术中心，陕西 西安 710002）

0 引言

随着我国农村地区整体经济和农民生活水平的提升，生活垃圾产生量日益增多。由于村镇垃圾分类、收集、转运设施不完善，同时相关部门缺少有效的监管手段［1］。2018 年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《农村人居环境整治三年行动方案》［2］，强调将农村垃圾治理作为重点任务。2021 年，陕西省住建厅发布《关于做好农村生活垃圾治理巩固提升工作的通知》［3］，要求各地开展农村生活垃圾堆放点整治“回头看”。传统拉网式的实地调查工作量大，工作周期较长［4］，生活垃圾治理工作迫切需要融入新的科技手段。目前，随着遥感领域对地观测技术的不断发展，高分辨率卫星、无人机等设备的应用使得获取遥感数据的途径和方式越来越多［5-6］。利用高分辨率卫星影像可快速、准确获取200 m2以上非正规垃圾堆放点位、数量、规模和分布情况，不仅节约人力成本，还可提升工作效率，为开展农村生活垃圾治理工作提供了强有力的技术支撑［7-10］。

本文基于国产高分辨率卫星遥感影像，对陕西省全域涉农县（市、区）200 m2以上农村生活垃圾非正规堆放点开展卫星遥感监测和外业核查，摸清全省非正规垃圾堆放点底数，并按要求进行规范化整治，严肃查处生活垃圾乱堆乱放新增违法行为，同时验证卫星遥感技术在开展垃圾监测方面的可行性。

1 研究区及数据源

1.1 研究区概况

陕西，简称“陕”或“秦”，位于中国内陆腹地，黄河中游，东邻山西、河南，西连宁夏、甘肃，南抵四川、重庆、湖北，北接内蒙古，位于东经105°29′～111°15′，北纬31°42′～39°35′，总面积205 600 km2。地势呈南北高、中间低，由高原、山地、平原和盆地等多种地貌构成，横跨三个气候带。研究区为陕西省全域涉农范围，共涉及10个地级市、102个县（市、区）。

1.2 数据源

1.2.1 卫星遥感数据

本研究遥感数据主要以高分二号、高分七号亚米级公益卫星为主，由于陕南秦岭地区地形、地势、气候等因素的影响，该区域部分困难地区亚米级影像覆盖率较小，因此以北京二号、吉林一号、WorldView-2、GeoEye-1 等亚米级商业卫星为辅。其中公益类卫星数据均来自自然资源卫星遥感云服务平台存档数据，数据级别为1A 级，经过地面接收系统的辐射校正处理，商业类卫星数据通过采购获取，研究所用公益卫星影像覆盖率及数量统计情况详见表1。

表1 研究所用公益卫星影像覆盖率及数量统计表

农村生活垃圾卫星遥感监测频次为季度监测，本研究数据时相包括2021 年第四季度和2022年第二季度共两期数据。

1.2.2 无人机数据

本文所使用的无人机影像获取时间为2022 年2—3 月，空间分辨率均优于0.2 m，主要对全省32个垃圾治理试点镇创建情况，开展了大比例尺专题监测。

2 农村生活垃圾卫星遥感监测与核查整治方法

利用卫星遥感技术对陕西省农村生活垃圾非正规堆放点开展季度遥感监测，主要包括数据收集、数据生产、遥感解译、系统研发、外业核查、成果入库和督导检查等流程，基于监测结果查明全省非正规垃圾堆放点数量、规模和分布情况，掌握全省范围内非正规垃圾堆放点底数，建立生活垃圾堆放点信息台账。

监测与核查整治技术路线如图1 所示，农村生活垃圾卫星遥感监测与核查整治方法技术路线包括：

图1 技术路线图

（1）数据收集。收集整理研究所需的各类数据，主要包括行政区代码、全省五级（省、市、县、镇、村）行政区界、高程数据及其他参考数据。对数据的完整性和准确性进行初步检查，同时对数据资料进行分析整理及数据预处理等。

（2）数据生产。采集筛选研究区2021年第四季度和2022 年第二季度共两期亚米级高质量卫星遥感数据，对采集的遥感影像数据，通过校正、融合、镶嵌、匀色等技术流程生产制作正射影像［11］，在要求的季度时相内尽可能选取分辨率高、时相新、云雾量少、质量好的影像进行镶嵌，为陕西省农村生活垃圾治理卫星遥感监测核查与整治提取提供底图数据支撑。

（3）遥感解译。本文基于亚米级数字正射遥感影像，结合地物目标形状、大小、颜色和色调、阴影、位置、结构、纹理等影像特征，建立农村生活垃圾堆放点遥感解译知识库［12-13］。综合运用人机交互解译技术，基于多时相分析，判别和勾绘农村生活垃圾边界矢量，初步完成垃圾堆放位置、堆放面积、堆放垃圾类型等信息提取。表2为农村生活垃圾堆放点在影像上的主要特征。

表2 农村生活垃圾堆放点影像解译特征

（4）系统研发。建立农村生活垃圾违规堆放点信息管理系统与外业核查APP，对遥感监测发现的垃圾堆放点以及外业核查信息、整治变化信息进行统一台账管理，实现全省农村生活垃圾堆放点“底数清晰、动态可见”，构建农村生活垃圾堆放点“发现-整治-销号”一体化管理模式，辅助业务管理部门精准整治工作，助力实现绿水青山人居环境管理目标。系统包括任务管理子系统、成果展示子系统和配置管理子系统。其中任务管理子系统主要实现遥感监测图斑数据下发、入库和成果汇总管理，包括数据管理模块、任务管理模块与信息管理模块。成果展示子系统主要实现成果规范化、一体化管理，分析和展示，服务于后续治理和决策工作，包括数据入库模块、成果管理与展示模块、统计分析管理与展示模块和报告管理与下载模块。配置管理子系统主要为外业核查APP 功能的研发，支持移动端用户注册、用户统一登录、用户角色查询和管理、用户权限管理等，包括任务接收模块、地图导航模块、数据填报模块和结果上报模块［14-15］。

（5）外业核查。以县（区、市）为单位，对解译的生活垃圾图斑进行逐一核查，核实和采集垃圾的空间信息和各类属性信息，结合核查属性特点，汇总形成外业工作成果并反馈上报，为陕西农村生活垃圾整治提供数据支持。

（6）成果入库。整合遥感影像信息数据、农村生活垃圾遥感监测数据和外业核查数据等，经数据整理、质量检查后进行数据成果入库。

（7）督导检查。定期对各地已整治的生活垃圾堆放点进行实地抽查暗访，梳理问题清单，核查问题原因，形成书面报告。对发现的问题跟踪督导，直至整治彻底，对措施不力、行动迟缓、整治不到位或问题突出的非正规垃圾堆放点提交省厅发督办函督促各地立行整改，确保全省农村生活垃圾治理工作取得新成效。

3 结果与分析

3.1 监测结果

通过两期卫星遥感监测，提取陕西省涉农区域200 m2以上的垃圾堆放点图斑共5 314 个，初步掌握了全省范围内农村疑似非正规垃圾堆放点数量、类型和分布情况。图2、图3 分别为生活垃圾和混合垃圾卫星影像整治前、整治中及整治后的监测与核查整治成果图。

图2 遥感监测与核查整治对比图（生活垃圾，堆体规模2 600 m3）

图3 遥感监测与核查整治对比图（混合垃圾，堆体规模2 180 m3）

图4 为无人机遥感监测生活垃圾成果图，通过无人机航空拍摄，对全省32个垃圾治理试点镇创建情况，开展大比例尺专题监测，发现50 m3以上垃圾堆放点191个。监测核查结果作为试点镇创建评估重要考核指标之一。

图4 无人机遥感监测生活垃圾成果

3.2 分析讨论

农村生活垃圾堆放点在遥感影像上的空间分布一般在人员密集区附近，如大型乡镇，城乡接合部附近，分布密度与人员密集程度成正比，在村与村交界处（行政管辖交接处）分布较多，山区分布较少。这与陕西地理位置分布有关，陕西中部关中平原地区地势平坦，易于发现垃圾堆放点，陕南陕北以山区为主，垃圾堆放点较为隐蔽，不易发现。

图5 为两期遥感监测生活垃圾图斑数量对比，通过两期次卫星监测核查与整治，农村生活垃圾数量从2021 年第四季度的4 164 个减少至2022年第二季度的1 150个，总体下降72%，乱堆乱放现象得到有效遏制。同时，依托核查与整治系统、外业核查APP 等信息化手段，形成了“图斑下发-实地核查-规范整治-报告上传-问题销号”的闭环监管工作机制，完善了生活垃圾全链条管控，实现了生活垃圾治理全生命周期管理，提升全省农村生活垃圾治理水平。

图5 两期遥感监测生活垃圾图斑数量对比

研究对2021年第四季度西安、宝鸡、咸阳、铜川、渭南、安康、商洛7 个市29 个县（区）已整治非正规垃圾堆放点按5%进行抽查，共检查图斑135个，发现问题53 处，问题占整体抽查的39.26%。图6 为生活垃圾堆放点抽查统计图，其中商洛市柞水县、铜川市王益区问题百分比均为0%，咸阳市兴平市问题百分比为13.33%，商洛市镇安县问题百分比为16.67%，这四个县（市、区）情况良好；咸阳市永寿县问题百分比为83.33%，渭南市大荔县和富平县问题百分比均为75%，铜川市耀州区和宜君县、西安市周至县问题百分比均为66.67%，这六个县（市、区）问题较为突出。这主要是因为存在未整治、整治不彻底、问题反弹等情况，其中未整治原因主要为图斑核查认定不准，与实际位置存在偏差，导致整治有遗漏；非正规垃圾填埋场，图斑判定不需要整治；未引起重视，未开展整治等。整治不彻底原因主要为采取整治推平方式，表面上进行了整治，但垃圾倒入沟壑内，未对生活垃圾进行清理，且个别地区采用垃圾焚烧等非环保方式进行整治。问题反弹主要是对已整治的点位采取安装栏杆、防护网等措施，但仍有新增垃圾倒入（破窗效应），建议加强监管、宣传，巩固整治工作成果。

图6 遥感监测生活垃圾堆放点抽查统计

4 结束语

针对农村生活垃圾监测，本文提出了利用卫星遥感技术，基于国产高分辨率卫星影像进行季度监测，探索出“卫星遥感+无人机+实地核查+信息平台”的“天-空-地-网”协同工作模式，建立了农村生活垃圾常态化监测机制，对已整治的问题进行回溯，遏制问题反弹，发现新增问题苗头，把问题消除在萌芽状态。

基于现有农村生活垃圾遥感监测成果，在今后的研究中可从以下几点出发：一是进行常态化卫星遥感监测。对已整治的生活垃圾堆放点进行回头看，遏制问题反弹；及时发现新增违法问题，实现“早发现、早制止、严查处”。二是针对重点区域进行遥感监测。在沿黄河流域、秦岭沿线、汉丹江流域等重点区域开展卫星监测和无人机航拍，保护绿水青山；针对全省乡村振兴示范镇、垃圾治理试点镇开展多期次、长时序遥感监测和对比分析，进一步整治生活垃圾乱堆乱放的现象，提升镇容镇貌，助力乡村振兴战略实施。三是优化完善核查整治系统。根据用户反馈情况，对核查与整治系统进行升级优化，完善工作进度管理、业务分析和成果展示，为生活垃圾治理工作提供信息平台支撑。