一带一路支持项目：遥感时间序列分析中白工业园建设对周边环境的扰动

注：本研究项目在“一带一路”国际科学组织联盟联合研究合作专项的支持下完成。

中国－白俄罗斯巨石工业园（简称：中白工业园）位于白俄罗斯首都明斯克近郊，由中白两国合资建设。中方股东为中工国际工程股份有限公司和哈尔滨投资集团有限责任公司，占60%股份；白方股东为明斯克州政府、明斯克市政府和白俄罗斯地平线控股集团公司，占40%股份。工业园位于明斯克国际机场附近，交通便捷，总用地面积91．5平方公里，一期工程用地面积8．5平方公里。

巨石中白工业园，是中国与白俄罗斯共建“一带一路”合作项目，也是中国在海外最大的工业园。这个由两国领导人共同关心和推动的项目，历经近十年的发展，已成为基础设施完备、营商环境优越、经营理念先进的现代化园区和白俄罗斯最大的招商引资项目，被誉为“‘一带一路’上的明珠”。

园区建有多个标准化厂房供企业租赁或购置。厂房的设计和建造充分体现了绿色发展理念，利用自然光、通风和节能技术，提高了资源利用率，同时也减少了对环境的影响。

数据处理方法介绍

1. 采集中白工业园建设范围内，从2016年到2024年的长时间序列影像，并计算NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) 归一化植被指数以及NDBI (Normalized Difference Built-up Index) 归一化建筑指数。上述两种指数能够反映周边植被以及建筑区域的分布情况。

 NDVI= (NIR-Red)/(NIR+Red) 

NDVI 是用来衡量植被健康程度的指数。通过比较近红外波段（NIR）和红波段（Red）反射率，NDVI 可以有效地识别和区分绿色植被。NDVI 的值范围通常在 -1 到 1 之间：

高值（接近 1）表示健康、茂密的植被。

低值（接近 0 或负值）表示缺乏植被或是裸土、水体等非植被覆盖区域。

 NDBI=(SWIR-NIR)/(SWIR+NIR) 

NDBI 是用来衡量建筑区域的指数。通过比较短波红外波段（SWIR）和近红外波段（NIR）反射率，NDBI 可以有效地识别和区分建筑区域。NDBI 的值范围通常在 -1 到 1 之间：

高值（接近 1）表示建筑区域。

低值（接近 0 或负值）表示非建筑区域，可能是植被、水体等。

△中白巨石工业园区位图

△ 2000-2024年工业园区域遥感影像变化

数据处理方法介绍

2. 在采集影像前按云量25%进行云筛选，同时使用云掩膜算法进行去云。由于目标区域的气候类型为温带大陆性气候，季节分明，因此在11月到来年3月份云量较高，数据空缺较多，因此对于有效像元不足的区域，采用逐月和季度均值合成的方法进行数据整合，补足每景影像中被云遮挡的像元，并重采样到30米分辨率。
3. 数据整理完成后，将各景栅格影像整合成netCDF多维栅格或转为矢量点，同时附加时间属性。
4. 将上述带有时间属性的数据聚合为时空立方体，并包含NDVI和NDBI数值信息。
5. 对时空立方体进行新兴时空热点分析、局部异常值分析以及变化点检测。
6. 输出并可视化上述结果，同时针对项目实际情况进行解译，同时对照原始RGB影像进行验证。

结果展示

1.新兴时空热点分析

△NDVI植被指数新兴时空热点分析结果

 根据分析结果，项目区域内植被从2016年到2024年的变化情况如下： 项目区内建筑区域的分类为持续的冷点、连续冷点以及加强的冷点。

对于持续的冷点，指示为项目开始前就已经存在的建筑，且直到2024年5月依旧存在，对比卫星影像，可以发现为项目开始前就存在的部分主要道路、变电站、物流园、仓库和海关办公室。

连续冷点代表地物作为持续冷点的补充，为项目开始前规划的地块，并在2024年5月时已经建成。

对于加强的冷点，可以解释为直到2024年5月为止，持续间断进行施工的建筑用地。

分散的冷点代表到2024年5月为止，仍未空地或低密度建筑。

而震荡的冷点代表在项目持续的大部分时间为植被覆盖，直到监测时间截止变更为空地或建筑。

△  NDBI建筑指数新兴时空热点分析结果

根据分析结果，项目区域内建筑从2016年到2024年的变化情况如下：

项目区内建筑区域的分类为分散的热点、震荡的热点、持续的热点以及逐渐减少的热点。

对于持续的热点，则表示在项目持续阶段一直为空地或建筑，震荡的热点表示之前多为植被覆盖，最终大部分为建筑的地区。而分散的热点表示持续施工中的建筑区域。逐渐减少的热点可解释为该区域植被密度逐渐增高，可能为园林或人工栽培或恢复的植被。剩余分散的冷点为植被区域。

2.局部异常值分析结果

△  NDVI植被指数局部异常值分析结果

局部异常值分析能够标识出空间和时间环境中的统计显著性聚类和异常值。对于该案例，多种类型表示NDVI植被指数的时间和空间变化模式复杂，较为多变，没有明显的显著性聚类。图中的低-低聚类表示植被指数持续较低的区域，与之前的新兴时空热点分析结果相互印证。

△  NDBI建筑指数局部异常值分析结果

建筑指数的聚类结果同时标识了建筑密集区域以及植被密集区域，同时注意到有部分异常值出现在东北方向的主干道附近，指示为该处区域有一些土地开发活动。

3.变化点检测分析结果。

△  NDBI建筑指数变化点检测结果

△  NDVI建筑指数变化点检测结果

 根据NDVI和NDBI变化点检测结果，发现2017年3月到2017年10月，以及2022年2月到2022年12月为项目开发集中的时间段，这两个时间段内植被、建筑指数的变化均为最多。期间有断断续续的开发过程，变化检测同时清晰地指示了工业园西部园内道路的建设施工过程：2019年10月底到2020年一月底完成了南段施工；2020年2月到2020年5月中旬完成了中段施工；2020年8月底到2020年12月中旬完成了北段施工；2021年3月底到2021年7月中完成了中段与南段的连接工程。

总体来说，在整个工业园从2016年开始至今的持续施工过程中，植被覆盖的变化情况与建筑的变化情况在时间、空间上基本一致，且变化有明显的阶段和区域划分。表示土地的开发以及利用按照规划有序进行，对周围植被的扰动控制在了较低的等级，在土地开发的同时保留了部分植被覆盖，并且在建设过程中进行了人工景观造林和植被恢复。

同时也验证了时间序列遥感影像能够提供更加丰富的土地变化相关信息，能够对大范围环境实现更加完备、更加全面的变化监测。为环境保护、工程进展监测、高标准农田建设等提供更加有力的分析工具。