衛(wèi)星遙感技術(shù)在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用

● 文 |中國交通通信信息中心 羅倫

衛(wèi)星遙感技術(shù)在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用

● 文 |中國交通通信信息中心 羅倫

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通網(wǎng)絡(luò)日益完善，交通運(yùn)輸行業(yè)向現(xiàn)代化、信息化和智能化發(fā)展。衛(wèi)星遙感技術(shù)因其觀察范圍廣、信息全面真實、成本低、易更新等特點，在交通領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，橫向涵蓋了公路、鐵路、水路、航空等各個領(lǐng)域，其中以公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，涉及公路勘測設(shè)計、路網(wǎng)及車輛提取、道路健康狀況識別、交通設(shè)施形變監(jiān)測和公路災(zāi)害損毀評估等多個方面，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

交通精準(zhǔn)扶貧

中共中央總書記習(xí)近平特別強(qiáng)調(diào)，“扶貧開發(fā)貴在精準(zhǔn)，重在精準(zhǔn)，成敗之舉在于精準(zhǔn)”。為全面落實國家精準(zhǔn)扶貧工作要求，交通運(yùn)輸部每年在貼近民生實事中明確精準(zhǔn)扶貧通硬化路與農(nóng)村公路建設(shè)指標(biāo)的要求，各省交通部門也將交通精準(zhǔn)扶貧放在首位，全面開展農(nóng)村公路的建設(shè)。但是傳統(tǒng)的農(nóng)村公路核查是派人進(jìn)行實地抽查，或通過GNSS設(shè)備采集部分路段信息進(jìn)行核驗，無法全面掌握農(nóng)村公路扶貧的規(guī)模與分布，存在農(nóng)村公路底數(shù)不清、監(jiān)管核查手段不足、“養(yǎng)護(hù)保通”不到位、補(bǔ)貼資金使用評估手段弱等問題。中國交通通信信息中心利用衛(wèi)星遙感技術(shù)在湖南、云南等省開展了精準(zhǔn)扶貧農(nóng)村公路調(diào)查的相關(guān)工作。

1．貧困村公路調(diào)查

利用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，提取貧困區(qū)域的農(nóng)村公路的位置、寬度、里程、材質(zhì)等屬性信息。對地方現(xiàn)有矢量數(shù)據(jù)庫和報表進(jìn)行核查，針對已修建未上報路段、未按計劃修建路段、未按要求修建路段、斷頭路等問題進(jìn)行核查，極大地提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和核查效率，全面摸清了農(nóng)村公路建設(shè)情況，為規(guī)劃、計劃、統(tǒng)計提供依據(jù)，提高了業(yè)務(wù)主管部門的監(jiān)管和決策能力。

2．貧困村位置與路線通達(dá)通暢核查

通過獲取貧困區(qū)域的高分衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，全面調(diào)查集中連片貧困區(qū)、建制村、自然村等的位置以及優(yōu)先通達(dá)路線的軌跡和道路屬性，準(zhǔn)確掌握貧困村的點位與通達(dá)通暢情況，農(nóng)村公路轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘械缆返惹闆r，為制定精準(zhǔn)的交通扶貧計劃，加強(qiáng)交通扶貧工程執(zhí)行監(jiān)督力度，確保交通扶貧資金落實到位，保障扶貧區(qū)域出行安全順暢提供有力的技術(shù)支撐。

交通設(shè)施形變監(jiān)測

通過合成孔徑雷達(dá)干涉測量（InSAR）技術(shù)可以獲取大范圍、高時空分辨率、長時間序列的交通設(shè)施及周邊區(qū)域的形變細(xì)節(jié)信息，監(jiān)測精度可以達(dá)到毫米級。且不需要做現(xiàn)場監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)，相對其他傳統(tǒng)手段方便快捷，成本低廉，有助于揭示交通基礎(chǔ)設(shè)施形變及周邊區(qū)域地面沉降的發(fā)展趨勢?？捎糜诮煌ɑA(chǔ)設(shè)施的大范圍安全監(jiān)測與隱患排查，為交通設(shè)施的選址、建設(shè)預(yù)警和管理養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

利用2013—2015年的30景TerraSAR衛(wèi)星遙感影像，通過永久散射體干涉測量（PSInSAR）技術(shù)對北京市城區(qū)進(jìn)行大范圍形變監(jiān)測，形變專題圖如圖1所示，圖中紅色表示沉降嚴(yán)重的區(qū)域，綠色表示相對穩(wěn)定的區(qū)域。通過對北京市交通設(shè)施及周邊區(qū)域的沉降監(jiān)測，可以分析出交通設(shè)施建設(shè)所經(jīng)區(qū)域的沉降尺度，找出沉降漏斗區(qū)域，并根據(jù)形變趨勢及變化程度，對交通設(shè)施安全狀況進(jìn)行評價，從而輔助交通設(shè)施管理部門制定合理的養(yǎng)護(hù)方案。

交通災(zāi)害監(jiān)測與損毀評估

1．為日常道路災(zāi)害監(jiān)測提供優(yōu)質(zhì)新手段

目前，道路災(zāi)害監(jiān)測主要手段是通過在路段、橋梁、隧道等需要監(jiān)測的區(qū)域布設(shè)線圈、傳感器、隧道光強(qiáng)檢測器、視頻監(jiān)控設(shè)備等，通過將監(jiān)測結(jié)果實時反應(yīng)到列表或GIS地圖上，如結(jié)果超過閾值則系統(tǒng)自動告警。然而，在自然災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，地廣人稀、自然環(huán)境惡劣，無論是傳統(tǒng)的傳感器檢測手段或是人力巡查方式，都難以實現(xiàn)對道路災(zāi)害的大范圍、自動化監(jiān)測。高分衛(wèi)星遙感技術(shù)利用高分辨率可見光遙感和微波遙感等手段，可以周期性、自動獲取道路路域影像數(shù)據(jù)，針對性地分析監(jiān)測冰雪災(zāi)害、水災(zāi)等多類道路災(zāi)害情況，為日常道路災(zāi)害監(jiān)測提供更加優(yōu)質(zhì)可靠的手段。

2．為災(zāi)情分析和應(yīng)急處置提供及時可靠的信息源

在發(fā)生公路水毀甚至山洪泥石流、滑坡、崩塌等災(zāi)害時，公路阻斷頻繁；重要公路運(yùn)輸通道通行保障面臨較大壓力。在突發(fā)災(zāi)害面前，目前基本是通過依靠人工反饋災(zāi)害的信息。然而，一般發(fā)生道路水毀的區(qū)域地形較復(fù)雜，容易發(fā)生次生災(zāi)害，搶修車輛和人員行車路段的路況情況不明，很難及時抵達(dá)災(zāi)毀現(xiàn)場。即使抵達(dá)現(xiàn)場，車輛和人員的安全也時刻受到威脅。利用高分辨率衛(wèi)星可見光遙感和微波遙感、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等多種災(zāi)害監(jiān)測手段，可以大范圍、快速獲取和掌握公路水毀災(zāi)情信息，能夠在短時間內(nèi)對道路損毀位置、規(guī)模等信息進(jìn)行采集，結(jié)合路網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水系基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、雨情數(shù)據(jù)、地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)上報數(shù)據(jù)和野外調(diào)查數(shù)據(jù)等，對公路域的路基、邊坡路面、橋梁、涵洞、擋墻等目標(biāo)受洪水、泥石流、滑坡等災(zāi)害的沖毀情況進(jìn)行識別，并進(jìn)行評估與分析工作，形成專題產(chǎn)品和評估報告。生成的有關(guān)災(zāi)害專題和救援前線信息可通過相關(guān)應(yīng)急指揮通信調(diào)度系統(tǒng)、應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)實現(xiàn)信息的上傳下達(dá)，為領(lǐng)導(dǎo)決策和指揮提供技術(shù)保障。

中國交通通信信息中心于2016年8月初基于遙感技術(shù)先后在河北省、湖北省、安徽省和湖南省開展了重點道路災(zāi)毀評估工作。在災(zāi)害發(fā)生后及時獲取高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)和無人機(jī)數(shù)據(jù)，進(jìn)行道路損毀信息提取，對60多個災(zāi)毀路段的位置、規(guī)模、類型等進(jìn)行調(diào)查與分析。經(jīng)交通運(yùn)輸部公路水毀調(diào)研組現(xiàn)場比對，結(jié)果真實可靠，為交通管理部門的災(zāi)害評估和恢復(fù)重建提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。圖2為利用北京二號衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取的受災(zāi)前后的河北邢臺新建繞城公路的部分損毀路段，通過衛(wèi)星遙感影像可以看出，災(zāi)前為施工在建公路，公路還未成形；災(zāi)后新建公路已建成，在本次災(zāi)害中路基路面也受到了損壞。

交通重點項目建設(shè)監(jiān)管

近年來，中國政府全力推進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和交通領(lǐng)域改革各項工作，加大交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)資金支持力度，為國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展提供了有力支撐?！笆濉睍r期是交通基礎(chǔ)設(shè)施重大工程建設(shè)的重要階段，2016—2018年擬重點推進(jìn)鐵路、公路、水路、機(jī)場、城市軌道交通項目 303項，涉及項目總投資約 4.7萬億元。針對當(dāng)前國家投資交通基礎(chǔ)建設(shè)項目多、體量大、發(fā)展快的形勢，利用多時相的高分衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，對中央投資公路、鐵路、機(jī)場等交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測研究，

對項目的施工進(jìn)度、征地面積、路域植被、水土流失、土地利用等進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與質(zhì)量評價。降低了人力核查的成本，及時掌握工程建設(shè)情況，為工程建設(shè)項目核查、統(tǒng)計、監(jiān)督、管理提供科學(xué)的手段。

從圖3可以看出，利用北京二號衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，可以很清楚地看到在云南省麗江市華坪縣內(nèi)榮將鎮(zhèn)向西4km處，有正在施工建設(shè)的公路高架墩座。

結(jié)束語

目前，交通運(yùn)輸部將高分衛(wèi)星遙感應(yīng)用示范作為“十三五”重點工作進(jìn)行推動。同時，隨著國內(nèi)外遙感衛(wèi)星數(shù)量和傳感器性能的不斷提升，遙感數(shù)據(jù)源種類和分辨率都得到了大幅的提高，衛(wèi)星遙感技術(shù)也在不斷的積累和完善，這些都將助力遙感技術(shù)在“四個交通”發(fā)展戰(zhàn)略下發(fā)揮其重要影響。

后期，中國交通通信信息中心通過建立交通遙感的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、促進(jìn)衛(wèi)星遙感與衛(wèi)星導(dǎo)航及建筑信息模型（BIM）等多項技術(shù)的融合、擴(kuò)展交通遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍等多個方面，大力提升衛(wèi)星遙感技術(shù)在公路等交通行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的廣度和深度，進(jìn)一步提升交通行業(yè)建設(shè)管理的信息化和智能化，為交通行業(yè)的“十三五”規(guī)劃和國家“一帶一路”倡議的實施提供服務(wù)支持。