高分遙感技術在公路交通領域的應用

楊永杰

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

在當代背景下，交通運輸行業(yè)以構建高效和暢通，安全且綠色的交通運輸體系為目標，著力于調整結構、完善網絡、優(yōu)化管理和提升服務。遙感和空間信息技術正在飛速發(fā)展，交通運輸應用中大時空覆蓋感知數(shù)據獲取和處理的需求日益迫切，遙感和空間信息技術在面向交通應用的領域發(fā)展具有巨大潛力以及重大意義。高分辨率遙感數(shù)據圖像覆蓋范圍大，同時探測范圍廣，信息客觀真實、時間性強、成本低、獲取方便，這些優(yōu)點在交通基礎設施勘察設計、維護、運營、路域環(huán)境保護和交通災害監(jiān)測等領域的應用前景都非常廣闊。

2016 年，交通運輸部發(fā)布了《交通運輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》“互聯(lián)網+”和大數(shù)據上升為國家戰(zhàn)略，互聯(lián)網成為交通運輸?shù)闹匾A設施，智慧化這一特征在交通運輸系統(tǒng)中尤為顯著。隨著行業(yè)“十三五”信息化目標的確立，GIS 在交通運輸領域的發(fā)展方向也逐漸明確。

1 遙感技術在交通運輸行業(yè)中的應用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段衛(wèi)星功能向著超寬幅，超高分辨率和多方位等方向發(fā)展，其亞米級光學遙感衛(wèi)星在公路交通領域得到廣泛應用。

發(fā)達國家在20 世紀70 年代開始把遙感技術應用在交通運輸領域，重點應用在道路養(yǎng)護、公路設備設施管理、工程建設項目管理和運輸管理等領域中。主要代表有美國The Qinetiq MaST 系統(tǒng)、挪威FFI的 Eldhuset 系統(tǒng)、歐洲 The European Community Joint Research Centre（JRC）系統(tǒng)、法國 Kerguelend 的CLS 運行系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)主要借助了遙感技術與空間分析技術[1]。

交通部在貧困村公路調查中利用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據，提取貧困區(qū)域農村公路的屬性信息，如位置、寬度、里程和材料等。對地方現(xiàn)有報表以及矢量數(shù)據庫進行核查，針對未按計劃修建路段和已修建未上報路段，未按要求修建路段以及斷頭路等一系列問題進行核查，極大地提高了數(shù)據的核查效率以及準確性，同時全面摸清了農村公路的建設情況，為規(guī)劃、計劃、統(tǒng)計提供依據，提高了業(yè)務主管部門的監(jiān)管和決策能力。

山西高分中心基于高分二號衛(wèi)星影像的山西省“第三次全國農業(yè)普查”工作已全面開展，中心采用高分二號衛(wèi)星的全色與多光譜波段進行影像融合處理得到覆蓋山西省全區(qū)1 m 空間分辨率的真彩色正射影像數(shù)據集，將其與山西省“第三次經濟普查”的矢量數(shù)據進行幾何精匹配，并結合經濟普查數(shù)據中的道路（鐵路、國道、省道、一級道路、二級道路以及鄉(xiāng)村路等）、水系以及典型地物等矢量信息與高分二號影像進行疊加分析。積極參與“農作物遙感測量”工作以及探索將“人”（農戶）、“圖”（遙感影像）、“數(shù)”（統(tǒng)計數(shù)據）有效鏈接以及整合的應用策略。

2 交通運輸中的遙感技術應用

遙感技術在交通運輸行業(yè)中已經形成了一套基礎的信息應用模式，包括道路路產養(yǎng)護、公路設備設施管理、工程建設項目管理、運輸管理和公路災害損毀評估等多個方面。

2.1 道路養(yǎng)護

公路基礎地理數(shù)據、公路養(yǎng)護質量檢查數(shù)報數(shù)據和公路養(yǎng)護日常管理為基礎，通過建立質量檢查、公路養(yǎng)護管理數(shù)據平臺，信息化管理公路養(yǎng)護工作，以便公路養(yǎng)護質量、公路路況和服務狀態(tài)被公路管理部門及時掌握。養(yǎng)護管理人員無需下車，就能準確及時地采集公路附屬設施信息，如公路病害信息、公路養(yǎng)護信息和橋涵及公路路況等。能夠為公路設施各管理環(huán)節(jié)的工作質量做出評價，了解設施的服務狀態(tài)和服務等級。通過數(shù)據共享，互相聯(lián)通，為業(yè)主制定合理養(yǎng)修計劃，為合理分配有限養(yǎng)修資金提供決策支持與幫助。

2.2 公路設備設施管理

設備信息通常以文檔的形式保存, 遙感數(shù)據可以建立設備空間分布的數(shù)據，并將設備信息與設備的空間信息聯(lián)系在一起，用戶在一張地圖上，就可以方便地查詢到各種設備的狀態(tài)與信息，并清楚地了解信息在空間中的分布。

2.2.1 道路里程樁管理

通過遙感可以在地圖上迅速定位道路里程樁,并以此進一步定位標記。

2.2.2 交通監(jiān)控

通過視頻、路面設施（車流量采集、地感線圈、收費站信息）或RFID 等監(jiān)控設備采集各監(jiān)控路段交通狀態(tài)（流量、事故），可以在地圖上展示，并且可以識別交通狀態(tài)并標記與統(tǒng)計。

圖1 視頻等監(jiān)控設備采集各監(jiān)控路段交通狀態(tài)

2.2.3 電子收費

可以實時取得沿線收費業(yè)務信息，收費站信息是交通流量的一個重要來源，通過收費信息顯示道路橋梁交通流量，為道路流量分析決策提供圖形化支持。

2.2.4 顯示設備控制

在地圖平臺上模擬實際場景電子顯示屏顯示控制單元的工作狀態(tài)，并可以進行管理。

2.2.5 外場設備

將設備信息入庫或上傳到平臺，在平臺中對設備位置進行標記，并動態(tài)顯示設備屬性和服務狀態(tài)，便于管理人員跟蹤監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)異?；驁缶?，可以準確定位，并安排調度現(xiàn)場處置工作。使用遙感技術的平臺能夠管理的設備主要有:收費站、擋車器、車輛檢測、顯示屏、攝像頭、火災報警、煙霧檢測、光強檢測、氣象檢測等。通過外場采集設備和監(jiān)控設備，可以對車流量進行分析，并形成實時動態(tài)路況信息，在地圖上面加以描述。

2.3 工程建設項目管理

通過構建精細化的道路三維模型，將施工過程、工期、成本、設計、監(jiān)理等信息與模型對象進行關聯(lián)和管理，不但信息仿真可視，并且能夠指導施工方進行更為科學合理的管理，將最終的施工成果信息形成一套信息與可視化一體的模型系統(tǒng)，系統(tǒng)還可以轉移給運營方進行將來的道路運營養(yǎng)護。

2.3.1 對象信息管理

基于精細化的三維遙感模型，用戶可以將施工過程中的信息與模型實體關聯(lián)，實現(xiàn)在三維場景中的信息存儲、查詢、統(tǒng)計和分析?？梢钥焖俣ㄎ坏街付Ｐ蛯ο螅こ痰氖┕ぴO計圖紙、施工進度、施工成本物料資料、施工監(jiān)理圖像等信息進行查詢；同時還可以針對某一類型的對象批量查詢或統(tǒng)計與分析。

2.3.2 模型構建與瀏覽

圖2 施工監(jiān)理圖像等信息查詢圖

基于BIM技術和道路三維設計數(shù)據，通過遙感數(shù)據平臺將設計數(shù)據與三維地形數(shù)據進行匹配，可以快速構建具有真實空間坐標的道路三維模型。三維模型依據設計數(shù)據，按照設計單元或者施工管理單元進行精細化劃分，形成了橋柱、橋梁、分段路面、墊層等獨立的模型對象，這些對象具有唯一的ID，可以與施工、運營系統(tǒng)中的信息進行匹配，形成基于三維數(shù)據的管理應用。

2.3.3 進度管理

在施工過程中，用戶可以維護每一個模型對象的施工進度，最后可以形成整個工程的施工進度數(shù)據。施工進度數(shù)據不但可以和施工設計計劃進行對比，還可以在三維場景中進行回放，以可視化的方式展現(xiàn)施工的階段進展。

2.4 運輸管理

運輸主要包括城市公交、出租車運輸與其他特種車輛的運輸管理，運輸管理數(shù)據依靠衛(wèi)星遙感技術可以方便地實現(xiàn)對運輸車輛的跟蹤監(jiān)控。

2.4.1 運營能效分析

根據車輛運營信息和路網信息，分析各線路與區(qū)域的運營效能，幫助優(yōu)化完善運營線路。

2.4.2 運行線路規(guī)劃優(yōu)化

根據城市地理和人口分布等信息，綜合交通歷史數(shù)據，幫助公交、特種運輸車輛合理設計和優(yōu)化運輸線路。

2.4.3 車輛人員調度計劃管理

管理每輛車的駕駛員與司乘人員信息，并做出排班計劃；根據各種交通實時信息實現(xiàn)車輛的調度。

2.4.4 監(jiān)控車輛位置信息

通過遙感技術、5G 等技術手段，實現(xiàn)對特種運輸車輛、公交、出租車等運行狀態(tài)、路線、視頻等信息的實施獲取與監(jiān)控。

2.5 公路災害損毀評估

為災情分析和應急處置提供及時可靠的信息源，當交通運輸行業(yè)中發(fā)生公路水毀甚至崩塌、滑坡等災害時，公路往往被阻斷；高速公路和國省干線公路運輸能力面臨較大壓力。在災害面前，主要依靠人力調查災害信息。然而，往往在水毀的區(qū)域情況較復雜，易發(fā)生次生災害。利用高分辨率衛(wèi)星可見光遙感和微波遙感、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)等多種災害監(jiān)測手段，可以大范圍、快速獲取和掌握公路水毀災情信息，能夠在短時間內對道路損毀位置、規(guī)模等信息進行采集，結合路網基礎數(shù)據、水系基礎數(shù)據、雨情數(shù)據、地質構造數(shù)據、業(yè)務上報數(shù)據和野外調查數(shù)據等，對公路域的路基、邊坡路面、橋梁、涵洞、擋墻等目標受洪水、泥石流、滑坡等災害的沖毀情況進行識別，并進行評估與分析工作，形成專題產品和評估報告[2]。

3 結語

公路傳統(tǒng)管理模式較為粗放，在遙感技術的應用下有助于改變公路的管理模式，且能在較大尺度上獲取管理區(qū)劃內的公路總體信息，信息獲取便捷、快速且覆蓋率高。交通運輸管理部門要實現(xiàn)管理區(qū)劃內的公路狀態(tài)及信息監(jiān)控管理并維持信息及時性和有效性需要遙感影像的應用，作為一項重要的技術手段，遙感影像的應用對我國公路建設具有重要意義[3]。但目前遙感影像在公路中的應用也存在受天氣影響、影像數(shù)據更新周期相對較長等較大的缺陷，其應用價值將隨著遙感技術的發(fā)展而逐步提高。