“一帶一路”交通基礎設施建設衛星綜合應用實踐與思考

·文|中國交通建設集團有限公司 李國棟 崔銀秋 田俊峰

“一帶一路”交通基礎設施建設衛星綜合應用實踐與思考

·文|中國交通建設集團有限公司 李國棟 崔銀秋 田俊峰

“一帶一路”已經成為我國的重大國家戰略。基礎設施互聯互通是“一帶一路”建設的優先領域，將帶動大批鐵路、公路、港口、能源等跨境項目的建設，實現設施聯通，對落實“一帶一路”戰略意義重大。然而，“一帶一路”貫通中亞、東南亞、南亞、西亞及歐洲和部分非洲區域，涉及國家眾多，基礎設施建設除會遭遇地緣政治、文化沖突、經濟轉型、恐怖襲擊等風險外，沿線許多國家基建條件落后、工程地質條件惡劣、社會形勢異常嚴峻、工程市場競爭激烈。如表1所示為重點交通基礎設施包括的內容。

如此復雜的外部條件，如何通過技術創新提升自身競爭力和安全保障是中國企業面臨的的嚴峻考驗。高分遙感、導航定位、衛星通信和其他空間信息技術的飛速發展，為交通基礎設施建設行業的轉型升級、創新發展迎來了重大機遇。空間信息技術與工程建設的深度融合，將引發交通行業的產業革命，形成新的生產方式、產業形態、商業模式和經濟增長點。

表1 重點交通基礎設施

一、“一帶一路”交通基礎設施建設面臨的難題

中國交通建設集團有限公司（以下簡稱中國交建）在“一帶一路”沿線國家已開拓經營30多年。據不完全統計，中國交建在全球100多個國家和地區設有173個辦事機構，海外在建工程項目共500余個，50萬元以上船機投入240余艘，員工72000余名，在130余個國家和地區有實質性的工程業務，基本在全球建立了國際化營銷網絡。中國交建的重型裝備和專業技術隊伍以及疏浚船隊，分布在全球各地，實施各類交通基礎設施建設［1］。但在實施過程中，面臨著諸多困難。

1.基礎資料缺失嚴重，交通設施建設規劃困難

基礎設施互聯互通的實現，首先需進行合理的規劃。交通規劃，需要對國家、地區進行總體性、全局性的考慮，需要大量客觀、翔實、可以持續更新的資料作為分析的基礎和數據支撐，這些資料和數據在國內很容易解決，但在國外，這些資料極其缺乏，使得項目開展舉步維艱。

2.偏遠地區地形復雜，勘察設計方案比選困難

在勘察設計階段，需要搜集整理大量的項目區域基礎地形、地質、環境和植被等數據，同時對關鍵區域開展外業勘察，在此基礎上設計并優化方案，制定詳盡的工程施工方案。工程開展過程中需要面臨如下難題：①地形復雜、山陡谷深、勘察困難，成果質量無法保證，工程勘測人員安全存在隱患。②區域地質構造復雜，大型地質病害宏觀層面了解少。③復雜條件下方案比選難，測設工作量巨大，人為因素多，綜合選線過程中遇見技術難題較多，專業專家無法長期現場解決實際困難，方案比選優化困難。

3.地質復雜災害頻發，監測評估預警救援困難

“一帶一路”諸多工程沿線地質病害較多、分布較廣，危害嚴重，如中巴公路是名副其實的“公路地質災害博物館”，諸多災害嚴重制約并影響著公路的建設和正常運營。由于缺乏長期連續的觀測數據，無法把地質災害點放在區域地質環境系統背景中進行綜合研究，尚未構建一個動態、連續、天空地一體化的立體監測預警技術體系，集成多災種、災害鏈的防災減災體系更是難以建立。

4.地域偏僻、條件惡劣，人員設備施工現場安全監管困難

“一帶一路”工程項目眾多，需要外派和聘用大量工程技術人員和管理人員，在建設現場擁有大量設備物資。大多數建設項目地處偏僻，基礎設施落后，通訊不發達，施工區域現場安全監管困難。其中夾雜著海外政治環境復雜和宗教沖突因素，項目部長期面臨人員設備安全保障難等問題。

5.重視建設輕視養護，重要構造物運營期監測困難

工程項目在施工完成后，一般都有一個責任維護期，此期間，新建的重要構造物（如高邊坡、高填路基、長大橋梁、隧道等）可能產生失穩、滑坡甚至崩塌的問題，軟土地基在路堤荷載作用下容易產生地基沉降變形，極大地增加了工程建設成本。中國交建近年來承擔了大量的國內外BOT（build-operate-transfer）項目，要求從原有單一的建設模式轉向為投資、建設、運營模式，普遍存在重建設、輕養護問題。

6.項目眾多，協同指揮應急保障困難

中國交建在國內外同時開展幾千個項目，一些大型項目存在多個項目部和施工組織單位，各項目部如何進行協調作業，集團總部如何把控項目現場工程進度、人員及物資、設備安全，發生地質災害、自然災害或其他重大安全事故時如何協調指揮、組織應急救援也是一大難題［2］。

二、“一帶一路”交通基礎設施建設對衛星綜合應用的需求

1.快速獲取基礎資料需求

在項目規劃、可研和投標階段，急需項目區域測繪基準、地形和地質等資料，但是傳統手段耗時長、投入大，困難地區人員無法到達、儀器設備出關難，無法滿足生產需要，而衛星綜合技術可給予補充，獲取速度快、精度高、投入少、頻次高、現勢性強，而且在宏觀方面可滿足交通規劃的需求，對衛星數據及相關產品有迫切需求。

（1）建立項目區域測繪基準

由于缺乏相關控制資料，建設區域內坐標基準難以統一。通過在工程項目區域內建立北斗地基增強系統，可實現高精度導航定位，填補北斗技術在海外交通基礎設施建設應用的空白，滿足設計、規劃、運營、監測等需要高精度坐標基準服務的用戶需求。

（2）快速獲取基礎地形地質資料

交通規劃需要全面掌握項目區域的基礎交通網絡數據信息。利用衛星技術可以提供實時、準確、高精度的地形圖，通過對區域現狀地質災害進行全面探查，形成區域地質災害分布圖。高分辨率遙感衛星影像進行數字地形圖更新是一種周期短、見效快、效率高、花費少的切實可行的方法，可為工程初步選線及選址提供基礎資料。

2.勘察及快速比選優化設計需求

現有勘察手段工作量大，易出錯，外業人員在野外缺乏相關資料支持，易造成調查不全面、不準確，難以將外業調查的成果及時全面地交接給內業。可以利用基于北斗導航、預裝區域范圍內衛星遙感影像等衛星綜合技術，提供實時標繪記錄及手機照片等，大大提高外業勘察工作效率。

3.地質災害監測預警需求

對地質災害演化和潛在地質災害及其演化規律認識的局限性，為建設項目將來的安全運營造成潛在威脅。利用遙感技術可對項目區域范圍內的地質災害類型、等級進行分區、分類，形成公路地質災害基礎數據庫，結合區域內的水文、氣象、地質構造等歷史數據及實時觀測數據，可對地質災害的危險性進行評估預警，通過長期動態監測對地質災害的發展發育情況進行預測。在高危區域布置數據采集終端，實時傳輸災害信息，及時掌握發生災害時間、位置，可提高工程應急救援實時性和救援效率。

4.人員設備安全監管需求

（1）工程人員、設備安全監管

中國交建海外“一帶一路”項目遍布全球，現場偏遠、環境復雜，調動頻繁，且多工地多類型設備交叉，對于施工現場的動態監測需求尤為突出。利用自主通導一體化手持終端主動報警和被動報警模式，可實現施工人員全員安全監管［3］。

（2）機械設備數字化施工

工程機械設備的完好性和優劣性則直接影響到工程質量、工程工期和綜合效益。數字化施工技術，是在施工機械上加裝自動控制系統，配合北斗/GPS或全站儀，進行施工的自動控制作業，不需要人員在機械周圍監測，避免重復作業，保障了施工安全。

5.現場安全動態監管需求

“一帶一路”沿線國家的工程現場管理人員相對較少，中國交建難以對現場情況及時了解，利用高分辨率衛星遙感影像的光譜、形狀特征可對工程進度進行動態監測。

公路建設施工組織復雜，場地狹小，面對極端困難施工條件，更需要對施工現場諸如堰塞湖之類的危險源的危險性進行動態監測和評估，保障工程施工有序進行。

利用衛星移動通信，構建重點施工區域內局域通信網絡，結合手持終端與傳感器，能夠輔助工程各階段巡檢工作，實現工程現場隱患數據的采集、處理反饋、復查、預警預報以及隱患點規避等功能，達到提前預警作用。

6.重要構造物安全監測需求

BOT項目對重要構造物各個階段的安全檢測監測更加重要。在保障施工安全、提升建設質量的基礎上，通過建設期連續獲取的背景、條件等大量信息，圈定重點地區、時段及危害程度，針對區域內危險等級較高的重要構造物，布設地面傳感器對其位移、沉降、結構應變力、壓力等參數進行監測，并延續到后期運營階段，提供暢通、安全的運輸服務。中國交建已經在部分BOT高速公路項目中，采用衛星綜合應用技術，期望控制項目施工期風險、降低運營期成本，在項目的全壽命周期過程中使項目總體投資回報最大化。

7.工程管理應急救援需求

可以有效利用現有通信衛星資源，結合局域網通信技術化手段，提高現有救助力量的救援效率。應急條件下，利用手持終端，通過衛星鏈路，實現終端之間、終端與公網用戶間的雙向通信，匯報現場情況、位置信息、拍攝上傳現場視頻及圖像信息，指揮機關發送及時指令、實時監控、實時信息交互，實現高效可靠的應急救援通信、定位導航保障。

三、“一帶一路”交通基礎設施建設衛星綜合應用實踐

1. Ku頻段衛星通信系統應用

中國交建擁有800余艘大型工程船舶、逾5000個項目部，船舶調動頻繁，對船舶的遠程調遣、運行監控需求特別突出。通過AIS和3G/4G網絡難以適應遠海海域，往往超過海岸30～50海里就不再適用，利用寬帶衛星遠程監控成為必然的選擇。尤其是2015年以來，供應商提供免費的動中通天線使用權，減少了船東的巨額成本支出，每個月五六千元的通信成本還是可以承受的。目前有五十余艘工程船舶選擇了Ku頻段船載衛星通信系統。

該系統根據船舶行駛范圍選擇全球覆蓋Ku頻段轉發器資源，使用iDirect雙向衛星通信系統，配合相關衛星轉發器資源、射頻傳輸設備以及調制解調設備等，建立起各端站與衛星公司北京地面站之間的衛星星狀網連接，網絡數據通過地面互聯網從主站傳輸至用戶總部。

通過為每艘船舶提供一個工作上網賬號， 滿足3個工作終端以無線WiFi方式接入系統， 滿足船舶商用軟件接入互聯網，滿足船舶工作數據采集系統的回傳，滿足視頻會議通話；提供一路衛星IP電話線路，滿足至少100～300M/月的語音電話流量需求；提供4路標準CCTV監控錄像采集回傳通道；滿足30位船員的移動終端以無線WiFi的方式接入互聯網，為個人提供300M免費流量，一個用戶名允許接入2個無線設備。在用戶租用衛星帶寬緊張的情況下，按照用戶需求優先保障高優先級業務數據傳輸。

陸地上，蒙內鐵路（蒙巴薩港-內羅畢）項目建設了總指揮中心及除北京外的2個分指揮中心間的衛星通信鏈路，同時建立了與北京分指揮中心的地面鏈路，最終實現各指揮中心間的電視會議及VoIP通信，同時保障肯尼亞3個站點的互聯網服務接入。

2.北斗衛星導航系統應用

中國交建下屬的多家公司與多家北斗供應商開展了基于北斗的系列技術開發與應用合作。中交上航局承擔的2013年國家衛星及應用產業發展專項“基于北斗兼容系統的工程船舶智能位置服務平臺研制與應用示范”，解決了北斗多卡并發、信息標準化采集與傳輸等技術難題，完成了基于北斗的信息傳輸、智能位置服務技術研發，研制了北斗集成通信機等設備，建立了工程船舶智能位置服務平臺，實現了工程船舶信息遠程傳輸與實時遠程管理，已在100多艘工程船舶、30多個海洋水文觀測站上成功應用，在國家重大外海工程項目的生產調度、應急指揮、資源保障等方面發揮了積極的作用，行業示范應用效果明顯，已經順利通過國家驗收。

由中國交建負責組織實施的國家2014年北斗衛星導航產業重大應用示范發展專項海洋開發應用領域的應用示范工作正在實施，重點支持建設北斗工程管理平臺和相關基礎設施，在海洋資源調查、水文地質勘查、施工作業、遠海工程項目管理等領域推廣應用北斗衛星導航定位裝備，提供開發利用海洋資源的能力。項目依托北斗，圍繞“3S+C（GNSS，RS，GIS+Communication）”技術融合創新主線，組合利用多種衛星系統，整合應用各類天基與地基系統資源，充分發揮各種通信網絡能力；服務中國交建國內外安全應急管理和生產經營管理，重點提升全集團應急管理水平，以及為重大工程項目提供科技保障兩大方向［4］。

3.高分辨率遙感技術應用

中國交建注重高分遙感行業應用研究，2012年下屬中咨集團承擔了國家重大專項“高分辨率對地觀測系統”先期攻關，2015年承擔了國家重大專項“高分辨率對地觀測系統”一期項目，均取得了大量的實用性成果。本項目主要針對我國高分專項，開展高分遙感數據在交通領域的需求分析，突破基于高分遙感影像在交通應用領域的交通基礎信息提取與更新、交通災害因子信息提取和特征參數反演、航道監測及船舶運營管理等多項關鍵技術，構建交通遙感綜合服務平臺，生產各類交通遙感專題產品，并通過相應的分析功能提供相應的服務，對系統平臺進行驗證和示范應用。

四、“一帶一路”交通基礎設施建設衛星綜合應用的思考

1.國內外基礎建設市場應用前景廣闊

基礎設施對于吸引投資和振興經濟至關重要，各國為了拉動本國經濟增長，不約而同地選擇了通過擴大基礎設施建設投資來刺激經濟增長的策略，為全球基礎設施建設迎來了空前的發展機遇。隨著“一帶一路”戰略進入落實階段，基礎設施互聯互通是“一帶一路”建設的優先領域，基礎設施互聯互通是“一帶一路”戰略的首要前提、核心關鍵，必須優先。意味著，不論是發展中國家還是發達國家，以刺激經濟復蘇、促進就業為目標的基礎設施建設存在著巨大的市場需求。

對于中國企業來說，在“一帶一路”沿線國家贏得市場，尤其是進入發達國家市場，必須提升自身實力、走向行業高端。海外融投資帶動總承包以及特許經營類項目是國際工程發展的趨勢和新模式，中國企業必須從建筑承包商轉型為建筑服務商，增強傳統的施工管理能力、提升自身的融投資、項目策劃和項目運營的能力。由自主衛星建立起來的“天基絲路”，為中國企業與人員“走出去”以及相關國家之間的互聯互通提供了有效的信息保障。

2.促進交通建設行業技術革新，帶動衛星產業鏈發展

充分利用遙感、通信、導航等衛星資源，將衛星綜合應用技術引入交通行業，將在安全性、便捷性和整體性等方面，為交通行業帶來新的價值。

衛星技術應用會提升立體交通領域的安全性，如地質選線，將更加精細、更加周全的考慮周邊環境的影響；如交通災害預警預防，偏遠地區的交通災害可以得到有效的監測等。衛星技術為項目建設、運營、管理和養護等各個階段及時提供新的數據和便捷的服務支持，如高分遙感提供的道路自動選線服務，如路域環境及災害調查，使管理者迅速做出宏觀決策，減輕繁重的野外工作量等。衛星技術的大范圍信息獲取能力，使交通人不再局限于“線狀”分析交通問題，方便的獲得“面狀”甚至“體狀”的交通基礎數據，將整個交通網作為一個整體來進行考慮。

針對各種特殊及惡劣工作環境條件下，為建設項目研制的相關硬件產品和相關系統開發成果，有利于促進交通行業技術進步，對上下游的產業鏈有著較大的推動作用；可帶動衛星應用產業在交通行業市場化、規模化、產業化發展，增強自主衛星技術和產品的核心競爭力。

3.服務企業“走出去”，提升我國衛星產品全球化服務能力

以泛在、智能、綠色為大前提，充分發揮時空信息的核心凝聚力、基礎支撐力和關聯帶動力，將“大、智、云、物、移”（大數據、智能城市、云計算、物聯網、移動互聯網）等概念打通貫穿起來，實現有機融合和系統集成，將有效輔助服務我國企業“走出去”，是提升企業實力、實現創新驅動、轉型發展的重要手段和支撐［5］。

通過“一帶一路”具體工程的實踐，研制的各類服務平臺、終端硬件、遙感產品等多種類型衛星技術應用產品，不斷改進、升級，不僅可促進衛星產業的規模化應用，更提升了我國衛星產品全球化服務能力。

五、結束語

交通建設企業是貫徹實施“一帶一路”發展戰略的主力軍，在推動我國交通運輸資源走出去的過程中，通過衛星綜合應用技術提升自身實力，同時也把自主衛星技術帶出去，對貫徹執行 “走出去”的國際戰略具有非常重要的政治和經濟意義。

以衛星遙感技術為核心，綜合運用北斗、通信衛星等其他空間信息技術，結合物聯網、大數據、云計算等現代信息技術，發揮空間信息技術在地理信息采集、認知、分析等方面的優勢，促進空間信息技術在“一帶一路”交通基礎設施建設項目規劃、設計、施工建設和運行維護全壽命空間信息服務保障，保障工程人員、設備、物資安全，推動衛星綜合應用的產業化發展。同時也提升了我國在基礎設施建設、港口運營、設備制造等領域的管理與技術優勢，推動中國標準、技術、裝備、服務和交通建設行業在更大范圍和更高層次上“走出去”，實現交通運輸持續創新發展，全面推動 “綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通” 四個交通發展。

［1］田俊峰.盡快讓“北斗”服務海洋工程建設［N］.交通建設報，2014-05-29.

［2］中國交建北斗辦.“天基絲路”助力“交融天下”［N］.交通建設報，2015-06-11.

［3］何建波，張工，崔銀秋，田俊峰.北斗在遠海工程人員安全監管中的應用前景［J］.中國港灣建設，2015（4）：68-71.

［4］崔銀秋，牛玉欣，田俊峰，張浩強.自主空間信息應用與服務體系在海洋工程中的應用實踐與前景［J］.中國港灣建設，2016（4）：71-76.

［5］曹沖.我國北斗產業發展的幾點建議.第十一屆中國衛星應用產業國際研討會論文集［C］. 2015：198-202.

巴基斯坦瓜德爾港高分二號衛星影像

該圖（成像時間2016年2月17日）為巴基斯坦瓜德爾港高分二號衛星0.8米全色與3.2米多光譜數據的真彩色融合影像。瓜德爾港位于巴基斯坦俾路支省西南部，為深水港，由中國政府援建，于2002年3月開工，2015年2月基本竣工，預計2016年年底投入全面運營，將使中國部分石油的運輸路程縮短85%。該港口是南亞、中東、北非之間的咽喉，作為“中巴經濟走廊”的終點，是“一帶一路”中巴能源合作的咽喉，也是中國連接中東的中轉站。

中國資源衛星應用中心 供圖