衛星遙感技術在公路交通領域的應用

● 文 |中國交通通信信息中心 羅倫

衛星遙感技術在公路交通領域的應用

● 文 |中國交通通信信息中心 羅倫

隨著經濟的發展，交通網絡日益完善，交通運輸行業向現代化、信息化和智能化發展。衛星遙感技術因其觀察范圍廣、信息全面真實、成本低、易更新等特點，在交通領域得到了越來越廣泛的應用，橫向涵蓋了公路、鐵路、水路、航空等各個領域，其中以公路交通領域的應用最為廣泛，涉及公路勘測設計、路網及車輛提取、道路健康狀況識別、交通設施形變監測和公路災害損毀評估等多個方面，取得了良好的社會效益和經濟效益。

交通精準扶貧

中共中央總書記習近平特別強調，“扶貧開發貴在精準，重在精準，成敗之舉在于精準”。為全面落實國家精準扶貧工作要求，交通運輸部每年在貼近民生實事中明確精準扶貧通硬化路與農村公路建設指標的要求，各省交通部門也將交通精準扶貧放在首位，全面開展農村公路的建設。但是傳統的農村公路核查是派人進行實地抽查，或通過GNSS設備采集部分路段信息進行核驗，無法全面掌握農村公路扶貧的規模與分布，存在農村公路底數不清、監管核查手段不足、“養護保通”不到位、補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星遙感技術在湖南、云南等省開展了精準扶貧農村公路調查的相關工作。

1．貧困村公路調查

利用高分衛星遙感數據，提取貧困區域的農村公路的位置、寬度、里程、材質等屬性信息。對地方現有矢量數據庫和報表進行核查，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、斷頭路等問題進行核查，極大地提高了數據的準確性和核查效率，全面摸清了農村公路建設情況，為規劃、計劃、統計提供依據，提高了業務主管部門的監管和決策能力。

2．貧困村位置與路線通達通暢核查

通過獲取貧困區域的高分衛星遙感影像數據，全面調查集中連片貧困區、建制村、自然村等的位置以及優先通達路線的軌跡和道路屬性，準確掌握貧困村的點位與通達通暢情況，農村公路轉變為城市道路等情況，為制定精準的交通扶貧計劃，加強交通扶貧工程執行監督力度，確保交通扶貧資金落實到位，保障扶貧區域出行安全順暢提供有力的技術支撐。

交通設施形變監測

通過合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）技術可以獲取大范圍、高時空分辨率、長時間序列的交通設施及周邊區域的形變細節信息，監測精度可以達到毫米級。且不需要做現場監測網建設，相對其他傳統手段方便快捷，成本低廉，有助于揭示交通基礎設施形變及周邊區域地面沉降的發展趨勢。可用于交通基礎設施的大范圍安全監測與隱患排查，為交通設施的選址、建設預警和管理養護提供科學依據。

利用2013—2015年的30景TerraSAR衛星遙感影像，通過永久散射體干涉測量（PSInSAR）技術對北京市城區進行大范圍形變監測，形變專題圖如圖1所示，圖中紅色表示沉降嚴重的區域，綠色表示相對穩定的區域。通過對北京市交通設施及周邊區域的沉降監測，可以分析出交通設施建設所經區域的沉降尺度，找出沉降漏斗區域，并根據形變趨勢及變化程度，對交通設施安全狀況進行評價，從而輔助交通設施管理部門制定合理的養護方案。

交通災害監測與損毀評估

1．為日常道路災害監測提供優質新手段

目前，道路災害監測主要手段是通過在路段、橋梁、隧道等需要監測的區域布設線圈、傳感器、隧道光強檢測器、視頻監控設備等，通過將監測結果實時反應到列表或GIS地圖上，如結果超過閾值則系統自動告警。然而，在自然災害多發地區，地廣人稀、自然環境惡劣，無論是傳統的傳感器檢測手段或是人力巡查方式，都難以實現對道路災害的大范圍、自動化監測。高分衛星遙感技術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據，針對性地分析監測冰雪災害、水災等多類道路災害情況，為日常道路災害監測提供更加優質可靠的手段。

2．為災情分析和應急處置提供及時可靠的信息源

在發生公路水毀甚至山洪泥石流、滑坡、崩塌等災害時，公路阻斷頻繁；重要公路運輸通道通行保障面臨較大壓力。在突發災害面前，目前基本是通過依靠人工反饋災害的信息。然而，一般發生道路水毀的區域地形較復雜，容易發生次生災害，搶修車輛和人員行車路段的路況情況不明，很難及時抵達災毀現場。即使抵達現場，車輛和人員的安全也時刻受到威脅。利用高分辨率衛星可見光遙感和微波遙感、北斗衛星導航系統等多種災害監測手段，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、規模等信息進行采集，結合路網基礎數據、水系基礎數據、雨情數據、地質構造數據、業務上報數據和野外調查數據等，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。生成的有關災害專題和救援前線信息可通過相關應急指揮通信調度系統、應急視頻會議系統實現信息的上傳下達，為領導決策和指揮提供技術保障。

中國交通通信信息中心于2016年8月初基于遙感技術先后在河北省、湖北省、安徽省和湖南省開展了重點道路災毀評估工作。在災害發生后及時獲取高分辨率衛星數據和無人機數據，進行道路損毀信息提取，對60多個災毀路段的位置、規模、類型等進行調查與分析。經交通運輸部公路水毀調研組現場比對，結果真實可靠，為交通管理部門的災害評估和恢復重建提供了科學的數據支持。圖2為利用北京二號衛星數據提取的受災前后的河北邢臺新建繞城公路的部分損毀路段，通過衛星遙感影像可以看出，災前為施工在建公路，公路還未成形；災后新建公路已建成，在本次災害中路基路面也受到了損壞。

交通重點項目建設監管

近年來，中國政府全力推進交通基礎設施建設和交通領域改革各項工作，加大交通基礎設施建設資金支持力度，為國民經濟和社會發展提供了有力支撐。“十三五”時期是交通基礎設施重大工程建設的重要階段，2016—2018年擬重點推進鐵路、公路、水路、機場、城市軌道交通項目 303項，涉及項目總投資約 4.7萬億元。針對當前國家投資交通基礎建設項目多、體量大、發展快的形勢，利用多時相的高分衛星遙感影像數據，對中央投資公路、鐵路、機場等交通基礎設施建設項目進行動態監測研究，

對項目的施工進度、征地面積、路域植被、水土流失、土地利用等進行動態監測與質量評價。降低了人力核查的成本，及時掌握工程建設情況，為工程建設項目核查、統計、監督、管理提供科學的手段。

從圖3可以看出，利用北京二號衛星影像數據，可以很清楚地看到在云南省麗江市華坪縣內榮將鎮向西4km處，有正在施工建設的公路高架墩座。

結束語

目前，交通運輸部將高分衛星遙感應用示范作為“十三五”重點工作進行推動。同時，隨著國內外遙感衛星數量和傳感器性能的不斷提升，遙感數據源種類和分辨率都得到了大幅的提高，衛星遙感技術也在不斷的積累和完善，這些都將助力遙感技術在“四個交通”發展戰略下發揮其重要影響。

后期，中國交通通信信息中心通過建立交通遙感的行業標準、促進衛星遙感與衛星導航及建筑信息模型（BIM）等多項技術的融合、擴展交通遙感技術的應用范圍等多個方面，大力提升衛星遙感技術在公路等交通行業領域應用的廣度和深度，進一步提升交通行業建設管理的信息化和智能化，為交通行業的“十三五”規劃和國家“一帶一路”倡議的實施提供服務支持。