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有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

在當代背景下，交通運輸行業以構建高效和暢通，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、優化管理和提升服務。遙感和空間信息技術正在飛速發展，交通運輸應用中大時空覆蓋感知數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展具有巨大潛力以及重大意義。高分辨率遙感數據圖像覆蓋范圍大，同時探測范圍廣，信息客觀真實、時間性強、成本低、獲取方便，這些優點在交通基礎設施勘察設計、維護、運營、路域環境保護和交通災害監測等領域的應用前景都非常廣闊。

2016 年，交通運輸部發布了《交通運輸信息化“十三五”發展規劃》“互聯網+”和大數據上升為國家戰略，互聯網成為交通運輸的重要基礎設施，智慧化這一特征在交通運輸系統中尤為顯著。隨著行業“十三五”信息化目標的確立，GIS 在交通運輸領域的發展方向也逐漸明確。

1 遙感技術在交通運輸行業中的應用現狀

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

發達國家在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、挪威FFI的 Eldhuset 系統、歐洲 The European Community Joint Research Centre（JRC）系統、法國 Kerguelend 的CLS 運行系統等，這些系統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星遙感數據，提取貧困區域農村公路的屬性信息，如位置、寬度、里程和材料等。對地方現有報表以及矢量數據庫進行核查，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。

山西高分中心基于高分二號衛星影像的山西省“第三次全國農業普查”工作已全面開展，中心采用高分二號衛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1 m 空間分辨率的真彩色正射影像數據集，將其與山西省“第三次經濟普查”的矢量數據進行幾何精匹配，并結合經濟普查數據中的道路（鐵路、國道、省道、一級道路、二級道路以及鄉村路等）、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”（統計數據）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中已經形成了一套基礎的信息應用模式，包括道路路產養護、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 道路養護

公路基礎地理數據、公路養護質量檢查數報數據和公路養護日常管理為基礎，通過建立質量檢查、公路養護管理數據平臺，信息化管理公路養護工作，以便公路養護質量、公路路況和服務狀態被公路管理部門及時掌握。養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、公路養護信息和橋涵及公路路況等。能夠為公路設施各管理環節的工作質量做出評價，了解設施的服務狀態和服務等級。通過數據共享，互相聯通，為業主制定合理養修計劃，為合理分配有限養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, 遙感數據可以建立設備空間分布的數據，并將設備信息與設備的空間信息聯系在一起，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 等監控設備采集各監控路段交通狀態（流量、事故），可以在地圖上展示，并且可以識別交通狀態并標記與統計。

圖1 視頻等監控設備采集各監控路段交通狀態

2.2.3 電子收費

可以實時取得沿線收費業務信息，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，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，并動態顯示設備屬性和服務狀態，便于管理人員跟蹤監控，如發現異常或報警，可以準確定位，并安排調度現場處置工作。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控設備，可以對車流量進行分析，并形成實時動態路況信息，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、監理等信息與模型對象進行關聯和管理，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，系統還可以轉移給運營方進行將來的道路運營養護。

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，實現在三維場景中的信息存儲、查詢、統計和分析。可以快速定位到指定模型對象，并對工程的施工設計圖紙、施工進度、施工成本物料資料、施工監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計與分析。

2.3.2 模型構建與瀏覽

圖2 施工監理圖像等信息查詢圖

基于BIM技術和道路三維設計數據，通過遙感數據平臺將設計數據與三維地形數據進行匹配，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、運營系統中的信息進行匹配，形成基于三維數據的管理應用。

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據。施工進度數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，運輸管理數據依靠衛星遙感技術可以方便地實現對運輸車輛的跟蹤監控。

2.4.1 運營能效分析

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

2.4.2 運行線路規劃優化

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

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車輛的調度。

2.4.4 監控車輛位置信息

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

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，當交通運輸行業中發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，往往在水毀的區域情況較復雜，易發生次生災害。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[2]。

3 結語

公路傳統管理模式較為粗放，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管理區劃內的公路狀態及信息監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展而逐步提高。