衛(wèi)星遙感在鐵路監(jiān)測中的應(yīng)用進展

文 | 姚京川 梁志廣 郭繼亮 張勇1， 簡國輝1， 袁慕策1， 王無敵

1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司

2.高速鐵路軌道技術(shù)國家重點實驗室

3.鐵科檢測有限公司

4.中科衛(wèi)星（山東）科技集團有限公司

近年來，我國衛(wèi)星遙感技術(shù)取得了重大進展，已有多個系列遙感衛(wèi)星投入運行，包括高分系列遙感衛(wèi)星（GF）、資源系列遙感衛(wèi)星（CBERS/ZY）、環(huán)境系列遙感衛(wèi)星（HJ）、高景遙感衛(wèi)星（SuperView）、海洋系列遙感衛(wèi)星（HY）、風云氣象系列衛(wèi)星（FY）、北京系列衛(wèi)星（BJ）等。這些衛(wèi)星負載不同載荷、包含光學(xué)和雷達等不同類型探測器、擁有亞米級的時空分辨率和短重訪周期，可提供強大的對地觀測能力[1]。各系列衛(wèi)星側(cè)重點不同，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋、水利、礦產(chǎn)、交通、減災(zāi)和測繪等領(lǐng)域協(xié)同發(fā)揮作用。目前，這些遙感衛(wèi)星正在逐步形成體系，為生產(chǎn)生活、應(yīng)急處置、科學(xué)研究等方面提供實時準確的信息，不斷降低對國外遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的依賴。同時，當前涌現(xiàn)的各種具體應(yīng)用對衛(wèi)星遙感技術(shù)也提出了更高的要求，包括更大的觀測范圍、更高的時空分辨率、更智能的應(yīng)急響應(yīng)能力等，這對衛(wèi)星及其載荷的設(shè)計和研制都提出了新的要求，也出現(xiàn)了各種針對具體需求的定制化載荷和控制系統(tǒng)。

截至2022 年底，全國鐵路營業(yè)里程達到15.5萬千米，其中高鐵4.2 萬千米。2016 年版國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》（2016—2035 年）規(guī)劃的“八縱八橫”高鐵網(wǎng)主骨架覆蓋性和通達性進一步提升，多條線路分批次開通運營、開工建設(shè)、完成規(guī)劃和勘探等。其中，西部鐵路網(wǎng)持續(xù)建設(shè)中，西部12省區(qū)市的鐵路營業(yè)里程達6.3 萬千米，其中高鐵1.1萬千米。同時，以“雅萬高鐵”“中老泰鐵路”為代表的境外鐵路建設(shè)項目不斷推進，中國鐵路已成為國際產(chǎn)能合作的重要代表。

我國鐵路的全生命周期可分為勘測、施工、運營維護三個階段，在不同階段對于監(jiān)測有不同的需求[2]。衛(wèi)星測量技術(shù)作為重要的測量技術(shù)之一，具有大范圍、高頻次、無接觸的區(qū)域監(jiān)測能力，可提供亞米級的高分辨率遙感影像和豐富的數(shù)據(jù)。近年來，遙感技術(shù)在高精度基礎(chǔ)地理測繪、地物檢測識別等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。國內(nèi)的研究人員已在多個方面開展鐵路遙感監(jiān)測應(yīng)用研究和工程嘗試，取得了良好進展。本文分別介紹衛(wèi)星遙感技術(shù)在鐵路勘測、施工、運營維護三個階段的應(yīng)用進展。

一、衛(wèi)星遙感在鐵路勘測中的應(yīng)用

作為鐵路生命周期的開始，鐵路勘測經(jīng)信息收集、綜合分析后出具選線的可行性方案。20 世紀70 年代后期，我國已經(jīng)開始在鐵路新線選線勘測中應(yīng)用陸地衛(wèi)星TM 遙感圖像，其高空間分辨率、波譜分辨率和多波段影像可提供更大信息量。隨著諸多長大鐵路項目的啟動，衛(wèi)星遙感在鐵路勘測中發(fā)揮出越來越重要的作用，有效地提高了勘測效率和質(zhì)量。

目前，已有多顆商業(yè)對地觀測衛(wèi)星投入使用，大部分均可滿足鐵路勘測中的制圖要求，包括GeoEye-1、QuickBird、IKONOS、SPOT 等。傳感器已經(jīng)覆蓋多光譜波段、近紅外、遠紅外、短波紅外和微波L 波段等，分辨率可達到亞米級，重訪周期也在不斷縮短，最短可到1 天內(nèi)。

基于所得到的衛(wèi)星圖像和數(shù)據(jù)，可導(dǎo)入相關(guān)軟件進行處理，結(jié)合人工判釋和測量生成各種比例尺的地形圖，滿足勘察設(shè)計的初步需要。不同地面分辨率影像可以得到不同比例尺的測圖，分辨率為0.28-0.56m 的影像可以用于繪制比例尺為1:2000的測圖；分辨率為0.4-0.8m 的影像可以用于繪制比例尺為1:5000 的測圖；分辨率為0.8-1.6m 的影像可以用于繪制比例尺為1:10000 的測圖；分辨率為1.0-2.4m 的影像可以用于繪制比例尺為1:25000的測圖；分辨率為1.4-3.2m 的影像可以用于繪制比例尺為1:50000 的測圖[3]。

除制圖外，還可以利用衛(wèi)星遙感圖像生成信息量更大的二維數(shù)字正射影像圖或三維數(shù)字立體景觀圖，為鐵路勘測提供全方位信息。目前，越來越多的鐵路勘測設(shè)計正在基于高分辨率遙感數(shù)據(jù)，提取線路規(guī)劃地的遙感三維數(shù)據(jù)源，構(gòu)建并顯示三維場景，更直觀地輔助選線決策。通過將遙感技術(shù)、數(shù)字攝影測量技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)字地質(zhì)技術(shù)綜合集成，所建立的三維可視化選線地理模型，可同時滿足地質(zhì)選線和環(huán)境選線要求[4]。基于建筑信息模型（BIM）和地理信息系統(tǒng)（GIS）的三維線路場景構(gòu)建，可進一步利用遙感影像數(shù)據(jù)，輔助線路方案比選[5]。當前研究大多數(shù)基于國外商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)源，隨著國內(nèi)遙感衛(wèi)星在傳感器種類、分辨率、重訪周期等關(guān)鍵參數(shù)上不斷取得進展，數(shù)據(jù)源正在逐漸向國內(nèi)遙感衛(wèi)星轉(zhuǎn)換。目前國內(nèi)高分、資源系列衛(wèi)星的傳感器已經(jīng)覆蓋全色、多光譜波段、近紅外、中短波紅外等，分辨率可達到亞米級，重訪周期最短可到20 s，并且根據(jù)需求發(fā)展出陸地和大氣觀測專用衛(wèi)星（如高分五號）、地球同步軌道遙感衛(wèi)星（如高分四號）等特殊用途衛(wèi)星。

中國高鐵技術(shù)已經(jīng)開始輸出海外，海外鐵路的勘測設(shè)計中，最大的難點之一即某些地區(qū)地形圖資料的缺乏。基于高分辨率衛(wèi)星影像的鐵路勘測制圖可以得到較高的精度、較好的時效性和較高的數(shù)據(jù)采集效率，結(jié)合國產(chǎn)遙感衛(wèi)星如高分系列，可進一步降低數(shù)據(jù)成本，提高我國高鐵技術(shù)的整體競爭力，適用于海外鐵路建設(shè)項目[6]。

二、衛(wèi)星遙感在施工中的應(yīng)用

施工是鐵路生命周期中技術(shù)要求最高、影響因素最多的階段，主要包括工程地質(zhì)監(jiān)測和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等，涉及的監(jiān)測目標物種類多樣（如巖石、植被等），對技術(shù)應(yīng)用的要求更具體、難度更大。

1.工程地質(zhì)監(jiān)測

鐵路工程地質(zhì)監(jiān)測需全面評估和分析鐵路沿線的工程地質(zhì)條件，包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)等。衛(wèi)星遙感在鐵路施工中有多種具體應(yīng)用。早在20 世紀90 年代，衛(wèi)星遙感圖像和航空遙感圖像就已經(jīng)應(yīng)用于鐵路施工的地質(zhì)判釋。基于地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、水文學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)綜合分析的方法，基于遙感圖像解譯內(nèi)昆線新寨隧道的滑坡、崩塌、巖堆、落水洞、漏斗等地質(zhì)病害及其成因，為鐵路隧道的合理設(shè)計和施工提供了決策依據(jù)。

利用衛(wèi)星遙感圖像可編制工作地質(zhì)圖。路瀚等采用遙感信息分析、工程地質(zhì)遙感解譯和野外驗證相結(jié)合的方法，以高分二號和Landsat-8 圖像信息為依據(jù)，對地質(zhì)體復(fù)雜的鐵路路線走廊帶的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)及特殊地質(zhì)現(xiàn)象進行全面的工程地質(zhì)條件解譯（圖1）[7]。除制圖外，衛(wèi)星遙感技術(shù)與GPS、區(qū)域地質(zhì)圖、工勘資料等多源空間數(shù)據(jù)結(jié)合，可建立三維遙感地質(zhì)勘察技術(shù)，實現(xiàn)了遙感解譯高精度、高效率、大比例及解譯成果制圖一體化[8]。

圖1 基于遙感圖像解譯復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域地質(zhì)特點

除了光學(xué)遙感影像外，衛(wèi)星雷達遙感影像也開始應(yīng)用于鐵路工程地質(zhì)勘測。與光學(xué)遙感影像相比，雷達遙感不受光照和天氣影響，具有一定的地表穿透性，還可進行立體成像，獲得獨特的地表地物信息。譚衢霖等針對遙感雷達圖像在鐵路的應(yīng)用，分析了鐵路工程地質(zhì)遙感中雷達圖像的應(yīng)用效果。雷達遙感圖像在不同的地質(zhì)應(yīng)用中具有特定的雷達回波響應(yīng)特征[9]。近年來，干涉雷達遙感技術(shù)不斷發(fā)展，與航空遙感、高分辨無人機機載激光雷達等技術(shù)一同應(yīng)用于高效率的鐵路工程地質(zhì)條件綜合勘察。

2.生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

鐵路建設(shè)項目施工過程可對生態(tài)環(huán)境造成影響，包括周邊植被、水土、農(nóng)田等，需進行綜合評價。早期研究中，鐵路建設(shè)對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的影響缺乏監(jiān)測指標和監(jiān)測技術(shù)方案，采用的是行業(yè)標準HJ/T192-2006《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范（試行）》中規(guī)定的指標體系和計算方法。基于衛(wèi)星遙感圖像可對鐵路沿線的生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度、土地退化指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)進行計算和分級研判。近期，宋珺等通過分析鐵路施工期生態(tài)環(huán)境的影響范圍和因子，篩選確立具有可操作性的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標，并進一步以衛(wèi)星遙感、無人機遙感、遠程監(jiān)測和地面監(jiān)測等技術(shù)為支撐，構(gòu)建了全面的監(jiān)測技術(shù)方案。其中，生態(tài)指標中的生態(tài)系統(tǒng)、土地利用、植被、景觀和生態(tài)敏感區(qū)監(jiān)測要求，可采用衛(wèi)星遙感的監(jiān)測方式，選擇具有植被觀測能力的傳感器和分辨率為米級的遙感數(shù)據(jù)，例如國內(nèi)資源衛(wèi)星或者高分衛(wèi)星影像，取得良好的監(jiān)測結(jié)果[10]。生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心基于國產(chǎn)高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，進行了鐵路施工期環(huán)境監(jiān)理，充分發(fā)揮了遙感技術(shù)快速、客觀、大范圍的優(yōu)勢，構(gòu)建環(huán)境監(jiān)理信息“一張圖”，涵蓋了主要包括環(huán)評及批復(fù)空間化數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)理關(guān)注目標空間及屬性數(shù)據(jù)、鐵路建設(shè)項目基本信息數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理要素測繪數(shù)據(jù)、地面核查數(shù)據(jù)和高分遙感數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，全面反映鐵路建設(shè)項目環(huán)評批復(fù)、施工期環(huán)境信息動態(tài)、環(huán)境敏感信息等綜合情況[11]。

此外，利用對不同時期衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的對比分析，還可監(jiān)測動態(tài)變化。山西省原平市某高鐵的制梁場，在監(jiān)測高速鐵路建設(shè)中臨時性工程用地土地復(fù)墾情況中，即利用了衛(wèi)星遙感方法的觀測范圍大、監(jiān)測精度高、長時間序列監(jiān)測等優(yōu)勢，通過使用Landsat-8 陸地衛(wèi)星的光學(xué)遙感影像，選用遙感圖像處理軟件計算比對土地損毀前、土地損毀后、土地復(fù)墾前和土地復(fù)墾后共4 期遙感影像中的植被覆蓋度，及時有效且動態(tài)監(jiān)測鐵路臨時用地的復(fù)墾信息（圖2）[12]。圖像顯示了土地損毀前、土地損毀后、土地復(fù)墾前和土地復(fù)墾后的植被覆蓋度先急劇降低、再緩慢回升的過程。研究人員還基于不同時段的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，通過分析植被類型、面積、空間分布的變化情況，結(jié)合第四次大熊貓調(diào)查數(shù)據(jù)評估了西成客運專線對沿線大熊貓棲息地的影響，并嘗試進行規(guī)律研究，尋找影響因素，最大限度降低人為干擾[13]。

圖2 遙感影像植被覆蓋度等級分布圖[12]

三、衛(wèi)星遙感在鐵路運營中的應(yīng)用

鐵路運營監(jiān)測是鐵路生命周期中持續(xù)時間最長的一個階段，目的是監(jiān)測鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的服役狀態(tài)，包括對基礎(chǔ)設(shè)施變形、結(jié)構(gòu)健康、軌道幾何狀況的監(jiān)測，以及對外部環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害等狀況的監(jiān)測。

1.鐵路基礎(chǔ)設(shè)施形變監(jiān)測

鐵路載荷、路基和基礎(chǔ)設(shè)施形變直接影響鐵路運營安全。當前，監(jiān)測主要通過在地面監(jiān)測點設(shè)置水準儀、移動檢測車等方式進行，空間覆蓋范圍和連續(xù)性差。雷達技術(shù)由于其全天時、全天候、大范圍，不受天氣影響等特點，逐漸成為遙感衛(wèi)星配備的主要探測器之一。目前，商用探測器主要采用C、X 和L 波段，成像的空間分辨率達到亞米級、幅寬高達數(shù)千米，重訪周期短至數(shù)小時，其性能仍在不斷提高。

合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)（InSAR）是當前最適合研究鐵路基礎(chǔ)設(shè)施微小形變的應(yīng)用技術(shù)。InSAR 技術(shù)通過雷達復(fù)影像數(shù)據(jù)的相位信息，可獲取地形信息。其中，合成孔徑雷達差分干涉測量技術(shù)（D-InSAR）作為InSAR 技術(shù)的一個分支，同時包含地形信息和地表形變信息，當其用于對地面進行大范圍的形變監(jiān)測時，精度可達厘米級。在對緩慢變形的地表進行監(jiān)測時，需采用時間基線很大的影像對，因此可產(chǎn)生去相干和大氣傳播誤差，影響D-InSAR 處理結(jié)果的精度和可靠性。2000 年，F(xiàn)erretti 團隊提出了永久散射體干涉處理技術(shù)（PSInSAR），應(yīng)用散射強且穩(wěn)定的地物（即永久散射體）作為目標進行相位和形變分析，該技術(shù)將時間序列干涉SAR 的精度提升至毫米級。2003 年，Berardino 等提出了小基線集算法（SBAS），利用短的時間和空間基線干涉對不同時序的SAR 數(shù)據(jù)進行干涉處理，并且利用復(fù)多視技術(shù)提升信噪比、利用奇異值分解法進行參數(shù)估計，以此來連接不同干涉圖集合之間的不連續(xù)部分。各種新技術(shù)提高了監(jiān)測的精度，為鐵路載荷、路基和基礎(chǔ)設(shè)施形變監(jiān)測提供有力工具。

在國內(nèi)，近年來已有多項基于衛(wèi)星遙感的InSAR 技術(shù)應(yīng)用于鐵路形變的監(jiān)測。研究人員基于InSAR 時序分析對華北平原區(qū)地面沉降進行連續(xù)動態(tài)監(jiān)測，以中高分辨率InSAR 相結(jié)合完成了京津高鐵、京滬線、京山線、京九線等重大工程區(qū)地面沉降詳細監(jiān)測，完善了重大工程區(qū)地表形變監(jiān)測與評估方法，實現(xiàn)了地面沉降InSAR 監(jiān)測工作的流程化[14]。在北京和天津的市區(qū)選擇適當?shù)挠谰蒙⑸潴w點位，采用PS-InSAR 技術(shù)，可在同一基準上、較大范圍內(nèi)監(jiān)測其地面沉降特征[15]。對于農(nóng)耕區(qū)永久散射體點位較少的地區(qū)，利用CR-InSAR 等技術(shù)，通過布設(shè)一定數(shù)量的人造角反射器（CR），結(jié)合PS-InSAR 綜合進行鐵路沉降監(jiān)測[16]。在對西部青藏鐵路拉薩至那曲段的監(jiān)測中，研究人員利用先進合成孔徑雷達（ASAR）和TerraSAR-X 數(shù)據(jù)，采用了滿秩矩陣小基線子集InSAR（FRAM-SBAS）時間序列分析方法，進行長達10 年的監(jiān)測，得到毫米級精度的全面而詳細的鐵路沉降信息，以及與周圍地質(zhì)災(zāi)害和斷層的關(guān)系[17]，其中當雄段2003—2010 年形變圖見圖3。

圖3 青藏鐵路當雄段從2003-2010 年的形變圖[17]

目前，鐵路沉降監(jiān)測的研究仍主要是基于國外商業(yè)衛(wèi)星遙感圖像和數(shù)據(jù)，隨著國產(chǎn)雷達衛(wèi)星的發(fā)射，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，InSAR 系統(tǒng)已經(jīng)逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化和集成化。國產(chǎn)SAR 衛(wèi)星已經(jīng)開始覆蓋不同波段（C 波段、Ku 波段和L 波段），分辨率達到亞米級，成像質(zhì)量逐漸提高，重訪周期可在數(shù)小時內(nèi)。以北斗二代為基礎(chǔ)開發(fā)出鐵路沉降塌陷實時監(jiān)測系統(tǒng)，已開始用于進行鐵路沉降、塌陷等事故的實時應(yīng)急響應(yīng)。

2.外部環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測

鐵路沿線的外部環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，是鐵路工程運營維護階段安全監(jiān)測的重要內(nèi)容。目前進行鐵路安全管理的方法主要是采用“人防、物防和技防”的安全保障體系，較難完成大范圍監(jiān)測及危害預(yù)判，尤其是偏遠地區(qū)鐵路沿線。衛(wèi)星遙感可動態(tài)采集外部環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測所需要的影像，并對圖像進行比對和解釋，識別特征變化和預(yù)判地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，將監(jiān)測區(qū)段劃分不同風險等級，分級管理，具備高頻率、實時性、智能化的特點[18]。圖4 為基于衛(wèi)星遙感技術(shù)對武九高鐵鄂州東站至大冶北站區(qū)段危害區(qū)域進行等級劃分。

圖4 危害區(qū)域等級色塊劃分[18]

鐵路沿線環(huán)境監(jiān)測需要對特定精細目標進行持續(xù)監(jiān)測。基于對高分二號衛(wèi)星遙感影像的分析，結(jié)合GIS 建立的鐵路土地監(jiān)察管理系統(tǒng)，可定期更新衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，自動化監(jiān)察鐵路土地變化并及時報警，實現(xiàn)鐵路土地用地監(jiān)測和非法侵占監(jiān)測[19]。基于對不同時刻衛(wèi)星遙感圖像的處理，可根據(jù)觀測目標設(shè)置異常特征，并通過監(jiān)測異常特征的變化持續(xù)監(jiān)控鐵路線路安全，當異常特征的變化超過指定閾值，則進行異常預(yù)警。當前，衛(wèi)星高分辨遙感影像中的目標識別技術(shù)不斷發(fā)展，可基于機器學(xué)習(xí)嘗試識別檢測高速鐵路沿線區(qū)域的高危物，有望實現(xiàn)對鐵路沿線環(huán)境的精細化、動態(tài)監(jiān)測。

與沿線環(huán)境不同，對地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測偏重變化檢測和危險預(yù)警。國內(nèi)外研究人員對使用衛(wèi)星遙感技術(shù)進行地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測做了大量研究，包括尋找各種災(zāi)害地貌的圖形特征等。在此基礎(chǔ)上，匯集各種地學(xué)專題圖形和遙感圖像數(shù)據(jù)建立“災(zāi)害地貌專家系統(tǒng)”，設(shè)置數(shù)據(jù)與圖像的存貯更新、查詢檢索、分析處理、圖像顯示和自動制圖功能，可對災(zāi)害地貌過程進行專家級的預(yù)測和評價[20]。這些跨學(xué)科的研究為后續(xù)地質(zhì)危害監(jiān)測在鐵路中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

四、結(jié)論與展望

目前，國內(nèi)遙感衛(wèi)星數(shù)量不斷增加，數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)質(zhì)量均不斷提升。基于衛(wèi)星遙感的監(jiān)測技術(shù)在鐵路勘測、施工和運營中的應(yīng)用不斷增加，顯示出國產(chǎn)化、系統(tǒng)化、智能化的特點。目前，衛(wèi)星遙感技術(shù)在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用研究表現(xiàn)出如下具體趨勢。

在鐵路勘測方面，衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用日趨成熟，從二維制圖到三維建模，大大提高選線效率，目前，已經(jīng)可以基于國產(chǎn)衛(wèi)星得到亞米級分辨率的遙感圖像和數(shù)據(jù)，降低了數(shù)據(jù)成本。隨著國內(nèi)衛(wèi)星技術(shù)水平和商業(yè)化水平的提高，基于國外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)可被進一步替代。同時，基于衛(wèi)星遙感系統(tǒng)勘測選線的標準化工作亟需完善，這有助于提高勘測技術(shù)水平，加速我國鐵路技術(shù)出口。

在鐵路施工方面，衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用還處于探索和研究階段。無論是工程地質(zhì)還是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，均有特殊要求，包括鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測所需的長大線狀目標、高精度形位測量，以及包括巖石、植物在內(nèi)的多種類特定目標物測量等，而當前遙感衛(wèi)星的主要運營模式為周期性地獲取大范圍區(qū)域的大氣狀況、地表覆蓋、氣象水文等信息，其傳感器設(shè)計尚不能完全滿足需求，因此，應(yīng)針對鐵路相關(guān)需求開展衛(wèi)星軌道、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、傳感器性能、地面輔助測量等不同方面的研究。

在鐵路運營方面，衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用尚不充分，與國外技術(shù)仍有較大差距，其系統(tǒng)化、智能化、實時性還需進一步提高。基于衛(wèi)星遙感的沿線環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，對于長大鐵路，尤其是西部地區(qū)、山區(qū)鐵路的安全運營，以及我國鐵路運維水平的提升，都具有重要意義。考慮到外部環(huán)境的復(fù)雜性和地質(zhì)災(zāi)害的多樣性，亟待開發(fā)具有針對性的遙感探測器和數(shù)據(jù)分析方法。衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)基于其全天時、全天候、大范圍的優(yōu)勢，與當前成熟的鐵路監(jiān)測技術(shù)集成和互補，在我國鐵路智能運營應(yīng)用中發(fā)揮作用，保障我國高速鐵路安全運營，促進相關(guān)技術(shù)積累和自主化。