高分遥感技术在公路交通领域的应用

杨永杰

（山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

在当代背景下，交通运输行业以构建高效和畅通，安全且绿色的交通运输体系为目标，着力于调整结构、完善网络、优化管理和提升服务。遥感和空间信息技术正在飞速发展，交通运输应用中大时空覆盖感知数据获取和处理的需求日益迫切，遥感和空间信息技术在面向交通应用的领域发展具有巨大潜力以及重大意义。高分辨率遥感数据图像覆盖范围大，同时探测范围广，信息客观真实、时间性强、成本低、获取方便，这些优点在交通基础设施勘察设计、维护、运营、路域环境保护和交通灾害监测等领域的应用前景都非常广阔。

2016 年，交通运输部发布了《交通运输信息化“十三五”发展规划》“互联网+”和大数据上升为国家战略，互联网成为交通运输的重要基础设施，智慧化这一特征在交通运输系统中尤为显著。随着行业“十三五”信息化目标的确立，GIS 在交通运输领域的发展方向也逐渐明确。

1 遥感技术在交通运输行业中的应用现状

现阶段卫星功能向着超宽幅，超高分辨率和多方位等方向发展，其亚米级光学遥感卫星在公路交通领域得到广泛应用。

发达国家在20 世纪70 年代开始把遥感技术应用在交通运输领域，重点应用在道路养护、公路设备设施管理、工程建设项目管理和运输管理等领域中。主要代表有美国The Qinetiq MaST 系统、挪威FFI的 Eldhuset 系统、欧洲 The European Community Joint Research Centre（JRC）系统、法国 Kerguelend 的CLS 运行系统等，这些系统主要借助了遥感技术与空间分析技术[1]。

交通部在贫困村公路调查中利用高分卫星遥感数据，提取贫困区域农村公路的属性信息，如位置、宽度、里程和材料等。对地方现有报表以及矢量数据库进行核查，针对未按计划修建路段和已修建未上报路段，未按要求修建路段以及断头路等一系列问题进行核查，极大地提高了数据的核查效率以及准确性，同时全面摸清了农村公路的建设情况，为规划、计划、统计提供依据，提高了业务主管部门的监管和决策能力。

山西高分中心基于高分二号卫星影像的山西省“第三次全国农业普查”工作已全面开展，中心采用高分二号卫星的全色与多光谱波段进行影像融合处理得到覆盖山西省全区1 m 空间分辨率的真彩色正射影像数据集，将其与山西省“第三次经济普查”的矢量数据进行几何精匹配，并结合经济普查数据中的道路（铁路、国道、省道、一级道路、二级道路以及乡村路等）、水系以及典型地物等矢量信息与高分二号影像进行叠加分析。积极参与“农作物遥感测量”工作以及探索将“人”（农户）、“图”（遥感影像）、“数”（统计数据）有效链接以及整合的应用策略。

2 交通运输中的遥感技术应用

遥感技术在交通运输行业中已经形成了一套基础的信息应用模式，包括道路路产养护、公路设备设施管理、工程建设项目管理、运输管理和公路灾害损毁评估等多个方面。

2.1 道路养护

公路基础地理数据、公路养护质量检查数报数据和公路养护日常管理为基础，通过建立质量检查、公路养护管理数据平台，信息化管理公路养护工作，以便公路养护质量、公路路况和服务状态被公路管理部门及时掌握。养护管理人员无需下车，就能准确及时地采集公路附属设施信息，如公路病害信息、公路养护信息和桥涵及公路路况等。能够为公路设施各管理环节的工作质量做出评价，了解设施的服务状态和服务等级。通过数据共享，互相联通，为业主制定合理养修计划，为合理分配有限养修资金提供决策支持与帮助。

2.2 公路设备设施管理

设备信息通常以文档的形式保存, 遥感数据可以建立设备空间分布的数据，并将设备信息与设备的空间信息联系在一起，用户在一张地图上，就可以方便地查询到各种设备的状态与信息，并清楚地了解信息在空间中的分布。

2.2.1 道路里程桩管理

通过遥感可以在地图上迅速定位道路里程桩,并以此进一步定位标记。

2.2.2 交通监控

通过视频、路面设施（车流量采集、地感线圈、收费站信息）或RFID 等监控设备采集各监控路段交通状态（流量、事故），可以在地图上展示，并且可以识别交通状态并标记与统计。

图1 视频等监控设备采集各监控路段交通状态

2.2.3 电子收费

可以实时取得沿线收费业务信息，收费站信息是交通流量的一个重要来源，通过收费信息显示道路桥梁交通流量，为道路流量分析决策提供图形化支持。

2.2.4 显示设备控制

在地图平台上模拟实际场景电子显示屏显示控制单元的工作状态，并可以进行管理。

2.2.5 外场设备

将设备信息入库或上传到平台，在平台中对设备位置进行标记，并动态显示设备属性和服务状态，便于管理人员跟踪监控，如发现异常或报警，可以准确定位，并安排调度现场处置工作。使用遥感技术的平台能够管理的设备主要有:收费站、挡车器、车辆检测、显示屏、摄像头、火灾报警、烟雾检测、光强检测、气象检测等。通过外场采集设备和监控设备，可以对车流量进行分析，并形成实时动态路况信息，在地图上面加以描述。

2.3 工程建设项目管理

通过构建精细化的道路三维模型，将施工过程、工期、成本、设计、监理等信息与模型对象进行关联和管理，不但信息仿真可视，并且能够指导施工方进行更为科学合理的管理，将最终的施工成果信息形成一套信息与可视化一体的模型系统，系统还可以转移给运营方进行将来的道路运营养护。

2.3.1 对象信息管理

基于精细化的三维遥感模型，用户可以将施工过程中的信息与模型实体关联，实现在三维场景中的信息存储、查询、统计和分析。可以快速定位到指定模型对象，并对工程的施工设计图纸、施工进度、施工成本物料资料、施工监理图像等信息进行查询；同时还可以针对某一类型的对象批量查询或统计与分析。

2.3.2 模型构建与浏览

图2 施工监理图像等信息查询图

基于BIM技术和道路三维设计数据，通过遥感数据平台将设计数据与三维地形数据进行匹配，可以快速构建具有真实空间坐标的道路三维模型。三维模型依据设计数据，按照设计单元或者施工管理单元进行精细化划分，形成了桥柱、桥梁、分段路面、垫层等独立的模型对象，这些对象具有唯一的ID，可以与施工、运营系统中的信息进行匹配，形成基于三维数据的管理应用。

2.3.3 进度管理

在施工过程中，用户可以维护每一个模型对象的施工进度，最后可以形成整个工程的施工进度数据。施工进度数据不但可以和施工设计计划进行对比，还可以在三维场景中进行回放，以可视化的方式展现施工的阶段进展。

2.4 运输管理

运输主要包括城市公交、出租车运输与其他特种车辆的运输管理，运输管理数据依靠卫星遥感技术可以方便地实现对运输车辆的跟踪监控。

2.4.1 运营能效分析

根据车辆运营信息和路网信息，分析各线路与区域的运营效能，帮助优化完善运营线路。

2.4.2 运行线路规划优化

根据城市地理和人口分布等信息，综合交通历史数据，帮助公交、特种运输车辆合理设计和优化运输线路。

2.4.3 车辆人员调度计划管理

管理每辆车的驾驶员与司乘人员信息，并做出排班计划；根据各种交通实时信息实现车辆的调度。

2.4.4 监控车辆位置信息

通过遥感技术、5G 等技术手段，实现对特种运输车辆、公交、出租车等运行状态、路线、视频等信息的实施获取与监控。

2.5 公路灾害损毁评估

为灾情分析和应急处置提供及时可靠的信息源，当交通运输行业中发生公路水毁甚至崩塌、滑坡等灾害时，公路往往被阻断；高速公路和国省干线公路运输能力面临较大压力。在灾害面前，主要依靠人力调查灾害信息。然而，往往在水毁的区域情况较复杂，易发生次生灾害。利用高分辨率卫星可见光遥感和微波遥感、北斗卫星导航系统等多种灾害监测手段，可以大范围、快速获取和掌握公路水毁灾情信息，能够在短时间内对道路损毁位置、规模等信息进行采集，结合路网基础数据、水系基础数据、雨情数据、地质构造数据、业务上报数据和野外调查数据等，对公路域的路基、边坡路面、桥梁、涵洞、挡墙等目标受洪水、泥石流、滑坡等灾害的冲毁情况进行识别，并进行评估与分析工作，形成专题产品和评估报告[2]。

3 结语

公路传统管理模式较为粗放，在遥感技术的应用下有助于改变公路的管理模式，且能在较大尺度上获取管理区划内的公路总体信息，信息获取便捷、快速且覆盖率高。交通运输管理部门要实现管理区划内的公路状态及信息监控管理并维持信息及时性和有效性需要遥感影像的应用，作为一项重要的技术手段，遥感影像的应用对我国公路建设具有重要意义[3]。但目前遥感影像在公路中的应用也存在受天气影响、影像数据更新周期相对较长等较大的缺陷，其应用价值将随着遥感技术的发展而逐步提高。