卫星遥感技术在公路全生命周期建设中的应用

杨贯伟

（中交星宇科技有限公司，北京 100088）

0 引言

公路项目建设涉及勘察设计、施工建设、运营维护等阶段，西部地区以及“一带一路”沿线地区地形地质复杂、条件恶劣，传统测绘、资源调查、运营维护手段开展难度大。

遥感卫星数据具有观测覆盖范围大、宏观性、全面性、客观性的特点，能够真实显示丰富的地物、地质信息，同时获取方便、时间性强、成本低，诸多优点，使卫星遥感技术在公路设施勘察设计、建设施工、运营维护等阶段的应用前景广阔。随着国家高分重大专项、空间基础设施项目的实施建设，我国陆续发射了气象、海洋、环境、资源、高分、空间等系列卫星，大大提高了卫星对地观测能力，特别天绘、资源三号、高分七号等立体测绘卫星以SAR系列卫星，为公路工程建设提供了更多的应用场景服务。

1 卫星遥感技术在公路勘察设计阶段的应用

公路勘察设计过程复杂、工作难度大、勘察工作也较辛苦，同时地貌、地形、气候条件等多各方面因素对公路选线至关重要。传统手段的水准测量、静态GPS测量、全站仪测图都有局限性。遥感卫星以其大面积、实时、快速、周期性重复观测的优点，实现了从点到面的多尺度观测，可全面支撑公路勘察设计的地形测图、地质解译、路线选线等。

1.1 矢量地形测图

新建公路工程多处于国家西部地区或者国外，存在基础空间数据时效性不高甚至缺失等问题。矢量地形图可采用高分辨率卫星遥感影像及立体相对内业处理生成，外业进行实测校验，其外业工作量更小，特别在一带一路海外项目及困难区域中的优势极为明显，同时可以提高地形图测绘的效率、缩短周期、节约成本。国产资源三号与高分七号卫星可制作1∶50000与1∶10000的地形图。

1.2 工程地质遥感解译

遥感卫星地质解译已成为公路工程地质勘察中的必要手段，具有解译全面、质量高、速度快、效益显著的优势[1]。通过遥感卫星数据可以提取地貌、地质构造和地物信息，同时可识别隐藏地质、不良地质、水文地质、水文地质、特殊性岩土等信息。利用高分辨率、高光谱、三维遥感等技术获取公路沿线断裂、滑坡、泥石流、崩塌等不良地质信息，以指导公路地质选线。

1.3 公路路线方案对比

泥石流、滑坡、断层等地质灾害对公路选线影响重大。利用遥感卫星可以快速识别工程区域的地质构造情况，滑坡、地质断裂带等，以遥感专题图、叠加道路规划、公路线路走向方案、公路要素选址方案，以地理空间信息综合各种数据可视化展示，开展公路线路规划方案比选。

2 卫星遥感技术在公路建设施工阶段的应用

在建公路工程众多，对公路工程的建设过程、形变、周边自然和人文环境安全等的监测，有助于工程管理部门、安全监管部门等及时准确掌握工程和设施的建设进度、安全状况，对于掌握工程进度与保证工程建设安全具有重要意义。

2.1 建设进度监管

基于多时相高分遥感数据对比分析，可以实现宏观、清晰地监测工程设施建设进度变化，对公路工程建设开展全面的跟踪、监测，生成施工进度监测专题图，并可监测信息以服务的形式推送到手机APP或服务网站，工程监管单位无需到施工现场，在电脑或手机终端即可对工程建设进度进行监管。图1为港珠澳大桥建设进度监管专题图。

图1 港珠澳大桥建设进度监管专题图

2.2 施工环境监测

公路建设带来巨大经济效益同时，在建设过程中不可避免会对周围环境和生态环境敏感区造成破坏[2]。公路工程项目具备面广、线长、建设周期长的特点，部分项目会穿越生态保护区，地面调查只能反映区域情况，不能全面反映全线的生态环境状况。遥感卫星其具体探测范围广、重访周期短的特点，实现了宏观、连续、快速、动态地监测公路施工环境监测。采用多源遥感数据同时配合地面监测手段，对沿线的植被情况、水环境、土地覆盖变化情等进行监测，构建公路沿线环境监测一张图，实现沿线环境目标监管以及公路建设的信息化、精细化的管理。

2.3 边坡监测

公路施工容易造成边坡体结构不稳定，在受到如暴雨、地震、外力等外界因素诱发时会出现开裂、滑坡、塌陷甚至崩塌等边坡失稳破坏情况，边坡变化、破坏会给公路建设带来重大影响和损失。SAR遥感卫星可全局监测边坡地表位移和形变，利用其光谱、空间特征进行边坡位移监测，同时对大面积的边坡进行形变监测，精度可达到毫米级，同时具覆盖区域广、有全天候、宏观微观兼具、成本低、客观可靠的优点。

3 卫星遥感技术在公路运营维护阶段的应用

公路工程的运营维护是一项长期工程，公路里程规模非常庞大，错综复杂的公路工程需要精细化管理运营手段来保障公路正常的运行、快速处理突发应急事件。遥感具有大范围监测、不受地域制约的优势，广泛应用与公路形变监测、道路损毁评估、应急救援、生态环境评价等。

3.1 公路地表形变监测

公路工程沿线的地面沉降和变形监测是保障公路正常运营的一项基础性重要工作。基于雷达遥感数据具有快速获取大范围地表形变信息、重复周期短、使用成本低等优势，可利用PS-InSAR技术开展对公路沿线的地面、边坡、桥梁进行形变监测，为公路安全运营和重点区域监测提供指导，提供技术方法保障公路综合调查。

3.2 公路灾害损毁评估

公路沿线范围广、面积大最易遭受不同类型灾害，利用多源遥感影像制作灾前、灾后专题图对比，可以准确、快速地获得灾区公路路面、桥梁、涵洞、边坡等灾害位置以及损毁情况，分析受损程度，专项公路灾害的损失报告与制作灾害评估专题图，并可依据报告与专题图进行商业保险理赔。

3.3 公路灾害应急救援

公路沿线时常会发生洪水、泥石流、雪灾、滑坡等自然灾害，以及因桥梁、涵洞、隧道及公路设施损坏等突发事件导致交通中断。灾害迫切需要及时、高效、有序开展应急工作，获取灾害对公路造成的破坏程度和范围信息。遥感卫星以其客观性、现势性、直观性和宏观性优势，利用遥感卫星直观分析以及GIS综合分析，能够准确掌握公路灾害损毁位置、范围、损害程度等信息，及时提供抢险救援的辅助决策服务。公路运营期的生态环境保护极其重要，以高分辨率卫星遥感光学、红外、高光谱、SAR多元数据，同时辅以地面调查与验证数据，采用遥感定量反演模型综合评价技术，可对公路沿线的地表变化、植被覆盖变化、土地资源、水资源环境、生态系统等生态环境状况开展监测与评价分析。基于时间序列观测数据，采用时空变化分析方法对生态环境变化进行监测，评价各项生态环境指标的变化量、变化率及变化特征，掌握公路沿线的生态环境空间特征与格局。

3.4 公路沿线生态环境评价

3.5 公路路面状况遥感监测

公路路面长期受温度、水分、风化以及荷载等因素的影响，在实际运营过程中路面结构强度会逐渐降低，导致道路表面产生多种病害特征，极大降低了路面的使用性能，同时也带来巨大的经济损失和事故风险。利用遥感高分辨率及高光谱数据，获取不同健康情况下的路面光谱反射率，分析识别光谱反射率的差异性，可获得路面裂缝、路基结构、形变等信息，并可区分沥青路面不同老化程度。

4 结束语

随着国产遥感卫星的发展，卫星载荷、重返周期越来越多，公路工程建设对遥感卫星应用场景会越来越多，其应用深度与广度也会增强。同时加强遥感卫星、导航卫星、通信卫星的以及新一代信息技术的融合应用，在公路基础设施建设领域具有巨大发展潜力和广阔应用场景。