高分遥感在农村公路基础数据更新中的应用

乔娟，魏清，杨鹏

（1.陕西省公路局，陕西 西安 710068；2.陕西省交通规划设计研究院有限公司，陕西 西安 710065；3.咸阳市交通运输局，陕西 咸阳 712099）

0 引言

农村公路作为全国公路的重要组成部分，是支撑农业和农村经济社会发展、满足农民群众基本生活与生产需要的重要基础设施。当前我国农村公路基数大、分布广、等级低、管理难度大，其基础数据库和电子地图存在底数不清、准确度低、基础数据质量较差等问题，部分路段出现轨迹偏差。要全面提高农村公路基础数据和电子地图质量，按照传统方式需要投入大量的人力物力。高分遥感技术近年来发展迅速，我国自主高分2 号卫星等系列高分辨率遥感卫星的投入使用，大幅降低了高分遥感影像的使用成本，也为利用高分遥感影像开展农村公路的摸底调查、数据更新维护提供了可靠的技术保障。

我国的高分遥感技术具有时效性强、覆盖范围广、分辨率高、知识产权自主的特点，其空间分辨率可达0.8m，在交通基础设施勘察设计、运营、维护、路域环境保护、灾害监测等方面具有广阔的应用前景，同样在农村公路管理的规划审核、投资计划复核、项目现状进度核查及实际线形线位走向等方面的应用逐渐显示出技术及成本优势。将其应用于农村公路核查工作，可全面掌握农村公路基础情况，提高农村公路的建设监管水平。鉴于此，本文利用高分遥感技术，结合农村基础数据库存在的问题，提出基于高分遥感的农村公路基础数据库更新技术方案，并通过咸阳市农村公路基础数据库更新项目开展了具体应用。

1 技术原理及流程

基于高分遥感的农村公路基础数据库更新是利用高分遥感影像与农村公路电子地图数据进行比对，查找电子地图路线偏差部分，借助高分遥感影像提取偏差路段实际线位及路面类型等基础信息，完善公路基础数据库和电子地图数据。

基于高分遥感的农村公路数据库和电子地图更新，其技术流程包括遥感影像处理（影像融合、控制点配准校正、畸变模型校正）、线形轨迹矢量化提取（圈闭问题路段偏差范围、归纳偏移轨迹问题类型、识别偏移路段实际轨迹、提取路段实际轨迹及属性）、数据导入基础数据库实施更新，详细技术流程见图1。

图1 基础数据更新技术流程

（1）高分遥感影像处理

通常情况下，高分遥感数据仅提供一些轨道、姿态参数以及与地面系统相关的处理参数，并对影像进行相对辐射校正、系统级几何校正。正射校正遥感影像存在变形，若直接应用，定位精度不能满足公路基础数据提取要求，因此需进行相应影像处理工作。高分遥感影像处理包括影像融合、控制点校准、利用DEM 畸变模型处理，其中影像融合可提高影像地物分辨率，控制点校准、利用DEM 畸变模型处理可提高定位精度。

（2） 线形轨迹及路面类型信息提取

将公路电子地图与高分遥感影像叠加在统一坐标系中进行数据对比分析，可查找出道路偏差线形，圈出偏差范围，结合实际情况进行偏差原因分析，找出偏差路段实际线位，规划提取范围、提取偏差路段实际线形轨迹矢量数据和路面类型信息。

（3）公路基础数据库入库和数据更新

提取偏差路段矢量数据，导入公路基础数据库和电子地图，用正确线形替换原偏差线形，同时识别道路路面类型，完善公路基础信息。

2 农村公路基础数据库及电子地图更新应用

2019 年，采用基于高分遥感农村公路基础数据库更新的技术方案，开展了咸阳市农村公路基础数据库及电子地图修正更新工作。项目实施过程中主要采用了我国高分二号卫星2018 年数据（部分地区利用了2017年数据），公路基础数据为2018年底咸阳市年报数据，其中农村公路里程11 300km。基础数据库及电子地图修正更新工作内容如下。

2.1 开展几何校正，提高定位精度

经过对咸阳地区高分二号卫星遥感影像总体评估，其定位精度在10～30m 之间，不经过处理很难满足公路轨迹提取的需要。为提高数据提取质量，利用地面控制点和DEM 数据对高分遥感影像实施了几何校正，提高了空间定位精度，校正后的遥感影像定位精度控制在5m以内。

2.2 开展遥感影像融合

高分二号卫星遥感数据包含1个0.8m全色波段和多个3.2m 的多光谱波段，这些波段需要融合，从而提高遥感影像的分辨率和道路路面类型的识别率。在融合前，需对全色波段和多光谱波段进行相应处理，其中全色波段需提高全色数据的亮度，增强局部反差突出纹理细节，降低噪声；多光谱的处理是根据道路地面类型识别需要，以色彩增强为主，调整亮度、色度、饱和度，凸显道路颜色范围，拉开不同地物反差。预处理完后，开展全色波段和多光谱波段影像融合。

2.3 确定路面类型在高分遥感影像的特征标志

通过对咸阳市全区高分遥感影像分析归类，依据沥青、水泥、砂石及土路路面在影像中的特征，建立各路面类型识别标志，其中：

（1）沥青路面：路面整体发暗、沿线可隐约观测到条带状线形，道路两侧平直，道路宽度稳定（见图2（a））；

（2）水泥路面：路面总体为发亮白色、颜色均匀，两侧路缘平直，道路宽度稳定（见图2（b））；

（3）砂石路面：路面呈浅色，隐约可见到暗斑，有时也可见到带颜色砂石铺设的路面，道路两侧较平顺（见图2（c））；

（4）土路路面：呈浅色，不均匀，道路两侧路缘不够平整（见图2（d））。

图2 公路路面类型图

2.4 偏差线形轨迹问题归类

开展偏差线形轨迹问题归类，主要是为后期偏差路段线形提取提供依据，避免道路线形提取错误。根据分析，咸阳整个区域出现偏差路段的原因有道路改线（见图3（a））、山区回头湾路段（见图3（b））、采集过程GPS 信号不稳（见图3（c））以及人为干扰等因素（见图3（d））等。

图3 偏差路段（浅绿）与修正路段

2.5 偏差路段道路轨迹识别

针对区域偏差路段进行范围界定，同时确定偏差路段实际线位，划定纠偏差路段起终点。

2.6 偏差路段道路实际线形及路面类型提取

确定偏差路段实际线形位置，开展线形矢量数据提取，获取其实际线形轨迹，同时依据路面类型特征标志进行道路路面属性信息提取。

2.7 基础数据及电子地图更新

偏差路段实际道路线形轨迹提取完后，导入农村公路基础数据库，替换原有路段，并将原有路段基础信息导入新的路段数据库中，同时将提取的道路路面信息与原有信息进行对比，若一致则保留，若发生变化则需确认后更改相应基础数据库。

利用高分遥感技术对咸阳市往年采集的14 123 条公路线形数据进行逐一核对，对存在偏差的数据进行修改，其中修改线形轨迹的公路共1 400km，同时也对新增农村公路进行了数据采集，采集量达3 600 条共2 700km。

3 结语

针对农村公路基础数据库更新工作，提出利用高分遥感开展农村公路基础数据库更新的技术方案，制定了技术流程，并在咸阳市的农村基础数据库及电子地图修正更新中得到具体应用。实践表明，该方案提高了工作效率，减轻了基层统计员的工作量，使原来4个月完成的统计任务在1个月内完成，同时大幅提高了公路养护年报的时效性和准确性。在利用高分遥感影像开展农村公路基础数据及电子地图更新过程中，高分遥感的空间定位精度是关键，它直接关系着数据提取质量的高低，同时还应针对不同地区进行相适应的遥感图像处理，建立适合本地区的路面特征标准，从而提高公路路面类型的识别率。