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卫星遥感技术在公路交通领域的应用
新闻来源: 泰伯网    发布时间:2017-09-06

随着经济的发展,交通网络日益完善,交通运输行业向现代化、信息化和智能化发展。卫星遥感技术因其观察范围广、信息全面真实、成本低、易更新等特点,在交通领域得到了越来越广泛的应用,横向涵盖了公路、铁路、水路、航空等各个领域,其中以公路交通领域的应用最为广泛,涉及公路勘测设计、路网及车辆提取、道路健康状况识别、交通设施形变监测和公路灾害损毁评估等多个方面,取得了良好的社会效益和经济效益。


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交通精准扶贫

中共中央总书记习近平特别强调,“扶贫开发贵在精准,重在精准,成败之举在于精准”。为全面落实国家精准扶贫工作要求,交通运输部每年在贴近民生实事中明确精准扶贫通硬化路与农村公路建设指标的要求,各省交通部门也将交通精准扶贫放在首位,全面开展农村公路的建设。但是传统的农村公路核查是派人进行实地抽查,或通过 GNSS 设备采集部分路段信息进行核验,无法全面掌握农村公路扶贫的规模与分布,存在农村公路底数不清、监管核查手段不足、“养护保通”不到位、补贴资金使用评估手段弱等问题。中国交通通信信息中心利用卫星遥感技术在湖南、云南等省开展了精准扶贫农村公路调查的相关工作。

1.贫困村公路调查

利用高分卫星遥感数据,提取贫困区域的农村公路的位置、宽度、里程、材质等属性信息。对地方现有矢量数据库和报表进行核查,针对已修建未上报路段、未按计划修建路段、未按要求修建路段、断头路等问题进行核查,极大地提高了数据的准确性和核查效率,全面摸清了农村公路建设情况,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。

2.贫困村位置与路线通达通畅核查

通过获取贫困区域的高分卫星遥感影像数据,全面调查集中连片贫困区、建制村、自然村等的位置以及优先通达路线的轨迹和道路属性,准确掌握贫困村的点位与通达通畅情况,农村公路转变为城市道路等情况,为制定精准的交通扶贫计划,加强交通扶贫工程执行监督力度,确保交通扶贫资金落实到位,保障扶贫区域出行安全顺畅提供有力的技术支撑。

交通设施形变监测

通过合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术可以获取大范围、高时空分辨率、长时间序列的交通设施及周边区域的形变细节信息,监测精度可以达到毫米级。且不需要做现场监测网建设,相对其他传统手段方便快捷,成本低廉,有助于揭示交通基础设施形变及周边区域地面沉降的发展趋势。可用于交通基础设施的大范围安全监测与隐患排查,为交通设施的选址、建设预警和管理养护提供科学依据。

利用 2013—2015 年的 30 景 TerraSAR 卫星遥感影像,通过永久散射体干涉测量(PSInSAR)技术对北京市城区进行大范围形变监测,形变专题图如图 1所示,图中红色表示沉降严重的区域,绿色表示相对稳定的区域。通过对北京市交通设施及周边区域的沉降监测,可以分析出交通设施建设所经区域的沉降尺度,找出沉降漏斗区域,并根据形变趋势及变化程度,对交通设施安全状况进行评价,从而辅助交通设施管理部门制定合理的养护方案。


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1 北京市 InSAR 形变监测专题图


交通灾害监测与损毁评估

1.为日常道路灾害监测提供优质新手段

目前,道路灾害监测主要手段是通过在路段、桥梁、隧道等需要监测的区域布设线圈、传感器、隧道光强检测器、视频监控设备等,通过将监测结果实时反应到列表或 GIS 地图上,如结果超过阈值则系统自动告警。然而,在自然灾害多发地区,地广人稀、自然环境恶劣,无论是传统的传感器检测手段或是人力巡查方式,都难以实现对道路灾害的大范围、自动化监测。高分卫星遥感技术利用高分辨率可见光遥感和微波遥感等手段,可以周期性、自动获取道路路域影像数据,针对性地分析监测冰雪灾害、水灾等多类道路灾害情况,为日常道路灾害监测提供更加优质可靠的手段。

2.为灾情分析和应急处置提供及时可靠的信息源

在发生公路水毁甚至山洪泥石流、滑坡、崩塌等灾害时,公路阻断频繁;重要公路运输通道通行保障面临较大压力。在突发灾害面前,目前基本是通过依靠人工反馈灾害的信息。然而,一般发生道路水毁的区域地形较复杂,容易发生次生灾害,抢修车辆和人员行车路段的路况情况不明,很难及时抵达灾毁现场。即使抵达现场,车辆和人员的安全也时刻受到威胁。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。生成的有关灾害专题和救援前线信息可通过相关应急指挥通信调度系统、应急视频会议系统实现信息的上传下达,为领导决策和指挥提供技术保障。

中国交通通信信息中心于 2016 年 8 月初基于遥感技术先后在河北省、湖北省、安徽省和湖南省开展了重点道路灾毁评估工作。在灾害发生后及时获取高分辨率卫星数据和无人机数据,进行道路损毁信息提取,对 60 多个灾毁路段的位置、规模、类型等进行调查与分析。经交通运输部公路水毁调研组现场比对,结果真实可靠,为交通管理部门的灾害评估和恢复重建提供了科学的数据支持。图 2为利用北京二号卫星数据提取的受灾前后的河北邢台新建绕城公路的部分损毁路段,通过卫星遥感影像可以看出,灾前为施工在建公路,公路还未成形;灾后新建公路已建成,在本次灾害中路基路面也受到了损坏。


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2 河北省邢台市新建绕城公路灾前灾后对比图


交通重点项目建设监管

近年来,中国政府全力推进交通基础设施建设和交通领域改革各项工作,加大交通基础设施建设资金支持力度,为国民经济和社会发展提供了有力支撑。“十三五”时期是交通基础设施重大工程建设的重要阶段,2016—2018 年拟重点推进铁路、公路、水路、机场、城市轨道交通项目 303 项,涉及项目总投资约 4.7 万亿元。针对当前国家投资交通基础建设项目多、体量大、发展快的形势,利用多时相的高分卫星遥感影像数据,对中央投资公路、铁路、机场等交通基础设施建设项目进行动态监测研究,对项目的施工进度、征地面积、路域植被、水土流失、土地利用等进行动态监测与质量评价。降低了人力核查的成本,及时掌握工程建设情况,为工程建设项目核查、统计、监督、管理提供科学的手段。

从图3可以看出,利用北京二号卫星影像数据,可以很清楚地看到在云南省丽江市华坪县内荣将镇向西 4km 处,有正在施工建设的公路高架墩座。


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3 云南省华坪至丽江高速公路新建工程已开工细节图


结束语

目前,交通运输部将高分卫星遥感应用示范作为“十三五”重点工作进行推动。同时,随着国内外遥感卫星数量和传感器性能的不断提升,遥感数据源种类和分辨率都得到了大幅的提高,卫星遥感技术也在不断的积累和完善,这些都将助力遥感技术在“四个交通”发展战略下发挥其重要影响。

后期,中国交通通信信息中心通过建立交通遥感的行业标准、促进卫星遥感与卫星导航及建筑信息模型(BIM)等多项技术的融合、扩展交通遥感技术的应用范围等多个方面,大力提升卫星遥感技术在公路等交通行业领域应用的广度和深度,进一步提升交通行业建设管理的信息化和智能化,为交通行业的“十三五”规划和国家“一带一路”倡议的实施提供服务支持。