文/圖 中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司 崔銀秋

中交星宇科技有限公司 劉玲

詳解：空間信息走廊

經(jīng)過60年自主發(fā)展，我國已建立起較為完善的航天科技工業(yè)體系，初步建成了以通信、導(dǎo)航和對地觀測衛(wèi)星為主體的應(yīng)用衛(wèi)星系統(tǒng)。2016年我國出臺《關(guān)于加快推進(jìn)“一帶一路”空間信息走廊建設(shè)與應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，提出要充分利用已有和規(guī)劃發(fā)展的遙感、通信、導(dǎo)航等衛(wèi)星資源，補(bǔ)充建設(shè)地面信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，開展空間信息在“一帶一路”核心支點的應(yīng)用示范，在空間信息領(lǐng)域為“一帶一路”沿線國家和地區(qū)貢獻(xiàn)了“中國方案”。

空間信息走廊建設(shè)的總體目標(biāo)是經(jīng)過10年左右的努力，基本建成以東南亞、南亞、西亞、中亞、北非為重點，輻射大洋洲、中東歐、非洲等區(qū)域，設(shè)施齊全、服務(wù)高效的“一帶一路”空間信息走廊，成為我國與沿線國家共建“一帶一路”的嶄新亮點，使我國空間信息產(chǎn)業(yè)在走廊區(qū)域的市場化、國際化達(dá)到世界先進(jìn)水平，為走向世界奠定堅實基礎(chǔ)，惠及“一帶一路”沿線國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。正在組織論證的“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”重大專項，將實現(xiàn)天地互聯(lián)、協(xié)同使用，衛(wèi)星數(shù)據(jù)實時獲取、安全可控、隨遇接入、按需服務(wù)，未來將大幅提升我國全球衛(wèi)星通信能力。

隨著“一帶一路”倡議、西部大開發(fā)的不斷深入，我國公路建設(shè)的中心已逐步從東部發(fā)達(dá)地區(qū)向西部山區(qū)、邊遠(yuǎn)荒漠地區(qū)延伸，從國內(nèi)公路建設(shè)向國際大通道方向輻射，對于“品質(zhì)工程”的建設(shè)也提出了越來越高的要求。自主空間信息技術(shù)，可為“品質(zhì)工程”建設(shè)提供先進(jìn)技術(shù)保障。

空間信息技術(shù)是“品質(zhì)工程”的“大腦”“眼睛”和“胃”

在“品質(zhì)工程”的創(chuàng)建過程中，“四新技術(shù)”的應(yīng)用，是打造“品質(zhì)公路”的重要支撐之一。“四新技術(shù)”離不開衛(wèi)星通信、定位導(dǎo)航、高分遙感、地理信息系統(tǒng)及高性能云計算、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)。其中，遙感和導(dǎo)航定位技術(shù)相當(dāng)于“眼睛”和神經(jīng)末稍，洞察現(xiàn)在，預(yù)知未來；地理信息系統(tǒng)及各種機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，相當(dāng)于“大腦”，具有精準(zhǔn)判斷能力，理解數(shù)據(jù)信息究竟代表什么意義，如何更好地實現(xiàn)其價值；高性能云計算相當(dāng)于“胃”，它必須擁有強(qiáng)大的消化功能，才能夠消化掉海量的數(shù)據(jù)，通信技術(shù)相當(dāng)于毛細(xì)血管，打通了數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié)，不斷輸送新鮮血液。

衛(wèi)星通信、北斗人員定位、通信、預(yù)警系統(tǒng)示意圖

空間信息技術(shù)是“品質(zhì)工程”建設(shè)的重要支撐體系，通過空間信息技術(shù)將人類活動及其自然環(huán)境的各類信息以空間數(shù)據(jù)為平臺，進(jìn)行采集、量測、分析、存儲、管理顯示、傳播和應(yīng)用整合，極大拓展和提升了人類認(rèn)知自然、探索世界的能力。

數(shù)字化公路建設(shè)是品質(zhì)公路建設(shè)的重要組成部分，通過數(shù)字化公路建設(shè)，將公路、空間信息和屬性信息數(shù)字化、可視化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，構(gòu)成公路信息模型，實現(xiàn)從規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)控、收費、養(yǎng)護(hù)、運營和服務(wù)等環(huán)節(jié)上，對高速公路進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。

規(guī)劃與勘察設(shè)計。在項目規(guī)劃、科研和投標(biāo)階段，急需項目區(qū)域測繪基準(zhǔn)、地形和地質(zhì)等資料，但是傳統(tǒng)手段耗時長、投入大，困難地區(qū)人員無法到達(dá)、儀器設(shè)備出關(guān)難，無法滿足生產(chǎn)需要，而衛(wèi)星綜合技術(shù)可給予補(bǔ)充，獲取速度快、精度高、投入少、頻次高、現(xiàn)勢性強(qiáng)，在宏觀方面可滿足交通規(guī)劃、勘察、設(shè)計的需求。北斗的高精度導(dǎo)航定位，滿足設(shè)計、規(guī)劃、運營、監(jiān)測等需要高精度坐標(biāo)基準(zhǔn)服務(wù)的用戶需求。高分遙感衛(wèi)星影像，為預(yù)可行性研究和選線、選址輔助決策提供依據(jù)，相關(guān)土地信息可為后期征地拆遷賠償?shù)忍峁┑谝皇仲Y料，可支撐掌握項目區(qū)域的基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息。

施工與運營監(jiān)控。利用自主通導(dǎo)一體化手持終端主動報警和被動報警模式，可實現(xiàn)施工人員全員安全監(jiān)管。而數(shù)字化施工技術(shù)，是在施工機(jī)械上加裝自動控制系統(tǒng)，配合北斗/GPS（全球定位系統(tǒng)）或全站儀進(jìn)行施工的自動控制作業(yè)，不需要人員在機(jī)械周圍監(jiān)測，避免重復(fù)作業(yè)，保障了施工安全。

數(shù)字化施工示意圖

北斗應(yīng)急救援示意圖

地質(zhì)災(zāi)害演化和潛在地質(zhì)災(zāi)害，對項目建設(shè)及將來的安全運營造成潛在威脅。高分遙感技術(shù)可對項目區(qū)域范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害類型、等級進(jìn)行分區(qū)、分類，形成公路地質(zhì)災(zāi)害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合區(qū)域內(nèi)的水文、氣象、地質(zhì)構(gòu)造等歷史數(shù)據(jù)，及時觀測分析，可評估預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害的危險性，通過長期動態(tài)監(jiān)測，預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展發(fā)育情況。在高危區(qū)域布置數(shù)據(jù)采集終端，實時傳輸災(zāi)害信息，及時掌握發(fā)生災(zāi)害時間、位置，可提高工程應(yīng)急救援實時性和救援效率。利用衛(wèi)星移動通信，構(gòu)建重點施工區(qū)域內(nèi)局域通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合手持終端與傳感器，能夠輔助工程各階段巡檢工作，實現(xiàn)工程現(xiàn)場隱患數(shù)據(jù)的采集、處理反饋、復(fù)查、預(yù)警預(yù)報，以及隱患點規(guī)避等功能，達(dá)到提前預(yù)警作用。

應(yīng)急救援?？梢杂行Ю矛F(xiàn)有通信衛(wèi)星資源，結(jié)合局域網(wǎng)通信技術(shù)化手段，提高現(xiàn)有救助力量的救援效率。應(yīng)急條件下，利用手持終端，通過衛(wèi)星鏈路，實現(xiàn)終端之間、終端與公網(wǎng)用戶間的雙向通信，匯報現(xiàn)場情況、位置信息、拍攝上傳現(xiàn)場視頻及圖像信息，指揮機(jī)關(guān)及時指令、實時監(jiān)控、實時信息交互，實現(xiàn)高效可靠的應(yīng)急救援通信、定位導(dǎo)航保障。

某大橋橋位1：10000影像圖和地形

體系化和全球化的空間信息技術(shù)

空間信息技術(shù)作為不受國界限制獲取、傳輸和實時快速實現(xiàn)全球通信、導(dǎo)航定位授時和多尺度（包括高分辨率）觀測的空間基礎(chǔ)設(shè)施，其應(yīng)用滲透到國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為“一帶一路”基礎(chǔ)設(shè)施和新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能合作的重要組成部分，對于支撐我國企業(yè)拓展國際市場、推進(jìn)“品質(zhì)工程”建設(shè)具有特別重要的作用。

目前，空間信息走廊建設(shè)已進(jìn)入體系化發(fā)展和全球化服務(wù)的新階段。衛(wèi)星遙感向地球整體觀測和多星組網(wǎng)觀測發(fā)展，逐步形成立體、多維、高中低分辨率結(jié)合的全球綜合觀測能力，基于全球高精度地面控制點網(wǎng)和高分遙感動態(tài)監(jiān)測信息深度融入天地一體化的寬帶網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算應(yīng)用，正在開啟面向各類終端用戶的網(wǎng)絡(luò)在線時空大數(shù)據(jù)服務(wù)新模式；衛(wèi)星通信廣播各類業(yè)務(wù)趨于融合并向?qū)拵Ф嗝襟w方向發(fā)展，下一代移動通信衛(wèi)星星座正在加緊部署；衛(wèi)星導(dǎo)航從美國主導(dǎo)的單一GPS時代邁向美國、俄羅斯、中國、歐洲四大全球系統(tǒng)和日本、印度兩大區(qū)域系統(tǒng)競相發(fā)展的新時代。全球衛(wèi)星及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)快速增長，進(jìn)入21世紀(jì)以來，年均增長率保持10%以上。發(fā)展和完善自主的空間基礎(chǔ)設(shè)施，日益成為發(fā)達(dá)國家和地區(qū)追求空間領(lǐng)域領(lǐng)先、搶占經(jīng)濟(jì)科技競爭制高點、發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)、維護(hù)安全利益的戰(zhàn)略選擇。在這一背景下，完善空間信息走廊建設(shè)，建立多層次自主可控的全球空間基礎(chǔ)設(shè)施及其應(yīng)用體系，促進(jìn)“一帶一路”空間信息技術(shù)共建共享機(jī)制和應(yīng)用，不但是我國建設(shè)覆蓋全球的現(xiàn)代化空間信息走廊，提升空間信息產(chǎn)業(yè)國際競爭能力的客觀需要，也是“規(guī)劃”中我國與沿線國家在高新技術(shù)領(lǐng)域合作的重要組成部分。

隨著空間信息技術(shù)的發(fā)展，呈現(xiàn)需求不斷擴(kuò)大（向產(chǎn)能合作、資源環(huán)境、文化交流、旅游、減災(zāi)等領(lǐng)域擴(kuò)展），應(yīng)用不斷深化（與業(yè)務(wù)融合水平不斷提升），逐步形成對一些重要行業(yè)（如交通）主導(dǎo)業(yè)務(wù)的全面信息支撐，通導(dǎo)遙與天空地一體化綜合應(yīng)用正在成為主要應(yīng)用方式。這些應(yīng)用項目在支撐我國與沿線國家開展交通、能源、水利、港口等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與產(chǎn)能合作、人文遺址保護(hù)與旅游等人文交流，以及自然資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)、邊防安全與反恐等合作領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用。國家鼓勵空間信息技術(shù)采用市場化運作，遵循國際慣例，納入工程項目規(guī)劃，由骨干企業(yè)組織實施；國家通過實施鼓勵高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和促進(jìn)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的政策，通過政策性貸款等市場模式予以扶持。

基于通信衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航和高分遙感的自主空間信息技術(shù)

在交通建設(shè)方面，通過北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)為交通建設(shè)提供空間參考基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上通過高分遙感、北斗導(dǎo)航等多種數(shù)據(jù)采集手段，提供1：50000 到 1：10000 甚 至 1：5000 大 區(qū)域衛(wèi)星遙感圖像或地形圖，特別是在基礎(chǔ)資料嚴(yán)重匱乏區(qū)域，不僅可提供規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工等業(yè)務(wù)領(lǐng)域所需的地形、地物、地質(zhì)信息，加快方案比選的速度，還可通過影像解譯和分析，對走廊帶的地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境進(jìn)行區(qū)域性、周期性動態(tài)監(jiān)測，大大降低野外工作量，提高勘察效率。

公路三維設(shè)計環(huán)境

利用空間信息技術(shù)，可對景觀生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析和可視化評估，指導(dǎo)對自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，充分體現(xiàn)“在設(shè)計上最大限度地保護(hù)生態(tài)”的先進(jìn)理念。在新的技術(shù)體系下，可采用三維地理信息建模方法構(gòu)建一個高精度、可量測的真實交通地理信息環(huán)境，從地形、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境等多個方面全面評估和優(yōu)化設(shè)計方案，進(jìn)一步保證了公路勘察設(shè)計的質(zhì)量，提高勘察設(shè)計效率，極大降低建設(shè)成本。

在“品質(zhì)工程”建設(shè)中，質(zhì)量和進(jìn)度是重要考查指標(biāo)。在工程建設(shè)過程中，衛(wèi)星綜合技術(shù)為工程提供實時動態(tài)周期性監(jiān)測數(shù)據(jù)，從影像上可直接獲取建設(shè)區(qū)內(nèi)工程的形象進(jìn)度，以及周邊的耕地、農(nóng)田、林地、居民地、建筑用地等土地利用分布信息，可為征地拆遷賠償?shù)忍峁┑谝皇仲Y料。

基于遙感影像的公路形象進(jìn)度展示

例如，基于遙感影像進(jìn)度核查數(shù)據(jù)處理結(jié)果與建設(shè)計劃、上報比對分析，實現(xiàn)了基于遙感的進(jìn)度核查和GIS可視化進(jìn)展展示，輔助于公路建設(shè)宏觀、動態(tài)監(jiān)管和決策分析。

在交通工程運營及養(yǎng)護(hù)方面，高分遙感技術(shù)在災(zāi)害發(fā)生前，可連續(xù)提供有關(guān)自然災(zāi)害發(fā)生背景、條件的大量信息，有助于圈定某些災(zāi)害可能發(fā)生的地區(qū)、時段及危害程度，從而采取必要的措施，減輕災(zāi)害造成的損失；在成災(zāi)以后可在大范圍內(nèi)迅速、準(zhǔn)確地對災(zāi)害造成的損失進(jìn)行評估分級，以便及時組織救災(zāi)、恢復(fù)生產(chǎn)、重建家園。同時，利用高分衛(wèi)星遙感影像與地面無線傳感網(wǎng)、北斗等現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合對施工及運營期間高邊坡、橋梁等區(qū)域進(jìn)行動態(tài)監(jiān)管，對大型構(gòu)造物進(jìn)行監(jiān)測，并利用終端設(shè)備及時將信息傳輸?shù)礁骷壒芾砣藛T及施工人員，達(dá)到有效地組織應(yīng)急救援活動的目的。

衛(wèi)星綜合技術(shù)在災(zāi)害監(jiān)測應(yīng)急中的應(yīng)用

高速地質(zhì)災(zāi)害分布專題圖

例如，在高速公路地質(zhì)災(zāi)害的危險性評估預(yù)警中，通過長時期動態(tài)監(jiān)測，可對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展發(fā)育情況進(jìn)行預(yù)測。還可以在易發(fā)生災(zāi)害區(qū)域，通過布置數(shù)據(jù)采集終端，定時向指揮監(jiān)控機(jī)關(guān)傳輸災(zāi)害信息，實現(xiàn)災(zāi)害精度定位，實時上報，從而及時掌握發(fā)生災(zāi)害時間、位置，縮短災(zāi)害定位所需時間，提高救援效率。

在應(yīng)急救援方面，利用現(xiàn)有北斗導(dǎo)航和通信衛(wèi)星資源，結(jié)合局域網(wǎng)通信技術(shù)化手段，同時滿足廣域通信和定位功能，應(yīng)急救助人員在天通一號移動通信模式下，通過S頻段衛(wèi)星鏈路，實現(xiàn)終端之間，或終端通過關(guān)口站與公網(wǎng)用戶間的雙向通信，匯報現(xiàn)場情況、拍攝上傳現(xiàn)場視頻及圖像信息，同時將位置信息自動一并上報；指揮機(jī)關(guān)通過公網(wǎng)用戶終端或通導(dǎo)一體化終端下達(dá)指揮命令、實時監(jiān)控回傳的視頻、圖像等救援現(xiàn)場實況，掌握災(zāi)害位置信息、區(qū)域等。

例如，在隧道內(nèi)部，通過北斗終端可在最短時間內(nèi)將現(xiàn)場情況以語音、數(shù)據(jù)等形式報送上級，并可與其它終端進(jìn)行實時的信息交互，實現(xiàn)高效可靠工程應(yīng)急救援通信、定位導(dǎo)航保障，構(gòu)建點-線-面結(jié)合的綜合應(yīng)急保障體系。

隧道內(nèi)部北斗監(jiān)測預(yù)警

空間信息技術(shù)讓公路更智能

2018年，交通運輸部提出加快推進(jìn)新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點，包括基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、路運一體化車路協(xié)同、北斗高精度定位綜合應(yīng)用、基于大數(shù)據(jù)的路網(wǎng)綜合管理、“互聯(lián)網(wǎng)+”路網(wǎng)綜合服務(wù)和新一代國家交通控制網(wǎng)六個方向。新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路將對未來的“品質(zhì)工程”建設(shè)提供思路和方向，未來的交通“品質(zhì)工程”也將朝著更加數(shù)字化、智能化、智慧化的方向發(fā)展。

空間信息技術(shù)可為未來品質(zhì)公路建設(shè)提供主動式、持續(xù)性的服務(wù)保障能力，主要體現(xiàn)在數(shù)字化設(shè)施、智能管控、智慧決策、高效服務(wù)等方面。

數(shù)字化設(shè)施方面，基于高分辨率衛(wèi)星遙感和自主北斗導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)公路、橋梁、附屬設(shè)施等公路交通基礎(chǔ)設(shè)施具備多維感知能力，能夠?qū)崿F(xiàn)彼此間的信息互聯(lián)互通和自動控制，并與交通工具、交通參與者的協(xié)同聯(lián)動，為公路交通安全和高效通行提供數(shù)據(jù)支撐。未來的民用空間分辨率達(dá)到0.3米，可以精確識別表面積為0.1平方米的地物，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的感知和監(jiān)測。結(jié)合高分遙感和北斗導(dǎo)航技術(shù)，針對橋梁、邊坡，以及道路路面構(gòu)建點面結(jié)合的沉降監(jiān)測系統(tǒng)，可極大提高路面、橋梁、邊坡等基礎(chǔ)設(shè)施的沉降監(jiān)測精度(毫米級)。

智能管控方面，基于5G、衛(wèi)星通信等技術(shù)，打造天地一體的公路通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)路網(wǎng)運行的全面感知能力，實現(xiàn)人、車、路的一體化運行監(jiān)測，第一時間發(fā)現(xiàn)公路通行異常，實現(xiàn)區(qū)域路網(wǎng)協(xié)同管理、出行信息服務(wù)等智能應(yīng)用?；诒倍沸l(wèi)星技術(shù)，整合浮動車、報警手機(jī)定位等，可實現(xiàn)道路流量監(jiān)測、路況預(yù)判，還可實現(xiàn)報警車輛與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動，實現(xiàn)應(yīng)急救援指揮調(diào)度、分流預(yù)案、應(yīng)急信息提示等，快速處置交通事故。

智慧決策方面，以云計算、GIS技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息化新技術(shù)與公路行業(yè)的深度融合，實現(xiàn)路網(wǎng)海量數(shù)據(jù)匯聚，提升公路行業(yè)的精細(xì)化管理水平。圍繞公路交通安全、舒適、高效的通行能力，以及日常運維管理的智能化，實現(xiàn)主動預(yù)測、自動處置、快速響應(yīng)、服務(wù)高效，全面提升以人為本的智慧公路決策水平。

高效服務(wù)方面，通過人、車、路互聯(lián)互通，及時聯(lián)網(wǎng)發(fā)布跨區(qū)域交通信息及事故信息，提高公路信息服務(wù)水平和質(zhì)量，包括動態(tài)路徑導(dǎo)航、實時路況發(fā)布、個性化出行、交通分析等。同時，綜合應(yīng)用北斗地基增強(qiáng)、北斗衛(wèi)星短報文、VAST寬帶衛(wèi)星通信等技術(shù)，結(jié)合手機(jī)App定位、高精度地圖、4G視頻、移動應(yīng)急指揮車等手段，搭建綜合應(yīng)急指揮調(diào)度體系，實現(xiàn)人員、應(yīng)急救援車輛的快速調(diào)配，以及事件現(xiàn)場與指揮調(diào)度中心的信息共享和聯(lián)動，提升應(yīng)急救援效率。