楊永杰

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

在當(dāng)代背景下，交通運(yùn)輸行業(yè)以構(gòu)建高效和暢通，安全且綠色的交通運(yùn)輸體系為目標(biāo)，著力于調(diào)整結(jié)構(gòu)、完善網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化管理和提升服務(wù)。遙感和空間信息技術(shù)正在飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸應(yīng)用中大時(shí)空覆蓋感知數(shù)據(jù)獲取和處理的需求日益迫切，遙感和空間信息技術(shù)在面向交通應(yīng)用的領(lǐng)域發(fā)展具有巨大潛力以及重大意義。高分辨率遙感數(shù)據(jù)圖像覆蓋范圍大，同時(shí)探測(cè)范圍廣，信息客觀真實(shí)、時(shí)間性強(qiáng)、成本低、獲取方便，這些優(yōu)點(diǎn)在交通基礎(chǔ)設(shè)施勘察設(shè)計(jì)、維護(hù)、運(yùn)營、路域環(huán)境保護(hù)和交通災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景都非常廣闊。

2016 年，交通運(yùn)輸部發(fā)布了《交通運(yùn)輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)上升為國家戰(zhàn)略，互聯(lián)網(wǎng)成為交通運(yùn)輸?shù)闹匾A(chǔ)設(shè)施，智慧化這一特征在交通運(yùn)輸系統(tǒng)中尤為顯著。隨著行業(yè)“十三五”信息化目標(biāo)的確立，GIS 在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的發(fā)展方向也逐漸明確。

1 遙感技術(shù)在交通運(yùn)輸行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段衛(wèi)星功能向著超寬幅，超高分辨率和多方位等方向發(fā)展，其亞米級(jí)光學(xué)遙感衛(wèi)星在公路交通領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)達(dá)國家在20 世紀(jì)70 年代開始把遙感技術(shù)應(yīng)用在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，重點(diǎn)應(yīng)用在道路養(yǎng)護(hù)、公路設(shè)備設(shè)施管理、工程建設(shè)項(xiàng)目管理和運(yùn)輸管理等領(lǐng)域中。主要代表有美國The Qinetiq MaST 系統(tǒng)、挪威FFI的 Eldhuset 系統(tǒng)、歐洲 The European Community Joint Research Centre（JRC）系統(tǒng)、法國 Kerguelend 的CLS 運(yùn)行系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)主要借助了遙感技術(shù)與空間分析技術(shù)[1]。

交通部在貧困村公路調(diào)查中利用高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，提取貧困區(qū)域農(nóng)村公路的屬性信息，如位置、寬度、里程和材料等。對(duì)地方現(xiàn)有報(bào)表以及矢量數(shù)據(jù)庫進(jìn)行核查，針對(duì)未按計(jì)劃修建路段和已修建未上報(bào)路段，未按要求修建路段以及斷頭路等一系列問題進(jìn)行核查，極大地提高了數(shù)據(jù)的核查效率以及準(zhǔn)確性，同時(shí)全面摸清了農(nóng)村公路的建設(shè)情況，為規(guī)劃、計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)提供依據(jù)，提高了業(yè)務(wù)主管部門的監(jiān)管和決策能力。

山西高分中心基于高分二號(hào)衛(wèi)星影像的山西省“第三次全國農(nóng)業(yè)普查”工作已全面開展，中心采用高分二號(hào)衛(wèi)星的全色與多光譜波段進(jìn)行影像融合處理得到覆蓋山西省全區(qū)1 m 空間分辨率的真彩色正射影像數(shù)據(jù)集，將其與山西省“第三次經(jīng)濟(jì)普查”的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精匹配，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)普查數(shù)據(jù)中的道路（鐵路、國道、省道、一級(jí)道路、二級(jí)道路以及鄉(xiāng)村路等）、水系以及典型地物等矢量信息與高分二號(hào)影像進(jìn)行疊加分析。積極參與“農(nóng)作物遙感測(cè)量”工作以及探索將“人”（農(nóng)戶）、“圖”（遙感影像）、“數(shù)”（統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）有效鏈接以及整合的應(yīng)用策略。

2 交通運(yùn)輸中的遙感技術(shù)應(yīng)用

遙感技術(shù)在交通運(yùn)輸行業(yè)中已經(jīng)形成了一套基礎(chǔ)的信息應(yīng)用模式，包括道路路產(chǎn)養(yǎng)護(hù)、公路設(shè)備設(shè)施管理、工程建設(shè)項(xiàng)目管理、運(yùn)輸管理和公路災(zāi)害損毀評(píng)估等多個(gè)方面。

2.1 道路養(yǎng)護(hù)

公路基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、公路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢查數(shù)報(bào)數(shù)據(jù)和公路養(yǎng)護(hù)日常管理為基礎(chǔ)，通過建立質(zhì)量檢查、公路養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)平臺(tái)，信息化管理公路養(yǎng)護(hù)工作，以便公路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量、公路路況和服務(wù)狀態(tài)被公路管理部門及時(shí)掌握。養(yǎng)護(hù)管理人員無需下車，就能準(zhǔn)確及時(shí)地采集公路附屬設(shè)施信息，如公路病害信息、公路養(yǎng)護(hù)信息和橋涵及公路路況等。能夠?yàn)楣吩O(shè)施各管理環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量做出評(píng)價(jià)，了解設(shè)施的服務(wù)狀態(tài)和服務(wù)等級(jí)。通過數(shù)據(jù)共享，互相聯(lián)通，為業(yè)主制定合理養(yǎng)修計(jì)劃，為合理分配有限養(yǎng)修資金提供決策支持與幫助。

2.2 公路設(shè)備設(shè)施管理

設(shè)備信息通常以文檔的形式保存, 遙感數(shù)據(jù)可以建立設(shè)備空間分布的數(shù)據(jù)，并將設(shè)備信息與設(shè)備的空間信息聯(lián)系在一起，用戶在一張地圖上，就可以方便地查詢到各種設(shè)備的狀態(tài)與信息，并清楚地了解信息在空間中的分布。

2.2.1 道路里程樁管理

通過遙感可以在地圖上迅速定位道路里程樁,并以此進(jìn)一步定位標(biāo)記。

2.2.2 交通監(jiān)控

通過視頻、路面設(shè)施（車流量采集、地感線圈、收費(fèi)站信息）或RFID 等監(jiān)控設(shè)備采集各監(jiān)控路段交通狀態(tài)（流量、事故），可以在地圖上展示，并且可以識(shí)別交通狀態(tài)并標(biāo)記與統(tǒng)計(jì)。

圖1 視頻等監(jiān)控設(shè)備采集各監(jiān)控路段交通狀態(tài)

2.2.3 電子收費(fèi)

可以實(shí)時(shí)取得沿線收費(fèi)業(yè)務(wù)信息，收費(fèi)站信息是交通流量的一個(gè)重要來源，通過收費(fèi)信息顯示道路橋梁交通流量，為道路流量分析決策提供圖形化支持。

2.2.4 顯示設(shè)備控制

在地圖平臺(tái)上模擬實(shí)際場(chǎng)景電子顯示屏顯示控制單元的工作狀態(tài)，并可以進(jìn)行管理。

2.2.5 外場(chǎng)設(shè)備

將設(shè)備信息入庫或上傳到平臺(tái)，在平臺(tái)中對(duì)設(shè)備位置進(jìn)行標(biāo)記，并動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備屬性和服務(wù)狀態(tài)，便于管理人員跟蹤監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)異?；驁?bào)警，可以準(zhǔn)確定位，并安排調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)處置工作。使用遙感技術(shù)的平臺(tái)能夠管理的設(shè)備主要有:收費(fèi)站、擋車器、車輛檢測(cè)、顯示屏、攝像頭、火災(zāi)報(bào)警、煙霧檢測(cè)、光強(qiáng)檢測(cè)、氣象檢測(cè)等。通過外場(chǎng)采集設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備，可以對(duì)車流量進(jìn)行分析，并形成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)路況信息，在地圖上面加以描述。

2.3 工程建設(shè)項(xiàng)目管理

通過構(gòu)建精細(xì)化的道路三維模型，將施工過程、工期、成本、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等信息與模型對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)和管理，不但信息仿真可視，并且能夠指導(dǎo)施工方進(jìn)行更為科學(xué)合理的管理，將最終的施工成果信息形成一套信息與可視化一體的模型系統(tǒng)，系統(tǒng)還可以轉(zhuǎn)移給運(yùn)營方進(jìn)行將來的道路運(yùn)營養(yǎng)護(hù)。

2.3.1 對(duì)象信息管理

基于精細(xì)化的三維遙感模型，用戶可以將施工過程中的信息與模型實(shí)體關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)在三維場(chǎng)景中的信息存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)和分析?？梢钥焖俣ㄎ坏街付Ｐ蛯?duì)象，并對(duì)工程的施工設(shè)計(jì)圖紙、施工進(jìn)度、施工成本物料資料、施工監(jiān)理圖像等信息進(jìn)行查詢；同時(shí)還可以針對(duì)某一類型的對(duì)象批量查詢或統(tǒng)計(jì)與分析。

2.3.2 模型構(gòu)建與瀏覽

圖2 施工監(jiān)理圖像等信息查詢圖

基于BIM技術(shù)和道路三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，通過遙感數(shù)據(jù)平臺(tái)將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，可以快速構(gòu)建具有真實(shí)空間坐標(biāo)的道路三維模型。三維模型依據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，按照設(shè)計(jì)單元或者施工管理單元進(jìn)行精細(xì)化劃分，形成了橋柱、橋梁、分段路面、墊層等獨(dú)立的模型對(duì)象，這些對(duì)象具有唯一的ID，可以與施工、運(yùn)營系統(tǒng)中的信息進(jìn)行匹配，形成基于三維數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用。

2.3.3 進(jìn)度管理

在施工過程中，用戶可以維護(hù)每一個(gè)模型對(duì)象的施工進(jìn)度，最后可以形成整個(gè)工程的施工進(jìn)度數(shù)據(jù)。施工進(jìn)度數(shù)據(jù)不但可以和施工設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比，還可以在三維場(chǎng)景中進(jìn)行回放，以可視化的方式展現(xiàn)施工的階段進(jìn)展。

2.4 運(yùn)輸管理

運(yùn)輸主要包括城市公交、出租車運(yùn)輸與其他特種車輛的運(yùn)輸管理，運(yùn)輸管理數(shù)據(jù)依靠衛(wèi)星遙感技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸車輛的跟蹤監(jiān)控。

2.4.1 運(yùn)營能效分析

根據(jù)車輛運(yùn)營信息和路網(wǎng)信息，分析各線路與區(qū)域的運(yùn)營效能，幫助優(yōu)化完善運(yùn)營線路。

2.4.2 運(yùn)行線路規(guī)劃優(yōu)化

根據(jù)城市地理和人口分布等信息，綜合交通歷史數(shù)據(jù)，幫助公交、特種運(yùn)輸車輛合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)輸線路。

2.4.3 車輛人員調(diào)度計(jì)劃管理

管理每輛車的駕駛員與司乘人員信息，并做出排班計(jì)劃；根據(jù)各種交通實(shí)時(shí)信息實(shí)現(xiàn)車輛的調(diào)度。

2.4.4 監(jiān)控車輛位置信息

通過遙感技術(shù)、5G 等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)特種運(yùn)輸車輛、公交、出租車等運(yùn)行狀態(tài)、路線、視頻等信息的實(shí)施獲取與監(jiān)控。

2.5 公路災(zāi)害損毀評(píng)估

為災(zāi)情分析和應(yīng)急處置提供及時(shí)可靠的信息源，當(dāng)交通運(yùn)輸行業(yè)中發(fā)生公路水毀甚至崩塌、滑坡等災(zāi)害時(shí)，公路往往被阻斷；高速公路和國省干線公路運(yùn)輸能力面臨較大壓力。在災(zāi)害面前，主要依靠人力調(diào)查災(zāi)害信息。然而，往往在水毀的區(qū)域情況較復(fù)雜，易發(fā)生次生災(zāi)害。利用高分辨率衛(wèi)星可見光遙感和微波遙感、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等多種災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段，可以大范圍、快速獲取和掌握公路水毀災(zāi)情信息，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)道路損毀位置、規(guī)模等信息進(jìn)行采集，結(jié)合路網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水系基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、雨情數(shù)據(jù)、地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)上報(bào)數(shù)據(jù)和野外調(diào)查數(shù)據(jù)等，對(duì)公路域的路基、邊坡路面、橋梁、涵洞、擋墻等目標(biāo)受洪水、泥石流、滑坡等災(zāi)害的沖毀情況進(jìn)行識(shí)別，并進(jìn)行評(píng)估與分析工作，形成專題產(chǎn)品和評(píng)估報(bào)告[2]。

3 結(jié)語

公路傳統(tǒng)管理模式較為粗放，在遙感技術(shù)的應(yīng)用下有助于改變公路的管理模式，且能在較大尺度上獲取管理區(qū)劃內(nèi)的公路總體信息，信息獲取便捷、快速且覆蓋率高。交通運(yùn)輸管理部門要實(shí)現(xiàn)管理區(qū)劃內(nèi)的公路狀態(tài)及信息監(jiān)控管理并維持信息及時(shí)性和有效性需要遙感影像的應(yīng)用，作為一項(xiàng)重要的技術(shù)手段，遙感影像的應(yīng)用對(duì)我國公路建設(shè)具有重要意義[3]。但目前遙感影像在公路中的應(yīng)用也存在受天氣影響、影像數(shù)據(jù)更新周期相對(duì)較長等較大的缺陷，其應(yīng)用價(jià)值將隨著遙感技術(shù)的發(fā)展而逐步提高。