楊貫偉

（中交星宇科技有限公司，北京 100088）

0 引言

公路項(xiàng)目建設(shè)涉及勘察設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等階段，西部地區(qū)以及“一帶一路”沿線地區(qū)地形地質(zhì)復(fù)雜、條件惡劣，傳統(tǒng)測(cè)繪、資源調(diào)查、運(yùn)營(yíng)維護(hù)手段開(kāi)展難度大。

遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有觀測(cè)覆蓋范圍大、宏觀性、全面性、客觀性的特點(diǎn)，能夠真實(shí)顯示豐富的地物、地質(zhì)信息，同時(shí)獲取方便、時(shí)間性強(qiáng)、成本低，諸多優(yōu)點(diǎn)，使衛(wèi)星遙感技術(shù)在公路設(shè)施勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等階段的應(yīng)用前景廣闊。隨著國(guó)家高分重大專項(xiàng)、空間基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的實(shí)施建設(shè)，我國(guó)陸續(xù)發(fā)射了氣象、海洋、環(huán)境、資源、高分、空間等系列衛(wèi)星，大大提高了衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)能力，特別天繪、資源三號(hào)、高分七號(hào)等立體測(cè)繪衛(wèi)星以SAR系列衛(wèi)星，為公路工程建設(shè)提供了更多的應(yīng)用場(chǎng)景服務(wù)。

1 衛(wèi)星遙感技術(shù)在公路勘察設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

公路勘察設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜、工作難度大、勘察工作也較辛苦，同時(shí)地貌、地形、氣候條件等多各方面因素對(duì)公路選線至關(guān)重要。傳統(tǒng)手段的水準(zhǔn)測(cè)量、靜態(tài)GPS測(cè)量、全站儀測(cè)圖都有局限性。遙感衛(wèi)星以其大面積、實(shí)時(shí)、快速、周期性重復(fù)觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)到面的多尺度觀測(cè)，可全面支撐公路勘察設(shè)計(jì)的地形測(cè)圖、地質(zhì)解譯、路線選線等。

1.1 矢量地形測(cè)圖

新建公路工程多處于國(guó)家西部地區(qū)或者國(guó)外，存在基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)時(shí)效性不高甚至缺失等問(wèn)題。矢量地形圖可采用高分辨率衛(wèi)星遙感影像及立體相對(duì)內(nèi)業(yè)處理生成，外業(yè)進(jìn)行實(shí)測(cè)校驗(yàn)，其外業(yè)工作量更小，特別在一帶一路海外項(xiàng)目及困難區(qū)域中的優(yōu)勢(shì)極為明顯，同時(shí)可以提高地形圖測(cè)繪的效率、縮短周期、節(jié)約成本。國(guó)產(chǎn)資源三號(hào)與高分七號(hào)衛(wèi)星可制作1∶50000與1∶10000的地形圖。

1.2 工程地質(zhì)遙感解譯

遙感衛(wèi)星地質(zhì)解譯已成為公路工程地質(zhì)勘察中的必要手段，具有解譯全面、質(zhì)量高、速度快、效益顯著的優(yōu)勢(shì)[1]。通過(guò)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以提取地貌、地質(zhì)構(gòu)造和地物信息，同時(shí)可識(shí)別隱藏地質(zhì)、不良地質(zhì)、水文地質(zhì)、水文地質(zhì)、特殊性巖土等信息。利用高分辨率、高光譜、三維遙感等技術(shù)獲取公路沿線斷裂、滑坡、泥石流、崩塌等不良地質(zhì)信息，以指導(dǎo)公路地質(zhì)選線。

1.3 公路路線方案對(duì)比

泥石流、滑坡、斷層等地質(zhì)災(zāi)害對(duì)公路選線影響重大。利用遙感衛(wèi)星可以快速識(shí)別工程區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造情況，滑坡、地質(zhì)斷裂帶等，以遙感專題圖、疊加道路規(guī)劃、公路線路走向方案、公路要素選址方案，以地理空間信息綜合各種數(shù)據(jù)可視化展示，開(kāi)展公路線路規(guī)劃方案比選。

2 衛(wèi)星遙感技術(shù)在公路建設(shè)施工階段的應(yīng)用

在建公路工程眾多，對(duì)公路工程的建設(shè)過(guò)程、形變、周邊自然和人文環(huán)境安全等的監(jiān)測(cè)，有助于工程管理部門(mén)、安全監(jiān)管部門(mén)等及時(shí)準(zhǔn)確掌握工程和設(shè)施的建設(shè)進(jìn)度、安全狀況，對(duì)于掌握工程進(jìn)度與保證工程建設(shè)安全具有重要意義。

2.1 建設(shè)進(jìn)度監(jiān)管

基于多時(shí)相高分遙感數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以實(shí)現(xiàn)宏觀、清晰地監(jiān)測(cè)工程設(shè)施建設(shè)進(jìn)度變化，對(duì)公路工程建設(shè)開(kāi)展全面的跟蹤、監(jiān)測(cè)，生成施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)專題圖，并可監(jiān)測(cè)信息以服務(wù)的形式推送到手機(jī)APP或服務(wù)網(wǎng)站，工程監(jiān)管單位無(wú)需到施工現(xiàn)場(chǎng)，在電腦或手機(jī)終端即可對(duì)工程建設(shè)進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)管。圖1為港珠澳大橋建設(shè)進(jìn)度監(jiān)管專題圖。

圖1 港珠澳大橋建設(shè)進(jìn)度監(jiān)管專題圖

2.2 施工環(huán)境監(jiān)測(cè)

公路建設(shè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，在建設(shè)過(guò)程中不可避免會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境和生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)造成破壞[2]。公路工程項(xiàng)目具備面廣、線長(zhǎng)、建設(shè)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，部分項(xiàng)目會(huì)穿越生態(tài)保護(hù)區(qū)，地面調(diào)查只能反映區(qū)域情況，不能全面反映全線的生態(tài)環(huán)境狀況。遙感衛(wèi)星其具體探測(cè)范圍廣、重訪周期短的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了宏觀、連續(xù)、快速、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)公路施工環(huán)境監(jiān)測(cè)。采用多源遙感數(shù)據(jù)同時(shí)配合地面監(jiān)測(cè)手段，對(duì)沿線的植被情況、水環(huán)境、土地覆蓋變化情等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，構(gòu)建公路沿線環(huán)境監(jiān)測(cè)一張圖，實(shí)現(xiàn)沿線環(huán)境目標(biāo)監(jiān)管以及公路建設(shè)的信息化、精細(xì)化的管理。

2.3 邊坡監(jiān)測(cè)

公路施工容易造成邊坡體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在受到如暴雨、地震、外力等外界因素誘發(fā)時(shí)會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂、滑坡、塌陷甚至崩塌等邊坡失穩(wěn)破壞情況，邊坡變化、破壞會(huì)給公路建設(shè)帶來(lái)重大影響和損失。SAR遙感衛(wèi)星可全局監(jiān)測(cè)邊坡地表位移和形變，利用其光譜、空間特征進(jìn)行邊坡位移監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)大面積的邊坡進(jìn)行形變監(jiān)測(cè)，精度可達(dá)到毫米級(jí)，同時(shí)具覆蓋區(qū)域廣、有全天候、宏觀微觀兼具、成本低、客觀可靠的優(yōu)點(diǎn)。

3 衛(wèi)星遙感技術(shù)在公路運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的應(yīng)用

公路工程的運(yùn)營(yíng)維護(hù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期工程，公路里程規(guī)模非常龐大，錯(cuò)綜復(fù)雜的公路工程需要精細(xì)化管理運(yùn)營(yíng)手段來(lái)保障公路正常的運(yùn)行、快速處理突發(fā)應(yīng)急事件。遙感具有大范圍監(jiān)測(cè)、不受地域制約的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用與公路形變監(jiān)測(cè)、道路損毀評(píng)估、應(yīng)急救援、生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)等。

3.1 公路地表形變監(jiān)測(cè)

公路工程沿線的地面沉降和變形監(jiān)測(cè)是保障公路正常運(yùn)營(yíng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性重要工作?；诶走_(dá)遙感數(shù)據(jù)具有快速獲取大范圍地表形變信息、重復(fù)周期短、使用成本低等優(yōu)勢(shì)，可利用PS-InSAR技術(shù)開(kāi)展對(duì)公路沿線的地面、邊坡、橋梁進(jìn)行形變監(jiān)測(cè)，為公路安全運(yùn)營(yíng)和重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)提供指導(dǎo)，提供技術(shù)方法保障公路綜合調(diào)查。

3.2 公路災(zāi)害損毀評(píng)估

公路沿線范圍廣、面積大最易遭受不同類(lèi)型災(zāi)害，利用多源遙感影像制作災(zāi)前、災(zāi)后專題圖對(duì)比，可以準(zhǔn)確、快速地獲得災(zāi)區(qū)公路路面、橋梁、涵洞、邊坡等災(zāi)害位置以及損毀情況，分析受損程度，專項(xiàng)公路災(zāi)害的損失報(bào)告與制作災(zāi)害評(píng)估專題圖，并可依據(jù)報(bào)告與專題圖進(jìn)行商業(yè)保險(xiǎn)理賠。

3.3 公路災(zāi)害應(yīng)急救援

公路沿線時(shí)常會(huì)發(fā)生洪水、泥石流、雪災(zāi)、滑坡等自然災(zāi)害，以及因橋梁、涵洞、隧道及公路設(shè)施損壞等突發(fā)事件導(dǎo)致交通中斷。災(zāi)害迫切需要及時(shí)、高效、有序開(kāi)展應(yīng)急工作，獲取災(zāi)害對(duì)公路造成的破壞程度和范圍信息。遙感衛(wèi)星以其客觀性、現(xiàn)勢(shì)性、直觀性和宏觀性優(yōu)勢(shì)，利用遙感衛(wèi)星直觀分析以及GIS綜合分析，能夠準(zhǔn)確掌握公路災(zāi)害損毀位置、范圍、損害程度等信息，及時(shí)提供搶險(xiǎn)救援的輔助決策服務(wù)。公路運(yùn)營(yíng)期的生態(tài)環(huán)境保護(hù)極其重要，以高分辨率衛(wèi)星遙感光學(xué)、紅外、高光譜、SAR多元數(shù)據(jù)，同時(shí)輔以地面調(diào)查與驗(yàn)證數(shù)據(jù)，采用遙感定量反演模型綜合評(píng)價(jià)技術(shù)，可對(duì)公路沿線的地表變化、植被覆蓋變化、土地資源、水資源環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)等生態(tài)環(huán)境狀況開(kāi)展監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)分析。基于時(shí)間序列觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用時(shí)空變化分析方法對(duì)生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)各項(xiàng)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的變化量、變化率及變化特征，掌握公路沿線的生態(tài)環(huán)境空間特征與格局。

3.4 公路沿線生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

3.5 公路路面狀況遙感監(jiān)測(cè)

公路路面長(zhǎng)期受溫度、水分、風(fēng)化以及荷載等因素的影響，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致道路表面產(chǎn)生多種病害特征，極大降低了路面的使用性能，同時(shí)也帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和事故風(fēng)險(xiǎn)。利用遙感高分辨率及高光譜數(shù)據(jù)，獲取不同健康情況下的路面光譜反射率，分析識(shí)別光譜反射率的差異性，可獲得路面裂縫、路基結(jié)構(gòu)、形變等信息，并可區(qū)分瀝青路面不同老化程度。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星的發(fā)展，衛(wèi)星載荷、重返周期越來(lái)越多，公路工程建設(shè)對(duì)遙感衛(wèi)星應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)越來(lái)越多，其應(yīng)用深度與廣度也會(huì)增強(qiáng)。同時(shí)加強(qiáng)遙感衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星的以及新一代信息技術(shù)的融合應(yīng)用，在公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域具有巨大發(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用場(chǎng)景。