文/圖 航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司 熊亮 周少飛

高分遙感技術(shù)作為公路氣象監(jiān)測的手段之一，發(fā)揮著搜集公路基礎設施信息、實時監(jiān)測公路氣象情況等作用。

2019年，我國交通氣象災害應急體系構(gòu)建完成；2020年，中國氣象局綜合觀測司、應急減災與公共服務司聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加強公路交通氣象觀測站網(wǎng)建設的通知》……地質(zhì)、氣象災害影響下的公路交通運行和應急保通保暢工作，一直被各級交通運輸主管部門、運營管理單位，以及工程與科研技術(shù)人員高度重視。

氣象監(jiān)測和高分遙感技術(shù)（簡稱“氣象遙感”）基于數(shù)字化手段，能有力支撐公路管理部門精準決策。例如，呈現(xiàn)直觀、實時的公路基礎設施數(shù)據(jù)信息；評估不同公路段不同災害類型的危險等級、災毀情況，在災害發(fā)生后監(jiān)測公路的通達率恢復情況；分鐘級監(jiān)測公路氣象實況，并提供氣象預警。

呈現(xiàn)直觀動態(tài)的基礎設施數(shù)據(jù)信息

智能遙感技術(shù)利用高分遙感影像，能快速、準確地提取大范圍公路基礎設施的地理信息數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。針對不同建設階段定期更新路網(wǎng)，為公路管理部門提供準確、實時、直觀的信息。

公路基礎設施的地理信息主要包括路線、路基、路面、橋梁、涵洞、隧道、交安機電設施、收費站、服務區(qū)等，統(tǒng)計信息包括公路及高速公路里程、路段、管理處、空間及資產(chǎn)設施信息數(shù)據(jù)、檢測評定數(shù)據(jù)、道路損毀數(shù)據(jù)等內(nèi)容。針對特定路網(wǎng)，氣象遙感能在開工建設前不定時更新道路規(guī)劃信息，在建設過程中更新道路完工進度，在建設后期更新路網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)測信息。

雪季，氣象遙感服務能實時監(jiān)測公路結(jié)冰的情況。（供圖：閆洪君）

多源道路基礎設施信息高精度融合展示

基于時序INSAR的路基地面沉降監(jiān)測

當前，利用國內(nèi)分辨率最高可達0.2米的高分遙感影像，采用人工智能技術(shù)豐富PIE-EngineAI軟件，能自動化檢測公路、橋梁等公路基礎設施——利用ResNet50+Unet網(wǎng)絡訓練獲得模型，采用逐像素預測算法自動提取道路，在北京地區(qū)分辨率為2米的高分遙感影像檢測實例中，召回率和準確率均達到90%以上；采用以RetinaNet為基礎的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)橋梁的精確定位和識別，在北京市局部地區(qū)分辨率為1米的高分遙感影像檢測實例中，召回率和準確率分別達到80%和90%以上。

此外，氣象遙感利用時序InSAR技術(shù)、北斗差分技術(shù)，以多時序InSAR數(shù)據(jù)、北斗衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)、基礎地理信息數(shù)據(jù)等相關(guān)輔助數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，還能常態(tài)化高精度監(jiān)測公路路基、邊坡、橋梁等公路基礎設施的形變。

動態(tài)監(jiān)測災害發(fā)生全過程

在發(fā)生地質(zhì)災害的全過程中，氣象遙感依據(jù)多期高分遙感影像，實時監(jiān)測公路路網(wǎng)運營環(huán)境的變化，以及滑坡、泥石流、崩塌等地質(zhì)災害的特征。結(jié)合地形、地貌、周邊用地類型等信息，評估不同公路段不同地質(zhì)災害的危險性等級。在災害發(fā)生后期，依據(jù)災害等級和周邊地質(zhì)、人文環(huán)境等信息，評估公路的災毀情況，并監(jiān)測公路通達性恢復情況。

路網(wǎng)運行環(huán)境滑坡遙感監(jiān)測

基于時序INSAR的橋梁形變監(jiān)測

水毀災害前公路大橋的遙感影像基準

水毀災害后公路災害損毀評估

基于高分遙感地圖，氣象遙感能對當前和歷史的遙感影像進行智能對比分析，結(jié)合當前氣象數(shù)據(jù)，以及未來一段時間內(nèi)的精準氣象預報信息，疊加歷史滑坡、泥石流、崩塌等地質(zhì)災害數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對路網(wǎng)運行環(huán)境變化中滑坡、泥石流、崩塌、冰雪等災害的精準表征，生成公路災毀損失和搶通情況月度統(tǒng)計。依據(jù)國家相關(guān)標準將危險性等級分為極高、高、中、低，分別以紅、橙、黃、綠四色表現(xiàn)。表達災害損毀情況的數(shù)據(jù)有災害影響范圍、受災交通設施規(guī)模、恢復所需資源及時長等。表達公路通達性應用充分研究城市通達性空間分布變化規(guī)律、城市化人口變化規(guī)律、人口加權(quán)時間距離倒數(shù)、高速公路通車里程增長率等。

目前，氣象遙感已應用在湖北全省范圍內(nèi)農(nóng)村公路災毀情況的評估中，針對水毀、滑坡、泥石流、冰雪災害等災害類型評估災害危險性。

公路氣象實時監(jiān)測

氣象遙感能滿足精細化天氣預報、分鐘級氣象預警、公路周邊環(huán)境與災害風險監(jiān)測等需求。

氣象遙感能精細化網(wǎng)格氣象數(shù)據(jù)，精細化網(wǎng)格實況和數(shù)據(jù)空間的分辨率可達1公里，定制化開發(fā)的實況數(shù)據(jù)可實現(xiàn)分鐘級更新，實時同步任意位置的天氣信息。結(jié)合溫度、降水、能見度等氣象要素和交通橫斷面、交通流等專業(yè)交通要素，氣象遙感可以專業(yè)應用于泛交通領域；結(jié)合CMA、GFS、EC等氣象數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)和實時公路信息，氣象遙感能讓數(shù)據(jù)更準確、穩(wěn)定，實現(xiàn)動態(tài)分析交通運行狀況。

氣象遙感通過開展各種氣象因素、基礎地理條件、交通條件對公路安全行駛影響的分析，基于不同尺度的氣象觀測資料及基礎地理資料，分析歷史公路氣象災害數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多源氣象資料在公路管理上的快速綜合應用，建立基于公路物理特性及統(tǒng)計規(guī)律的公路預報模式，實現(xiàn)對氣象基礎要素、公路氣象要素、公路氣象高影響氣象條件、公路決策氣象信息的監(jiān)測和預報預警。

道路凍結(jié)成冰概率氣象信息預警分級示意圖

基于道路精準預報模式的道路氣象服務

面向滬杭甬高速公路精細化道路氣象服務

氣象遙感能以網(wǎng)頁和App等多種形式，提供臨近期（6小時以內(nèi)）、短期（1天至3天）和中長期的“逐時次、逐公里”精細化交通氣象預警，例如道路溫度、降水、能見度、道路大風、道路降水類型、道路高溫預警、道路結(jié)冰、大霧等的預警以輔助公路管理部門決策。能針對霧、雷雨、雪等氣象要素設定公路危險等級；能結(jié)合實時交通信息，生成公路網(wǎng)絡沿線的氣象預報和路況預報。

目前，氣象遙感服務已經(jīng)在浙江高速公路管理上應用，并生成實時檢驗報告?？傮w檢驗結(jié)果顯示，近一年數(shù)據(jù)反饋1973例，平均絕對誤差1.10，小于2攝氏度準確率為88.55%。

未來，如何降低擁擠、事故對公路交通的影響，提高公路的服務水平，將成為行業(yè)的重要課題。國家正大力推進交通道路氣象觀測站網(wǎng)建設，多源高分遙感及氣象衛(wèi)星等大尺度的觀測預測數(shù)據(jù)將充分融合小尺度的高精度氣象觀測數(shù)據(jù)，可為管理部門開展道路災害危險性評估、災后公路損毀評估及通達性恢復監(jiān)測提供準確的決策支撐。