当智慧交通插上卫星遥感的翅膀是什么场景？

• 交通运输部2019年7月25日印发《数字交通发展规划纲要》（交规划发〔2019〕89号），提出：加快北斗导航、卫星通信、高分辨率对地观测等技术行业应用。

• 交通运输部2020年8月3日印发《交通运输部关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》（交规划发〔2020〕75号），提出：推动高分辨率对地观测系统在基础设施建设、运行维护等领域应用。

• 交通运输部2021年1月22日印发《交通运输部关于服务构建新发展格局的指导意见》（交规划发〔2021〕12号），提出：加强第五代移动通信技术（5G）、人工智能、物联网、卫星等在交通运输领域的应用。

• 中共中央、国务院2021年2月24日印发《国家综合立体交通网规划纲要》，在“推进智慧发展”章节中，明确提出：推动卫星通信技术、新一代通信技术、高分遥感卫星、人工智能等行业应用。

为什么从国家到行业最近发布的一系列重要文件中都提出加强高分遥感卫星技术行业应用呢？高分遥感卫星是什么样的卫星，都具有哪些功能呢？高分遥感卫星技术如何赋能智慧交通的发展呢？此文就带大家畅想一下当智慧交通插上卫星遥感的翅膀将是什么样的场景？

一、 卫星应用三大类

卫星从具体应用类型上，主要分为:卫星通信、卫星导航定位、卫星遥感这三类，一般也合称为“通导遥”。

卫星通信：及时以卫星为中继站进行数据通信，主要应用于地面通信覆盖并不好的地方，如飞机、高铁、高山、海洋，以及一些应急通信的场景。

卫星导航：则是为万物提供绝对定位信息。目前全球四大卫星导航系统: 我国的北斗卫星导航系统（BDS）、美国GPS、俄罗斯格洛纳斯（GLONASS）和欧盟伽利略（GALILEO），这也是联合国卫星导航委员会认定的供应商。

卫星遥感：本质是以太空视角，通过录像、拍照、雷达等方式记录与地球的相关数据，遥感卫星也称为对地观测卫星。本文着重论述遥感技术和智慧交通如何碰撞出火花。

二、国产高分遥感卫星

 2006年，我国政府已将高分辨率对地观测系统重大专项（简称“高分专项”）列入《国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006-2020年）》中的16个重大专项之一，由国防科工局承担民用部分的组织实施工作。

高分专项构建了以天基、临近空间、航空、数据中心和应用系统为骨干的高分辨率对地观测体系，并与其他对地观测手段相结合，形成时空协调、全天候、全天时的对地观测能力，使我国对地观测系统达到世界先进水平。

目前已有高分一号、二号、三号、四号、五号、六号、七号卫星成功发射。

图1 我国高分遥感系列卫星

高分一号的分辨率为2m。高分二号的分辨率为0.8m，交通运输行业是其主用户。高分三号是微波遥感雷达，填补了国内民用雷达SAR星的应用空白。高分四号是凝视相机，和风云系列组网后可大幅提高天气预报的效率和精度。高分五号是世界首颗实现对大气和陆地综合观测的全谱段高光谱卫星。高分六号是一颗低轨光学遥感卫星，也是中国首颗精准农业观测的高分卫星。

高分七号卫星是光学立体测绘卫星，分辨率不仅能够达到亚米级，而且定位精度是目前国内最高的，能够在太空轻松拍出媲美“阿凡达”的3D影像，投入使用后，将为我国乃至全球的地形地貌绘制出一幅误差在1m以内的立体地图，将在高分辨率立体测绘图像数据获取、立体测图、交通运输建设和管理等领域取得突破。

这些高分遥感卫星的投入使用大幅度提升了我国自主获取高分辨率观测数据的能力，为政府治理体系完善和治理能力现代化、区域经济发展提供了有力支撑。

依托高分重大专项，由国防科工局和交通运输部共同授权成立了高分交通行业数据中心，并委托中国公路工程咨询集团有限公司建设运营，于2017年12月正式面向交通运输行业提供高分数据服务。

该中心通过数据专线直连中国资源卫星应用中心，每天实时接收包括100%我国陆海领土、85%亚洲疆土以及60%其它陆地区域的高分卫星数据，已经为高分应用示范区、交通运输行业重点单位提供超过10TB的有效数据服务，涉及交通路网规划、公路勘察设计、地质灾害监测与预警、交通管理与出行服务、航运环境监测、机场规划建设等领域。

高分遥感数据在交通运输行业的应用，弥补了行业传统信息获取手段的不足，突破了行业获取大范围多元信息的技术难题，为智慧交通的建设插上了卫星遥感的翅膀。

为此，交通运输部在《交通运输部办公厅关于高分交通数据中心提供高分遥感数据服务的通知》（交办科技函〔2017〕1691号）中鼓励各省、自治区、直辖市、新疆兵团以及部属各单位、部内各司局积极利用高分遥感数据开展应用技术研究、应用开发和产业化应用，服务保障交通运输发展需要，并在随后的国家和交通运输行业重要文件上也都提出了加强高分遥感卫星行业应用的要求。

三、高分遥感赋能智慧交通

高分遥感卫星技术在智慧交通领域上具有显著地应用效果，具体表现在利用高分遥感赋能数据中心建设、路网运行状态动态监测、机电资产智慧管理、道路智慧执法、公路灾害智能监测及预警等方面。

1. 图库一体的数据中心（高分交通一张图）

“高分交通一张图”是指以高分辨率遥感信息为基础，融合大数据、移动互联网、地理信息等前沿技术，依托行业数据资源交换共享和开放应用工作，构建综合交通时空大数据管理平台及行业治理与分析决策平台，实现对交通运输规划、建设、运行、发展及服务质量等方面的综合管理。

 “高分交通一张图”中的“高分”是指高分遥感数据源，“交通”指的是的交通行业应用，“一张图”是指实现图库一体化的技术手段，分别对应数据中心需要解决的数据采集、深化应用和数据治理三个主要问题。

图2 高分交通一张图概念

高分赋能图库一体数据中心优势还体现在支撑数据中心的多元异构数据融合、海量时空数据管理、空间要素智能提取、深度分析交通专题4个方面。

第一，多元异构数据融合，主要将高分遥感影像数据、行政区划数据、数字线划地图数据、DEM数据、倾斜摄影数据、BIM数据，利用二、三维一体化技术、GIS+BIM技术，实现各类数据的高度融合。

第二，利用虚拟无损管理技术、基态模型时序管理技术、高可靠并行处理技术、多源异构数据的存储与管理技术，实现海量多元空间数据的在线管理。

第三，利用深度学习算法，智能化、自动化提取遥感影像中地物信息。

第四，一张图还需要进一步融合多元交通运输数据、进行基于交通运输业务场景的各类专题分析，有效支撑辅助决策。在上述基础上，一张图还可基于大数据的交通建模、关联分析、仿真验证等分析和应用工作，并结合可视化技术，辅助行业智慧决策分析。

图3 高分交通一张图界面

厦门市已成功将高分遥感应用于大交通信息共享服务平台，通过构建“图库一体化”的系统平台推进了厦门市交通运输全行业的数据整合，有效推动了交通运输行业的大数据治理体系建设，构建覆盖公路、公交、执法、营运车辆、运行监管等子行业或子领域的典型业务应用，初步实现对厦门市交通运输主管部门及部分管理机构的辅助决策支撑能力，服务全市智慧交通体系建设。

具体目标包括：“一库一图一平台”。即一个行业全覆盖的大数据资源池，一个依托高分遥感建立的交通时空大数据GIS地图平台和一个综合业务应用支撑平台。

目前，一库已接入了489张数据表，开发接口数量约109个，整合了行业内外23家单位相关数据，日接入数据记录超过1亿条以上，实现了交通运输行业数据的集约化管理，并通过数据共享平台构建，推动了跨部门、跨层级信息互联互通。

图4 厦门市大交通信息共享服务平台

2. 路网运行状态监测

基于高分遥感技术，可以提取监测区内路网、重要交通枢纽、应急资源分布等最新信息，并结合了历史交通数据，制定最优化的交通管控方案，从严、切实做好区域路网研判分析、运行监测、应急保障、公众出行信息服务等工作，实现路网研判科学全面、运行监测实时高效、信息引导立体精准、事件处置快速有力。

在厦门金砖会议期间，利用了多幅厦门地区的GF-2影像进行了路网运行动态监测和分析，为会议顺利召开提供良好的公路路网通行保障。

在此过程中，通过对收费站数据进行统计，过境厦门的车流量整体相比去年同期下降30.4%，最大限度地缓解了交通压力，确保不发生严重拥堵，圆满完成了大会的各项路网监测和保障任务。 

图5 厦门金砖会议核心保障区高分遥感路网分析图

目前高分遥感影像先进的提取和识别技术，基本可以实现对路网运行指标评价以及路域能见度监测。

利用GF-4卫星分钟级的高时间分辨率优势，通过同一位置像元不同成像时相的变化来提取车辆信息。

基于GF-2影像目视判读高速公路上高亮度和中等亮度的机动车辆，叠加到道路上，由叠加车辆的数目模拟不同交通拥堵程度，进一步根据影像通过多次降空间尺度卷积方法模拟50m高分影像。

以2018年2月20日11:45:00-21:45:00期间北京市京藏高速公路影像为例，对路网运行状态进行监测。

精度验证结果表明，利用此技术得到高速公路上车辆拥堵的排队长度为17.7km，实际监测的拥堵排队长度为20.8km，提取精度为85.1%。

拥堵场景影像（50m）

车辆占道信息提取

图6 利用高分4号路网变化(拥堵和无拥堵)分析图

图7 利用高分视频卫星提取道路交通量分析图

3.道路通阻状况智能监控

公路通阻影响因素较多，不确定因素较多，有事故造成的、有公路养护工程造成的，而且责任主体也不同，信息难以获取。

如果利用国产米级及亚米级高分辨率卫星遥感影像数据，根据道路事件发生位置、发生时期及工程周期制定卫星影像拍摄计划，及时获取该最新卫星遥感影像，通过数据的处理和解译，尤其对公路养护工程造成的道路阻断情况进行动态监测，对项目的实施进度、设备投入、路域植被、水土流失、土地利用等进行动态监测，可及时掌握阻断信息实际情况，大大降低人力监测和核查的成本，为公路通阻状况监控、统计、监督、管理、信息发布等提供科学的技术手段。

图8 道路通阻状况监控—路面标线喷绘进度

4.机电设备资产智慧管理

在道路等基础设施建设的过程中，为保证交通运输的正常运行和不断提升道路的通行能力，大量的通信、监控、收费、供电与照明等机电设施设备被广泛应用，尤其近几年，门架ETC设备以及车路协同设备大量的安装和应用。

因此，机电设备资产的正常运行和维护管理成为保障道路交通安全、畅通以及提升路网管理和服务水平的前提。

图9 基于高分的机电资产智慧管理云平台

综合考虑机电设备资产管理的用户需求，充分结合智库提供的服务支持，可借助高分交通一张图、BIM、人工智能、大数据等新技术，研发基于高分的设备资产智慧管理云平台。

平台的主要功能模块包括：综合监测与报警、运维工单管理、运维资源及单位管理、运维支持管理、综合指挥调度、智库等。

可实现对设备资产的精细化管理、智慧化运维和科学化评价，全面提升设备故障维修的效率，降低设备管理成本和难度，进一步提高机电设备管理水平。

5. 道路智慧执法管理

基于高分遥感及变化检测技术，可有效解决路政执法案件管理的“难发现、难取证、难处理、难追溯”的四大难题，有助于推进路政管理可视化、信息化、规范化。

图10是高分遥感卫星监测到的路域附近某处一施工建筑，已经非法侵入道路控制区13.2m，此图为当地路政局的执法提供了执法依据，弥补了传统人工巡查的监测手段。 

图10 基于高分的道路智慧执法

6. 公路灾害智能监测与预警

高分遥感技术具有可视性好、宏观性强、信息量丰富等特点，能够快速提供可靠的地形地貌、地质构造和地物判别的信息，揭示不同地质灾害类型的影像特征、光谱特征，实现对公路地质灾害的精细化监测与判识。

高分遥感技术从空中大面积的资料获取，拓宽了监测视野，对于区域性的公路灾害监测可实现整体把握，满足了灾害监测立体和宏观的需求。

高分遥感在在崩塌、滑坡、泥石流、地震等地质灾害的调查、监测、评估等工作中发挥了重要的作用，已成为公路灾害动态监测与预警不可或缺的重要技术手段。

在“交通运输部2020年全国自然灾害综合风险普查”项目中，已将高分遥感技术应用于公路灾害普查中，有效地监测出公路路域灾害点的发布和状况，为公路智慧安全运营提供了可靠的数据和技术支撑。

图11为甘肃省舟曲县X413路段基于高分二号的滑坡识别结果，X413路段从K5+000至K8+500存在9处滑坡，滑坡范围如图中红色范围所示，多个滑坡相邻，此处属于灾害密集区。

图11 基于高分二号的公路路域滑坡识别结果图

 四、应用前景 

高分遥感技术在智慧交通方面的应用能产生显著的经济和社会效益。经济效益方面，在公路运行监测和普查方面，可减少外业工作量约45%；在道路灾害智慧监测和预警方面，降低应急救援成本20%；在交通出行服务方面，可提高出行效率约10%；在道路执法信息提取及变化监测中，减少外业工作量约30%，监测成本降低约25%。

社会效益方面，作为我国自主的高分遥感数据在使用精度上比肩国外卫星遥感数据产品，数据替代率达到了85%以上；在使用精度、时效性上的优势，弥补了传统交通信息获取手段的不足，突破了交通行业大范围多领域信息获取难的技术瓶颈。

随着大数据、机器学习、人工智能等先进技术与遥感技术的深度融合，将有力地提升从遥感数据到行业信息模型挖掘过程的效率与质量，推动交通运输行业的科技进步，进一步提升交通运输行业信息化智能化水平，同时也将在重大事件、活动、节假日的交通运行服务保障方面发挥着特殊的作用，为“国家综合立体交通网规划”、“新基建”、“数字交通”、 “四好农村路”等政策的全面贯彻落实提供强有力的支撑。 

作者介绍

潘勇

中咨数据有限公司

副总经理/正高级工程师

从事交通信息化、交通大数据、智慧公路、城市交通、遥感应用、防灾减灾等业务方向。长安大学交通信息工程及控制专业硕士毕业，在读博士；

研究成果曾获中国公路学会科学技术奖二等奖2项，中交集团科技进步二等奖2项；参编8项国家及行业标准，获发明专利1项，软件著作权4项；核心期刊发表论文十余篇， EI收录1篇；

曾参与交通运输部“国家公交都市”、“城乡交通运输一体化”等部级试点示范工程的技术支持工作；负责和参与了甘肃、宁夏、海南等地的交通运输信息化规划编制以及交通运输部“国家公路网综合养护管理系统工程”、甘肃省公路局“互联网+”智慧养护、福建省普通公路路网监测平台、中交高速公路资产管理平台、新疆生产建设兵团公路水路建设与运输市场信用信息服务系统等信息化工程建设工作。

会员单位介绍

中咨数据有限公司（以下简称“数据公司”）隶属中国交通建设股份有限公司全资子集团中国公路工程咨询集团有限公司。数据公司是国有高科技企业、国务院国资委“科改示范企业”、专注于交通运输行业信息化领域，坚持基于大数据分析、云计算、人工智能、移动互联等新一代信息技术，紧密结合行业发展需求，为交通运输行业客户提供一体化、信息化解决方案及智慧化信息服务平台，致力打造交通运输行业信息化领域知名的“大数据平台运营商”。

近年来，数据公司承担了来自国家部委、地方交通运输主管部门及管理机构、相关行业企业的各类交通运输信息化项目上百余项，业务主要覆盖公路交通、城市交通、综合交通和融合发展四大领域，为业主提供全方位一站式的服务。

数据公司以企业为主体、市场为导向，采用“产-学-研-用”相结合的技术创新体系，现参建一个国家级工程实验室和一个行业研发中心、承建两个省部级中心的建设和运营，参建有综合交通大数据应用技术国家工程实验室和交通运输部综合交通运输大数据处理及应用技术交通运输行业研发中心，承建交通运输部空间信息应用与防灾减灾技术交通运输行业研发中心和高分遥感交通行业数据中心。

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编辑| 孙晨
审核| 陈小妮