高分遥感技术在农村公路建设核查监管中的应用.pdf

技术：局分遥感技术在农村公路建设核查监管中的应用鲁伟董丽珍（江苏省交通通信信息中心，江苏南京；江苏省民政信息中心，江苏南京 ）摘要：遥感卫星已进入高光谱、亚米级、快速重访的高分辨率时代，本文利用 高分遥感的宏观调查和微观详查 能力，选取江苏省南京 市高淳区下属部分村镇为研究区，分析了高分遥感技术在农村公路重 复 建设核查和建设进展监測 等建设核查监管 方面的应用情况。在遥感影像综合处理的基础上，结合农村公路的主要特征，利用机器学习和半自动 化提取相结合的 方法提取农路信 息，构建了农村公路样本库，并搭建了应用示范系统，有效提升农村公路大 范围核查监管 能力，为高分遥感技术在交通运输行业应用提供范本，对提升交通运输行业信息化水平具 有重要意义。关键词：高分遥感；农村公路；监管高分遥 感基于遥感卫星立体观测网络，实现了大范围、常态化对交通目标进行观测，具有经济、高效、客观、准确等优势，能够有效克服人工监管手段存在 的宏观监督困难和人力成本高昂等缺点。本文利用高分遥感的宏观调査和微观详査能力，对高分遥感技术在农村道路重复 建设核査和建设进展监测等进行分析。选取高淳区下属部分村镇为具体研究区，高淳区隶属江苏省会南京市，远离南京中心城区，地处江苏省西南端、苏皖交界处，具备城乡结合的特点，农村路网丰富。针对研究区，结合农路建设核査监管需求，确定业务数据和影像数据需求及来源，进行遥感影像处理、农路信息提取以及应用示范系统建设。一、数据准备（一）业务数据从公路管理部门获取的农路建设计划为“年高淳农路建设计划表”“年高淳农路建设计划表”“年调整后高淳农路建设计划表”，业务数据包含农路起讫点乡镇及经纬度、技术等级、行政等级、路面材质、改善规划的里程及宽度等。（二）影像数据根据研究区域的范围及已获取的业务数据（农路的经 纬度信息等），确定其遥感影像 的区域范围如图红框所示，其中，高淳农路示范区选择的范围为：纬度，经度。，面积约。根据前述示范区范围（空间）、要 求 的影像时间和期数，确定拟获取的影像。最终获取的影像及其参数如表所示。图高 淳区农 路影像范围表获取的卫星影像及其参数示范应用地区影像时间卫星景数分辨率农村公路核査监管高分二号米高淳区高分二号米 高分六号米（三）业务数据与影像数据对比除相 关部门提供的业务数据之外，由实地踏勘采集农路关键位置（起点、中点和终点）位置长度、宽度等信息。针对农路宽度，利用米级或亚米级遥感影像提取标注农路的宽度，将实测农路宽度数据与遥感影像判读数据对比，用于分析遥感影像对不同等级（乡道、村道）、不同宽度的农路的识别精度，验证遥感对不同宽度农路的提取能力。年增刊（总第 期）丨中国交通信息化 实验发现实测路宽与遥感影像判读路宽偏差在 范围 内，如表所示。由此可知，从遥 感影像判读的宽度 能较准确地反映农路的实际宽度信息，提供米级以下误差 的农路宽度判读结果，供相关业务部门参考。表高淳 农路实 測宽度与影像宽度对比农路名称农路编号起点位置经度纬度实测宽度（）影像宽度（）误差（）准确率（）永仙路。，老吴路。，慢城线。，大红线，黄贾路，农路名称农路编号分位点位置经度纬度实测宽度（）影像宽度（）误差（）准确率（）永仙路，老吴路，慢城线。，大红线。，黄贾路，农路名称农路编号终点位置经度纬度实测宽度（）影像宽度（）误差（）准确率（）永仙路 老吴路，慢城线，大红线。，（黄贾路 二、数据处理（一）影像综合处理通过、等遥感影像处理分析对软件遥感数据进行处理以及等 对遥感影像加工处理，主要 包括影像边缘增强调色、图像融合、几何纠正、影像镶嵌、影像匀色增强等步骤，形成大宽幅镶嵌匀色产品，具体处理流程如图所示。（二）农路信息综合处理、处理要求（）建立农路本底 库。根据农 路年度建设计划表对农 路做路网提取，标注每条农路的起讫点经纬度、起讫点乡镇名、长度、技术等级、行政等级等属性信息，以及所选区域内农路总里程。（）验证农路的识别精度。针对每条农路的宽度，利用米级或亚米 级遥感影像标注宽度，并与实 测踏勘数据进行比对，分析遥感影像对不同宽度农路的识别精度，验证对不同道路宽度的图遥感影像处理流程提取能力。（）农村道路重复建 设核査。叠加高分遥感影像对比农路建设前后在遥感 影像上的变化，发现农路新建和改建变化以及疑似重复建设道路。、农路特征分析根据实地踏勘和影像资料对农路进行特征分析，总结农路在高分遥感影像上一般表现为如下特征。颜色特征：水泥路面为白色，坜青路面为 黑色。几何特征：宽度为？，狭长且弯曲的几何形状。拓扑特征：农路不会突然中断，农路相互交叉形成网状结 构。、农路信息提取根据农路提取的主要特征，辅 助人工解译和机器自动识别，农路提取主要流程如 下。第一步，农村公路特征值选择。针对农 村公路，选择几何特征和灰度 共生矩阵的特征值 分别描述道路的外形和纹理。第二步，半自动化提取。针对道路提取复杂度高、样本难覆盖所有类型道路和非道路的情况，辅助选用半自动化提取手段，由人工确定道路起点，算法自动跟踪道路，形成农路线性，人工确定分位点即可。第三步，后处理，也即人工检核校正。利用机器学习和半自动化提取得到农村公路提取结果后，再利用形态学等 方法在不改变公路整体信息的情况下，对公路信息进一步完善，包括填补空洞和连接中断 的道路等，可以对自动提取出的目标区域进行二次判断、标绘 和编辑。同时结合外场验证，对农路进行实地测量，获取点位、长度、宽度等信息，对自动和半自动识别和人工解译的结果进行检验和修订。农路信息提取流程如图所示。、农路本底库建设利用路网信息提取结果形成路网本底库专题产品，辅助核査监管人员了解路网规模、路网分布等信息，以便于对农村公路现状进行分析与评价。通过提取高淳区 年农村道路、年农技术图农路信息提取 流 程图村道路作为基础本底库，以 图像数据和文 本数据的形式存储在数据库中，图像数据如图所示，文本数据主要描绘道路长度、宽度等属性数据。后期将在此基础上对农路数据进行增、删、改等操作。高淳农路本底库专题图如图所示。图高淳农路本底 库专题图、农路核査监管基于遥感影像基础处理、信息提取和产品的生产，利用高分辨率遥感影像数据、农路业务数据、实地踏勘测量数据等，制作遥感专题产品作为基础数据辅助开展农村公路核査监管。（）农路变化专题分析：基于多期高 分辨 率遥感影像，通过叠加对比分析，监测农路每年新建、改建状态。通过现状数据与历史数据的叠加对比分析进行变化监测，掌握农路新建、改建情况。小茅山脚路修建前后变化如图所示。（）农路疑似重复建设专题分析：通过已有业务数据与遥感影像地图提取的农村道路信息，建立的本底库，根据年度上报图小 茅山脚路修 建前后变化专题图（左：建设前，右：建设后）的农路新建计划，与农路本底 库相比较，判断是 否存在重复建设、重复上报道路，从而辅助农路建设核查监管，避免 重复上报、重复建设情况。发现疑似重复上报路段，如图所示，经实地踏勘并与地方业务人员确认，该处路段为上报时起讫点的经纬度，后期验收时相 关部门已对农路的起讫点作调整，调整后不存在重复上报情况。图疑似重复建设道路（三）应用示范系统建设系统实现了遥感农路建设监测成果和农路建设管理应用的结合，主要功能包括农路建设计划的可视化、农路建设计划统计、农路建设计划重复上报监测、农路建设进度 监测、农路计划详情和辅助分析等，同时也实现遥感监测成果的常态化更新和集中管理。、建设计划可视化：数据处理平台根据建设计划业务信息在高分影像上进行相关信息提取，形成农路建设计划专题图，同时处理人员将业务信息融合到专题图中，用户可以通过示范应用系统，査看农路建设计划的位置分布、线型、通达地、建设类型和道路长宽等信息，相比传统的表格文字信息 更新直观形象。、建设计 划统 计分析：农 路建设核査专题可以从建设里程、建 设类型、建 设区域和时间 等方面对建设计划进行统计，并以图表的形式对统计信息形象化表达，帮助管理者从多维度掌握建设情况。、建 设计划重复上报监测：通过最新年份的农路建 设计划和农路本底库叠加显示，道路线型重合的区域大槪率是重复上报的计划，即可被视为实地考察的重点目标，相比于传统的表格文禅顧（總期）中化 字信息核对更形象、直观、准确、高效。、建设进度的监测：农路建设进度专题图由多时相的高分影像变化监测生成，表现道路在不同时间的状态变化，能很好地反映农路建设进度，同时平台支持多时相影像的对比，可以直观地査看不同时间的农路建设详情。、建设辅助分析：示范应用还提供一些常用的地图操作功能，如长度测量、面积测量、对比、卷帘、时间轴等，可以帮助管理者更好職行数据分析。三、结束语本文分析所得情况为高分遥感技术在交通运输行业的应用提供了示范，解决了农村公路建设核査监管过程中以人力巡査和人工校验为主的资源浪费、成果不直观等问题。目前，该项技术成果尚未能完全取代人工监管，下一阶段基于更多农村数据扩容样本库、优化农路提取算法，提髙识别精度，可在示范系统的基础上面向全省进行进一步推广应用，有力支撑农村公路建设核査建管应用。参 考文献宋展 曦，邹同元，王剑，等商分 遥 感技术 在 交通运输 行业的应用及展望卫星应用，丨，丨（）：杨永杰高分遥感 技 术 在公路交通 领 域的应用山西交通科技，（）：般林商分卫星遥感技术 在 交通运输领 域的研究探索数字通信世界，（）：卜黄後松，鲁士仿彭向阳，等商分遥感在 交通領域中的应用状况与趋势分 析北京测绘，彳，（）：戚 浩 平王炜田庆 久髙空 间分辨 率卫星遥感数据 在城市交通规划中 的应用研究公路交通科技，丨（）：丨蒋中阳魯伟吴岚，等高分遥感技 术 在交通建设工程监管中的应用探索交通科技与管理，（）：肖国蜂，张蕴灵，杨凝，等基于遥感影像的典型道路路 面类 型识别公路，（）蔡红玥袁 胜古，阳柯等国产高分辨 率遥感影像农村公路 核 查方法及其 应用测绘通拫，（）：丨 马责任编辑：张华彬（上接第页）现象。、前方交通紧急事件提醒当发生施工、路面遗撒物、违停、排队拥堵等交通事故时，路侧多接人边缘计算单元可以对交通事件进行准确识别并获得事件发生的经绎度坐标，并通过路测设备发送给车辆，车辆的驾驶员可以提前变道绕行或停车等，从而避免急刹或事故。、车内标牌边缘计算网关可以对周围的车辆发送道路数据、交通标牌信息，车辆的驾驶员可以根据交通标牌信息，进行正确的驾驶决策，如限速、单行、禁停等，避免由于没有注意到路侧标牌提示而导致交通事故。四、结束语本文提出一种以智慧综合灯杆为载体的车路协同智慧交通解决方案，助力城市提髙道路的多维感知能力和协同响应能力，全面提升城市交通的智慧水平、通行效率、交通安全及服务能力。参考文献！王强，林涛，宋启宇基于智慧灯杆的城市 智能交通系统交通科技，（）臧锋，黄李奔王鵬展基于城市综合杆 件的物联感知网络及交互体系照明工程学报，（）何长江，张钲林探讨智慧灯杆在智慧城市和建设中的作用中国新 通信，（丨）】龙慧斌徐正山，冯 玉祥一种用于车 路 协同的智慧灯杆 ！高边缘计算在车 路 协同 中 的场景应用分析广东通信技术，（）】陈新海祖晖，王博 思面向车路协同的智慧路 倒系统设计交通与运输，丨，（）：空责任编辑：崔爾薇