遙感技術(shù)在交通氣象災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)展

王琳， 李迅， 包云軒， 邵藝

(1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，南京 210044；2.北京市氣象局，北京 100089)

0 引言

近幾十a(chǎn)來，我國的交通運(yùn)輸業(yè)快速發(fā)展，高速公路發(fā)展勢頭尤為迅猛。2016年，全國高速公路總里程已達(dá)到13萬km。交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展為國家社會(huì)經(jīng)濟(jì)提供了有效保障。但同時(shí)，它也受到了氣象條件的強(qiáng)烈影響與制約。災(zāi)害性天氣成為導(dǎo)致道路交通事故發(fā)生的關(guān)鍵因子[1]。2001—2007年間，我國高速公路每年約30%的交通事故與不良?xì)庀髼l件直接相關(guān)，不良天氣條件下交通事故的傷亡人數(shù)約占總傷亡人數(shù)的20%[2]。影響最大的不良天氣包括大霧、薄冰、積雪、暴雨、大風(fēng)等。以京津塘高速公路為例，相對濕度、降水量和水平能見度等氣象因素與萬輛車流的交通事故數(shù)量密切相關(guān)[3]。在美國每年約28%的高速公路交通事故和19%的人員死亡是由惡劣天氣引起的，造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)420億美元[1]。未來，隨著汽車保有量的增加和交通運(yùn)輸系統(tǒng)效率的提高，氣象災(zāi)害對道路交通安全的影響也將越加顯著。

如何預(yù)防災(zāi)害性天氣對交通運(yùn)輸?shù)挠绊?，成為亟待解決的問題。實(shí)時(shí)交通氣象信息的獲取成為解決問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的氣象觀測站可以為交通氣象提供背景資料，但其站點(diǎn)分布稀疏，氣象要素又具有高度異質(zhì)性，這樣的數(shù)據(jù)難以直接應(yīng)用到道路管理上。目前我國正大力發(fā)展交通沿線的氣象監(jiān)測，在主要道路沿線布設(shè)了自動(dòng)氣象監(jiān)測站。然而，這樣的監(jiān)測設(shè)備依然太少，且分布極不均勻，大部分省份，尤其西部地區(qū)覆蓋很少。如果道路周邊自然環(huán)境比較復(fù)雜多變，那么這種定點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)就很難用于交通氣象的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

遙感數(shù)據(jù)是一種重要的數(shù)據(jù)源。它具有監(jiān)測范圍廣、更新時(shí)間快、成本低等特點(diǎn)，能夠有效彌補(bǔ)地面監(jiān)測的不足。遙感技術(shù)不僅有助于實(shí)時(shí)全面了解災(zāi)害發(fā)生過程，也有助于災(zāi)害預(yù)警和預(yù)報(bào)，對災(zāi)后救援和恢復(fù)重建也能發(fā)揮很好的作用，目前已廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境調(diào)查、大范圍災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報(bào)以及風(fēng)險(xiǎn)評估等研究中，能夠大大提高災(zāi)害調(diào)查的客觀性和準(zhǔn)確性。

伴隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，以及交通運(yùn)輸業(yè)對大時(shí)空覆蓋數(shù)據(jù)的迫切需求，發(fā)展面向交通應(yīng)用的遙感技術(shù)具有重大意義和巨大潛力。美國交通氣象信息國家需求評估報(bào)告指出[1]，交通氣象信息系統(tǒng)應(yīng)該在傳統(tǒng)的天氣預(yù)報(bào)模式基礎(chǔ)上，加入新型的遙感技術(shù)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，遙感技術(shù)在交通中的應(yīng)用也有待深入研究。

1 遙感技術(shù)在交通氣象監(jiān)測中的應(yīng)用

遙感技術(shù)在氣象監(jiān)測與預(yù)報(bào)、道路交通監(jiān)測的應(yīng)用中都已經(jīng)獲得了階段性成果。下面就其主要應(yīng)用領(lǐng)域及進(jìn)展情況進(jìn)行綜述。

1.1 公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的遙感監(jiān)測

在遙感影像上，公路交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)具有獨(dú)特的特征。公路一般形狀規(guī)則，具有一定的寬度，且在較大范圍內(nèi)寬度變化不大。公路還具有連通性，往往呈網(wǎng)狀分布。公路的光譜特征在一定范圍內(nèi)也具有連續(xù)性，完好的公路路面灰度比較均勻。而且公路兩側(cè)常常分布行道樹，邊緣比較明顯。

交通氣象災(zāi)害發(fā)生后，公路的幾何和光譜特征會(huì)發(fā)生顯著改變。由于路基、路面遭到破壞或被積水、堆積物和冰雪等覆蓋，受災(zāi)公路原先在影像上的規(guī)則幾何形態(tài)會(huì)發(fā)生改變甚至消失。道路的空間連續(xù)性也會(huì)改變，形成孤立、無法相互連接的路段。道路結(jié)構(gòu)的破壞和路面的堆積物會(huì)導(dǎo)致道路寬度變窄，受災(zāi)路段的邊線可能改變或消失。同時(shí)，路基、路面物理結(jié)構(gòu)的變化還會(huì)導(dǎo)致路面反射特性(如道路灰度和紋理均一性等)產(chǎn)生變化。不僅正常路段與受災(zāi)路段存在明顯的光譜差異，不同形式、不同受災(zāi)程度的路段，也會(huì)表現(xiàn)出不同的光譜特征變化規(guī)律[4]。

1.2 災(zāi)害性天氣的遙感監(jiān)測

1.2.1 濃霧和云監(jiān)測

霧和云在頂部結(jié)構(gòu)和紋理特征方面都具有顯著差異。例如在低太陽高度角情況下，在可見光波段，霧比云具有更強(qiáng)的方向性反射特點(diǎn)。當(dāng)衛(wèi)星處于太陽鏡面反射方向時(shí)，霧在可見光波段的反射率更高，而在其他情況下霧的反射率都低于云，同時(shí)高于下墊面。而在紅外波段，霧區(qū)的亮溫通常顯著高于云區(qū)，這些都為霧的識別提供了依據(jù)[5]。白天濃霧的遙感監(jiān)測主要利用可見光波段反射率和紅外波段亮溫，而夜間濃霧監(jiān)測常用的方法是熱紅外和中紅外波段亮溫差值法。近年來新出現(xiàn)的分形維數(shù)紋理分析方法對霧的監(jiān)測也取得了良好的效果。

利用遙感技術(shù)監(jiān)測霧的研究始于20世紀(jì)70年代。Gurka[6]運(yùn)用SMS-1衛(wèi)星的遙感資料觀測了輻射霧的消散過程；Eyre等[7]和Turner等[8]利用NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)進(jìn)行夜間霧和低層云的檢測工作；Bendix等[9]基于EOS/MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行白天陸地霧的監(jiān)測；居為民等[10]應(yīng)用NOAA/AVHRR和GMS-5的可見光和紅外遙感資料，分析了大霧的物理和圖紋特征，監(jiān)測了滬寧高速公路的大霧發(fā)生范圍和消長規(guī)律；李亞春等[11]利用GMS-5氣象衛(wèi)星資料，分析了白天霧和低層云的遙感監(jiān)測和識別方法；周紅妹等[12]利用多源多時(shí)相遙感資料，探索了霧區(qū)自動(dòng)識別和云霧分離的技術(shù)。

1.2.2 暴雨監(jiān)測

降水天氣是影響交通最頻繁的氣象因素，它引起的低能見度和路面濕滑會(huì)導(dǎo)致交通事故的增加。尤其是暴雨，主要受中小尺度天氣系統(tǒng)影響，在時(shí)間和空間上變化率大，是目前最難觀測的大氣變量之一。遙感技術(shù)為這種尺度天氣系統(tǒng)的分析提供了重要手段，能監(jiān)測從單個(gè)對流云團(tuán)到整個(gè)天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和演變[13]。降水的遙感監(jiān)測研究受到了國內(nèi)外科學(xué)家及有關(guān)部門的高度重視。世界氣象組織(World Meteorological Organization，WMO)于2007年倡導(dǎo)并組織實(shí)施了高空間分辨率衛(wèi)星反演降水產(chǎn)品評估計(jì)劃(Program for Evaluation High-Resolution Precipitation Products，PEHRPP)[14]。

遙感降水反演的傳感器包括可見光、紅外、被動(dòng)微波和主動(dòng)微波傳感器等[15-16]。基于可見光/紅外遙感的降水反演算法，是最早提出的也是最簡單的方法?？梢姽獠ǘ蔚姆瓷湫盘柲軌蚍从吃茖庸鈱W(xué)厚度，紅外波段的亮溫可以反映云頂溫度，這些參數(shù)與降水概率及降水強(qiáng)度存在較強(qiáng)相關(guān)性，可以用于地表降水的估算[14,16]。與可見光和紅外波段相比，微波遙感能夠更清晰地反映降水粒子特征和降水云團(tuán)的垂直結(jié)構(gòu)，能夠在惡劣天氣下進(jìn)行全天候工作。其中雷達(dá)遙感已成為短時(shí)降水預(yù)報(bào)的主要工具。1997年發(fā)射的TRMM衛(wèi)星搭載了世界上第一臺星載降水雷達(dá)，大大推動(dòng)了星載雷達(dá)的降水反演算法研究[14]。

1.2.3 沙塵天氣監(jiān)測

沙塵粒子含有大量的礦物質(zhì)，對太陽短波輻射具有很強(qiáng)的后向散射，改變了長波紅外輻射，嚴(yán)重影響大氣能見度，表現(xiàn)出與云、下墊面顯著不同的光譜特征。在衛(wèi)星影像上，沙塵區(qū)的可見光反射率一般介于晴空和云之間，而沙塵粒子的發(fā)射特性又與粒子構(gòu)成及粒子密度密切相關(guān)，可以通過紅外波段的亮溫及不同波段間的亮溫差值進(jìn)一步區(qū)分沙塵與云[17]。激光雷達(dá)能夠監(jiān)測激光束與氣溶膠粒子相互作用產(chǎn)生的回波信號，獲得不同高度的氣溶膠消光系數(shù)和后向散射系數(shù)等參數(shù)，對沙塵天氣的垂直空間分布研究有獨(dú)特優(yōu)勢。

遙感技術(shù)已經(jīng)用于沙塵源區(qū)、運(yùn)移路徑、背景天氣和下墊面狀況等的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，能夠反演出沙塵天氣下的氣溶膠光學(xué)厚度、粒子有效半徑和垂直氣柱沙塵總量等，實(shí)現(xiàn)了沙塵參數(shù)的定量分析[18]。從20世紀(jì)70年代，國外就開始了利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測沙塵暴的研究。我國的相關(guān)研究大致從20世紀(jì)80年代末開始明顯增加。目前隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，適合于沙塵暴監(jiān)測的傳感器種類在增加，性能在提高。例如GMS/ VISSR，SeaWiFS，NOAA/ AVHRR，EOS/MODIS和FY系列等遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測范圍廣、時(shí)間分辨率高，在沙塵監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。CALIPSO/CALIOP是世界上首個(gè)應(yīng)用型星載云和氣溶膠激光雷達(dá)，能夠提供全球范圍多年連續(xù)的沙塵監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.2.4 低溫與積雪監(jiān)測

地表溫度是交通氣象的關(guān)鍵參數(shù)之一，能夠表示地表能量平衡狀態(tài)，為路面冰凍提供信息。遙感反演地表溫度的研究始于20世紀(jì)50年代。King[19]最早提出了利用衛(wèi)星觀測熱紅外波段的發(fā)射輻射率來反演大氣溫度廓線；Smith等[20]對衛(wèi)星反演大氣溫濕度廓線的發(fā)展歷史進(jìn)行了全面詳細(xì)的總結(jié)。20世紀(jì)60年代TIROS-Ⅱ衛(wèi)星發(fā)射成功后，熱紅外遙感反演地表溫度逐漸被科學(xué)界重視[21]。20世紀(jì)70年代末開始，NOAA系列衛(wèi)星、Landsat系列衛(wèi)星、EOS系列衛(wèi)星、FY系列氣象衛(wèi)星、中巴資源衛(wèi)星和環(huán)境衛(wèi)星等搭載的遙感儀器也源源不斷地提供可用于地表溫度反演的遙感數(shù)據(jù)。

積雪具有特殊的光譜特征。在可見光和近紅外波段積雪的反射率明顯高于裸地低于云體，而在熱紅外波段的亮溫要低于裸地高于云體。而且云是運(yùn)動(dòng)的，積雪相對穩(wěn)定。與周邊地物相比，積雪的光譜特征較為復(fù)雜，會(huì)隨著積雪厚度、結(jié)構(gòu)以及液態(tài)水含量的變化而變化[22]。微波遙感能夠穿透雪層，有效彌補(bǔ)光學(xué)遙感的不足，是大范圍、全天候監(jiān)測雪深、雪水當(dāng)量等參數(shù)的重要手段[23]。范一大等[24]針對2008年發(fā)生在我國南方地區(qū)的“低溫雨雪冰凍災(zāi)害”，利用微波和光學(xué)遙感數(shù)據(jù)，開展積雪、交通擁堵狀況和雪水當(dāng)量的監(jiān)測以及地表溫度反演等研究。

1.3 次生災(zāi)害遙感監(jiān)測

災(zāi)害性天氣引發(fā)的次生災(zāi)害影響也不容低估。例如強(qiáng)降水造成的山洪暴發(fā)，不僅會(huì)直接淹沒或沖毀路基、橋梁、涵洞，還會(huì)引發(fā)泥石流、滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害。在公路沿線，由極端天氣引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害也可以被遙感影像捕獲。這些地質(zhì)災(zāi)害的遙感監(jiān)測技術(shù)都比較成熟，監(jiān)測準(zhǔn)確率較高[4,25-26]。洪災(zāi)是公路損毀的重要因素之一，利用遙感技術(shù)監(jiān)測洪水災(zāi)害主要是通過傳感器接收水體反射或發(fā)射的電磁波信號，根據(jù)水體的波譜特征，識別與提取洪水水體。利用洪水發(fā)生前后的遙感影像獲得洪水的規(guī)模、淹沒范圍等信息。不僅如此，遙感技術(shù)還能預(yù)測可能產(chǎn)生的危害，如公路毀壞、車輛阻塞等，提前進(jìn)行預(yù)測預(yù)警，防控災(zāi)情的蔓延。

地質(zhì)災(zāi)害的遙感識別依據(jù)，一方面是來自影像的空間結(jié)構(gòu)信息，包括形狀、大小和紋理等，另一方面是影像的光譜信息，如灰度的變化等。地質(zhì)災(zāi)害通常在影像上與周圍背景形成鮮明對比，特征獨(dú)特，容易建立解譯標(biāo)志。例如，滑坡體通常呈規(guī)則和不規(guī)則的圈椅狀，亮度與周圍巖層的亮度有明顯區(qū)別[25]。崩塌普遍發(fā)生在公路兩側(cè)陡崖或陡坎處，在坡腳可見倒石堆[26]。崩塌在遙感影像上常具有弧形、三角形和新月形等形態(tài)。由滑坡、崩塌形成的路面堆積往往表現(xiàn)出與周圍滑坡體相近的光譜特征。這些都是地質(zhì)災(zāi)害判別的顯著標(biāo)志。雷達(dá)遙感在道路交通的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測研究中也有廣泛應(yīng)用。例如合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture Radar, SAR)的干涉測量技術(shù)能夠有效提取地表三維信息，監(jiān)測地面沉降、地表形變等地質(zhì)災(zāi)害。

從20世紀(jì)中期，美國、加拿大和日本等國家先后應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測評估。在技術(shù)手段和方法上，逐漸實(shí)現(xiàn)定量化、模型化、現(xiàn)代化，經(jīng)歷了從傳統(tǒng)實(shí)地航片調(diào)查，到利用多源化、多波段、高空間分辨率衛(wèi)星影像以及雷達(dá)遙感與野外調(diào)查相結(jié)合的過程。我國利用遙感技術(shù)開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查起步較晚，但進(jìn)展較快。在短短幾十a(chǎn)的時(shí)間里，國內(nèi)學(xué)者展開了大量采用遙感技術(shù)進(jìn)行道路工程沿線地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查分析，在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、危險(xiǎn)性評價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測和道路損毀評價(jià)等方面做了卓越貢獻(xiàn)[4,27]。

1.4 交通流遙感監(jiān)測

災(zāi)害發(fā)生后，車輛通行能力減弱，交通流會(huì)發(fā)生明顯改變。遙感技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于交通流參數(shù)的提取，它能夠觀測整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)的交通狀況，將基于“點(diǎn)”的交通信息延伸到“面”的二維交通信息監(jiān)測。與傳統(tǒng)交通監(jiān)測方法相比，它對地面不具有破壞性，不影響地面交通，覆蓋面積大，獲取信息豐富，可大大節(jié)省人力、物力、財(cái)力和時(shí)間。

基于遙感影像提取交通流參數(shù)的實(shí)質(zhì)，是通過數(shù)據(jù)處理，完成對影像中車輛對象、車流密度、交通流量和擁堵狀況等信息的提取。目前應(yīng)用于交通流遙感監(jiān)測的數(shù)據(jù)一般是高空間分辨率的星載光學(xué)遙感，如IKONOS，QuickBird和WorldView-2等。但這些數(shù)據(jù)獲取周期較長，難以滿足動(dòng)態(tài)交通信息的采集要求。航空光學(xué)遙感，特別是無人機(jī)遙感，使得高空間分辨率、高時(shí)效遙感影像獲取成為可能。紅外遙感和雷達(dá)遙感技術(shù)受極端天氣影響小，在交通領(lǐng)域也取得了較好的成果，近年來其應(yīng)用有明顯增長趨勢[28-29]。

自20世紀(jì)80年代以來，美國、德國和日本等發(fā)達(dá)國家開始大力發(fā)展遙感技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用研究。1999年，美國交通部聯(lián)合國家航空航天局成立了美國國家交通遙感協(xié)會(huì)(National Consortium on Remote Sensing in Transportation, NCRST)，重點(diǎn)是融合遙感數(shù)據(jù)和地面交通監(jiān)測數(shù)據(jù)，對交通流、交通災(zāi)害和道路交通環(huán)境等方面開展研究。2006年，《國際攝影測量與遙感》雜志(International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, ISPRS)出版了“航空和航天遙感監(jiān)測地面交通”主題?？?，討論了遙感影像車輛探測和交通參數(shù)提取等方面的研究成果。德國航空航天中心遙感技術(shù)研究所研發(fā)出一種低成本遙感飛行器(3K-camera)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速獲取車流密度、速度、擁堵路段起止點(diǎn)和擁堵路段長度等交通信息，對車輛實(shí)現(xiàn)大范圍的監(jiān)控。國內(nèi)研究起步雖然較晚，但正在加速發(fā)展。如中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所、中國交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院的交通遙感應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，以及國內(nèi)很多高校都正在開展利用遙感技術(shù)進(jìn)行交通信息采集、交通事件監(jiān)測等方面的研究。

2 存在問題與解決途徑

相較于其他行業(yè)領(lǐng)域，遙感在交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用是個(gè)新興研究方向。雖然已經(jīng)取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)，但大部分只是示范性試驗(yàn)，距離實(shí)際應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化還存在很大差距，未來還面臨不少難題和挑戰(zhàn)。

2.1 遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量和分析精度問題

遙感數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率與交通實(shí)際應(yīng)用的精度要求還存在一定差距。光學(xué)遙感發(fā)展最早，技術(shù)最成熟，但只有在晴朗的白天才能獲取有效數(shù)據(jù)，在災(zāi)害性天氣條件下難以發(fā)揮作用。微波遙感雖然能夠在夜間和不良天氣條件下運(yùn)行，但空間分辨率較低，技術(shù)方法體系尚未發(fā)展成熟。在交通災(zāi)害易發(fā)的山區(qū)，山間往往水汽聚集，能見度低，公路受復(fù)雜地形的阻擋，加上車輛目標(biāo)相對較小，利用遙感影像難以充分識別出車輛信號。而且無論氣象還是交通流參數(shù)，遙感反演過程中的許多物理機(jī)制還存在未解決的問題。這些都給遙感技術(shù)的應(yīng)用帶來了困難，限制了其在交通氣象領(lǐng)域的應(yīng)用。

這就需要不斷提高遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量?？梢酝ㄟ^加強(qiáng)全天候、全天時(shí)的遙感數(shù)據(jù)獲取，加強(qiáng)高光譜、多角度、多時(shí)相、多傳感器的結(jié)合，開展高、中、低空間分辨率協(xié)同觀測的能力，促進(jìn)遙感機(jī)理與反演方法的深入研究[21,30]。將來遙感的高精度定量分析將是該領(lǐng)域的主要努力方向。無人機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活的數(shù)據(jù)采集能力、飛行成本低等特點(diǎn)，正在成為遙感產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力之一[31]。

2.2 多源數(shù)據(jù)融合

不同傳感器獲取的遙感數(shù)據(jù)具有不同的性能。不僅如此，遙感數(shù)據(jù)還需要同傳統(tǒng)的地面監(jiān)測數(shù)據(jù)以及模型有機(jī)結(jié)合起來。要實(shí)現(xiàn)這些多源數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用，就要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。數(shù)據(jù)同化(data assimilation)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合的有效途徑。數(shù)據(jù)同化的參數(shù)估算方法不僅能夠整合不同特性(比如多光譜、多角度、多時(shí)相)的遙感數(shù)據(jù)，而且能夠整合各種測量數(shù)據(jù)和先驗(yàn)知識，能夠把不同來源、不同時(shí)空分辨率、直接和間接的觀測數(shù)據(jù)與模型模擬結(jié)果進(jìn)行集成，生成具有時(shí)間一致性、空間一致性和物理一致性的各種地表狀態(tài)的數(shù)據(jù)集[32]。

2.3 尺度效應(yīng)

不同時(shí)空分辨率的遙感影像之間，遙感數(shù)據(jù)的像元尺度與地面觀測的站點(diǎn)尺度之間，都存在著尺度匹配問題。如果對尺度效應(yīng)了解不夠深入，就難以進(jìn)行不同尺度間信息的轉(zhuǎn)換。這是導(dǎo)致海量遙感數(shù)據(jù)無法有效利用、定量遙感研究缺乏普適性的根本原因之一[33]。因此，如何完成不同尺度數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換成為一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問題。

解決定量遙感尺度效應(yīng)問題的實(shí)質(zhì)是構(gòu)建反演量在不同尺度間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即尺度轉(zhuǎn)換[34]。尺度轉(zhuǎn)換的方法包括利用統(tǒng)計(jì)方法建立不同尺度間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，基于尺度效應(yīng)的生物物理機(jī)制，以及采用分形技術(shù)等建立尺度校正的機(jī)理模型。當(dāng)前國際上也已經(jīng)開展了一系列多尺度觀測試驗(yàn)研究。但總的來說關(guān)于尺度問題還缺乏成熟的理論指導(dǎo)。未來應(yīng)該發(fā)展普適性的尺度轉(zhuǎn)換方法，構(gòu)建不同變量間在最佳尺度下的最佳相關(guān)關(guān)系，同時(shí)從數(shù)據(jù)和方法論2方面促進(jìn)尺度效應(yīng)和尺度轉(zhuǎn)換研究[33]。

2.4 海量數(shù)據(jù)與自動(dòng)信息提取問題

遙感數(shù)據(jù)在為人類提供大量豐富信息的同時(shí)，也為從眾多信息中提取特定目標(biāo)提出了挑戰(zhàn)。研究區(qū)域越大，數(shù)據(jù)量就越大，再加上交通領(lǐng)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測的需要，數(shù)據(jù)量會(huì)更大，而且計(jì)算方法復(fù)雜。這就需要解決海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)發(fā)布的問題[35]。目前遙感云存儲(chǔ)是一種新興的高效安全的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，但還未得到普及應(yīng)用。基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的遙感信息自動(dòng)識別和智能解譯可以大大提高信息的提取效率，有利于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測和分析，以滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用的實(shí)際需要，是未來發(fā)展的重要趨勢。但是遙感的自動(dòng)信息提取依然是一個(gè)科學(xué)難題，是限制遙感業(yè)務(wù)化應(yīng)用的瓶頸因素之一。

3 結(jié)論

從公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、災(zāi)害性天氣、次生災(zāi)害和交通流監(jiān)測4個(gè)角度闡述了遙感技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了濃霧、暴雨、沙塵、低溫與積雪等災(zāi)害性天氣的遙感監(jiān)測和預(yù)報(bào)工作，并對當(dāng)前存在問題及解決辦法進(jìn)行了探討。主要結(jié)論如下：

1)遙感技術(shù)正逐步成為交通氣象災(zāi)害監(jiān)測不可缺少的手段。它能夠有效彌補(bǔ)地面監(jiān)測的不足，而且已具備良好的理論基礎(chǔ)，可以應(yīng)用于交通氣象災(zāi)害的監(jiān)測。

2)基于遙感數(shù)據(jù)開展的次生災(zāi)害監(jiān)測和評價(jià)技術(shù)發(fā)展較為成熟，并已經(jīng)獲得了較好的應(yīng)用實(shí)效。

3)基于遙感影像監(jiān)測交通流信息的研究取得了初步進(jìn)展，并已經(jīng)開始應(yīng)用于實(shí)踐中。

4)由于受到定量遙感理論與技術(shù)發(fā)展水平的限制，遙感監(jiān)測和評估交通氣象災(zāi)害的研究尚未發(fā)展成熟，還存在諸多不足。

隨著遙感定量化水平的不斷提高，未來遙感技術(shù)在交通氣象領(lǐng)域的應(yīng)用將取得更大的進(jìn)步。它將推動(dòng)交通氣象災(zāi)害機(jī)理研究的深入開展，為道路交通的實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警預(yù)報(bào)提供支撐。