ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΟΔΟΥ ΜΕ ΥΠΕΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 16:23, 31 Ιανουαρίου 2019

ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΟΔΟΥ ΜΕ ΥΠΕΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ' Πρότυπος τίτλος: Mapping asphalt road conditions with hyperspectral remote sensing

Συγγραφείς : Martin Herold , Dar Roberts , Omar Smadi and Val Noronha

[https://pdfs.semanticscholar.org/e549/ffd2bfd3030f79656d66362aa398af63ab08.pdf Πηγή]

Εισαγωγή

Τα τελευταία χρόνια η κατάσταση των οδοστρωμάτων ελέγχεται μέσω των μη επανδρωμένων αεροσκαφών UVA. Οι αισθητήρες που βασίζονται σε UAV είναι καινούρια αλλά και οικονομική πηγή πληροφοριών από απόσταση που μπορούν να υποστηρίξουν τις προσπάθειες συντήρησης του δρόμου και εξετάζονται κατά την υπερφασματική απεικόνιση. Σκοπός είναι να υπολογιστεί η παράμετρος που δείχνει την «υγεία» της οδικής κατάστασης και λέγεται PCI (Pavement Condition Index). Το PCI είναι ένας δείκτης οδικής απόδοσης με κλίμακα συνήθως μεταξύ 0 και 100. Η μελέτη επικεντρώθηκε σε αρκετούς δρόμους στην αστική περιοχή Goleta, που βρίσκεται 170 χιλιόμετρα βορειοδυτικά του Λος Άντζελες στους πρόποδες της ακτογραμμής Καλιφόρνιας Εμπειρογνώμονες κλήθηκαν να κατηγοριοποιήσουν την οδική κατάσταση σε πέντε κατηγορίες (άριστη, καλή, δίκαιη, φτωχή και πολύ φτωχή) και να προτείνουν κάποια δράση (μη εκτέλεση, συντήρηση, μικρή αποκατάσταση, σημαντική αποκατάσταση και αντικατάσταση).

Μεθοδολογία

Οι φασματικές βιβλιοθήκες περιέχουν καθαρά φασματικά δείγματα οδικών επιφανειών, συμπεριλαμβανομένου ενός ευρέος φάσματος υλικών σε μια περιοχή συνεχούς μήκους κύματος με υψηλή φασματική λεπτομέρεια και επιπλέον δεδομένα σχετικά με τα χαρακτηριστικά της οδικής επιφάνειας. Τα φάσματα εδάφους αποκτήθηκαν με συσκευές αναλυτικής φασματικής (ASD) και φασματόμετρο πλήρους εμβέλειας (FR). Το φασματοφωτόμετρο FR υποδεικνύει φασματική περιοχή 350-2400 nm. Το όργανο χρησιμοποιεί τρεις ανιχνευτές που καλύπτουν το υπέρυθρο (VNIR) και το υπέρυθρο υπέρυθρο (SWIR1 και SWIR2), με φασματικό διάστημα δειγματοληψίας 1,4 nm για τον ανιχνευτή VNIR και 2,0 nm για τους ανιχνευτές SWIR. Τα δεδομένα φασματόμετρου πεδίου FR χρησιμοποιούνται ευρέως και θεωρούνται ότι παρέχουν φασματικές μετρήσεις υψηλής ποιότητας. Η βιβλιοθήκη των φασμάτων αποτελείται από διάφορους τύπους δρόμων όπως άσφαλτο, σκυρόδεμα, χαλίκι κ.τ.λ. Ο αισθητήρας AVIRIS πέταξε στις 09/06/2000 και τα δεδομένα καταγράφηκαν με χωρική ανάλυση περίπου 4 μέτρων. Ο αισθητήρας έχει 224 επιμέρους ζώνες με εύρος ζώνης 8-11 nm, καλύπτοντας ένα φάσμα που κυμαίνεται από 370 έως 2510 nm. Δεδομένα υπερφασματικής τηλεπισκόπησης επίσης αποκτήθηκαν παρέχονται από την εταιρεία Spectir Inc. Η εταιρεία αυτή ανέπτυξε ένα νέο αισθητήρα "HyperSpecTIR" (HST) με 227 ζώνες σε κλίμακα 450-2450 nm. Το κύριο πλεονέκτημα του HST είναι η υψηλή χωρική ανάλυση. Η ανάλυση της τηλεπισκόπησης λαμβάνει υπόψη μόνο τις πραγματικά ορατές οδικές επιφάνειες. Όλες οι άλλες εκτάσεις που έιχαν κάποιον τύπο κάλυψης αποκλείστηκαν με τη χρήση ενός ειδικού προγράμματος. Το φασματικό σήμα από διαφορετικά είδη οδικών υλικών όπως το σκυρόδεμα και η άσφαλτος είναι διαφορετικά και η υπερφασματική ανίχνευση μπορεί εύκολα να τα ξεχωρίσει όμως η συγκεκριμένη μελέτη επικεντρώνεται στη μεταβλητότητα των επιφανειών ασφάλτου, δηλαδή στις φασματικές επιδράσεις της γήρανσης και στη φθορά του ασφαλτικού οδοστρώματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η ηλικία του οδοστρώματος τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάκλαση σε όλα τα τμήματα του φάσματος. Η έρευνα παρουσιάζει τρία ενδεικτικά διαγράμματα α) φασματικά αποτελέσματα της γήρανσης της ασφάλτου και της φθοράς από τις φασματικές μετρήσεις εδάφους ASD β)Δύο αναλογίες εικόνων που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση υπερφασματικών δεδομένων που παρουσιάζονται με τα φάσματα εδάφους ASD διαφόρων επιφανειών ασφάλτου. γ) φασματικά αποτελέσματα διαφόρων δομικών βλαβών από τις φασματικές μετρήσεις εδάφους ASD. Οι φασματικές αναλύσεις των οδικών επιφανειών υποδηλώνουν διάφορα χαρακτηριστικά που βοηθούν στη φασματική αναγνώριση της γήρανσης και της φθοράς του δρόμου. Η χονδρική χωρική ανάλυση των δεδομένων AVIRIS και η φασματική ποιότητα των δεδομένων HST, επέτρεψαν τη χρήση μόνο πολύ γενικών φασματικών χαρακτηριστικών, δηλαδή μικρά χαρακτηριστικά απορρόφησης εξαιρέθηκαν από την ανάλυση υπερφασματικών δεδομένων. Αντιθέτως, η ανάλυση δεδομένων Hyperspectir επικεντρώθηκε μόνο στην αναλογία VIS2, δεδομένου ότι η φασματική ποιότητα των δεδομένων περιόριζε τις έρευνες στην περιοχή VIS-NIR.

Αποτελέσματα

Η εικόνα δείχνει τη σχέση μεταξύ των δεδομένων της τηλεπισκόπησης και των περιγραφικών παραμέτρων της κατάστασης του οδοστρώματος. Στο τέλος της έρευνας εφαρμόστηκε μια ανάλυση της διακύμανσης (ANOVA) για να δείξει εάν το σήμα τηλεπισκόπησης είναι στατιστικά διαφορετικό για τις διάφορες κατηγορίες διαχείρισης του οδοστρώματος. Συμπερασματικά, η μέθοδος της τηλεπισκόπησης είναι αποτελεσματική στον εντοπισμό δρόμων οι οποίοι βρίσκονται σε καλή και πολύ καλή κατάσταση. Πρόβλημα υπάρχει όταν οι δρόμοι βρίσκονται σε κακή κατάσταση όπου μόνο εμπειρογνώμονες κάνοντας επιτόπιες παρατηρήσεις μπορούν να καταγράψουν την ποιότητα των οδοστρωμάτων και να κατηγοριοποιήσουν τους δρόμους. Το ευρύτερο ζήτημα στο πλαίσιο αυτό είναι ότι η εκτίμηση της υγείας των οδοστρωμάτων των οδικών επιφανειών χαμηλής ποιότητας είναι μια σύνθετη επιστήμη και τέχνη.

Εικόνα 1. Σχέση μεταξύ των δεδομένων της τηλεπισκόπησης και των περιγραφικών παραμέτρων της κατάστασης του οδοστρώματος