Χαρτογράφηση κατάστασης ασφαλτικών δρόμων με χρήση υπερφασματικής τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Mapping asphalt road conditions with hyperspectral remote sensing
ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: Martin Herold, Dar A. Roberts
Πηγή: [1]
1. Παρουσίαση του προβλήματος
Οι λεπτομερείς και ακριβείς πληροφορίες σχετικά με τις οδικές υποδομές είναι το θεμέλιο για τη διαχείριση και το σχεδιασμό των μεταφορικών μέσων. Δεδομένου ότι το κόστος των συχνών, πλήρων ελέγχων είναι υψηλό, πολλές χώρες περιορίζουν τις έρευνές τους στους μεγάλους οδικούς άξονες, ενώ οι δευτερεύουσες οδοί ερευνώνται κάθε 3-4 χρόνια. Για το σκοπό αυτό, ένας αριθμός τεχνολογιών έρευνας έχει εφαρμοστεί στη χαρτογράφηση της οδικής κατάστασης.
2. Σκοπός της εφαρμογής
Αυτή η μελέτη συνδυάζει εδαφική φασματομετρία, εικονική φασματομετρία και επί τόπου έρευνες της κατάστασης του οδοστρώματος με στόχο την αξιολόγηση της κατάστασης ενός δρόμου. Κεντρικοί στόχοι αυτής της έρευνας αποτελούν, η βαθύτερη κατανόηση της φασματικής αναπαράστασης της γήρανσης των οδών και των διαδικασιών επιδείνωσής της, οι βέλτιστες χωρικές/φασματικές τηλεπισκοπικές ρυθμίσεις για να παρατηρηθούν αυτά τα φαινόμενα και η εκτίμηση των δυνατοτήτων και των περιορισμών της τηλεπισκόπησης σε σύγκριση με άλλες τεχνικές μελέτης των δρόμων. Ο τελικός στόχος είναι να η εξερεύνηση των αλληλεξαρτήσεων μεταξύ τηλεπισκοπικών παραμέτρων (πχ. φασματική ανάκλαση) και των παραμέτρων της κατάστασης των δρόμων, όπως είναι ο Δείκτης Κατάστασης Οδοστρώματος (Pavement Condition Index - PCI) και οι προτάσεις των εμπειρογνωμόνων στη διαχείριση του οδοστρώματος.
3. Εφαρμογή και αποτελέσματα
Κοινή πρακτική στην σημερινή εποχή είναι η εκτεταμένη επιτόπια παρακολούθηση από εμπειρογνώμονες, οι οποίοι χαρακτηρίζουν μέτρα όπως το PCI και ο Δείκτης Δομής (Structure Index), βασιζόμενοι σε προκαθορισμένες φυσικές παραμέτρους, όπως οι ρωγμές, οι αυλακώσεις κλπ. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην εικονική φασματομετρία προσφέρουν τη δυνατότητα βελτίωσης της χαρτογράφησης της ποιότητας των οδών σε μεγάλες περιοχές. Εικονικά φασματόμετρα είναι σε θέση να αποκτήσουν ένα μεγάλο αριθμό φασματικών ζωνών με στενό εύρος κάθε ζώνης. Οι εν λόγω λεπτομερείς φασματικές μετρήσεις επιτρέπουν την ακριβή ταυτοποίηση των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων των υλικών, καθώς και τη διαφορική γεωμετρία των επιφανειών. Για πρώτη φορά κατέστη δυνατή η παροχή φασματικών αποδείξεων για τις διαδικασίες γήρανσης και υποβάθμισης των οδοστρωμάτων. Καινούρια ασφαλτικά οδοστρώματα χαρακτηρίζονται από απορρόφηση υδρογονανθράκων. Η γήρανση του οδοστρώματος και η διάβρωση του ασφαλτικού μίγματος έχουν ως αποτέλεσμα τη σταδιακή μετάβαση από την απορρόφηση των υδρογονανθράκων σε αυτή των ορυκτών, με μια γενική αύξηση στην φωτεινότητα και αλλαγές σε διακριτά, μικρής κλίμακας χαρακτηριστικά απορρόφησης. Οι οδικές ζημιές (πχ. ρωγμές) υποδεικνύουν μια κάπως αντίθετη φασματική μεταβολή. Οι ρωγμές μειώνουν τη φωτεινότητα και δίνουν έμφαση στα χαρακτηριστικά απορρόφησης των υδρογονανθράκων κι αυτό γιατί τα βαθύτερα στρώματα του οδοστρώματος, τα οποία εμπεριέχουν μεγαλύτερο ποσοστό ασφαλτικού μίγματος, έρχονται στην επιφάνεια. Μία «γερασμένη» οδική επιφάνεια γίνεται φωτεινότερη με τη μείωση της απορρόφησης υδρογονανθράκων, ενώ δομικές καταπονήσεις μειώνουν την ανακλαστικότητα, αλλά ενισχύουν την έκφραση των χαρακτηριστικών των υδρογονανθράκων. Η διερεύνηση των δυνατοτήτων της τηλεπισκοπικής χαρτογράφησης έγινε με δύο εικονικούς φασματογράφους με διαφορετικές χωρικές αναλύσεις ( AVIRIS data – 4 m ; HyperSpectir – 0,5 m). Η ανακλαστική διαφορά των δεδομένων του HyperSpectir συγκρίθηκε με τον PCI και έδειξε ότι η εικονική φασματομετρία έχει τις προοπτικές για την απεικόνιση της κατάστασης των δρόμων. Η σχέση μεταξύ του τηλεπισκοπικού σήματος και του PCI είναι δυνατή για δρόμους σε καλή κατάσταση, αλλά γίνεται πιο αδύναμη για δρόμους κατώτερης ποιότητας. Οι δρόμοι που δε χρειάζονται διαχείριση μπορούν να διαχωριστούν από αυτούς που χρειάζονται. Προς το παρόν, ο αλγόριθμος δεν είναι ικανός να κάνει διακρίσεις μεταξύ των μέτρων διαχείρισης (πχ. συντήρηση ή ολική αναμόρφωση). Με άλλα λόγια και οι κοινές πρακτικές (πχ. επιτόπιες μετρήσεις) και η ανάλυση μέσω εικονικής φασματομετρίας είναι αποτελεσματικές στην αναγνώριση δρόμων σε καλή και πολύ καλή κατάσταση. Ποικιλομορφία και αβεβαιότητα σε όλα τα ερευνητικά δεδομένα (επιτόπιες μετρήσεις και τηλεπισκόπηση) προκύπτει σε οδικές επιφάνειες που βρίσκονται σε κακή κατάσταση και ο σαφής καθορισμός συγκεκριμένων (και ακριβών) αποφάσεων επιφανειακής επεξεργασίας παραμένει προβληματικός για αυτές τις μεθόδους. Τέλος, να αναφερθεί πως αναπτύσσεται μια νέα τεχνολογία στον τομέα αυτό, το μη επανδρωμένο εναέριο όχημα (Unmanned Airborne Vehicle – UAV, [2]), η οποία μπορεί να υποστηρίξει τις προσπάθειες συντήρησης των δρόμων και πρέπει να συμπεριληφθεί στην περαιτέρω διερεύνηση της εικονικής φασματομετρίας.
4. Σχολιασμός
Συμπερασματικά, η χαρτογράφηση της κατάστασης του οδικού δικτύου μέσω της εικονικής φασματομετρίας έχει προοπτικές. Δεν είναι πιθανό πως η τηλεπισκόπηση θα αντικαταστήσει την επιτόπια επιθεώρηση, αλλά το φασματικό σήμα είναι ένα επιπρόσθετο επίπεδο πληροφοριών, το οποίο δεν λαμβάνεται υπόψη σε άλλες μεθόδους παρακολούθησης του οδοστρώματος και μπορεί να προσφέρει πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση της επιφάνειας του οδοστρώματος και άλλες διαστάσεις, που ο εμπειρογνώμονας δεν μπορεί να εκτιμήσει χωρίς μεγάλη προσπάθεια.
