Application of geomatic techniques for infrastructure inspection and management

Resumo

El objetivo general del proyecto se podría resumir en el desarrollo, adaptación y puesta a punto de sistemas tecnológicos para la gestión de infraestructuras lineales y carreteras. El sistema que se pretende diseñar integrará diferentes dispositivos empleados habitualmente para otras aplicaciones, de forma que puedan proporcionar información para las actividades relacionadas con la inspección, gestión y mantenimiento de estas infraestructuras. Los sistemas actuales de toma de datos en campo y toma de decisiones en oficina para la inspección, análisis y gestión de infraestructuras lineales, adolecen de la utilización de desarrollos tecnológicos alcanzados en los últimos tiempos en otras áreas del conocimiento. La dependencia respecto al personal técnico que realiza las tareas de inspección, basada en su experiencia e intuición, todavía es muy importante a pesar de los avances tecnológicos existentes. En este proyecto se pretenden introducir las últimas tecnologías para la adquisición de información cualitativa y cuantitativa visible sobre el terreno y no visible bajo el terreno, tradicionalmente aplicadas en otros ámbitos, como elementos soporte para la gestión de un elemento clave como son las infraestructuras lineales de un país. El sistema se basará en el uso combinado de las técnicas siguientes: - Fotogrametría terrestre sobre imágenes de diferentes zonas del espectro electromagnético. - Láser escáner terrestre. - Análisis multiespectral en base a sensores ópticos (termografía, infrarrojo cercano). - GPS. - Captura y tratamiento digital de imágenes en soporte video. Estas técnicas proporcionarán información complementaria a la que se recoge actualmente, mediante los sistemas y dispositivos ya desarrollados y en funcionamiento para la inspección de carreteras, utilizando otros métodos que permiten, por ejemplo, determinar características del pavimento como, textura, fricción, regularidad superficial, tamaño de las fisuras, perfiles transversales, roderas, capacidad estructural, etc. Se buscará tanto la automatización y estandarización de la toma de datos, como la toma de decisiones. La información cualitativa y cuantitativa procesada convenientemente e integrada en un sistema experto de gestión, será el soporte para la toma de decisiones respecto a las actuaciones de mantenimiento y conservación a llevar a cabo, en un escenario donde los recursos económicos son escasos siendo necesario priorizar su inversión, así como respecto a las cuestiones relacionadas con la seguridad viaria de los usuarios. Serán objetivo de este proyecto los siguientes tipos de infraestructuras asociados a las carreteras y obras lineales: puentes, túneles, pavimentos, capas de rodadura y viaductos.O obxectivo xeral do proxecto poderiase resumir no desenrolo, adaptación e posta a punto de sistemas tecnolóxicos para a xestión de infraestructuras lineais e estradas. O sistema que se pretende deseñar integrará diferentes dispositivos empregados habitualmente para outras aplicacións, de modo que poidan proporcionar información para as actividades relacionadas coa inspección, xestión e mantemento das infraestructuras. Os sistemas actuais de toma de datos no campo e toma de decisión na oficina para a inspección, análise e xestión de infraestructuras lineais, carecen do emprego de desenrolos tecnolóxicos alcanzados nos últimos tempos noutras áreas do coñecemento. A dependencia respecto ó persoal técnico que realiza as tarefas de inspección, baseada na súa experiencia e intuición, aínda é moi importante a pesar dos avances tecnolóxicos existentes. Neste proxecto preténdese introducir as últimas tecnoloxías para a adquisición de información cualitativa e cuantitiva visible sobre o terreo e non visible baixo éste, tradicionalmente aplicadas noutros ámbitos, como elementos soporte para a xestión dun elemento clave como son as infraestructuras lineais dun país. O sistema basearase no uso combinado das seguintes técnicas: - Fotogrametría terrestre sobre imaxes de diferentes zonas do espectro electromagnético. - Láser escáner terrestre. - Análise multiespectral en base a sensores ópticos (termografía, infravermello cercano). - GPS. - Captura e tratamento dixital de imaxes en soporte video. Estas técnicas proporcionarán información complementaria á que se recolle na actualidade, mediante os sistemas e dispositivos xa desenvolvidos e en funcionamiento para a inspección de estradas, utilizando outros métodos que permiten, por exemplo, determinar características do pavimento como, textura, fricción, regularidade superficial, tamaño das fisuras, perfiles transversais, rodeiras, capacidade estructural, etc. Buscaráse tanto a automatización e estandarización da toma de datos, como a toma de decisións. A información cualitativa e cuantitativa procesada convenientemente e integrada nun sistema experto de xestión, será o soporte para a toma de decisións respeto ás actuacións de mantemento e conservación a levar a cabo, nun escenario onde os recursos económicos son escasos sendo necesario priorizar a súa inversión, así coma respeto ás cuestiones relacionadas coa seguridad viaria dos usuarios. Serán obxectivo deste proxecto os seguintes tipos de infraestructuras asociados ás estradas e obras lineais: pontes, túneis, pavimentos, capas de rodado e viaductos.The vast and inaccessible landscape made travel difficult in previous centuries and consequently, new links between people and places needed to be built. A well-developed network of routes —by air, water, rail and road— connected every country as never before. Nowadays, transport continues to be one of the most significant agents of change and transport infrastructures keep playing a significant role in every country’s economic growth and competitiveness. Infrastructure has been a national priority in Spain. Since 2010, however, spending on infrastructure has been cut by a third, to just 1.4 percent of its gross domestic product. The successive years of budget reductions have shifted the government’s infrastructure investment priorities to maintenance and rehabilitation works. The current infrastructure inspections have limitations derived from its manual approach. Firstly, it involves a large number of manual measurements, which are time-consuming and error-prone. Secondly, the assessment of the infrastructure condition is either visual or manually done and hence is subject to inspector’s experiences. Thirdly, the accuracy of the geometric information gathered is still questionable and limited to non-technified, standardized procedures. This dissertation introduces nondestructive geomatic techniques for accurate geometric data collection in order to help civil inspectors and surveyors to improve their existing decision-making skills and overcome their problems, which are at present tackled in a qualitative and manual manner. In particular, a considerable range of my research findings are built around land-based mobile laser scanning (MLS) technology, and to a lesser extent on static LiDAR, both enabling collections of dense 3D point clouds with cm and mm-accuracy, respectively. Ground penetrating radar (GPR) is used in a certain degree to characterize and evaluate the internal construction materials. This research addresses the abovementioned limitations by providing automatic or semiautomatic support for the process of extracting geometric features and quantitative attributes from 3D point clouds, such as the area of material pathologies in a road overpass or the punctual thickness of a specific pavement layer. Examples of some 3D data processing algorithms were implemented to five case studies within the civil engineering domain. Therefore, the scope of this research is primarily limited to pavements, overpasses and underpasses, tunnels and bridges. Through such automation, it is reasonable to expect the processing of larger amount of data in shorter periods of time and multiple efficiency improvements.