密歇根理工学院 (MTRI)

足球比赛结果 未铺砌的道路评估

通过遥感表征未铺砌的道路状况

足球比赛结果合作协议概览 （MTU）和美国运输部助理部长办公室 研究与技术 (USDOT/OST-R)。

有效的未铺砌道路状况评估和管理 - AURA 系统

联邦公路管理局 (FHWA) 2012 年报告称，有超过 1.4 美国有 100 万英里未铺砌的道路，占全国三分之一以上 道路总数(1)。 2000 年的一项研究表明，超过 512,000 英里的未铺砌道路 位于部落土地上，占部落道路总数的 84% (2)。未铺砌的道路， 碎石路和未改良的道路都是重要的交通资源，可以提供 农村和郊区的交通网络，包括从农场到餐桌的转变 食物资源、送孩子上学以及自然灾害后的紧急路线 灾害等许多其他用途。未铺砌的道路管理往往是责任 需要快速、可重复的地方政府和交通运输机构 具有成本效益且易于在预算有限的环境中部署的方法。 在许多情况下，机构没有最新或完整的里程清单 未铺砌的道路，使这成为一个额外的迫切需求。

为了满足这些需求，首席研究员 Colin Brooks 领导的项目团队 申请并获得了题为“未铺砌道路特征”的第三阶段补助金 美国交通部助理办公室的“使用遥感的条件” 商业遥感研究及技术局局长 (OST-R) 和空间信息计划。该项目的第一阶段导致了开发 一个具有成本效益的、准确的系统，用于清查未铺砌的道路并进行评估 他们的情况，主要使用无人机（UAV）平台，现在命名为 空中未铺砌道路评估（AURA）系统。这包括机载高分辨率 36兆像素数码相机，结合3D处理软件、遇险检测 分析算法和 GIS 输出可用于地理空间资产管理 决策支持工具。

在项目的第二阶段，我们的团队开展了一个合乎逻辑的后续项目 之前的努力，以便我们的工作原型技术可以借鉴 一个有用的、成功论证的研究级工具，可用于商业用途， 已实施的系统可供运输机构用于目标未铺砌道路 每天根据需要进行评估。特别关注的是使系统 可快速部署，以经济高效地检测未铺砌道路中的缺陷 运输系统的组成部分，包括防止进一步损坏 通过及时管理未铺设的道路资产来建设交通网络。

计划实施一项强有力的专业外展计划，以帮助地方、州和部落 运输机构了解技术的能力和价值 将评估和管理未铺砌的道路作为日常方法的一部分。 这是通过与专业外展公司 Integrated 的持续合作来实现的 全球维度，接触更多潜在用户；与一个或多个私营部门的合作 表示有兴趣帮助该系统商业化的公司 日常可用；继续与交通部门密切合作 南达科他州的合作伙伴等机构；遇险检测的改进 软件；以及至少三个州的一系列现场示威活动。任务到 完成这一目标使 AURA 系统成为商业化产品，以便 运输机构可以更有效地评估和管理这一关键运输 资源。

  1. FHWA 和 USDOT。 2012 年公路统计。公路统计出版物。.
  2. 为联邦和印第安人土地服务的交通运输状况和性能。联合航空 州联邦土地公路计划。 2000. 美国联邦运输部 公路管理局，联邦土地公路计划。 18 片。

 

项目回顾

有关 2014 年 1 月项目状态的概述，请查看未铺砌道路状况实施评估摘要.

任务 1 要求定义

2011 年 8 月至 10 月

我们将收集有关用户需求和预期的详细信息 系统的使用、未铺砌道路类型的特征和值范围 以及操作、性能、吞吐量、数据库的条件、概念和约束 需求、结果和交付需求的可视化。团队的专业知识 成员 Tim Colling 博士，密歇根地方技术援助项目主任 和足球比赛结果的技术和培训中心，是定义什么的关键 必须测量特征。 MTRI 工作人员 Lou Lambert，前主席团成员 密歇根州交通部 (MDOT) 规划主管也提供了帮助 提供输入。我们会见了利益相关者，包括我们的技术咨询委员会， 满足运输行业的现实需求并反映 他们在资金或遥感专业知识方面的能力和局限性。

输出

  • 进行系统分析和处理所需的系统要求列表 设计。
  • 对行业当前需求和期望的广泛而深入的描述 对于这个项目，在任务可交付成果中捕获。

可交付成果

任务 2 实践评估状态

2011 年 11 月

我们回顾了之前未铺砌道路状况评估的工作，并纳入了相关的 我们的贸易研究中的方法，包括从第一阶段 USDOT/OST-R 中吸取的经验教训 商业遥感和空间信息最终报告“监测 利用遥感和其他技术研究未铺砌道路的状况”，作者：Chunsun 博士 张. 我们还借鉴了团队成员 Brooks 和 Endsley 的开发经验 桥梁状况评估的第二阶段实践内容 遥感器研究。其中包括对未铺砌的当前流程的综合 路况评估。

输出

  • 对当前实践的完整理解，以指导后续设计阶段， 特别是任务 3 到 6（现象学、传感器选择、平台选择、 以及算法和软件开发任务）。

可交付成果

任务 3 现象学

2011 年 11 月至 2012 年 1 月

对于道路状况的每个有用特征特征，我们列出了 受影响的现象，分析这些现象所需的相关算法，以及 对每个的一般可用性进行排名。根据团队的经验，这包括 利用成像技术的最新创新，实现光的相干性 和极化也用作评估参数。这有助于增强 适合被光学传感器检测的表面特征，例如 主要基于地面的特征表明未铺砌的道路受损。

输出

  • 了解与道路组相关的远程可测量现象 评估和系统设计所需的条件，包括任务 4 到 6。

可交付成果

任务 4 传感器选择

2012 年 2 月至 4 月

我们列出了可能能够满足现象学的候选商业传感器 需要。这包括开始所需软件的功能规范、 尺寸、重量和功耗分析，以及系统组件的详细规格， 包括镜头等。例如，如果我们对 传感器隔离范围、视场 (FOV)、信号波长和偏振， 分辨率和帧速率，那么这些明确的要求可用于 指定适合未铺砌道路评估的传感器。间距、FOV 和分辨率 可用于根据制造商规格来比较传感器。一个决心 合适的商用传感器需要与过滤器结合（以 获得兴趣带和极化）并与可能的收集率进行比较。 我们可以使用的选项已经过充分调查和记录。

输出

  • 全面且有据可查的传感器及其特性列表 可用于远程感知所需的功能以及排序列表 最有可能在最终系统中有用的那些。
  • 向下选择的顶级所需传感器将在后续任务中使用， 包括未采用替代方案的理由证明文件。

可交付成果

任务 5 平台选择

2012 年 5 月至 6 月以及 2014 年 10 月至 2015 年 1 月

考虑到传感器设计，包括其尺寸、重量和功率要求，以及耦合 根据操作和性能的要求，我们选择了合适的平台 或安装传感器系统的平台。所选择的平台需要 经济、易于使用，只需最少的培训，并且能够进行所需的测量 尽可能方便。为了保持研究的可行性和及时性，我们建议 评估典型的有人驾驶固定翼飞机，并考虑可能的无人机 机载平台，包括固定翼、直升机和气动（例如飞艇）无人驾驶 车辆，看看这些平台是否以及何时能够最好地满足人们的需求 通过需求定义任务评估的交通用户社区 (#1) 以及技术咨询委员会的意见。任一平台或两个平台 可以通过这个过程被选择。我们建议如果单一平台 选择解决方案作为可行选项，该平台的单个实用版本 我们的团队将推荐用于任务 6 和 7 中的开发和部署。

如果选择了两个平台，则任务 4 中选择的传感器模式将需要 进行修改以适应两个平台上的安装。这将涉及适度的 重新设计以考虑有人驾驶飞机的更高性能等级（高度、 速度和机动性）与无人机相比。
如果有多个平台满足用户需求，则首选主要平台和 由此产生的建议可能是一个辅助平台。我们将进行比较 任何选定的无人平台的有人驾驶飞机了解什么时候 每个系统都可以最好地部署以满足未铺砌道路的评估要求。在 为了保持预算的重点和两年的时间框架，我们建议，如果 建议同时使用无人机和载人系统，他们将采用相同的 传感器模式，根据两个平台上的操作需要进行修改。这将使 及时且经济有效地比较各领域的相对优势和劣势 这些平台使 USDOT/OST-R 能够成为多平台原型 未铺砌的道路评估系统可能比单一类型的系统更强大。

系统要求和平台的审核和更新 - 将审核 URCAS 确保平台的进步能够反映在商业化产品中。

输出

  • 评估哪些平台（典型的载人固定翼、无人机或两者）可以 满足所需的传感特性并能够承载先前指定的 传感器封装。这些平台或平台将在后续设计中使用 和测试任务。
  • 平台要求的书面评估，包括有效负载、 典型的进站时间、所需的专业知识、任务支持和成本可行性 当地或州运输机构，通过技术咨询代表 委员会。
  • 任何选定的无人机平台传感器与载人固定翼轻型飞机的比较 版本，以了解它们对于未铺砌的相对优势和劣势 道路状况评估，将作为集成、测试、 和演示任务 (#7)。
  • 审查可以在更大区域提供更长飞行时间的平台 易于使用和部署。

可交付成果

任务 6 算法和软件开发

2012 年 5 月至 10 月以及 2014 年 10 月至 2016 年 7 月

软件开发包括三个主要领域：图像分析和特征提取/分类、 数据库和决策支持系统软件以及任务规划/控制软件， 下面在任务 6.1 到 6.3 中讨论。

任务 6.1 - 图像分析

我们测试并评估了能够提取相关信息的图像处理工具 先前任务中定义的表面特征。双方都建立了内部工具 和商业软件构成了评估的一部分。算法包括图像形态学、 分割、检测、模式分析和分类。特别是 最有用的算法很大程度上取决于类型、形状和大小 早期任务中定义的相关表面特征。

输出
  • 提取表面特征所需的图像处理工具的选择和推荐
  • 选择通过自定义或现有图像处理应用的算法 工具

任务 6.2 - 任务规划和控制

我们使用高分辨率导出未铺砌的道路网作为主要任务输入 航拍图像。我们的主要预期输入是 30 厘米分辨率的数字天线 图像由东南密歇根州政府委员会分摊费用提供。 这个尚未详细存在的基础未铺砌道路网络已被强烈 密歇根州交通资产管理委员会 SEMCOG 将其列为优先事项 (TAMC) 和奥克兰县道路委员会等地方政府机构 (RCOC)，该项目的所有成本分摊合作伙伴。这些道路类型数据的形式为 GIS 层将形成主要任务规划输入，允许定义路线 和飞行路径分析。我们还将开发或改编任务规划软件 来自现有的商业来源，将符合美国联邦航空管理局的实验飞机指南， 如果需要的话，根据平台选择。遥感平台控制软件将 协助操作员进行导航、飞行剖面和数据收集。工具会 需要帮助操作员选择要测量的区域，建议任务时间和航路点， 所需的任务物资，并实现数据收集和飞行的集成 个人资料。

输出
  • 绘制一个或多个未铺砌道路位置的类型和位置的方法 优先研究区域
  • GIS 数据层显示未铺砌的道路位置和类型
  • 能够为操作员提供端到端帮助的任务规划和控制软件 任务规划、维持安全裕度并优化任务绩效； 这将被纳入集成任务 (#7)。

任务 6.3 - 决策支持

我们建议使用市售的 RoadSoft GIS 作为决策支持系统 （DSS）数据和结果共享接口。 Tim Colling 博士领导软件定制 以及 RoadSoft 的改进工作，并在该项目中发挥了这一作用，包括 如何根据路况的变化有效地向用户传达警报。 我们提供了如何评估未铺砌道路和道路类型的工作演示 通过我们的方法生成的数据可以在实践中通过 Roadsoft 共享 需要使用决策的地方、区域和国家机构的类型 这些类型的数据。

输出
  • RoadSoft GIS作为项目数据共享DSS的实际演示
  • 利用有意义的符号系统来传达状况信息的用户界面 给最终用户
可交付成果

任务 6.4 商业化和实施

利用 GIS 将遥感处理系统 (RSPS) 纳入商业准备状态 扩展 – 改进 URCAS 的 3D 和遇险算法组件，已知 作为 RSPS，我们添加了额外的功能来完成工作 根据之前的项目，该项目已做好商业准备。这包括能够 分析交叉口几何形状、排水/洪水、运输道路和道路安全审计。 此外，还重点开发了输出 XML 道路遇险输出数据 已完成，演示了如何将其与 GIS 软件（例如 如 ESRI ArcGIS 和足球比赛结果的商用 RoadSoft GIS 决策支持 系统（DSS）工具。通过展示输出数据如何在现有道路中使用 以评估为中心的软件，例如 RoadSoft，以及广泛使用的行业软件 例如 ArcGIS，我们能够更广泛地集成到更多的资产管理方法中 运输机构。

输出
  • 为使 RSPS 做好商业利用准备而采取的步骤的详细列表。
  • 添加额外的检测功能，包括交叉口几何形状、排水/洪水、 运输道路检查和道路安全审核。
  • URCAS 遥感处理系统软件的商业版，已审核 在任务可交付成果中。
  • 推广在多种交通运输中使用 GIS 软件中的地理空间 XML 遇险数据 机构。
  • 对 GIS 软件采取了哪些步骤来扩展其功能的说明 与 URCAS 结合后面向全国观众。
可交付成果

任务 7 集成、测试和演示

2012 年 11 月至 2014 年 9 月

硬件和软件的集成允许评估操作特性 未铺砌路面状况评估系统的处理效果，以及 测量的准确性。这项任务包括开发现场测试 计划以及最终验收测试，详细说明所选系统如何 满足计划要求。最终原型将展示最现实的概念 使用选定的未铺砌道路评估的操作和实际效用 传感器和平台组合。几英里的道路，例如 800 英里的一部分 由项目合作伙伴奥克兰道路委员会维护的未铺砌碎石路 县将被定性为这个综合系统原型的一部分。一场表演 评估将侧重于运营概念、更详细的成本可行性分析、 以及所选系统评估未铺砌道路状况的实用性。视频 链接：

输出
  • 此任务的输出是经过全面测试的系统可操作原型， 以及相关文档。
可交付成果

任务 8 报告和技术咨询委员会

2011 年 10 月至 2016 年 9 月

作为外展和项目沟通的关键部分，我们开发了一个项目 网站与赞助商、TAC 和其他感兴趣的利益相关者分享结果 改进评估未铺砌道路状况的有效方法。包括将 一个清晰的链接。项目网站在整个项目期间均得到维护。

我们制作了所需的季度报告，定期向利益相关者通报进展情况， 以及作为最终报告一部分的项目详细摘要。最终报告 将包括每项任务的成就、遇到的障碍以及它们是如何完成的 克服。还将描述每项任务的主要结果和发现。一个叙述 描述从工程要求到最优解决方案的设计过程 将包括描述传感器可用的所有选项 和平台选择。该项目的推广和实施工作 也将进行描述。

任务 8 的另一个关键组成部分是组建我们的技术咨询委员会， 这将在定义绩效评估方法方面发挥重要作用 对于该项目，需要得到项目经理的批准。我们建议 在密歇根州安娜堡 MTRI 举办两次面对面会议。定期“WebEx”式 会议还可用于按照建议的时间表获得额外的 TAC 意见 由赞助商提供。

建议的其他外展活动包括向至少两个主要交通部门展示 研究委员会会议，包括通过提议者布鲁克斯的领导开展工作 TRB 传感技术小组委员会。足球比赛结果的 LTAP/CTT 计划还 在与州和地方交通机构进行有效推广方面拥有丰富的经验 这将有助于我们的外展工作，例如组织最近的 2011 年密歇根州 桥梁会议。

与州和地方运输机构进行现场演示 - URCAS“现场” 将向多个州的交通机构进行演示；建筑物 来自任务 3 中的外展工作以及内布拉斯加州等州所收集的兴趣， 南达科他州和密歇根州。我们预计将重复六月的成功模式， 2014年南达科他州现场演示，演示数据收集程序 当地机构和私人最终用户、技术、遇险探测评估 算法结果和决策支持集成的可视化。示威的同时 为密歇根州、内布拉斯加州和南达科他州制定了预算，项目团队将开展工作 与项目经理一起选择能够实现最有效、 广泛的外展活动。报告和技术咨询委员会 – 定期报告 将向赞助商和利益相关者详细介绍项目当前的进展情况。 此外，可交付成果和外展材料将发布到更新的项目中 网站。还将组织技术咨询委员会会议以收集意见 并根据项目经理的建议分享结果。更新的最终报告 – 更新的最终报告将对项目的方法进行深入审查， 调查结果和成就，包括外展材料和现场演示的详细信息 结果。

输出

  • 项目网站，在整个项目期间创建和维护
  • 与技术咨询委员会至少举行两次会议，包括报告 TAC 建议和反馈
  • 在年度 TAC 会议之间举行两次或两次以上 WebEx 式的临时会议，以使 TAC 保持最新状态
  • TRB 演示等外展工作
  • 向赞助商和利益相关者社区定期、清晰地报告
  • 向多个运输机构展示 URCAS 的未铺砌能力 道路资产管理。
  • URCAS 结果收集并展示了至少三个计划州以及 2015 年地方道路会议的地点。
  • 与运输机构讨论如何部署 URCAS 版本的讨论摘要 可以帮助满足他们的系统缺陷检测和损害预防需求。
  • 季度报告
  • 向赞助商和利益相关者社区定期、清晰地报告
  • 根据建议与技术咨询委员会举行一次或多次会议 项目经理的。
  • 更新了项目网站（以研究结果为中心和以客户为中心的版本）
  • 供赞助商审核的最终报告草案
  • 解决赞助商意见的最终报告

可交付成果

任务 9 专业外展

2014 年 10 月至 2016 年 9 月

将开展外展活动，以提供以客户为中心的详细描述 URCAS 系统的介绍以及如何将其集成到未铺砌道路资产管理中 州和地方运输机构的程序。此类活动将包括新闻 新闻稿、热门新闻文章、网络研讨会、研讨会和专业外展视频， 基于 V.Lefler 最近的努力，发表了五篇新文章，这是一次成功的 技术演示研讨会和专业网络研讨会。取决于计划 可以包括经理指导、对国际受众的宣传；一趟 包括让 PI 帮助在亚洲遥感会议上介绍工作。

输出

  • 生成传单、演示视频、HTML 电子邮件等宣传材料 公告和更新、实施博客和网络研讨会。
  • 生成外展文件，例如商业情报报告、创意 简介、技术简介、执行摘要和 SlideShare 内容。
  • 为运输机构组织现场演示。

可交付成果

任务 10 URCAS 的商业化以供日常使用

2014 年 10 月至 2016 年 9 月

日常使用的 URCAS 商业化 – 通过与私营企业合作 URCAS 将发展成为为交通运输提供的商业化服务 机构，在利用更新的 FAA 法规的时间段内（预计 2016 年初）基于无人机的版本将与这个新项目相一致。 该项目团队已经与 Woolpert, Inc. 讨论了商业化工作。 俄亥俄州代顿市的，他将通过这笔新资金成为项目团队的一部分 用于额外任务。 Woolpert 将与项目团队合作定义方法 以及商业化的潜在市场规模。项目团队愿意工作 与其他第三方服务公司合作，以便覆盖 URCAS 类型的服务 到达全国运输机构（见下文“技术障碍”）。

输出

  • 生成传单、演示视频、HTML 电子邮件等宣传材料 公告和更新、实施博客和网络研讨会。
  • 生成外展文件，例如商业情报报告、创意 简介、技术简介、执行摘要和 SlideShare 内容。
  • 为运输机构组织现场演示。

可交付成果