Monitoring infrastruktury drogowej stanowi istotny element jej bezpiecznego i niezawodnego funkcjonowania. Przyzwyczailiśmy się już do testów prowadzonych przy pomocy urządzeń optycznych i fotogrametrii lotniczej dzięki pomiarom bezzałogowymi statkami powietrznymi (UAV – ang. Unmanned Aerial Vehicle / pol. Bezzałogowy Statek Powietrzny). Teraz w sukurs zarządcom dróg przychodzą również radarowe zdjęcia satelitarne (SAR – ang. Synthetic Aperture Radar / pol. radar z syntetyczną aperturą).
Sieć transportowa w USA obejmuje 11,6 milionów kilometrów dróg, po których różnorodne pojazdy pokonują corocznie 5,25 bilionów kilometrów, a których utrzymanie kosztuje każdego roku nawet 250 mld USD. Tak rozległa, ważna i bardzo zróżnicowana infrastruktura wymaga bardzo odpowiedzialnego planowania nakładów i kosztów, aby utrzymać ją w akceptowalnym stanie i zapewnić niezbędne inwestycje. Elementem dróg są również obiekty inżynieryjne – mosty i wiadukty oraz infrastruktura towarzysząca, a więc chodniki, ścieżki rowerowe, nasypy i konstrukcje oporowe. Niestety tylko część infrastruktury drogowej podlega regularnym okresowym kontrolom ich stanu – dotyczy to przede wszystkim autostrad międzystanowych. W praktyce sprawność całego systemu zależy niekiedy od jego najsłabszego punktu. W sytuacjach awaryjnych drogi lokalne przejmują funkcje dróg głównych więc ich stan również powinien podlegać okresowym kontrolom, co jednak doprowadziłoby do istotnego wzrostu kosztów, a więc sytuacji odwrotnej do zamierzonej.
W sukurs operatorom infrastruktury przychodzą radarowe technologie satelitarne, dzięki którym możliwe jest szczegółowe, wczesne wykrywanie różnorodnych uszkodzeń i zmian na Ziemi. System SAR jest przy tym niewrażliwy na warunki pogodowe i oświetleniowe. Może znakomicie uzupełnić tradycyjne zdjęcia w celu pokazania zachodzących niekorzystnych zmian, np. na skutek szkodliwej działalności człowieka na jakimś obszarze lub w efekcie katastrofalnych zdarzeń pogodowych. Z tego rozwiązania chętnie korzysta również wojsko w ramach operacji wywiadowczych.
Radary orbitalne SAR operują w paśmie promieniowania mikrofalowego lub rentgenowskiego, zbierając hologramy powierzchni Ziemi w wysokiej rozdzielczości poprzez emisję impulsów elektromagnetycznych, które oddziałują z gruntem, a następnie odbieranie odbitych sygnałów powrotnych o zmienionej amplitudzie i fazie. Amplituda reprezentuje siłę echa radarowego oraz właściwości fizyczne napotkanych obiektów – ich geometrię, chropowatość i przenikalność elektryczną. Dysponując odpowiednią bazą wzorców oraz właściwie dobierając rozdzielczość pomiaru możliwe jest osiągnięcie dokładności na poziomie zbliżonym do pomiarów dokonywanych przy pomocy bazzałogowców.
Dla dróg asfaltowych i betonowych wystarczającym okresem powtarzania pomiarów jest 12-24 miesięcy. W przypadku chodników należy się jednak liczyć z możliwością dużo częstszych, lokalnych uszkodzeń. Ich naprawa jest prowadzona standardowo dopiero po zgłoszeniu i zweryfikowaniu uszkodzenia. To oznacza, że początkowe niewielkie uszkodzenie może w międzyczasie ulec znacznemu powiększeniu.
Obecnie podstawowy skan SAR obszaru 4 x 4 km z rozdzielczością 1 m kosztuje około 500 USD. Wymaga on jednak bardzo skomplikowanej cyfrowej obróbki i analiz modelowych, których koszt będzie jednak malał wraz z rosnącą popularyzacją tego rodzaju pomiarów. Po zoptymalizowaniu całego procesu możliwe staną się znaczne oszczędności i oraz podniesienie jakości i bezpieczeństwa infrastruktury drogowej.
O tym, że jest to metoda perspektywiczna może świadczyć fakt wystrzelenia na orbitę geosynchroniczną (na wysokości 36 tys. km) pierwszego satelity przez Chiny. Jego zadaniem będzie całodobowe monitorowanie regionu Azji i Pacyfiku z rozdzielczością 20 metrów, monitorując zagrożenia i pomagając w usuwaniu skutków katastrof, jak również zapewniając bieżące obserwacje w zakresie oceanografii, meteorologii, rolnictwa i leśnictwa. Wcześniej satelity SAR były umieszczane na niskich orbitach, będąc przez to urządzeniami mniej uniwersalnymi i mniej dokładnymi. Rozwój nowoczesnych algorytmów, w tym technologii wykorzystujących sztuczną inteligencję oraz dostęp do coraz większych możliwości obliczeniowych sprzyja intensywnemu rozwojowi radarowego obrazowania satelitarnego również przez te znacznie tańsze satelity.
Ubiegłoroczna wrześniowa powódź po raz kolejny pokazała, jak ważny jest dostęp do wiarygodnych, aktualnych informacji o rozwoju kataklizmu, który bezpośrednio objął stosunkowo niewielką część społeczeństwa i biznesu, ale miał wpływ na całą gospodarkę krajową, ze względu na ogromne koszty i długi czas usuwania jego skutków. Stosowanie rozwiązań w rodzaju SAR pozwala monitorować otoczenie, alarmować o niekorzystnych zmianach i wspierać działania służące usuwaniu skutków kataklizmów, katastrof lub zaniedbań. W ten sposób nowoczesne technologie służą zarówno konkretnym gałęziom działalności człowieka, jak również całemu społeczeństwu.
Krzysztof Hajdrowski
