Νέες προσεγγίσεις στα Συστήματα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων

Transcript

1

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη νέων προσεγγίσεων στα Συστήματα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων και αποτελείται συνολικά από 7 κεφάλαια. Στο 1 ο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια γενική αναφορά στα οδικά δίκτυα και στην σημασία της σωστής διαχείρισης τους. Στο 2 ο κεφάλαιο καταγράφεται ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Ακολούθως, στο 3 ο κεφάλαιο δίνεται η σημασία της συντήρησης των οδοστρωμάτων και τα είδη φθορών τους. Στο 4 ο κεφάλαιο δίνονται κάποιες εισαγωγικές έννοιες για τη διαχείριση των οδοστρωμάτων. Στη συνέχεια, στο 5 ο οδοστρωμάτων. κεφάλαιο γίνεται ανάλυση των συστημάτων διαχείρισης Στο 6 ο κεφάλαιο παρουσιάζονται κάποιες νέες προσεγγίσεις στα συστήματα διαχείρισης οδοστρωμάτων. Τέλος, στο 7 ο προέκυψαν. κεφάλαιο συγκεντρώνονται συνολικά τα συμπεράσματα που Αναφέρεται ότι στο τέλος παρατίθεται η βιβλιογραφία από την οποία προήλθαν όλες οι πληροφορίες, οι εικόνες, οι πίνακες και τα σχήματα. 1

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια των Μεταπτυχιακών Σπουδών του διατμηματικού προγράμματος «Σχεδιασμός, Οργάνωση και Διαχείριση Συστημάτων Μεταφορών» της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά όλους όσους συνέβαλαν με οποιονδήποτε τρόπο στην εκπόνηση αυτής της διπλωματικής, αλλά και όσους προσέφεραν την αμέριστη συμπαράστασή τους στο ακαδημαϊκό έτος. Πρώτα απ όλα, λοιπόν, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα της διπλωματικής εργασίας, Επίκουρο Ευάγγελο Μάνθο, για την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με ένα αντικείμενο του ενδιαφέροντός μου, καθώς και για την πολύτιμη καθοδήγηση και προσφορά των γνώσεων και της εμπειρίας του. Θα ηθέλα να ευχαριστήσω ακόμη όσους συναδέλφους συνετέλεσαν με τις ιδέες και τα σχόλιά τους στον προβληματισμό της προσέγγισης του θέματος. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλω στην οικογένειά μου για την αμέριστη αγάπη τους και τη διαχρονική συμπαράστασή τους σε όλη τη διάρκεια των σπουδών μου, μέχρι σήμερα. 2

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το οδικό δίκτυο αποτελεί αναπόσπαστο μέρος των καθημερινών μετακινήσεων και αρχίζει να επιδεινώνεται αμέσως μετά την κατασκευή του εξαιτίας των φορτίων κυκλοφορίας που δέχεται, των περιβαλλοντικών συνθηκών και ενδεχόμενων αστοχιών. Οι περισσότεροι δρόμοι χαρακτηρίζονται από αρκετές φθορές στην επιφάνεια τους και από την έλλειψη ενός συντονισμένου σχεδίου δράσεων συντήρησης τους. Η έγκαιρη και σωστή συντήρηση των οδοστρωμάτων μπορεί να συντελέσει στην αύξηση της ωφέλιμης διάρκειας ζωής τους με το ελάχιστο δυνατό κόστος. Η διατήρηση του οδοστρώματος σε ένα καλό επίπεδο εξυπηρέτησης επιτυγχάνεται μέσω της συντήρησής του. Ο σκοπός ενός Συστήματος Διαχείρισης Οδοστρωμάτων είναι η διατήρηση ενός ελάχιστου επιπέδου εξυπηρέτησης από πλευράς κυκλοφοριακής άνεσης και οδικής ασφάλειας καθιστώντας την προληπτική συντήρηση, το επίκεντρο της λειτουργίας του. Πολλά συστήματα διαχείρισης οδοστρωμάτων έχουν αναπτυχθεί τις τελευταίες τρεις δεκαετίες με κύριο στόχο την επίτευξη ενός βέλτιστου σχεδίου συντήρησης και αποκατάστασης για ένα δεδομένο οδικό δίκτυο. Για το σκοπό αυτό παρατηρείται η ανάπτυξη εναλλακτικών εργαλείων λήψης αποφάσεων για τη διαχείριση οδοστρωμάτων καθώς επίσης αναπτύσσεται και η χρήση του Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών στα Συστήματα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων. Επιπλέον, σήμερα υπάρχουν αρκετά αυτοματοποιημένα συστήματα επιθεώρησης οδοστρωμάτων για παρακολούθηση της καταπόνησης και ανάλυση του οδοστρώματος, όπως ακόμη αυξάνεται και η χρήση μη επανδρωμένων αεροσκαφών για την αυτόματη ανίχνευση της καταπόνησης οδοστρωμάτων. Τέλος, σημαντική είναι και η ανάπτυξη και η συμβολή των ανακυκλώσιμων υλικών στην μείωση του κόστους της συντήρησης Οδοστρωμάτων ABSTRACT The road network is an integral part of daily journeys and it deteriorates after its construction due to traffic loads, environmental conditions and possible failures. Most roads are characterized by several deteriorations to their surface and the lack of a coordinated plan of their maintenance actions. Timely and proper pavement s maintenance can help to increase its lifetime with minimum cost. Maintaining the pavement to a good level is achieved through its maintenance. The purpose of a Pavement Management System is to maintain a minimum level of service in terms of traffic comfort and road safety, making preventative maintenance the focal point of its operation. Many Pavement Management Systems have been developed over the last three decades with main objective of achieving an optimal maintenance and rehabilitation plan for a road network. For this purpose, the development of alternative decisionmaking tools for the management of pavements is observed, as well as the use of the Geographical Information System in Pavement Management Systems has been developed. Additionally, today there are several automated pavement inspection systems for distress monitoring and pavement analysis, as well as the use of UAVs for automatic detection of road distresses is increasing. Finally, the development and contribution of recycled materials to reducing the cost of road maintenance is important. 3

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ 1 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ 2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ 3 ABSTRACT 3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 4 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ 8 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ 10 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οδικά δίκτυα και η σημασία της διαχείρισης ΣΚΟΠΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ Γενικά Η Σημασία της Συντήρησης των Οδοστρωμάτων Είδη Φθορών Εύκαμπτων Οδοστρωμάτων Κόστος Συντήρησης Οδοστρωμάτων Κόστος παρεμβάσεων συντήρησης Παρεμβάσεις συντήρησης οδοστρωμάτων Παρεμβάσεις συντήρησης ρηγματώσεων Παρεμβάσεις συντήρησης παραμορφώσεων Παρεμβάσεις συντήρησης αποσαθρώσεων Παρεμβάσεις συντήρησης λείανσης επιφάνειας κύλισης Αξιολόγηση παρεμβάσεων συντήρησης οδοστρωμάτων 30 4

6 4. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ Εισαγωγικές έννοιες - Οδικό δίκτυο και Οδοστρώματα Οδικό δίκτυο Οδοστρώματα Διαχείριση Οδών και Οδοστρωμάτων Διαχείριση Οδικών Δικτύων Διαχείριση Οδοστρωμάτων ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ Εισαγωγή στα ΣΔΟ Ορισμός Σκοπός Διαχείρισης Οδοστρωμάτων Δείκτες Κατάστασης Οδοστρωμάτων Δείκτης Κατάστασης Οδοστρώματος (Pavement Condition Index PCI) Βαθμολόγηση Κατάστασης Οδοστρώματος (Pavement Condition Rating PCR) Δείκτης Παρούσας Εξυπηρετικότητας (Present Serviceability Index - PSI) Δείκτης Άνεσης Οδήγησης (Riding Comfort Index - RCI) Διεθνής Δείκτης Τραχύτητας (International Roughness Index - IRI) Επίπεδα και Στάδια των ΣΔΟ Επίπεδα διαχείρισης οδοστρωμάτων Στάδια ενός Συστήματος Διαχείρισης Οδοστρωμάτων Μοντέλα Πρόβλεψης και Αξιολόγηση της Κατάστασης των Οδοστρωμάτων Αξιολόγηση οδοστρωμάτων Είδη Μοντέλων Πρόβλεψης Οφέλη Συστημάτων Διαχείρισης Οδοστρωμάτων 54 5

7 5.6 Ιδιότητες και λειτουργικά χαρακτηριστικά της κατάστασης των οδοστρωμάτων ΝΕΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ Γενικά Εναλλακτικό εργαλείο λήψης αποφάσεων για τη διαχείριση των οδοστρωμάτων Εισαγωγή Νέο εργαλείο λήψης αποφάσεων - Μεθοδολογία Αποτελέσματα εφαρμογής του εργαλείου λήψης αποφάσεων Συμπερασματικά Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρώματος με μέθοδο Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών Περίπτωση εφαρμογής εισαγωγή Ανάπτυξη μοντέλων πρόβλεψης συμπεριφοράς οδοστρώματος Ανάλυση κόστους / οφέλους σε εύκαμπτα οδοστρώματα με τη χρήση μεθόδου γενετικού αλγορίθμου (Κατανομή Προϋπολογισμού) Ανάπτυξη λογισμικού συστήματος γεωγραφικών πληροφοριών για συστήματα διαχείρισης οδοστρώματος Εφαρμογή μελέτης Μια ολοκληρωμένη λύση για τα συστήματα διαχείρισης οδοστρώματος PAV3M Εισαγωγή Στόχος του PAV3M Αρχιτεκτονική του PAV3M Ανάπτυξη των Drones για αυτόνομη ανίχνευση της καταπόνησης του οδοστρώματος Μη επανδρωμένο αεροσκάφος (UAV) Απόδοση 96 6

8 6.5.3 Απαιτήσεις Συνεισφορά Μεθοδολογία και περιορισμοί Συμπερασματικά Συμβολή ανακυκλώσιμων υλικών στη μείωση του κόστους συντήρησης οδοστρωμάτων Ανακυκλώσιμα υλικά σε ασφαλτομίγματα Ανακυκλωμένο ασφαλτικό οδόστρωμα (Recycled Asphalt Pavement) Ανακυκλωμένα ελαστικά Ανακυκλωμένο γυαλί ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 107 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 7

9 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 3.1: Διάγραμμα Κατάστασης Οδοστρώματος με ή χωρίς συντήρησης (Ε. Μάνθος, 2017)..18 Εικόνα 3.2: Αλιγατορικές ρωγμές (Διακλαδιζόμενες) περιορισμένης έκτασης και σοβαρότητας (Administration, 2003)..20 Εικόνα 3.3: Αλιγατορικές ρωγμές μεγάλης έκτασης και σοβαρότητας (Α. Φ. Νικολαίδης, 2002)...20 Εικόνα 3.4: Ρωγμές στα άκρα του οδοστρώματος ( 2017)..20 Εικόνα 3.5: Ρωγμές από ολίσθηση ταπήτων ( 2017) 21 Εικόνα 3.6: Διαμήκης ρωγμή ( 2017)..21 Εικόνα 3.7: Εγκάρσιες ρωγμές ( 2017)..22 Εικόνα 3.8: Αυλακώσεις ( 2017)...22 Εικόνα 3.9: Κακοτεχνία σε μπάλωμα ( 2017)..23 Εικόνα 3.10: Αποκόλληση αδρανών...24 ( 2017) Εικόνα 3.11: Λακκούβες ( 2017)...24 Εικόνα 3.12: Ανάδυση ασφάλτου ( 2017)..25 Εικόνα 3.13: Σχηματική απεικόνιση των συνιστωσών του γενικευμένου κόστους συντήρησης (Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011)..26 Εικόνα 3.14: Απομάκρυνση ασφαλτικών στρώσεων για τη συντήρηση του οδοστρώματος (Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011).29 Εικόνα 4.1: Αυτοκινητόδρομος δύο λωρίδων ανά κατεύθυνση με διαχωριστική νησίδα (Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011) 34 Εικόνα 4.2: Αστική οδός τριών λωρίδων ανά κατεύθυνση (Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011)...35 Εικόνα 5.1: Δείκτης PCI Ηλικία οδοστρώματος ( Εικόνα 5.2: Διαχείριση οδοστρωμάτων σε επίπεδο δικτύου (Α.Φ. Νικολαίδης, 2011)...46 Εικόνα 5.3: Διαχείριση οδοστρωμάτων σε επίπεδο έργου (Α.Φ. Νικολαίδης, 2011)..47 8

10 Εικόνα 5.4: Στάδια συστήματος / προγράμματος διαχείριση οδοστρωμάτων (Α.Φ. Νικολαίδης, 2011).48 Εικόνα 6.1 : Οθόνη διεπαφής χρήστη του προγράμματος (Nihat Morova et al., 2016)...85 Εικόνα 6.2 : Δομή του ανεπτυγμένου συστήματος γεωγραφικών πληροφοριών (Nihat Morova et al., 2016)..86 Εικόνα 6.3 : Είσοδος δεδομένων και οθόνη ρύθμισης στη διεπαφή (Nihat Morova et al., 2016) 86 Εικόνα 6.4 : Κύρια οθόνη της ανεπτυγμένης διεπαφής με Windows (Nihat Morova et al., 2016) 87 Εικόνα 6.5 : Χάρτης οδικού δικτύου (Nihat Morova et al., 2016) 88 Εικόνα 6.6 : Οθόνη πληροφοριών στη διεπαφή χρήστη (Nihat Morova et al., 2016).88 Εικόνα 6.7 : Αξιολόγηση τιμών IRI για το 2012 (Nihat Morova et al., 2016) 89 Εικόνα 6.8 : Παράδειγμα οθόνης αναφοράς στη διεπαφή χρήστη (Nihat Morova et al., 2016)...89 Εικόνα 6.9 : Οθόνη στατιστικής αξιολόγησης (Nihat Morova et al., 2016)..90 Εικόνα 6.10 : Αποτελέσματα παραδείγματος (Nihat Morova et al., 2016)...90 Εικόνα 6.11 : Διεπαφή χρήστη για έκθεση αναφορών (Nihat Morova et al., 2016) 90 Εικόνα 6.12 : Αρχιτεκτονική του PAV3M (Lucia Rusu et al., 2015)...93 Εικόνα 6.13 : Solo drone (Mia Petkova, 2016) 100 Εικόνα 6.14 : Διαδικασία παραγωγής ασφαλτομίγματος με ανακυκλωμένα ελαστικά (Δανιηλίδου Χ., 2014)

11 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 5.1: Αξιολόγηση κατάστασης οδοστρώματος βάσει τιμών IRI ( Πίνακας 5.2: Τα κριτήρια ποιότητας των οδοστρωμάτων ως συναρτήσεις των επιφανειακών χαρακτηριστικών (Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011) 57 Πίνακας 6.1 : Τύποι των δράσεων M / R (Ferreira et al, 2016)..66 Πίνακας 6.2 : Εφαρμογή της πιο απλής λειτουργίας M / R (Ferreira et al, 2016) 66 Πίνακας 6.3 : Τύποι των λειτουργιών M / R (Ferreira et al, 2016).67 Πίνακας 6.4 : Εναλλακτικές στις λειτουργίες M / R (Ferreira et al, 2016).67 Πίνακας 6.5 : Επίπεδο προειδοποίησης (Ferreira et al, 2016)..69 Πίνακας 6.6 : Διαθέσιμοι ετήσιοι προϋπολογισμοί (Ferreira et al, 2016).71 Πίνακας 6.7 : Χαρακτηριστικά οδικών τμημάτων (Ferreira et al, 2016)...75 Πίνακας 6.8 : Λειτουργίες M / R που θα εφαρμοστούν στα τέσσερα τμήματα του οδικού δικτύου (Ferreira et al, 2016).76 10

12 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 4.1: Ταξινόμηση οδοστρωμάτων ανάλογα με την ελαστικότητά τους (Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011)..36 Σχήμα 4.2: Τυπική διατομή εύκαμπτου οδοστρώματος (Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011) 37 Σχήμα 6.1 : Δομή του συστήματος διαχείρισης οδοστρωμάτων (Ferreira et al, 2016)...62 Σχήμα 6.2 : Συστατικά του εργαλείου λήψης απόφασης (Ferreira et al, 2016) 63 Σχήμα 6.3 : Καμπύλη απόδοσης οδοστρώματος ως λειτουργία ισοδύναμων τυπικών αξόνων (Ferreira et al, 2016)...65 Σχήμα 6.4 : Καμπύλη απόδοσης οδοστρώματος ως λειτουργία του χρόνου σε έτη (Ferreira et al, 2016).65 Σχήμα 6.5 : Τρέχουσα ποιότητα των οδοστρωμάτων για το οδικό δίκτυο του Oliveira do Hospital (Ferreira et al, 2016).70 Σχήμα 6.6 : Ετήσια κόστη M / R (Ferreira et al, 2016) 72 Σχήμα 6.7 : Συσσωρευμένα ετήσια κόστη M / R (Ferreira et al, 2016) 72 Σχήμα 6.8 : Κόστος Μ / R καθ 'όλη τη διάρκεια του χρόνου προγραμματισμού (Ferreira et al, 2016).72 Σχήμα 6.9 : Ετήσιο κόστος χρηστών (Ferreira et al, 2016)...73 Σχήμα 6.10 : Συσσωρευμένο ετήσιο κόστος χρηστών (Ferreira et al, 2016)..73 Σχήμα 6.11 : Συνολικό κόστος χρηστών καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου προγραμματισμού (Ferreira et al, 2016) 74 Σχήμα 6.12 : Υπολειμματική αξία των οδοστρωμάτων (Ferreira et al, 2016)..74 Σχήμα 6.13 : Συνολικό κόστος καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου προγραμματισμού (Ferreira et al, 2016).75 Σχήμα 6.14 : Εξέλιξη της τιμής PSI για το οδικό τμήμα 34 του δρόμου ΕΜ 504 (Ferreira et al, 2016).77 Σχήμα 6.15 : Εξέλιξη της τιμής PSI για το οδικό τμήμα 22 του δρόμου ΕΜ 509 (Ferreira et al, 2016).78 Σχήμα 6.16 : Λειτουργίες M / R για το πρώτο έτος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού λαμβάνοντας υπόψη τη στρατηγική I (Ferreira et al, 2016)..79 Σχήμα 6.17 : Λειτουργίες M / R για το πρώτο έτος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού λαμβάνοντας υπόψη τη στρατηγική IΙ (Ferreira et al, 2016).80 11

13 Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Οδικά δίκτυα και η σημασία της διαχείρισης 12

14 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Οδικά δίκτυα και η σημασία της διαχείρισης Οι δρόμοι στην ελληνική επικράτεια, πλην των σύγχρονων αυτοκινητόδρομων, χαρακτηρίζονται από αρκετές φθορές στην επιφάνεια τους και από την έλλειψη ενός συντονισμένου σχεδίου δράσεων συντήρησης τους. Το γεγονός αυτό έχει σημαντικές επιπτώσεις στο αντιληπτό επίπεδο εξυπηρέτησης και στο μειωμένο αίσθημα ασφαλείας για τους χρήστες της οδού αλλά και στην μείωση της οδικής ασφάλειας και στην αύξηση του κοινωνικού κόστους λόγω ατυχημάτων και υλικών ζημιών. Η έγκαιρη και σωστή συντήρηση των οδοστρωμάτων μπορεί να συντελέσει στην αύξηση της ωφέλιμης διάρκειας ζωής τους με το ελάχιστο δυνατό κόστος. Παρόλα αυτά η σωστή διερεύνηση των αιτιών των φθορών των οδοστρωμάτων δεν είναι πάντα προφανής, λόγω της ποικιλομορφίας και της ύπαρξης πολλών παραγόντων που επηρεάζουν την εμφάνισή τους. Είναι αναγκαία, επομένως η σωστή αναγνώριση των διαφόρων ειδών φθορών, η ταξινόμησή τους ανάλογα την έκταση και την σοβαρότητά τους και τέλος η ορθή, κατασκευαστικά, αντιμετώπισή τους. Σε μια εποχή όπου η πλειοψηφία των αυτοκινητοδρόμων έχει κατασκευασθεί, η έρευνα αρχίζει να επικεντρώνεται κυρίως στην σωστή διαχείρισή τους. Τα Συστήματα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων συστηματοποιούν και οργανώνουν τις, σχετικές με την συντήρηση, πληροφορίες μέσω της συνεχούς παρατήρησης των οδοστρωμάτων και συλλογής στοιχείων, βοηθώντας ουσιαστικά τις διαδικασίες λήψης αποφάσεων. Σημαντικός παράγοντας, αλλά πολλές φορές και τροχοπέδη, στην αποτελεσματική διαχείριση οδοστρωμάτων αποτελεί η απαραίτητη διάθεση κεφαλαίου και ως εκ τούτου ένας σωστός χρονικός προγραμματισμός αποτελεί βασικό συστατικό για το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. Σήμερα, με την είσοδο των συστημάτων C-ITS (Cooperative Intelligent Transportation Systems) και την συλλογή μεγάλου εύρους δεδομένων από την οδό, το όχημα και το περιβάλλον, η διαχείριση των οδοστρωμάτων καθίσταται μια διαδικασία με αποτελέσματα πιο κοντά στις μελλοντικές προβλέψεις αλλά συγχρόνως και μια πρόκληση, σε ένα δυναμικό περιβάλλον που συνεχώς εξελίσσεται. 13

15 Κεφάλαιο 2 ΣΚΟΠΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ 14

16 2. ΣΚΟΠΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατανόηση της έννοιας της διαχείρισης των οδοστρωμάτων και η παρουσίαση των νέων προσεγγίσεων και εξελίξεων στον τομέα των Συστημάτων Διαχείρισης Οδοστρωμάτων. Ειδικότερα παρουσιάζεται η σημασία της συντήρησης των οδοστρωμάτων και τα συστήματα διαχείρισης οδοστρωμάτων καθώς επίσης και η χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών σε αυτά, η χρήση ενός εναλλακτικού εργαλείου λήψης αποφάσεων, η ανάπτυξη των μη επανδρωμένων αεροσκαφών και η συμβολή των ανακυκλώσιμων υλικών στη συντήρηση οδοστρωμάτων. 15

17 Κεφάλαιο 3 ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ 3.1 Γενικά 3.2 Η Σημασία της Συντήρησης των Οδοστρωμάτων 3.3 Είδη Φθορών Εύκαμπτων Οδοστρωμάτων 3.4 Κόστος Συντήρησης Οδοστρωμάτων 16

18 3. ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ 3.1 Γενικά Μετά την κατασκευή της πρώτης χωμάτινης οδού και μετά, υπήρξε η ανάγκη για την συντήρησή της, ούτως ώστε να διατηρηθεί η βατότητά της σε όλη τη διάρκεια του έτους. Αυτή ήταν η πρώτη μορφή διαχείρισης οδοστρωμάτων, καθώς έπρεπε να προβλεφθούν και να προγραμματισθούν οι εργασίες και η εξεύρεση του απαιτούμενου κεφαλαίου. Μετά την τεχνολογική ανάπτυξη και την ανάπτυξη του αυτοκινούμενου οχήματος δημιουργήθηκαν νέες απαιτήσεις όπως η κατασκευή ανθεκτικού οδοστρώματος (Νικολαΐδης Α.Φ., 2011). Τα σύγχρονα οδοστρώματα πρέπει να παρακολουθούνται διαρκώς, ώστε να μην επιτρέπονται αστοχίες στις υποκείμενες ασφαλτικές στρώσεις και κυρίως, στη στρώση έδρασης και κατ επέκταση, στη γεωτεχνική υποδομή. Μια αποδοτική διαχείριση οδοστρωμάτων, θα πρέπει εν μέσω των περιορισμών χρηματοδότησης να διατηρεί υψηλά επίπεδα κατάστασης των οδοστρωμάτων. Γι αυτό και η διαδικασία συντήρησης των οδοστρωμάτων είναι μείζονος σημασίας στο πλαίσιο της διαχείρισης των οδοστρωμάτων. Η αναγκαιότητα συστηματικής αντιμετώπισης των έργων συντήρησης των οδοστρωμάτων δημιουργήθηκε από παράγοντες όπως (Νικολαΐδης Α.Φ., 2011): Η ραγδαία ανάπτυξη του οδικού δικτύου, η γήρανσή του και η ανάγκη διατήρησής του σε ανεκτό επίπεδο λειτουργικότητας και ασφάλειας Η αύξηση του κόστους συντήρησης συνδυασμένη με τη δυσκολία εξεύρεσης κεφαλαίου τη χρονική στιγμή που χρειάζεται Η ανάπτυξη νέων μεθόδων και υλικών για τη συντήρηση των οδοστρωμάτων Η απαίτηση για εξοικονόμηση ενέργειας στα έργα οδοποιίας και για επαναχρησιμοποίηση των υλικών οδοστρωσίας για την προστασία των φυσικών αποθεμάτων και του περιβάλλοντος Η ανάπτυξη μηχανημάτων προηγμένης τεχνολογίας για την αντικειμενική καταγραφή της κατάστασης του οδοστρώματος Η ανάπτυξη και διαθεσιμότητα των ηλεκτρονικών υπολογιστών και συστημάτων της πληροφορικής Η συνειδητοποίηση της εφαρμογής μεθόδων διαχείρισης στην οδοποιία 17

19 3.2 Η σημασία της συντήρησης των οδοστρωμάτων Τα οδοστρώματα, από την στιγμή που θα κατασκευασθούν και θα δοθούν στην κυκλοφορία, υπόκεινται σε συνεχή φθορά λόγω των φορτίων των οχημάτων, των καιρικών συνθηκών αλλά και της φυσικής γήρανσης και κόπωσης των υλικών που τα συνθέτουν. Η εμφάνιση φθορών στην επιφάνεια των οδοστρωμάτων έχει συνέπειες όχι μόνο στην μέγιστη δυνατή απόδοση της κρατικής επένδυσης αλλά και στο ευρύτερο κοινωνικό σύνολο είτε άμεσα, αύξηση κόστους μετακινήσεων, ατυχημάτων, κόστους συντήρησης των οχημάτων, είτε έμμεσα, δυσχέρεια μετακινήσεων για κοινωνικές και εμπορικές δραστηριότητες. Επομένως, για την βελτιστοποίηση των ωφελειών από την κατασκευή ενός οδοστρώματος, απαιτείται η διατήρηση του στο υψηλότερο επίπεδο εξυπηρέτησης καθ όλη την ωφέλιμη διάρκεια ζωής του (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Η διατήρηση του οδοστρώματος σε ένα καλό επίπεδο εξυπηρέτησης επιτυγχάνεται μέσω της συντήρησής του (Εικόνα 3.1). Με τον όρο συντήρηση νοείται το σύνολο των εργασιών που έχουν σκοπό την διατήρηση του οδοστρώματος, όσο το δυνατόν πλησιέστερα, στην αρχική του κατάσταση. Οι εργασίες αυτές ενδέχεται να είναι αποκατάσταση επιφανειακών φθορών, σφράγιση ρωγμών, τοπική εξυγίανση (μπάλωμα), καθαρισμός επιφάνειας, ανανέωση διαγραμμίσεων κτλ. Η συντήρηση διακρίνεται σε (Νικολαίδης Α. Φ., 2002): Επαναλαμβανόμενη συντήρηση (Routine Maintenance), όπου εκτελούνται εργασίες με σκοπό την διατήρηση της λειτουργικότητας ανεξαρτήτως καιρικών συνθηκών Προληπτική συντήρηση (Preventive Maintenance), όπου εκτελούνται εργασίες με σκοπό την πρόληψη πρόωρων φθορών Διορθωτική συντήρηση (Rehabilitation), όπου πραγματοποιείται διόρθωση των ατελειών στην επιφάνεια του οδοστρώματος, οι οποίες ενδέχεται να είναι επικίνδυνες για τους χρήστες της οδού Εικόνα 3.1 : Διάγραμμα Κατάστασης Οδοστρώματος με ή χωρίς συντήρηση (Πηγή : Ε. Μάνθος, 2017) 18

20 Παρά τις συνεχείς και σωστά προγραμματισμένες εργασίες συντήρησης, το οδόστρωμα είναι αδύνατο να διατηρήσει, για μεγάλο χρονικό διάστημα, όμοια κατάσταση ποιοτικά με αυτήν κατά την στιγμή κατασκευής του, κυρίως λόγω κόπωσης και αύξησης της κυκλοφορίας. Σε εκείνο το χρονικό σημείο, πρέπει να συντελεστεί η αποκατάσταση του οδοστρώματος κατά την οποία πραγματοποιείται η κατασκευή ασφαλτικής επίστρωσης πάχους μεγαλύτερης των 25mm. Σημαντικό κρίνεται το γεγονός πως μια σωστά προγραμματισμένη προληπτική συντήρηση μπορεί να οδηγήσει σε ένα επιθυμητό επίπεδο εξυπηρέτησης για μεγαλύτερο χρόνο και με μικρότερο κόστος από ότι μια αναγκαία αποκατάσταση. 3.3 Είδη φθορών Εύκαμπτων Οδοστρωμάτων Οι φθορές που παρατηρούνται στα εύκαμπτα οδοστρώματα διαφέρουν ως προς την μορφή και το είδος τους. Mπορούν να ταξινομηθούν στις εξής κατηγορίες (Νικολαίδης Α. Φ., 2002): 1. Ρηγματώσεις (Cracking), στις οποίες συγκαταλέγονται οι παρακάτω μορφές: Ρωγμές τύπου αλιγάτορα ή αλιγατορικές ρωγμές (Alligator cracks), οι οποίες ανάλογα με την έκταση και την σοβαρότητά τους, διαφέρουν στην εμφάνιση αλλά και στα αίτια από οποία προκλήθηκαν (Εικόνα 3.2, Εικόνα 3.3). Οι ρωγμές αυτού του τύπου διακρίνονται σε: Διακλαδιζόμενες, διαμήκεις, ασυνεχείς και, περιορισμένου εύρους ρωγμές που αρχίζουν να σχηματίζουν το μοτίβο ενός αλιγάτορα χωρίς αποφλοίωση του οδοστρώματος (χαμηλός βαθμός σοβαρότητας) Οι ρωγμές σχηματίζουν ένα πλέγμα το οποίο ακολουθεί ξεκάθαρα το μοτίβο του αλιγάτορα. Στις παρυφές της ρηγματωμένης περιοχής το οδόστρωμα πιθανόν να παρουσιάζει σημεία αποφλοίωσης (μεσαίος βαθμός σοβαρότητας) Το οδόστρωμα παρουσιάζει πλέον ένα καλοσχηματισμένο μοτίβο ρωγμών με ιδιαίτερα εμφανή σημεία αποφλοίωσης. Κομμάτια του οδοστρώματος έχουν πλήρως αποκολληθεί και ενδεχομένως φύγει εντελώς από τη θέση τους 19

21 Εικόνα 3.2 : Αλιγατορικές ρωγμές (Διακλαδιζόμενες) περιορισμένης έκτασης και σοβαρότητας Εικόνα 3.3 : Αλιγατορικές ρωγμές μεγάλης έκτασης και σοβαρότητας (Πηγή : Administration, 2003) (Πηγή : Α. Φ. Νικολαίδης, 2002) Ρωγμές στα άκρα του οδοστρώματος (Edge cracks), που οφείλονται στην μη επαρκή υποστήριξη του οδοστρώματος στα συγκεκριμένα σημεία (Εικόνα 3.4) (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Εικόνα 3.4 : Ρωγμές στα άκρα του οδοστρώματος (Πηγή : ) Ρωγμές από ανάκλαση (Reflection cracks), οι οποίες εμφανίζονται συνήθως σε πρόσθετες ασφαλτικές στρώσεις πάνω σε δύσκαμπτα οδοστρώματα ή οδοστρώματα από ισχνό σκυρόδεμα και αντανακλούν το σχήμα και την διάταξη άλλων φθορών που βρίσκονται σε υποκείμενες στρώσεις (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Ρωγμές από ολίσθηση ταπήτων (Slippage cracks), οι οποίες έχουν μορφή μισοφέγγαρου και οφείλονται κυρίως στην κακή συνοχή μεταξύ τάπητα κυκλοφορίας και υποκείμενης στρώσης λόγω ανυπαρξίας ή ανεπαρκούς συγκολλητικής επάλειψης (Εικόνα 3.5) (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). 20

22 Εικόνα 3.5 : Ρωγμές από ολίσθηση ταπήτων (Πηγή : ) Διαμήκεις ρωγμές (Longitudinal cracks), εμφανίζονται κυρίως κατά μήκος της τροχιάς των τροχών των οχημάτων και οφείλονται στην μειωμένη φέρουσα ικανότητα του υπεδάφους σε συνδυασμό με την ύπαρξη σημαντικών φορτίων κυκλοφορίας και υποδιαστασιολόγησης των ασφαλτικών στρώσεων και της βάσης. Είναι σημάδια κόπωσης του οδοστρώματος και σχετίζονται με την απαρχή ρωγμών τύπου αλιγάτορα (Εικόνα 3.6) (Νικολαίδης Α. Φ., 2002), (Παναγοπούλου Μ., 2009). Εικόνα 3.6 : Διαμήκης ρωγμή (Πηγή : ) Εγκάρσιες ρωγμές (Transverse cracks), οι οποίες διατρέχουν το οδόστρωμα σχεδόν κάθετα με τον άξονα της οδού και συνήθως οφείλονται σε συρρίκνωση του οδοστρώματος λόγω χαμηλών θερμοκρασιών, σκλήρυνσης της ασφάλτου ή σε ρηγματώσεις υποκείμενων στρώσεων του οδοστρώματος (Εικόνα 3.7) (Παναγοπούλου Μ., 2009). 21

23 Εικόνα 3.7 : Εγκάρσιες ρωγμές (Πηγή : ) 2. Παραμορφώσεις της επιφάνειας (Surface distortion), που είναι οι φθορές που χαρακτηρίζουν το οδόστρωμα ως μη επίπεδο και στις οποίες συγκαταλέγονται οι εξής: Αυλακώσεις στις τροχιές των τροχών (Channel or Ruts), γνωστές και ως τροχοαυλακώσεις, οι οποίες είναι καθιζήσεις κατά μήκος των αξόνων κίνησης των οχημάτων (Εικόνα 3.8) (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Εικόνα 3.8 : Αυλακώσεις (Πηγή : ) 22

24 Κυματώσεις ή ρυτιδώσεις (Corrugations), οι οποίες εμφανίζονται κυρίως σε περιοχές φρεναρίσματος όπου αναπτύσσονται υψηλές διατμητικές τάσεις και είναι περισσότερο έντονες στην κύρια λωρίδα κυκλοφορίας (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Τοπικές καθιζήσεις (Local depressions), είναι τοπικές ταπεινώσεις της στάθμης της οδού περιορισμένης έκτασης και οφείλονται στην τοπική καθίζηση των υποκείμενων στρώσεων λόγω κυκλοφορίας, μεγαλύτερης από την προβλεφθείσα (Παναγοπούλου Μ., 2009). Τοπικές καθιζήσεις σε τομές οδοστρώματος (Utility cut depressions), είναι τοπικές καθιζήσεις και παρατηρούνται κυρίως στις εγκάρσιες τομές που ανοίγονται από τους οργανισμούς κοινής ωφέλειας (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Τοπικές διογκώσεις (Local upheaval), οι οποίες οφείλονται κυρίως σε τοπική διόγκωση του υπεδάφους, της υπόβασης ή της βάσης και σπανιότερα των ασφαλτικών στρώσεων (Παναγοπούλου Μ., 2009). Κακοτεχνίες σε μπαλώματα του οδοστρώματος (Patch deterioration), τα οποία αποτελούν τμήματα του οδοστρώματος που αντικαταστάθηκαν με καινούργιο υλικό για την επιδιόρθωσή τους (Εικόνα 3.9) (Παναγοπούλου Μ., 2009). Εικόνα 3.9 : Κακοτεχνία σε μπάλωμα (Πηγή : ) 23

25 3. Αποσύνθεση (Disintegration) είναι η θρυμμάτιση του οδοστρώματος σε μικρά ασύνδετα κομμάτια καθώς και η αποκόλληση των αδρανών από την επιφάνεια του οδοστρώματος. Οι κυριότερες μορφές είναι οι εξής (Νικολαίδης Α. Φ., 2002): Αποκόλληση αδρανών (Raveling), όπου αποκολλώνται αδρανή από το οδόστρωμα με αποτέλεσμα η επιφάνειά του να γίνεται τραχιά και ανώμαλη παρουσιάζοντας σε πολλές περιπτώσεις ακόμα και λακκούβες (Εικόνα 3.10) (Παναγοπούλου Μ., 2009), (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Εικόνα 3.10 : Αποκόλληση αδρανών (Πηγή : ) Λακκούβες (Potholes), οι οποίες είναι οπές διαφόρων μεγεθών και μορφών και δημιουργούνται λόγω αδυναμιών του ασφαλτομίγματος ή της δομής του οδοστρώματος (Εικόνα 3.11) (Γκέκας, 2013), (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Εικόνα 3.11 : Λακκούβες (Πηγή : ) 24

26 4. Λείανση της επιφάνειας κύλισης είναι άμεσα συνδεδεμένη με την ολισθηρότητα του οδοστρώματος λόγω της μείωσης του συντελεστή τριβής μεταξύ ελαστικών και επιφάνειας επιδρώντας αρνητικά στο επίπεδο ασφάλειας της οδού και όχι στην δομική κατάσταση του οδοστρώματος. Τέτοιες μορφές είναι οι εξής (Νικολαίδης Α. Φ., 2002): Λείανση αδρανών (Polished aggregate), η οποία οφείλεται αποκλειστικά στην χρήση ακατάλληλων σκληρών αδρανών Ανάδυση ασφάλτου (Asphalt bleeding / flushing), κατά την οποία παρατηρείται κάθετη μετακίνηση της ασφάλτου μέσα στο ασφαλτόμιγμα με αποτέλεσμα να αναδύεται η άσφαλτος στην επιφάνεια του οδοστρώματος (Εικόνα 3.12). Εικόνα 3.12 : Ανάδυση ασφάλτου (Πηγή : ) Οι φθορές των οδοστρωμάτων, πέρα από το είδος και την μορφή, ενδέχεται να διαφέρουν και ως προς την σοβαρότητα και την έκτασή τους. Με τον όρο σοβαρότητα νοείται ο βαθμός επικινδυνότητας που ενέχουν οι φθορές και κατατάσσονται σε χαμηλού, μεσαίου ή υψηλού βαθμού σοβαρότητας. Από την άλλη, με τον όρο έκταση νοείται η ποσοτική εκτίμηση του μεγέθους της φθοράς και η οποία μπορεί να μετράται σε μονάδες μήκους, εμβαδόν κάλυψης ή πλήθος εμφάνισης συγκεκριμένου είδους φθορών (Γκέκας, 2013). 25

27 3.4 Κόστος Συντήρησης Οδοστρωμάτων Οι φθορές της οδικής υποδομής και του οδοστρώματος, έχουν ιδιαίτερα αρνητικές επιπτώσεις στους χρήστες, και έχουν ένα υψηλό κόστος συντήρησης και ένα υψηλό κοινωνικό κόστος με απώλειες σε ανθρωποώρες, καύσιμα, φθορές οχημάτων, ατυχήματα, ρύπανση (ατμοσφαιρική, ηχητική, αισθητική), επιβάρυνση στο οικονομικό περιβάλλον (εμπόριο, υπηρεσίες, τουρισμός). Έτσι, είναι απαραίτητη η συνεχής συντήρηση των οδοστρωμάτων για να προσφέρουν το επιθυμητό επίπεδο άνεσης, εξυπηρέτησης και λειτουργικότητας στους χρήστες. Οι επεμβάσεις συντήρησης που μπορούν να πραγματοποιηθούν σε ένα οδικό δίκτυο και οι εν γένει ενέργειες που αποσκοπούν στην ορθολογική διαχείριση οδικών δικτύων είναι περιορισμένες ως προς την έκταση και το μέγεθος, λόγω αντίστοιχων περιορισμών που αφορούν προσωπικό, εξοπλισμό και υλικά. Στην πράξη, για το δημόσιο ή ιδιωτικό φορέα που έχει την ευθύνη της διαχείρισης, αυτό μεταφράζεται σε ένα πρόβλημα εξεύρεσης πιστώσεων και κατανομής των σχετικών πόρων, κατά τον καλύτερο δυνατό τρόπο, στα έργα συντήρησης, βελτίωσης και εκσυγχρονισμού των οδών (Παναγοπούλου Μ., 2011). Εικόνα 3.13 : Σχηματική απεικόνιση των συνιστωσών του γενικευμένου κόστους συντήρησης (Πηγή : Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011) Για να μπορεί να πραγματοποιηθεί η συντήρηση οδοστρωμάτων με περιορισμένους πόρους και ταυτόχρονα η διατήρηση του οδοστρώματος σε τέτοιο επίπεδο ώστε να ελαχιστοποιούνται οι επιπτώσεις στους χρήστες και στο περιβάλλον, είναι απαραίτητη η ανάλυση κόστους συντήρησης του οδοστρώματος. Οι κύριες συνιστώσες του κόστους συντήρησης των οδοστρωμάτων είναι το κόστος των παρεμβάσεων συντήρησης ή αλλιώς το κόστους του φορέα που αναλαμβάνει τη συντήρηση του οδοστρώματος, το 26

28 κόστος των χρηστών και το κόστος προς το περιβάλλον. Το κόστος των χρηστών αποτελείται από το κόστος λειτουργίας του οχήματος, το κόστος των ατυχημάτων, το κόστος καυσίμου, το κόστος του χρόνου μετακίνησης και το κόστος δυσφορίας. Το κόστος προς το περιβάλλον περιλαμβάνει το κόστος ρύπανσης, το κόστος θορύβου και το κόστος στην κοινωνική, πολιτική και οικονομική ζωή που όμως είναι αμελητέο σε σχέση με τις υπόλοιπες συνιστώσες του κόστους συντήρησης. Το γενικευμένο κόστος συντήρησης των οδοστρωμάτων εξαρτάται από την κατάσταση του οδοστρώματος και συγκεκριμένα αυξάνεται όσο η κατάσταση στο οδόστρωμα επιδεινώνεται (Εικόνα 3.13) (Παναγοπούλου Μ., 2011) Κόστος παρεμβάσεων συντήρησης Η διατήρηση του οδοστρώματος σε κατάσταση παρόμοια με αυτήν που είχε κατά το χρόνο της κατασκευής του είναι πρακτικά αδύνατη. Η κυκλοφορία, οι καιρικές συνθήκες και η γήρανση των υλικών είναι παράγοντες που μειώνουν την ποιότητα και την αντοχή του οδοστρώματος. Μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα απαιτείται η αποκατάσταση του οδοστρώματος, δηλαδή η επαναφορά της κατάστασής του στο αρχικό επίπεδο ή σε ένα νέο αποδεκτό επίπεδο λειτουργικότητας, που θα καθορίζεται με συγκεκριμένη διαδικασία. Οι χρηματοδοτήσεις για τη διατήρηση των οδοστρωμάτων στα επιθυμητά επίπεδα είναι μειωμένες, γι αυτόν το λόγο οι φορείς οδοποιίας είναι υποχρεωμένοι να βρουν τη βέλτιστη λύση για τη συντήρηση του οδοστρώματος που θα απαιτεί το μικρότερο κόστος. Το κόστος είναι ένας από τους παράγοντες που πρέπει να εξετάζεται προσεκτικά για την επιλογή παρεμβάσεων συντήρησης. Επίσης, είναι δυνατή η ύπαρξη διαφορετικών παρεμβάσεων συντήρησης, ανάλογα με την κατάσταση του οδοστρώματος και τις φθορές που παρουσιάζει, που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στο οδόστρωμα και να βελτιώσουν την κατάστασή του, με το ανάλογο κόστος η κάθε μία. Συνεπώς είναι αναγκαία μια ανάλυση κόστους συντήρησης του οδοστρώματος πριν από την επιλογή της κατάλληλης παρέμβασης για τη συντήρηση του οδοστρώματος (Παναγοπούλου Μ., 2011) Παρεμβάσεις συντήρησης οδοστρωμάτων Η αποκατάσταση των φθορών των οδοστρωμάτων μπορεί να γίνει με διάφορες τεχνικές συντήρησης. Τεχνική συντήρησης είναι μια δραστηριότητα που λαμβάνει χώρα στην επιφάνεια του οδοστρώματος για να το επαναφέρει σε καλύτερη κατάσταση. Η τεχνική που επιλέγεται κάθε φορά εξαρτάται από το είδος, την έκταση και τη σοβαρότητα της φθοράς, αλλά και από την τεχνογνωσία, τα διαθέσιμα υλικά, κ.λπ. Σε ορισμένες φθορές, οι τεχνικές συντήρησης είναι μοναδικές, ενώ σε άλλες υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις που ακολουθούνται ανάλογα με την περίπτωση. Κάθε παρέμβαση συντήρησης είναι ένα σύνολο από τεχνικές συντήρησης που κάθε μία από αυτές εφαρμόζεται καλύτερα σε συγκεκριμένο είδος φθοράς. Για κάθε φθορά του οδοστρώματος υπάρχουν οι αντίστοιχες παρεμβάσεις συντήρησης που θα βελτιώσουν την κατάστασή του. Επίσης, για τον καθορισμό της καταλληλότερης συντήρησης θεραπείας των φθορών είναι καλύτερα να καθορίζεται επακριβώς η κύρια αιτία που προκάλεσε τη φθορά. Στον πίνακα που παρατίθεται παρουσιάζονται οι κυριότερες παρεμβάσεις συντήρησης που εφαρμόζονται στον ελλαδικό χώρο τα τελευταία χρόνια (Παναγοπούλου Μ., 2011) 27

29 3.4.3 Παρεμβάσεις συντήρησης ρηγματώσεων Οι μορφές των επιφανειακών ρηγματώσεων του οδοστρώματος είναι ποικίλες και οφείλονται σε διάφορες αιτίες. Σε πολλές περιπτώσεις η έγκαιρη απλή πλήρωση της ρωγμής ή των ρωγμών είναι η σωστότερη και αποτελεσματικότερη συντήρηση. Σε άλλες περιπτώσεις όμως, είναι αναγκαία η τοπική εξυγίανση της περιοχής που προσβλήθηκε. Η σφράγιση/πλήρωση των ρωγμών σε όλες τις περιπτώσεις γίνεται με χυτό υλικό που είναι ειδική τροποποιημένη άσφαλτος. Η τροποποιημένη άσφαλτος (ελαστομερής) θα πρέπει να εκπληρώνει τις απαιτήσεις της προδιαγραφής ASTM 1190 ή BS Για την εφαρμογή της τροποποιημένης ασφάλτου προς σφράγιση των ρωγμών απαιτείται η χρήση ειδικού μηχανικού εξοπλισμού, όπως (α) μηχάνημα θέρμανσης της ελαστομερούς ασφάλτου με δυνατότητα θέρμανσης μέχρι και 200 C και με δυνατότητα παροχής του θερμού ασφαλτικού υλικού επί της ρωγμής και (β) ειδικό φλόγιστρο (προπανίου) που εκτοξεύει υπέρθερμο αέρα (όχι φλόγα) για τη θέρμανση και τον καθαρισμό της ρωγμής πριν τη διάχυση της τροποποιημένης ασφάλτου (Παναγοπούλου Μ., 2011). Για τις ρωγμές τύπου αλιγάτορα, όταν εμφανίζονται σε μικρή έκταση, απαιτείται η πλήρης απομάκρυνση όλων των ασφαλτικών στρώσεων, των στρώσεων με ασύνδετα αδρανή και μέρους του εδάφους έδρασης, η λήψη κατάλληλων μέτρων για την υποβάθμιση της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα και η ανακατασκευή όλων των στρώσεων με νέα κατάλληλα υλικά. Όταν η έκταση των ρωγμών τύπου αλιγάτορα είναι μεγάλη, η θεραπεία γίνεται μόνο με αποκατάσταση του τάπητα. Στην περίπτωση που δεν απομακρύνεται ο ρηγματωμένος τάπητας, συνιστάται η διάστρωση ισοπεδωτικής στρώσης, πριν τη διάστρωση του νέου τάπητα. Η ίδια διαδικασία συντήρησης που ακολουθείται για τις ρωγμές ανάκλασης, εφαρμόζεται και στις ρωγμές μεταξύ λωρίδων διάστρωσης ή διαπλάτυνσης, στις ρωγμές συρρίκνωσης και στις ελικοειδείς ρωγμές. Για τις ρωγμές στα άκρα του οδοστρώματος συνιστάται η πλήρωση των ρωγμών με κατάλληλη τροποποιημένη άσφαλτο μετά από επιμελή καθαρισμό. Εάν παρουσιάζεται και καθίζηση τότε η πλήρωση γίνεται με ψυχρό ή θερμό ασφαλτόμιγμα. Στις ρωγμές από ολίσθηση ταπήτων η συντήρηση γίνεται μόνο με απομάκρυνση του τάπητα κυκλοφορίας γύρω από τη ρωγμή, μέχρι το σημείο που υπάρχει καλή συνοχή ταπήτων και πλήρωση της επιφάνειας με θερμό ασφαλτόμιγμα, αφού καθαριστεί και ψεκαστεί στα κάθετα τοιχώματα της με συγκολλητική επάλειψη από κατιονικό γαλάκτωμα. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις το οδόστρωμα χρειάζεται ενίσχυση, η οποία επιτυγχάνεται με την διάστρωση μιας νέας ασφαλτικής στρώσης. Για τι εγκάρσιες ρωγμές ακολουθείτε η ίδια διαδικασία συντήρησης με τις διαμήκεις ρωγμές (Παναγοπούλου Μ., 2011) Παρεμβάσεις συντήρησης παραμορφώσεων Οι παραμορφώσεις ή στρεβλώσεις της επιφάνειας του οδοστρώματος είναι οι φθορές εκείνες που χαρακτηρίζουν το οδόστρωμα ως μη επίπεδο. Γενικά, η συντήρηση των παραμορφώσεων μπορεί να συνίσταται από απλή πλήρωση αυτών με θερμό ή ψυχρό ασφαλτόμιγμα έως την πλήρη απομάκρυνση της προσβληθείσης περιοχής και την αντικατάστασή της με νέα υλικά. Όταν η παραμόρφωση του ασφαλτομίγματος είναι μεγάλη, απαιτείται οπωσδήποτε η απομάκρυνση της συγκεκριμένης ασφαλτικής στρώσης και κατόπιν η επαναδιάστρωση αυτής με νέο κατάλληλο ασφαλτόμιγμα. Η απομάκρυνση της λωρίδας γίνεται με φρεζάρισμα σε βάθος mm, ή αναλόγως του πάχους του τάπητα που πρέπει να αποξηλωθεί. Πριν τη διάστρωση απαιτείται 28

30 συγκολλητική επάλειψη με κατιονικό γαλάκτωμα σε ποσότητες περίπου 0,25-0,35 lt/m2. Για τις κατά πλάτος αυλακώσεις απαιτείται φρεζάρισμα της επιφάνειας σε βάθος mm ή ανάλογο του πάχους της στρώσης και διάστρωση νέου τάπητα από θερμό ασφαλτόμιγμα, αφού προηγουμένως ψεκαστεί συγκολλητική επάλειψη με κατιονικό γαλάκτωμα (Εικόνα 3.14) (Παναγοπούλου Μ., 2011). Εικόνα 3.14 : Απομάκρυνση ασφαλτικών στρώσεων για τη συντήρηση του οδοστρώματος (Πηγή : Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011) Παρεμβάσεις συντήρησης αποσαθρώσεων Η επισκευή των φθορών αποκόλλησης αδρανών γίνεται με τη διάστρωση ψυχρού ασφαλτικού μίγματος ή με επιφανειακές επαλείψεις. Όταν η κατάσταση του οδοστρώματος είναι πολύ κακή εξετάζεται και η περίπτωση πρόσθετης ασφαλτικής στρώσης. Για τις λακκούβες η συντήρηση μπορεί να είναι προσωρινή ή οριστική. Κατά την προσωρινή γίνεται απλός καθαρισμός της λακκούβας και πλήρωση της με κατάλληλο θερμό ή ψυχρό ασφαλτόμιγμα ή έτοιμο συσκευασμένο ψυχρό ασφαλτόμιγμα (Εικόνα 3.15). Κατά την οριστική συντήρηση γίνεται κόψιμο και τετραγωνισμός της λακκούβας με τέτοιο τρόπο ώστε να υπάρχει υγιές πλευρικό υλικό στρώσης, επιμελής καθαρισμός, ψεκασμός των τοιχωμάτων και της επιφάνειας με κατιονικό γαλάκτωμα, πλήρωση αυτής με κατάλληλο θερμό ή ψυχρό ασφαλτόμιγμα και τέλος κατάλληλη κυλίνδρωση (Παναγοπούλου Μ., 2011). 29

31 3.4.6 Παρεμβάσεις συντήρησης λείανσης επιφάνειας κύλισης Η τοπική ανάδυση ασφάλτου αποκαθίσταται συνήθως με διασπορά και κυλίνδρωση θερμών λεπτόκοκκων αδρανών, ή με εκτοξευτήρες θερμού αέρα. Στην περίπτωση διασποράς θερμών αδρανών συνίσταται να γίνονται οι εργασίες τις θερμότερες μέρες του έτους. Όταν η ανάδυση της ασφάλτου γίνεται σε μεγάλη έκταση και ιδιαιτέρα όταν αυτή είναι σοβαρή, συνίσταται να αποξηλώνεται όλη η στρώση και να αποκαθίσταται με νέο ασφαλτόμιγμα. Όταν η επιφάνεια του οδοστρώματος παρουσιάζει λείανση αδρανών η συντήρηση και η αποκατάσταση της αντιολισθηρής ικανότητας αυτής γίνεται με τις παρακάτω μεθόδους (Παναγοπούλου Μ., 2011): Διάστρωση νέου τάπητα από κατάλληλο θερμό ασφαλτόμιγμα με σκληρά αδρανή. Διάστρωση πορώδους τάπητα. Μέθοδος προεπαλειμένων ψηφίδων. Ασφαλτική επάλειψη (απλή ή διπλή στρώση). Κατασκευή θερμών λεπτοταπήτων. Απόξεση της επιφάνειας με ειδική φρέζα. Σε όλες τις παραπάνω μεθόδους πλην της τελευταίας, απαραίτητα προϋπόθεση είναι η χρήση καταλλήλων σκληρών αδρανών, μη ασβεστολιθικών. (Παναγοπούλου Μ., 2011) Αξιολόγηση παρεμβάσεων συντήρησης οδοστρωμάτων Οι παρεμβάσεις συντήρησης αξιολογούνται με βάση το κόστος εφαρμογής τους, αλλά και την αποτελεσματικότητα τους. Ως αποτελεσματικότητα μπορεί να θεωρηθεί είτε κάποιος δείκτης του βαθμού βελτίωσης της κατάστασης ή η εκτιμώμενη διάρκεια ζωής του οδοστρώματος μετά τη συντήρηση. Χρησιμοποιώντας τη δεύτερη από τις παραπάνω παραμέτρους προκύπτει ότι η αναμενόμενη διάρκεια ζωής του οδοστρώματος μετά την εφαρμογή κάποιας παρέμβασης συντήρησης εξαρτάται ουσιαστικά, εκτός από το είδος της εφαρμοζόμενης παρέμβασης, κι από τον κυκλοφορικό φόρτο του τμήματος οδού. Ως αποτέλεσμα, είναι επιθυμητό να καθοριστεί διαφορετική διάρκεια ζωής για διάφορα επίπεδα κυκλοφοριακού φόρτου (π.χ., χαμηλός, μέτριος, υψηλός). Ως κόστος μονάδος θεωρείται το κόστος των υλικών, των μηχανημάτων και των εργατών που απαιτείται για την εφαρμογή μιας τεχνικής συντήρησης σε ένα τετραγωνικό μέτρο επιφανείας του οδοστρώματος. (Παναγοπούλου Μ., 2011). 30

32 Κεφάλαιο 4 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ 4.1 Εισαγωγικές έννοιες - Οδικό δίκτυο και Οδοστρώματα 4.2 Διαχείριση Οδών και Οδοστρωμάτων 31

33 4. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ 4.1 Εισαγωγικές έννοιες - Οδικό δίκτυο και Οδοστρώματα Οδικό δίκτυο Μια από τις πιο σημαντικές κατηγορίες των δικτύων μεταφορών είναι τα χερσαία δίκτυα, στα οποία συμπεριλαμβάνονται οι οδικές και οι σιδηροδρομικές μεταφορές. Τον κύριο ρόλο κατέχουν οι οδικές μεταφορές, καθώς είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη μιας περιοχής. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση το 44% όλων των αγαθών μετακινούνται από φορτηγά οχήματα και το 85% όλων των ανθρώπων μετακινούνται με αυτοκίνητα και λεωφορεία μέσω οδικών δικτύων (Βαϊνδενρλής Α. & Τσιώτσος Π., 2014). Ορισμός Οδικών Δικτύων Το μονοπάτι ήταν η πρώτη μορφή δρόμου και στη συνέχεια ακολούθησε ο ενισχυμένος δρόμος με λιθόστρωση. Ο δρόμος σύντομα ξεχώρισε από το περιβάλλον με την επανειλημμένη χρησιμοποίηση του, και απέκτησε εννοιολογική, αλλά και ουσιαστική οντότητα. Έτσι, σήμερα δρόμος είναι μια αναγνωρίσιμη λωρίδα εδάφους ανάμεσα σε δύο μέρη, που μέσω ανθρώπινης παρέμβασης έχει ομαλοποιηθεί ή έχει υποστεί κάποια άλλη προετοιμασία, ώστε να καθιστά ευκολότερη την προσπέλαση της από ανθρώπους, ποδήλατα ή μηχανοκίνητα τροχοφόρα οχήματα. Στις αστικές περιοχές, ένας δρόμος ο οποίος διέρχεται μέσα από μια πόλη ή χωριό ονομάζεται οδός και λειτουργεί ως κοινόχρηστος αστικός χώρος και διαδρομή. Σήμερα, και παρά τις αντιρρήσεις για τη σκοπιμότητα κατασκευής νέων οδικών αρτηριών, η πυκνότητα και η ποιότητα του οδικού δικτύου μιας χώρας αποτελεί βασικό χαρακτηριστικό της οικονομικής κατάστασης και της αναπτυξιακής πορείας της. Η κοινωνική και οικονομική ανάπτυξη που παρατηρήθηκε στις χώρες της Ευρώπης και της Β. Αμερικής κατά το δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα, συνοδεύτηκε από την σημαντική ανάπτυξη των οδικών μεταφορών και την ανάλογη αναβάθμιση των οδικών υποδομών. Η επικράτηση των οδικών μεταφορών δεν οφείλεται, αποκλειστικά στα πλεονεκτήματα τους (π.χ. μεταφορά από πόρτα σε πόρτα, δυνατότητα των ανθρώπων να προγραμματίζουν τις μετακινήσεις τους κ.α.), αλλά και στη σημαντικότατη ανάπτυξη του κλάδου των οδικών κατασκευών ως βασικού συστατικού της οικονομίας σε εθνικό και διεθνές περιβάλλον (Βαϊνδενρλής Α. & Τσιώτσος Π., 2014). Κατηγορίες Οδών Το δίκτυο μιας χώρας χαρακτηρίζεται κυρίως από την ιεράρχησή του, δηλαδή την κατάταξη του σε οδούς διαφόρων κατηγοριών. Η κατάταξη αυτή είναι απαραίτητη για τη διευκόλυνση και συνεννόηση μεταξύ όλων αυτών που χρησιμοποιούν ή έχουν σχέση με τις οδούς. Υπάρχουν ποικίλα συστήματα κατάταξης των οδών (Βαϊνδενρλής Α. & Τσιώτσος Π., 2014): Διοικητική κατάταξη, όπως αυτή γίνεται από τις αρμόδιες και υπεύθυνες κρατικές υπηρεσίες. Στην Ελλάδα διακρίνονται σε: Εθνικές, Επαρχιακές, Κοινοτικές οδοί. Αριθμητική κατάταξη. Στην Ελλάδα όλοι οι δρόμοι του κύριου εθνικού δικτύου, αλλά και αρκετές επαρχιακοί οδοί, έχουν ιδιαίτερη αρίθμηση. 32

34 Κατάταξη των οδών κατά τύπο, δηλαδή ανάλογα με τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους. Λειτουργική κατάταξη, δηλαδή κατάταξη ανάλογη με το λειτουργικό σκοπό που εξυπηρετεί κάθε οδός. Διακρίνονται σχετικά: ταχείες λεωφόροι, ελεύθεροι λεωφόροι, συλλεκτήριοι οδοί, αρτηρίες, τοπικοί δρόμοι. Σκοπός της λειτουργικής ιεράρχησης ενός δικτύου είναι να δώσει σε κάθε τμήμα του δικτύου ένα χαρακτήρα, ο οποίος προσδιορίζεται από το είδος της εξυπηρέτησης που καλείται να προσφέρει. Οι εθνικοί οδοί είναι συνήθως αυτοκινητόδρομοι δύο, τριών ή τεσσάρων λωρίδων κυκλοφορίας ανά κατεύθυνση (Εικόνα 4.1). Μπορούν επίσης να είναι οδοί μεταξύ νομών και επαρχιών μιας λωρίδας κυκλοφορίας ανά κατεύθυνση. Ο αυτοκινητόδρομος είναι δρόμος ειδικής κατηγορίας σχεδιασμένος έτσι ώστε να διακινεί τον μεγαλύτερο φόρτο της οδικής κυκλοφορίας οχημάτων συνήθως μεταξύ πόλεων και να επιτρέπει την οδήγηση με σταθερά υψηλή ταχύτητα. Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι η έλλειψη ισόπεδων διασταυρώσεων και αυτό είναι που τον διακρίνει από άλλα είδη δρόμων. Ο αυτοκινητόδρομος είναι κλειστός, συνήθως περιφραγμένος στα πλάγια, και η διασταύρωση με άλλους δρόμους γίνεται μόνο μέσω ανισόπεδων διασταυρώσεων, όπως και η είσοδος και η έξοδος οχημάτων από αυτόν. Στους αυτοκινητόδρομους, επιβάλλεται η κατασκευή μιας Λωρίδας Έκτακτης Ανάγκης ανά κατεύθυνση, πέραν των λωρίδων κυκλοφορίας. Οι επαρχιακοί οδοί ή αλλιώς αστικοί οδοί είναι δρόμοι ελεγχόμενης πρόσβασης, που συνδέουν περιοχές ενός οικιστικού κέντρου και διατρέχουν μόνο περιοχές εντός δομημένου περιβάλλοντος. Οι αστικές οδοί έχουν μια, δύο ή ακόμα και τρεις λωρίδες κυκλοφορίας ανά κατεύθυνση και μπορούν να διασταυρώνονται μεταξύ τους με ισόπεδους κόμβους (Εικόνα 4.2). Στους επαρχιακούς δρόμους δύο ή τριών λωρίδων ανά κατεύθυνση είναι δυνατή η ύπαρξη διαχωριστικής λωρίδας συνήθως με μεταλλικό στηθαίο. Οι επιτρεπόμενες ταχύτητες κίνησης σε επαρχιακές οδούς είναι συνήθως μικρότερες από τις επιτρεπόμενες ταχύτητες κίνησης σε εθνικές οδούς (Παναγοπούλου Μ., 2011). Εικόνα 4.1 : Αυτοκινητόδρομος δύο λωρίδων ανά κατεύθυνση με διαχωριστική νησίδα (Πηγή : Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011) 33

35 Εικόνα 4.2 : Αστική οδός τριών λωρίδων ανά κατεύθυνση (Πηγή : Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011) Οδοστρώματα Κατηγορίες Οδοστρωμάτων Τα οδοστρώματα, ανάλογα με το υλικό κατασκευής τους και την ελαστικότητά τους, διακρίνονται στα εύκαμπτα οδοστρώματα στα ημιδύσκαμπτα και στα δύσκαμπτα (Σχήμα 4.1). Σαν εύκαμπτα οδοστρώματα θεωρούνται συνήθως τα ασφαλτικά. Τα οδοστρώματα αυτού του τύπου αποτελούνται κυρίως από μίγμα ασφάλτου και αδρανών συνεχούς κοκκομετρικής διαβάθμισης. Τα αδρανή σχηματίζουν μια αλληλοσυνδεδεμένη μορφή, η οποία έχει μεγαλύτερη συμμετοχή στην αντοχή του μίγματος σε ευστάθεια κατά τη φόρτιση. Τα εύκαμπτα οδοστρώματα αποτελούνται κατά κανόνα από την επιφανειακή στρώση, τη βάση και την υπόβαση. Η βάση αποτελείται από καλώς διαβαθμισμένο θραυστό αμμοχάλικο, καταπονείται σε κόπωση και το πάχος της κυμαίνεται από 10 έως 30 εκ. όπως και η υπόβαση που αποτελείται από καλώς διαβαθμισμένο αμμοχάλικο πάχους 10 έως 30 εκ. Στα ημιδύσκαμπτα οδοστρώματα η στρώση βάσης αποτελείται από σταθεροποιημένο, κατεργασμένο αμμοχάλικο πάχους 15 έως 35 εκ. ενώ η υπόβαση αποτελείται από σταθεροποιημένο, κατεργασμένο αμμοχάλικο πάχους 15 έως 25 εκ. Σαν δύσκαμπτα οδοστρώματα θεωρούνται κυρίως τα οδοστρώματα από σκυρόδεμα. Η διαφορά τους έγκειται στο βαθμό που το κάθε είδος μπορεί να ελέγχει το σχηματισμό ρωγμών, δηλαδή να είναι προκαθορισμένο το σημείο στο οποίο θα δημιουργηθούν οι ρωγμές ή το μέγεθος των ρωγμών που θα σχηματιστούν. Στα οδοστρώματα αυτά υπάρχει το έδαφος έδρασης, μία στρώση βάσης και η στρώση από σκυρόδεμα. Στα δύσκαμπτα οδοστρώματα, όπου ο φορέας παραλαμβάνει τις περισσότερες από τις εισαγόμενες τάσεις από την κυκλοφορία, ο ρόλος της βάσεως είναι κυρίως να αυξήσει τις τριβές της πλάκας κατά τις διαστολές και συστολές της και να εμποδίσει τις τριχοειδείς ρωγμές. Γι' αυτούς τους λόγους συνιστάται το υλικό βάσεως να είναι απαλλαγμένο από συνδετική ύλη και να διαστρώνεται σε πάχος 30 cm ανεξάρτητα από το είδος του εδάφους (Θεοδωρακόπουλος Δ., 2008). 34

36 Σχήμα 4.1 : Ταξινόμηση οδοστρωμάτων ανάλογα με την ελαστικότητά τους (Πηγή : Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011) Δομή Οδοστρώματος Οδόστρωμα είναι το σύνολο των στρώσεων οι οποίες τοποθετούνται επάνω από το φυσικό έδαφος και οι οποίες αποτελούν το σώμα της οδού. Ο ρόλος του οδοστρώματος είναι να εξασφαλίσει την απαιτούμενη ποιότητα κύλισης των οχημάτων για όλο το χρονικό διάστημα της λειτουργίας του. Για να επιτευχθεί αυτό πρέπει να εξασφαλίζεται (Παναγοπούλου Μ., 2011): Η μετάδοση στο έδαφος των φορτίων από τα οχήματα, τα οποία κυκλοφορούν στην οδό, ελαττωμένων σε τέτοιο βαθμό, ούτως ώστε να αποφεύγονται ανεπίτρεπτες σε μέγεθος μόνιμες παραμορφώσεις. Η δομική επάρκεια του ίδιου του οδοστρώματος στις επαναλαμβανόμενες καταπονήσεις της κυκλοφορίας και του περιβάλλοντος. Η προστασία του εδάφους θεμελίωσης του οδοστρώματος από τις επιδράσεις του περιβάλλοντος (κλιματολογικές συνθήκες), οι οποίες θα προκαλέσουν απώλεια φέρουσας ικανότητας και μόνιμες παραμορφώσεις. Η διατήρηση ενός ελάχιστου επιτρεπόμενου επιπέδου αντιολισθητικών χαρακτηριστικών της στρώσεως κύλισης. Τα πλέον διαδεδομένα οδοστρώματα είναι τα εύκαμπτα. Ένα εύκαμπτο οδόστρωμα αποτελείται από τη στρώση έδρασης, τη στρώση υπόβασης, τη στρώση βάσης και τις ασφαλτικές στρώσεις. Η στρώση έδρασης είναι μία στρώση πάχους εκ. επιλεγμένου εδαφικού υλικού ή μεταφερόμενου αμμοχάλικου και μία ή δύο στρώσεις από σταθεροποιημένο εδαφικό υλικό συνολικού πάχους εκ. Οι στρώσεις της βάσης και της υπόβασης αποτελούνται από φυσικό ή θραυστό αμμοχάλικο και το πάχος τους διαφέρει ανάλογα με την κατηγορία του οδοστρώματος. Η υπόβαση μπορεί να παραληφθεί σε περιπτώσεις που υπάρχει μέτρια κυκλοφορία, μεγάλη φέρουσα ικανότητα της στρώσης έδρασης και η στρώση βάσης έχει κατασκευαστεί με μεγάλο πάχος. Οι ασφαλτικές στρώσεις, με συνολικό πάχος που κυμαίνεται ανάλογα με την κυκλοφορία από 4 έως 35 εκ., αποτελούνται από τη στρώση κύλισης και τη συνδετική στρώση. Η στρώση κύλισης εξασφαλίζει τα απαιτούμενα αντιολισθητικά χαρακτηριστικά και την απαιτούμενη ομαλότητα, ασφάλεια και άνεση στην κυκλοφορία του δρόμου. Η 35

37 συνδετική στρώση αποτελεί μαζί με την υποκείμενη ασφαλτική βάση τις κυρίως φέρουσες ασφαλτικές στρώσεις (Σχήμα 4.2) (Παναγοπούλου Μ., 2011). Σχήμα 4.2 : Τυπική διατομή εύκαμπτου οδοστρώματος (Πηγή : Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2011) 36

38 4.2 Διαχείριση Οδών και Οδοστρωμάτων Διαχείριση Οδικών Δικτύων Στις ανεπτυγμένες χώρες, έχει ολοκληρωθεί η κατασκευή εθνικών οδών και αυτοκινητοδρόμων και το ενδιαφέρον των φορέων οδοποιίας έχει περάσει στο στάδιο της διαχείρισης, της λειτουργίας και της συντήρησης, δηλαδή στη βελτίωση της ποιότητας των οδών και στη διατήρηση ενός υψηλού επιπέδου λειτουργικότητας μέσω προγραμματισμένων τεχνικών επεμβάσεων. Στην Ελλάδα, η κύρια δραστηριότητα των φορέων οδοποιίας για το πρωτεύον δίκτυο βρίσκεται στο στάδιο κατασκευής του δικτύου αυτοκινητοδρόμων ενώ, σε ορισμένες περιπτώσεις, έχει ξεκινήσει και το στάδιο της διαχείρισης της λειτουργίας (Αττική Οδός, Εγνατία Οδός). Κατά συνέπεια, η δημόσια επένδυση στο οδικό δίκτυο αποτελεί για κάθε χώρα εθνικό κεφάλαιο μεγάλης αξίας, το οποίο πρέπει να αξιοποιηθεί και να διατηρηθεί σε υψηλό βαθμό απόδοσης για το μεγαλύτερο δυνατό χρονικό διάστημα, πράγμα που επιτυγχάνεται κυρίως με εργασίες αναβάθμισης και συντήρησης. Η συντήρηση του οδικού δικτύου στη Ελλάδα γίνεται από Τεχνικές υπηρεσίες οι οποίες έχουν αρμοδιότητα σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές. Πιο συγκεκριμένα (Παναγοπούλου Μ., 2011): Εθνικό Δίκτυο για τη συντήρηση του Εθνικού Οδικού Δικτύου αρμόδια υπηρεσία είναι η Διεύθυνση Ελέγχου Συντήρησης Έργων (ΔΕΣΕ) Επαρχιακό Δίκτυο για τη συντήρηση του Επαρχιακού Οδικού Δικτύου αρμόδια υπηρεσία είναι η Διεύθυνση Τεχνικών Υπηρεσιών της εκάστοτε Περιφερειακής Ενότητας. Επιπροσθέτως, στην ίδια γεωγραφική περιοχή και ανάλογα με την κατηγορία του οδικού δικτύου, η αρμοδιότητα ανήκει σε διαφορετικές υπηρεσίες. Οι αποφάσεις λαμβάνονται με ελάχιστη συνεργασία μεταξύ των υπηρεσιών με βάση υποκειμενικά κριτήρια λαμβάνοντας υπόψη τοπικά χαρακτηριστικά. Ακόμη, οι διατιθέμενοι πόροι επαρκούν μόνο για ένα μικρό ποσοστό των πραγματικών αναγκών και διατίθενται στις υπηρεσίες βάση απλών κανόνων (π.χ. ποσοστό οδικού δικτύου) χωρίς να υπάρχει κάποια συστηματική ανάλυση των πραγματικών αναγκών. Με αυτό τον τρόπο, ούτε το οδικό δίκτυο συντηρείται επαρκώς, ούτε οι πόροι κατανέμονται αποτελεσματικά. Οι περιορισμένοι πόροι για τη συντήρηση της υποδομής του δικτύου μεταφορών επιβάλλουν τη βέλτιστη και οικονομικά αποδοτική διαχείριση των διατιθέμενων πόρων. Οι αποφάσεις που σχετίζονται με τη συντήρηση του οδικού δικτύου είναι το προϊόν της αντιστάθμισης του κόστους συντήρησης του, του κόστους που επηρεάζει τους χρήστες του δικτύου λόγω της κατάστασης στην οποία αυτό βρίσκεται και του περιβαλλοντικού κόστους (Παναγοπούλου Μ., 2011) Διαχείριση Οδοστρωμάτων Μέχρι και σήμερα δεν υπάρχει ένας διεθνώς αποδεκτός ορισμός της διαχείρισης οδοστρωμάτων. Κατά τον AASHTO (1985), διαχείριση οδοστρωμάτων ορίζεται: «η αποτελεσματική και αποδοτική διαχείριση των δραστηριοτήτων που εμπλέκονται στο να διατηρούν τα οδοστρώματα σε ανεκτή κατάσταση για το εποχούμενο κοινό με το λιγότερο δυνατό κόστος ανοιγμένο σε ετήσιο κόστος». Η Διαχείριση Οδοστρωμάτων είναι μια διαδικασία που βοηθά στη λήψη αποφάσεων, όσον αφορά τη συντήρηση του οδικού δικτύου σε ένα ικανοποιητικό επίπεδο εξυπηρέτησης, λειτουργικότητας και 37

39 ασφάλειας με το ελάχιστο κόστος, τόσο για τις τεχνικές υπηρεσίες όσο και για τους χρήστες. Για να ικανοποιηθούν αυτές οι απαιτήσεις είναι απαραίτητες οι σωστές και επαρκείς πληροφορίες για να ληφθούν οι αντίστοιχες αποφάσεις με βάση τις αρχές της μηχανικής και της διαχείρισης. Το πρόβλημα της Διαχείρισης Οδοστρωμάτων βρίσκεται στο μεγάλο αριθμό και στην ποικιλία των παραμέτρων, καθώς και στη δυσκολία καθορισμού των συσχετίσεων μεταξύ τους. Γενικά, η Διαχείριση Οδοστρωμάτων αποτελείται από τρία στοιχεία (Παναγοπούλου Μ., 2011): Κύκλος ζωής οδοστρώματος: περιλαμβάνει στοιχεία σχετικά με την κατασκευή οδοστρωμάτων, τη μεταβολή της κατάστασης τους με το χρόνο και πως αυτές οι διαδικασίες μπορούν να επηρεαστούν από τις διάφορες μορφές της συντήρησης ή ανακατασκευής. Κόστος που έχει σχέση με τον κύκλο ζωής οδοστρώματος: περιλαμβάνει το κόστος της αρχικής κατασκευής, το κόστος συντήρησης, τον προσδιορισμό της εναπομένουσας τελικής αξίας και τον καθορισμό του κόστους των χρηστών. Συστήματα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων: περιλαμβάνουν όλα τα συστήματα για τον καθορισμό του κατάλληλου χρόνου για τη συντήρηση του οδικού δικτύου σε ένα ικανοποιητικό επίπεδο εξυπηρέτησης με το ελάχιστο κόστος (Παναγοπούλου Μ., 2011). 38

40 Κεφάλαιο 5 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ 5.1. Εισαγωγή στα ΣΔΟ 5.2. Δείκτες Κατάστασης Οδοστρωμάτων 5.3. Επίπεδα και Στάδια των ΣΔΟ 5.4. Μοντέλα Πρόβλεψης και Αξιολόγηση της Κατάστασης των Οδοστρωμάτων 5.5. Οφέλη Συστημάτων Διαχείρισης Οδοστρωμάτων 5.6. Ιδιότητες και λειτουργικά χαρακτηριστικά της κατάστασης των οδοστρωμάτων 39

41 5. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΟΔΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ 5.1 Εισαγωγή στα ΣΔΟ Ορισμός Μέχρι και σήμερα, δεν υπάρχει ένας διεθνώς αποδεκτός ορισμός της διαχείρισης των οδοστρωμάτων. Η Διαχείριση Οδοστρωμάτων ορίζεται (AASTHO, APWA, U.S. DοΤ, 2017): Κατά τον AASHTO, ως : "η αποτελεσματική και αποδοτική διαχείριση των δραστηριοτήτων που εμπλέκονται στο να διατηρούν τα οδοστρώματα σε ανεκτή κατάσταση για το εποχούμενο κοινό, με το λιγότερο δυνατό κόστος ανηγμένο σε ετήσιο κόστος" Κατά την APWA, ως : "μια συστηματική μέθοδος συλλογής, αποθήκευσης και ανάκτησης δεδομένων, τα οποία είναι τα πλέον απαραίτητα, για τη λήψη αποφάσεων που αφορούν την συντήρηση, την αποκατάσταση/ενίσχυση ή ανακατασκευή οδοστρωμάτων με όσο το δυνατόν μικρότερο κόστος" Κατά το U.S. Department of Transportation, ως : "το σύστημα που παρέχει πληροφορία σχετικά με την υλοποίηση ανακατασκευής, αποκατάστασης και προληπτικής συντήρησης οδοστρωμάτων, που έχουν σχεδιαστεί να εξυπηρετούν τον υφιστάμενο αλλά και μελλοντικό κυκλοφοριακό φόρτο, κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να παρέχεται ασφάλεια, βιωσιμότητα και ελάχιστο κόστος" Σκοπός Διαχείρισης Οδοστρωμάτων Σκοπός ενός Συστήματος Διαχείρισης Οδοστρωμάτων είναι η διατήρηση ενός ελάχιστου επιπέδου εξυπηρέτησης από πλευράς κυκλοφοριακής άνεσης και οδικής ασφάλειας καθιστώντας την προληπτική συντήρηση, το επίκεντρο της λειτουργίας του (Μουρατίδης Α.Κ., 2008). Ακόμη, αντικειμενικός σκοπός της Διαχείρισης είναι τα οικονομικά οφέλη, τα τεχνικά και τα οργανωτικά η διαχειριστικά οφέλη. Οικονομικά οφέλη : Η Διαχείριση των Οδοστρωμάτων αποβλέπει στην μεγιστοποίηση των καθαρών οικονομικών ωφελειών σε σχέση με τους οικονομικούς περιορισμούς που επιβάλλονται. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την σωστή διαχείριση του διαθέσιμου κεφαλαίου, τον προγραμματισμό των έργων βελτίωσης, τον καθορισμό των επιδράσεων των εναλλακτικών τρόπων συντήρησης του δικτύου στο κόστος, την αντικειμενική αξιολόγηση της προσφορότερης εναλλακτικής λύσης (Νικολαΐδης Α.Φ., 2011). 40

42 Τεχνικά οφέλη : Στη Διαχείριση Οδοστρωμάτων πρέπει να υπάρχουν τεχνικά οφέλη, και για να επιτευχθεί αυτό, ένα Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων πρέπει να συνίσταται από μια εκτεταμένη βάση δεδομένων που θα ενημερώνεται συνεχώς, να επιλέγει την καταλληλότερη μέθοδο συντήρησης/ βελτίωσης, να εμπεριέχει αξιόπιστα μοντέλα πρόβλεψης συμπεριφοράς οδοστρώματος και εκτίμησης κόστους (Νικολαΐδης Α.Φ., 2011). Οργανωτικά οφέλη : Στη Διαχείριση Οδοστρωμάτων πρέπει να υπάρχουν και οργανωτικά οφέλη και για να επιτευχθεί αυτό, ένα Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων πρέπει να καθορίζει ορθολογικά την κατάσταση του οδοστρώματος σε εθνικό επίπεδο, να προγραμματίζει τις δραστηριότητες συντήρησης, να χρησιμοποιεί την αποτελεσματική μεθοδολογία παρακολούθησης της κατάστασης του οδοστρώματος, να παρέχει αντικειμενική βάση για πολιτικές αποφάσεις (Νικολαΐδης Α.Φ., 2011). 5.2 Δείκτες Κατάστασης Οδοστρωμάτων Η προσπάθεια να αξιολογηθούν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά του οδοστρώματος, οι φθορές και η δομική του κατάσταση με σαφή και συνολικό τρόπο οδήγησε στη δημιουργία των δεικτών κατάστασης οδοστρωμάτων. Οι δείκτες αυτοί, οι οποίοι περιλαμβάνουν διάφορα στοιχεία από πληροφορίες, όπως κατάσταση (λειτουργική και δομική) οδοστρώματος, δεδομένα οδοστρώματος, γεωμετρία οδού κτλ. αντιπροσωπεύουν ένα μέτρο των επιπτώσεων στους χρήστες της οδού (Παπαγεωργίου Γ.Π., 2010). Στα συστήματα διαχείρισης οδοστρωμάτων χρησιμοποιούνται δύο είδη δεικτών, οι μεμονωμένοι δείκτες κατάστασης που δείχνουν τις μεταβολές μίας συγκεκριμένης φθοράς και οι σύνθετοι δείκτες που δείχνουν τις μεταβολές της γενικής κατάστασης οδοστρώματος συναρτήσει των παραγόντων επιρροής (Παναγοπούλου Μ., 2011). Οι δείκτες κατάστασης χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τις επιπτώσεις των παραγόντων επιρροής στη συμπεριφορά τμημάτων οδοστρώματος και βοηθούν (Λουκέρη Ε.Δ., 2004): Στον καθορισμό του χρόνου παρεμβάσεων της συντήρησης σε οποιοδήποτε τμήμα οδού με τη χρήση μεμονωμένων δεικτών κατάστασης. Στην επιλογή συγκεκριμένων τεχνικών συντήρησης με τη χρήση μεμονωμένων δεικτών αφού προσφέρουν πιο λεπτομερείς και ακριβείς προβλέψεις κόστους στο πρόγραμμα ανάλυσης των συστημάτων διαχείρισης. Στην επίβλεψη της συνολικής κατάστασης του δικτύου χρησιμοποιώντας τους σύνθετους δείκτες κατάστασης οδοστρώματος. Παρακάτω αναφέρονται οι συνηθέστεροι δείκτες φθοράς που συναντώνται στη βιβλιογραφία καθώς και διάφορες σχέσεις που συνδέουν τους δείκτες μεταξύ τους Δείκτης Κατάστασης Οδοστρώματος (Pavement Condition Index PCI) Ο δείκτης κατάστασης οδοστρώματος PCI αξιολογεί την κατάσταση της επιφάνειας ενός οδικού δικτύου. Συγκεκριμένα, αξιολογεί το είδος, την έκταση και τη σοβαρότητα των επιφανειακών φθορών του οδοστρώματος καθώς και την ομαλότητα και την οδηγική άνεση του δρόμου. Οι τιμές που παίρνει κυμαίνονται μεταξύ όπου 0 είναι η χειρότερη κατάσταση και 100 η καλύτερη δυνατή κατάσταση. Στην παρακάτω 41

43 Εικόνα 5.1 παρουσιάζεται η μεταβολή του PCI καθώς αυξάνεται η ηλικία του οδοστρώματος και από εξαιρετική κατάσταση οδηγείται σε πλήρη αστοχία (Σωτηροπούλου Μ. Ι., 2015). Εικόνα 5.1 : Δείκτης PCI Ηλικία οδοστρώματος (Πηγή : Βαθμολόγηση Κατάστασης Οδοστρώματος (Pavement Condition Rating PCR) Μία κοινή μέθοδος για την αξιολόγηση των οδοστρωμάτων είναι η καθιέρωση ενός συστήματος αξιολόγησης PCR που συνδέει συγκεκριμένους τύπους φθορών, σοβαρότητας και έκτασης. Αυτά αθροίζονται μεταξύ τους και αφαιρούνται από ένα ανώτατο όριο ή μία μέγιστη τιμή ώστε να δώσουν μία συνολική βαθμολογία της κατάστασης του οδοστρώματος. Οι εξισώσεις που περιγράφουν πώς γίνεται η μετατροπή της σοβαρότητας ή έκτασης μίας συγκεκριμένης φθοράς σε μία αριθμητική τιμή διαφέρουν από κράτος σε κράτος και σε κάποιες περιπτώσεις ενδέχεται να είναι πολύπλοκες (Σωτηροπούλου Μ. Ι., 2015) Δείκτης Παρούσας Εξυπηρετικότητας (Present Serviceability Index - PSI) Ο δείκτης παρούσας εξυπηρετικότητας (PSI) βασίζεται στη δοκιμή AASHO PSR. Βασικά, η βαθμολόγηση παρούσας εξυπηρετικότητας (Present Serviceability Rating PSR) ήταν μία εκτίμηση της οδηγικής ποιότητας που απαιτούσε μία ομάδα παρατηρητών να οδηγήσει πραγματικά πάνω στο οδόστρωμα που εξεταζόταν. Δεδομένου, ότι αυτό το είδος της αξιολόγησης δεν ήταν πρακτικό σε μεγάλης κλίμακας οδικά δίκτυα, ήταν αναγκαία η μετάβαση σε ένα σύστημα που δε θα χρειαζόταν η ομάδα των παρατηρητών (Σωτηροπούλου Μ. Ι., 2015). Για τη μετάβαση από το PSR στο PSI χρησιμοποιήθηκαν οι αξιολογήσεις μίας ομάδας παρατηρητών μεταξύ του 1958 έως 1960 σε διάφορα οδικά δίκτυα στις 42

44 πολιτείες του Ιλινόις, Μινεσότα και Ιντιάνα για το PSR. Αυτές οι πληροφορίες στη συνέχεια συσχετίστηκαν με διάφορες μετρήσεις όπως οι ρηγματώσεις, η διακύμανση κλίσης κλπ. ώστε να αναπτυχθούν οι εξισώσεις PSI. Περαιτέρω, οι βαθμολογητές κλήθηκαν να εκφέρουν άποψη για το αν ένα συγκεκριμένο οδικό δίκτυο είχε αποδεκτή ή μη τιμή PSR ως κύρια εθνική οδό (Σωτηροπούλου Μ. Ι., 2015) Δείκτης Άνεσης Οδήγησης (Riding Comfort Index - RCI) Προκειμένου να προσδιοριστεί η ποιότητα οδήγησης σε ένα οδόστρωμα αναπτύχθηκε ο δείκτης άνεσης οδήγησης RCI. Πρώτο βήμα ήταν η ταξινόμηση των ανομοιόμορφων τιμών από τα δεδομένα που έχουν συλλεχθεί σε διαφορετικά φάσματα. Ο δείκτης RCI είναι κυρίως συνάρτηση των ανομοιομορφιών αυτών και μετράται σε κλίμακα από 0-5, όπου το 0 δείχνει καλά κατασκευασμένο οδόστρωμα ενώ το 5 αντιπροσωπεύει εξαιρετικά τραχύ οδόστρωμα (Σωτηροπούλου Μ. Ι., 2015) Διεθνής Δείκτης Τραχύτητας (International Roughness Index - IRI) Ένας από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν το επίπεδο εξυπηρέτησης μίας οδού είναι η ποιότητα κύλισης των οδοστρωμάτων. Οι χρήστες μίας οδού κρίνουν την προσφερόμενη προς αυτούς ποιότητα κύλισης με βάση την ομαλότητα της επιφάνειας των οδοστρωμάτων, η οποία είναι δυνατό να καταγραφεί και να αξιολογηθεί με αντικειμενικά κριτήρια. Για τον χρήστη «ανώμαλο» οδόστρωμα σημαίνει έλλειψη άνεσης και ασφάλειας, ανάγκη για μείωση της ταχύτητας κύλισης, πιθανές φθορές του οχήματος και αυξημένο κόστος λειτουργίας του οχήματος (Σωτηροπούλου Μ. Ι., 2015). Ο διεθνής δείκτης τραχύτητας IRI αναπτύχθηκε από την Παγκόσμια Τράπεζα το 1980 και εκφράζει τον τρόπο με τον οποίο το όχημα και οι επιβαίνοντες ανταποκρίνονται στην υφιστάμενη ποιότητα κύλισης μίας επιφάνειας οδοστρώματος. Ο δείκτης καθορίστηκε μετά από μαθηματική προσομοίωση ενός τροχού με ελατήρια γνωστών μηχανικών χαρακτηριστικών και βάρους ίσου με ένα τυπικό άξονα επιβατικού οχήματος, ο οποίος κινείται πάνω σε επιφάνειες με διαφορετικό βαθμό ομαλότητας με ταχύτητα 80 Km/h. Ο δείκτης αυτός λόγω του υπολογιστικού προσομοιώματος που τον υποστηρίζει εκφράζει την ομαλότητα του εκάστοτε οδοστρώματος εξασφαλίζοντας τη δυνατότητα σύγκρισης των μετρήσεων από διαφορετικά συστήματα αλλά και σε διαφορετικές χρονικές φάσεις λειτουργίας του οδοστρώματος. Η πραγματική τιμή του δείκτη προσδιορίζεται λαμβάνοντας υπόψη μία ακριβή καταγραφή της κατανομής της επιφάνειας του οδοστρώματος (Σωτηροπούλου Μ. Ι., 2015). Ο δείκτης IRI μετράται συνήθως σε m/km και λαμβάνει τιμές από 0 20, όπου 0 είναι η βέλτιστη κατάσταση οδοστρώματος. Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει συνήθως είναι γύρω στα 6 m/km καθώς για μεγαλύτερες τιμές η κατάσταση του οδοστρώματος έχει φτάσει ήδη σε πολύ φτωχά επίπεδα και απαιτείται ανακατασκευή (Σωτηροπούλου Μ. Ι., 2015). 43

45 Πίνακας 5.1 : Αξιολόγηση κατάστασης οδοστρώματος βάσει τιμών IRI (Πηγή : 44

46 5.3 Επίπεδα και Στάδια των ΣΔΟ Επίπεδα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων Η Διαχείριση Οδοστρωμάτων βοηθά στην λήψη αποφάσεων σε 3 διαφορετικά επίπεδα θεώρησης. Στο πρώτο επίπεδο, στρατηγικό επίπεδο, οι αποφάσεις λαμβάνονται από υψηλά ιστάμενους φορείς και είναι διαμορφωμένες ώστε να εξυπηρετούν μακροχρόνιους στόχους και πολιτικές. Στο δεύτερο επίπεδο, επίπεδο δικτύου, αξιολογούνται συνολικά οι ανάγκες του υπό εξέταση δικτύου και αναπτύσσεται ένας μέσο μακροχρόνιος σχεδιασμός βελτιωτικών επεμβάσεων. Στο τρίτο επίπεδο, επίπεδο έργου, οι αποφάσεις λαμβάνονται συγκεκριμένα για το τμήμα του δικτύου που χρήζει επέμβασης και είναι κυρίως βραχυχρόνιου ορίζοντα (AASTHO, 2012). Στις εικόνες 5.2, 5.3 δίνονται τα διαγράμματα ροής αποφάσεων / δράσεων στο επίπεδο δικτύου και έργου αντίστοιχα. Εικόνα 5.2 : Διαχείριση οδοστρωμάτων σε επίπεδο δικτύου (Πηγή : Α.Φ. Νικολαίδης, 2011) 45

47 Εικόνα 5.3 : Διαχείριση οδοστρωμάτων σε επίπεδο έργου (Πηγή : Α.Φ. Νικολαίδης, 2011) Στάδια ενός Συστήματος Διαχείρισης Οδοστρωμάτων Ένα Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων ανεξαρτήτως επιπέδου αναφοράς συνίσταται από τα παρακάτω στάδια (Νικολαίδης Α. Φ., 2011): Απογραφή χαρακτηριστικών του οδοστρώματος Επισκόπηση της κατάστασης του οδοστρώματος Βάση δεδομένων Πρόβλεψη κατάστασης οδοστρώματος Ανάλυση κατάστασης οδοστρώματος Προγραμματισμός εργασιών Ο συσχετισμός των παραπάνω σταδίων επεξηγείται παρακάτω στην εικόνα 5.4: 46

48 Εικόνα 5.4 : Στάδια συστήματος / προγράμματος διαχείριση οδοστρωμάτων (Πηγή : Α.Φ. Νικολαίδης, 2011) Απογραφή Χαρακτηριστικών του Οδοστρώματος Η απογραφή των χαρακτηριστικών του οδοστρώματος έχει υποστηρικτικό και πληροφοριακό χαρακτήρα, πλην όμως είναι απολύτως αναγκαία στη διαχείριση των οδοστρωμάτων. Ως χαρακτηριστικά καταγράφονται (Νικολαίδης Α. Φ., 2011): Πληροφορίες θέσης, που περιλαμβάνει την αρχή και πέρας του κάθε διακεκριμένου τμήματος του οδοστρώματος. Η κατηγορία οδού. Στην περίπτωση επιθεώρησης μεγάλου τμήματος οδοστρώματος ή δικτύου, αυτό διακρίνεται σε κλάδους. Ο κλάδος είναι μια ευδιάκριτη αυτοτελή οντότητα όπως αυτοκινητόδρομος, κύρια ή δευτερεύουσα αρτηρία, διασταύρωση, ανισόπεδος κόμβος, κλπ. Οι διαστάσεις του δρόμου, μήκος, πλάτος και αριθμός λωρίδων. Ο τύπος του οδοστρώματος και ο τύπος της επιφανειακής στρώσης Τα ιστορικά δεδομένα της κατασκευής όπως: ημερομηνία αρχικής κατασκευής, ημερομηνίες σε περίπτωση ολοκλήρωσης σε στάδια, ιστορικό συντήρησης ή αποκατάστασης, υλικά που χρησιμοποιήθηκαν και κυρίως στην επιφανειακή στρώση, πάχη στρώσεων, ποιότητα-φέρουσα ικανότητα υλικού έδρασης, και ότι άλλο κρίνεται χρήσιμο. Ιστορικά δεδομένα κυκλοφοριακού φόρτου 47

49 Επισκόπηση της Κατάστασης του Οδοστρώματος Η επισκόπηση της κατάστασης του οδοστρώματος είναι ίσως η βασικότερη των εργασιών διότι από τα αποτελέσματα της θα καθοριστούν οι τρέχουσες και οι μελλοντικές ανάγκες συντήρησης και αποκατάστασης του οδοστρώματος. Με τα δεδομένα της επισκόπησης αξιολογείται η κατάσταση του οδοστρώματος, συναρτήσει δεικτών κατάστασης. Οι μέθοδοι επισκόπησης-αξιολόγησης με τη χρήση μηχανημάτων είναι περισσότερο αντικειμενικές και επαναληπτικές από ότι οι υποκειμενικές μέθοδοι οπτικής επισκόπησης-αξιολόγησης (Νικολαίδης Α. Φ., 2011). Βάση Δεδομένων Οι πληροφορίες της απογραφής και της επισκόπησης της κατάστασης του οδοστρώματος αποθηκεύονται σε βάση δεδομένων έτσι ώστε να χρησιμοποιηθούν τόσο για την παραγωγή εκθέσεων και αξιολόγηση εναλλακτικών λύσεων στρατηγικών αποκατάστασης όσο και για μελλοντικές παρόμοιες εργασίες. Επίσης μπορούν να αξιοποιηθούν σε ευρύτερα προγράμματα διαχείρισης οδικών δικτύων. Η μορφή της βάσης δεδομένων ποικίλει. Μπορεί να είναι πολύ απλή έως πολύ σύνθετη και εκτεταμένη. Σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να είναι κατανοητή, αξιόπιστη και εύχρηστη. Τα δεδομένα αποθηκεύονται στην Βάση Δεδομένων πρέπει συχνά να επικαιροποιούνται ώστε να αντικατοπτρίζουν την πραγματική κατάσταση του οδοστρώματος, προκειμένου να μπορεί να υπολογιστεί το πραγματικό κόστος επέμβασης σε μια ανάλυση κόστους οφέλους (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό της βάσης δεδομένων είναι το σύστημα αναφοράς για την εισαγωγή, την ανάκληση και τον εντοπισμό των δεδομένων. Για το σκοπό αυτό υπάρχουν διάφορες μέθοδοι, συνηθέστερες των οποίων είναι οι παρακάτω: η μέθοδος των χιλιομετρικών αποστάσεων, ή η μέθοδος των χιλιομετρικών αποστάσεων σε απόλυτες γεωγραφικές συντεταγμένες η μέθοδος των αριθμημένων κόμβων. Ένα άλλο βασικό και πολύ χρήσιμο στοιχείο είναι η απεικόνιση του περιεχομένου μιας βάσης δεδομένων. Αυτό γίνεται με διάφορους τρόπους όπως (Νικολαίδης Α. Φ., 2011): Με κατάλογο και πίνακες εκτύπωσης Με διαγράμματα Με προφίλ της οδού 48

50 Με χάρτη δικτύου Πρόβλεψη Κατάστασης Οδοστρώματος Μοντέλα Πρόβλεψης Ένα Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων πρέπει να διαθέτει την ικανότητα πρόβλεψης της συμπεριφοράς οδοστρωμάτων. Η πρόβλεψη υλοποιείται με την βοήθεια κατάλληλων μαθηματικών μοντέλων λαμβάνοντας υπόψη την παρούσα κατάσταση, τους διάφορους παράγοντες επιρροής και τη συντήρηση. Τα μοντέλα πρόβλεψης είναι πολύ σημαντικά κατά την διαδικασία λήψης αποφάσεων καθώς βοηθούν στον καθορισμό του τύπου της συντήρησης, του ποσοστού του οδικού δικτύου που χρειάζεται συντήρηση και της χρονικής στιγμής της συντήρησης (Παναγοπούλου Μ., 2011). Συγκεκριμένα τα μοντέλα πρόβλεψης προσφέρουν αποτελέσματα που βοηθούν στην (AASTHO, 2012): Εκτίμηση του απαιτούμενου ύψους χρηματοδότησης για την επίτευξη ενός επιθυμητού επιπέδου εξυπηρέτησης Θέσπιση προτάσεων για την βέλτιστη επένδυση του διαθέσιμου κεφαλαίου Πρόβλεψη μελλοντικών συνθηκών του οδοστρώματος για διαφορετικά σενάρια επεμβάσεων και επένδυσης Για την πρόβλεψη της κατάστασης του οδοστρώματος δεν υπάρχει ένα μοντέλο πρόβλεψης το οποίο θα μπορούσε να λειτουργήσει αξιόπιστα για όλες τις θέσεις και συνθήκες. Η κατάσταση του οδοστρώματος προσδιορίζεται από μια πλειάδα παραμέτρων-φθορών που η κάθε μία μεταβάλλεται με τον χρόνο σχεδόν ανεξάρτητα από την άλλη. Στις παραμέτρους περιλαμβάνονται επιφανειακά χαρακτηριστικά όπως ομαλότητα, δομικά χαρακτηριστικά κ.α. (Νικολαίδης Α. Φ., 2011). Ανάλυση Κατάστασης Οδοστρώματος Στο στάδιο αυτό γίνεται η επεξεργασία όλων των δεδομένων και παρουσιάζεται αναλυτικά η υφιστάμενη καθώς και η μελλοντική κατάσταση του οδοστρώματος. Η παρουσίαση γίνεται με γραμμικά διαγράμματα και πίνακες, για όλο το μήκος αναφοράς του έργου, σε επίπεδου δικτύου ή έργου. Επίσης, καθορίζονται εναλλακτικά σενάρια επέμβασης βασιζόμενα στην περιοδική συντήρηση της επιφανειακής στρώσης και στην ελαστικότητα των εργασιών αποκατάστασης ή/και ενίσχυσης του οδοστρώματος (Νικολαίδης Α. Φ., 2011). 49

51 Προγραμματισμός Εργασιών Στο στάδιο αυτό αποφασίζεται ο προγραμματισμός των εργασιών, κατά κανόνα από τους ανώτερους υπαλλήλους της Υπηρεσίας του Οργανισμού ή της Περιφέρειας. Οι αποφάσεις λαμβάνονται βάσει της ιεράρχησης των εργασιών με γνώμονα την ασφάλεια και την άνεση των εποχούμενων σε συνδυασμό με τους οικονομικούς περιορισμούς στη διαθεσιμότητα του κεφαλαίου. Εδώ συνήθως χρησιμοποιείται και οικονομική ανάλυση διάθεσης κεφαλαίου οπότε λαμβάνεται υπόψη και το ενδεχόμενο κόστος δανεισμού. Ενίοτε χρησιμοποιούνται και μοντέλα κόστους/οφέλους. Τα μοντέλα αυτά χρησιμοποιούν τα σχετιζόμενα κόστη τόσο των εργασιών όσο και του κόστους του χρήστη, του κόστους των ατυχημάτων, της περιβαλλοντικής επίπτωσης κλπ.. Τέλος με τον καθορισμό του προγράμματος των απαιτούμενων εργασιών παρέχεται και η δυνατότητα προσδιορισμού των απαιτήσεων σε εργατικό δυναμικό και εξοπλισμό (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Διαδικασία Ανατροφοδότησης Συστήματος Το όλο σύστημα δεν είναι στατικό ανά τα έτη αλλά μέσω μιας διαδικασίας ανατροφοδότησης, με εισαγωγή νέων επικαιροποιημένων δεδομένων ανά τακτά χρονικά διαστήματα, βελτιώνεται συνεχώς ώστε να ανταποκριθεί στο διαρκώς μεταβαλλόμενο περιβάλλον της σημερινής εποχής. 50

52 5.4 Μοντέλα Πρόβλεψης και Αξιολόγηση της Κατάστασης των Οδοστρωμάτων Αξιολόγηση Οδοστρωμάτων Κύρια συστατικά της Διαχείρισης είναι η ορθολογική αξιολόγηση και ο προγραμματισμός των επεμβάσεων (Μουρατίδης, 2008). Η Αξιολόγηση της κατάστασης ενός οδοστρώματος είναι πρωταρχικής σημασίας για τον καθορισμό της κατάλληλης χρονικής στιγμής και του είδους της επέμβασης. Κατά την αξιολόγηση καθορίζεται η λειτουργική και η δομική κατάσταση του οδοστρώματος. Η αξιολόγηση της λειτουργικής κατάστασης συνίσταται στην αποτίμηση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του οδοστρώματος π.χ. ρηγμάτωση, αυλάκωση, ολισθηρότητα. Από την λειτουργική αξιολόγηση προκύπτει η ανάγκη και ο τρόπος δράσης (συντήρηση, αποκατάσταση, ανακατασκευή). Από την άλλη, η αξιολόγηση της δομικής κατάστασης συμπεριλαμβάνει το σύνολο των εργασιών σχετικά με την αποτίμηση των μηχανικών ιδιοτήτων, της αντοχής και της υπολειπόμενης ζωής του οδοστρώματος. Με την δομική αξιολόγηση λαμβάνεται η απόφαση για ενδεχόμενη ενίσχυση του οδοστρώματος, καθορίζεται το πάχος της ασφαλτικής επίστρωσης ή επιλέγεται η ανακατασκευή του. Τα δύο στάδια αξιολόγησης είναι συμπληρωματικά μεταξύ τους και οδηγούν στον πλήρη προσδιορισμό του τρόπου δράσης, χρονικά και ποσοτικά (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Η αξιολόγηση της λειτουργικής κατάστασης των οδοστρωμάτων βασίζεται κυρίως σε μεθόδους όπως η οπτική επισκόπηση της επιφάνειας του οδοστρώματος, οι μετρήσεις των επιφανειακών χαρακτηριστικών καθώς και η φωτογραφική αποτύπωση της υφιστάμενης κατάστασης. Η αξιολόγηση της δομικής κατάστασης βασίζεται κυρίως σε μη καταστροφικούς ελέγχους με ειδικά μηχανήματα, π.χ. το Falling Weight Deflectometer (FWD) και σε δειγματοληπτικούς ελέγχους (καταστροφικοί έλεγχοι) επί των οδοστρωμάτων, π.χ. με την λήψη πυρήνων για την λήψη δειγμάτων (Νικολαίδης Α. Φ., 2002). Ένα από τα σημαντικότερα στάδια της συντήρησης μιας οδού είναι η ακριβής καταγραφή των φθορών. Συνήθως, το οδικό δίκτυο χωρίζεται σε τμήματα ανάλογα με τη λειτουργική του κατάταξη, τον τύπο του οδοστρώματος, τον κυκλοφοριακό φόρτο και άλλα. Η τμηματοποίηση αυτή δίνει τη δυνατότητα επιλογής διαφορετικών ενεργειών συντήρησης για κάθε τμήμα, ανάλογα με το επιθυμητό επίπεδο κατάστασης του οδοστρώματος και της κατανομής των πόρων. Επίσης, γίνεται περαιτέρω διαχωρισμός σε τμήματα των 1000 m για την εκτίμηση της κατάστασης του οδοστρώματος και τον προσδιορισμό των αναγκών συντήρησης. Έπειτα, καταγράφονται οι κυριότερες φθορές που παρατηρούνται στο οδικό δίκτυο (Βαϊνδενρλής & Τσιώτσος, 2014). Η καταγραφή των φθορών γίνεται ανά τμήμα εξέτασης από ομάδα μηχανικών, αφού πρώτα καθορισθεί το μήκος του τμήματος εξέτασης. Ακόμα, καταγράφεται κάθε ουσιαστική αλλαγή του πλάτους του οδοστρώματος με την αντίστοιχη χιλιομετρική θέση που εμφανίστηκε Είδη Μοντέλων Πρόβλεψης Με το πέρασμα του χρόνου η κατάσταση των οδοστρωμάτων, λόγω των φορτίων κυκλοφορίας και των μεταβολών του περιβάλλοντος (θερμοκρασία, υγρασία), 51

53 επιδεινώνεται μέχρις ότου, εντός μίας χρονικής περιόδου, να καθίσταται αναγκαία η συντήρησή του. Μοντέλο επιδείνωσης οδοστρώματος ή μοντέλο πρόβλεψης της συμπεριφοράς του, είναι μία μαθηματική περιγραφή, που χρησιμοποιείται για να προβλέψει τη μελλοντική επιδείνωσή του και η οποία βασίζεται σε στοιχεία της υφιστάμενης κατάστασης του οδοστρώματος, σε παράγοντες επιδείνωσης και στις επιπτώσεις της συντήρησης (OECD, 1987). Μία ακριβής πρόβλεψη έχει μεγάλη σημασία καθώς επηρεάζει πολλά από τα στοιχεία του συστήματος διαχείρισης οδοστρωμάτων. Τα μοντέλα πρόβλεψης είναι αναπόσπαστα στοιχεία για πολλές διαδικασίες λήψης αποφάσεων καθώς είναι χρήσιμα για τις απαντήσεις του τι, που και πότε θα πραγματοποιηθεί μία εργασία συντήρησης. Δηλαδή, τα μοντέλα πρόβλεψης βοηθούν να καθοριστεί ο τύπος της συντήρησης, το ποσοστό του οδικού δικτύου που χρειάζεται συντήρηση και η χρονική στιγμή της συντήρησης (Παναγοπούλου Μ., 2011). Τα μοντέλα πρόβλεψης μπορούν να διακριθούν σε 4 κατηγορίες τα ντετερμινιστικά, τα πιθανοτικά, τα υποκειμενικά και τα μοντέλα «ευφυών» μεθοδολογιών. Μία άλλη συνήθης κατηγοριοποίησή τους είναι σε εμπειρικά, μηχανιστικά και εμπειρικά μηχανιστικά. Ντετερμινιστικά μοντέλα Τα ντετερμινιστικά μοντέλα εξάγουν μία συγκεκριμένη τιμή για τις παραμέτρους συμπεριφοράς του οδοστρώματος με τη χρήση μαθηματικής συνάρτησης. Οι μορφές τους μπορεί να είναι γραμμικές ή μη γραμμικές εξισώσεις και συνήθως εξάγονται με τη χρήση στατιστικών αναλύσεων των ανεξάρτητων και εξαρτημένων μεταβλητών (Λουκέρη Ε.Δ., 2004). Πιθανοτικά μοντέλα Στα πιθανοτικά μοντέλα, η μελλοντική κατάσταση του οδοστρώματος είναι τυχαία εξαρτημένη μεταβλητή και η τιμή της τελευταίας καθορίζεται από μία συνάρτηση πιθανότητας. Προβλέπουν μία κατανομή για τη ζωή του οδοστρώματος, για το επίπεδο καταπόνησής του αλλά και για άλλες μετρήσεις της κατάστασής του. Περιλαμβάνουν τα μοντέλα Markov, Survivor curves και Semi Markov (Λουκέρη Ε.Δ., 2004). Υποκειμενικά μοντέλα Τα μοντέλα αυτά προκύπτουν από την τυποποίηση της εμπειρίας των ειδικών όσον αφορά στη διαδικασία φθοράς των οδοστρωμάτων. Είναι μοντέλα που αναπτύσσονται σε περιπτώσεις έλλειψης στατιστικών δεδομένων σαν ύστατη λύση ανάγκης. Τα μοντέλα αυτά όμως δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις ενός συστήματος διαχείρισης οδοστρωμάτων παρά μόνο ως βάση ανάπτυξης πιο προηγμένων μοντέλων έπειτα από συλλογή δεδομένων από το οδικό δίκτυο (Λουκέρη Ε.Δ., 2004). Μοντέλα «ευφυών» μεθοδολογιών Τα μοντέλα «ευφυών» μεθοδολογιών αποτελούν ένα νέο τομέα εφαρμογών στην πρόβλεψη φθορών οδοστρωμάτων. Χαρακτηριστικά μοντέλα σε αυτή την κατηγορία 52

54 είναι ο γενετικός αλγόριθμος και το μοντέλο τεχνητών νευρωνικών δικτύων (Λουκέρη Ε.Δ., 2004). Εμπειρικά μοντέλα Στα πρότυπα αυτά η εξαρτημένη μεταβλητή είναι κάποιος δείκτης της συμπεριφοράς του οδοστρώματος. Βασίζονται σε παρατηρήσεις ή μετρήσεις των χαρακτηριστικών των οδοστρωμάτων. Χρησιμοποιούνται υποκειμενικοί δείκτες κατάστασης των οδοστρωμάτων όπως ποιότητα κύλισης, εξυπηρετικότητα καθώς και στατιστικοί δείκτες. Αυτοί οι δείκτες συμπεριφοράς του οδοστρώματος συσχετίζονται με μία ή περισσότερες ανεξάρτητες μεταβλητές όπως δομική αντοχή, φορτία κυκλοφορίας και περιβαλλοντικές συνθήκες (Παπαγεωργίου Γ.Π, 2010). Μηχανιστικά μοντέλα Τα πρότυπα αυτά βασίζονται στη συμπεριφορά στη συμπεριφορά των υλικών κατασκευής κάτω από τη συνδυασμένη επίδραση των φορτίων κυκλοφορίας και του περιβάλλοντος. Τα μοντέλα των υλικών που χρησιμοποιούνται μέχρι τώρα είναι απλοποιημένα και αντιπροσωπεύουν τη συμπεριφορά τους μόνο κάτω από περιορισμένες συνθήκες. Αν και έχουν γίνει πολλές προσπάθειες προς αυτήν την κατεύθυνση δεν έχει αναπτυχθεί ένα εμπεριστατωμένο και αξιόπιστο μηχανιστικό μοντέλο, και λόγω της πολυπλοκότητας της διαδικασίας επιδείνωσης των οδοστρωμάτων, αυτή η προσέγγιση φαίνεται προς το παρόν δύσκολη (Παπαγεωργίου Γ.Π, 2010). Εμπειρικά Μηχανιστικά μοντέλα Στα πρότυπα αυτά η επιλογή των ανεξάρτητων μεταβλητών βασίζεται σε εκτιμήσεις της κατάστασης των οδοστρωμάτων και οι συντελεστές των παραμέτρων των μοντέλων βαθμονομούνται με τη χρήση εμπειρικών στοιχείων και διαδικασιών στατιστικής εκτίμησης. Αυτή η προσέγγιση δημιουργίας μοντέλων είναι η μόνη εφικτή σε περιπτώσεις που η μηχανιστική ανάλυση είναι αδύνατη διότι, είτε η ακριβής φυσική διαδικασία της επιδείνωσης του οδοστρώματος δεν είναι πλήρως κατανοητή είτε είναι πάρα πολύ σύνθετη. Τα εμπειρικά μηχανιστικά μοντέλα απαιτούν τη γνώση ενός μικρού αριθμού μεταβλητών οι οποίες μετρούνται συνήθως κατά τις επισκοπήσεις της κατάστασης του οδοστρώματος ή είναι διαθέσιμες από τα στοιχεία συντήρησης, τις κυκλοφοριακές μετρήσεις και τα στοιχεία της κατασκευής του (Παπαγεωργίου Γ.Π, 2010). 53

55 5.5 Οφέλη Συστημάτων Διαχείρισης Οδοστρωμάτων Η χρήση ενός συστήματος διαχείρισης οδοστρωμάτων επιφέρει σημαντικά οφέλη. Τα σημαντικότερα από αυτά είναι τα εξής (Τελώνη Π. & Μπασάνου Ι., 2015): Η συνεχής ενημέρωση της κατάστασης του οδοστρώματος (κυκλοφοριακοί φόρτοι, δεδομένα και στοιχεία συντήρησης και αποκατάστασης που έχουν γίνει στο παρελθόν) Ο συντονισμένος προγραμματισμός επεμβάσεων και νέων ασφαλτοστρώσεων, μέσω συγκεκριμένων προγραμμάτων επέμβασης βάσει συγκεκριμένων προϋπολογισμών συντήρησης και λόγω της συνεχούς παρακολούθησης και καταγραφής των εργασιών συντήρησης και αποκατάστασης σε όλο το οδικό δίκτυο. Η οικονομική και ορθολογική διαχείριση των πόρων, μέσω της δυνατότητας δημιουργίας μοντέλων πρόβλεψης της μελλοντικής κατάστασης των οδοστρωμάτων και παρουσίασης εναλλακτικών στρατηγικών συντήρησης, σε συνάρτηση με τα διαθέσιμα κονδύλια ή αυτά που απαιτούνται για τη βελτίωση της κατάστασής τους. Ο περιορισμός του υλικού και κοινωνικού κόστους που προκύπτει από τα τροχαία ατυχήματα, λόγω της βελτίωσης της κατάστασης των οδοστρωμάτων, που συνεπάγεται άνοδο του επιπέδου ασφαλείας στους δρόμους. 54

56 5.6 Ιδιότητες και λειτουργικά χαρακτηριστικά της κατάστασης των οδοστρωμάτων Τα οδοστρώματα έχουν τέτοια δομή ώστε ο παρατηρητής να μπορεί εύκολα να πάρει στοιχεία για την αστοχία που πρόκειται να τους συμβεί. Ωστόσο με τη σωστή εκτίμηση της κατάστασης του οδοστρώματος μπορεί να γίνουν οι απαραίτητες επεμβάσεις συντήρησης ώστε να μην οδηγηθεί σε ολοκληρωτική αστοχία (Τελώνη Π. & Μπασάνου Ι., 2015). Υπάρχουν κάποια χαρακτηριστικά για την αξιολόγηση των οδών : Η οδική ασφάλεια ( road safety ) Η κυκλοφοριακή άνεση ( ride comfort ) Οι επιπτώσεις στο περιβάλλον ( environmental impact ) Η οικονομία ( economy ) για τους ενόδιους και για τον κύριο του έργου Ένα Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων για να εκπληρώσει τους σκοπούς του και να εμφανίσει διάφορα πλάνα συντήρησης πρέπει να έχει ενημερωθεί με όλα τα γνωρίσματα του οδοστρώματος (Τελώνη Π. & Μπασάνου Ι., 2015). Τα βασικά γνωρίσματα του οδοστρώματος είναι τα εξής : επιφανειακές φθορές ολισθηρότητα ομαλότητα αντίσταση κύλισης θόρυβος επαφής φωτοανάκλαση Όλα τα παραπάνω επηρεάζουν τη λειτουργικότητα του οδοστρώματος με ποικίλους τρόπους και αν τα Συστήματα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων δεν γνωρίζουν τα προβλεπόμενα όρια τότε θα έχει ως αποτέλεσμα την φθορά και τη μείωση του χρόνου ζωής του (Τελώνη Π. & Μπασάνου Ι., 2015). 55

57 Κριτήρια ποιότητας Ασφάλεια Άνεση Περιβάλλον Οικονομία Ολισθηρότητα Επιφανειακά χαρακτηριστικά Επιπεδότητα Κατά μήκος Εγκάρσι α Φθορές Αντίσταση κύλισης Θόρυβος επαφής Φωτοανάκλαση Επίδραση στη σύνθεση του κριτηρίου Αποφασιστική Σημαντική Μέτρια Μικρή Μηδενική Πίνακας 5.2 : Τα κριτήρια ποιότητας των οδοστρωμάτων ως συναρτήσεις των επιφανειακών χαρακτηριστικών (Πηγή : Μ. Ι. Παναγοπούλου, 2010) 56

58 Κεφάλαιο 6 Νέες προσεγγίσεις 6.1 Γενικά 6.2 Εναλλακτικό εργαλείο λήψης αποφάσεων για τη διαχείριση των οδοστρωμάτων 6.3 Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρώματος με μέθοδο Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών 6.4 Μια ολοκληρωμένη λύση για τα συστήματα διαχείρισης οδοστρώματος PAV3M 6.5 Ανάπτυξη των Drones για αυτόνομη ανίχνευση της καταπόνησης του οδοστρώματος 6.6 Συμβολή ανακυκλώσιμων υλικών στη μείωση του κόστους συντήρησης οδοστρωμάτων 57

59 6. ΝΕΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ 6.1 Γενικά Η ανάπτυξη της τεχνολογίας, τα τελευταία χρόνια, συνέβαλε στη δημιουργία σύγχρονων μεθόδων καταγραφής των επιφανειακών χαρακτηριστικών των οδοστρωμάτων, εναλλακτικών εργαλείων που βοηθούν στη λήψη αποφάσεων, σύγχρονων λογισμικών καθώς επίσης και στη χρήση ανακυκλώσιμων υλικών στα οδοστρώματα. Στόχος είναι η δημιουργία ολοκληρωμένων συστημάτων καταγραφής επιφανειακών χαρακτηριστικών, που παρέχουν αποτελέσματα σε πραγματικό χρόνο, ενώ παράλληλα θα εκτελούνται μετρήσεις γρήγορα και με ασφάλεια. Τα ιδιαίτερα εξελιγμένα τεχνολογικά συστήματα οδηγούν στη δημιουργία τρισδιάστατων απεικονίσεων της πραγματικής κατάστασης του οδοστρώματος και στην εξαγωγή αυτόματων και χρήσιμων δεδομένων. Ορισμένες τεχνολογικές εξελίξεις παρουσιάζονται στο παρόν κεφάλαιο. 58

60 6.2 Εναλλακτικό εργαλείο λήψης αποφάσεων για τη διαχείριση των οδοστρωμάτων Εισαγωγή Πολλά συστήματα διαχείρισης οδοστρωμάτων έχουν αναπτυχθεί τις τελευταίες τρεις δεκαετίες με κύριο στόχο την επίτευξη ενός βέλτιστου σχεδίου συντήρησης και αποκατάστασης (Maintenance and Repair - M / R) για ένα δεδομένο οδικό δίκτυο. Ένα αποτελεσματικό σύστημα διαχείρισης οδοστρώματος (PMS) είναι ένα σύστημα που θα μπορούσε να διατηρήσει όλα τα τμήματα του οδοστρώματος σε ικανοποιητικό επίπεδο συνθηκών εξυπηρέτησης, αλλά απαιτεί μόνο ένα λογικά χαμηλό προϋπολογισμό και χρήση πόρων και δεν δημιουργεί σημαντικές δυσμενείς επιπτώσεις στο περιβάλλον, τις ασφαλείς μεταφορές ή κοινωνικές και κοινοτικές δραστηριότητες (Ferreira et al, 2016). Υπάρχουν δύο βασικά συστατικά για κάθε PMS που πρέπει να είναι αξιόπιστα, δηλαδή ένα αποτελεσματικό μοντέλο συμπεριφοράς οδοστρώματος και ένα αποτελεσματικό εργαλείο λήψης αποφάσεων (DAT). Τα μοντέλα συμπεριφοράς οδοστρώματος που χρησιμοποιούνται σε ένα PMS μπορεί να είναι ντετερμινιστικά ή πιθανοτικά. Τα ντετερμινιστικά μοντέλα χρησιμοποιούν εξισώσεις παλινδρόμησης για να περιγράψουν την εξέλιξη της κατάστασης του οδοστρώματος με την πάροδο του χρόνου. Το πιθανοτικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία για την συμπεριφορά του οδοστρώματος είναι το μοντέλο Markov. Με την πρώτη ματιά, τα πιθανοτικά μοντέλα μπορεί να φαίνονται προτιμότερα επειδή λαμβάνουν υπόψη την αβεβαιότητα που είναι εγγενής στις διεργασίες φθοράς του οδοστρώματος. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα σύγχρονα ντετερμινιστικά μοντέλα, δεν βασίζονται σε στέρεα θεωρητικά θεμέλια, δηλαδή, τα πιθανοτικά μοντέλα είναι καθαρά εμπειρικά. Επιπλέον, τα ντετερμινιστικά μοντέλα μπορούν να περιγράψουν την συμπεριφορά του οδοστρώματος σε λεπτομερείς και ποσοτικούς όρους, με αναφορά στους διαφορετικούς τύπους καταπονήσεων (ρηγμάτωση, αυλακώσεις, τραχύτητα, μπαλώματα κ.λπ.), που χαρακτηρίζουν την κατάσταση του οδοστρώματος. Αυτό είναι πρακτικά αδύνατο να περιγραφεί όταν χρησιμοποιούνται πιθανοτικά μοντέλα. Η κατάσταση του οδοστρώματος, σε αυτή την περίπτωση, αξιολογείται πάντοτε μέσω ποιοτικών, συγκεντρωτικών μέτρων (όπως πολύ καλή, καλή, μέτρια, κακή και πολύ κακή). Αυτοί οι λόγοι εξηγούν ενδεχομένως γιατί οι οδικές διοικήσεις συχνά προτιμούν το ντετερμινιστικό PMS (δηλ. το PMS βασισμένο σε ντετερμινιστικά μοντέλα συμπεριφοράς του οδοστρώματος) από το πιθανοτικό PMS (Ferreira et al, 2016). Από την άλλη πλευρά, τα DAT που χρησιμοποιούνται σε ένα PMS μπορούν να βασίζονται σε μοντέλα ιεράρχησης (κατάταξης) ή σε μοντέλα βελτιστοποίησης. Χρησιμοποιώντας μοντέλα ιεράρχησης, τα δεδομένα κατάστασης οδοστρώματος συνδυάζονται με κάποιο δείκτη που αντιπροσωπεύει την παρούσα ποιότητα του οδοστρώματος. Στη συνέχεια, η ιεράρχηση γίνεται για να κατατάσσονται και να ταξινομούνται όλα τα τμήματα οδοστρώματος χρησιμοποιώντας ορισμένα κριτήρια προτεραιότητας. Οι συνήθεις παράμετροι ταξινόμησης περιλαμβάνουν την κατηγορία οδού, τον κυκλοφοριακό φόρτο, τον δείκτη ποιότητας κλπ. Οι πόροι για M / R κατανέμονται σε οδικά τμήματα με βάση την ταξινόμηση και τις προτεραιότητες που τους έχουν ανατεθεί. 59

61 Στα μοντέλα βελτιστοποίησης, ο στόχος της ανάλυσης μπορεί να είναι η ελαχιστοποίηση οποιουδήποτε συνδυασμού μεταξύ κόστους οργανισμού, κόστους χρήστη και υπολειμματικής αξίας οδοστρωμάτων σε ένα επιλεγμένο χρονικό διάστημα προγραμματισμού ή η μεγιστοποίηση του συνόλου της ποιότητας του δικτύου ή της συμπεριφοράς που υπόκειται σε περιορισμούς όπως οι ετήσιοι προϋπολογισμοί και τα ελάχιστα επίπεδα ποιότητας. Σε αυτά τα μοντέλα χρησιμοποιούνται τα δεδομένα κατάστασης οδοστρώματος ως εισερχόμενα δεδομένα μοντέλου, τα μοντέλα συμπεριφοράς οδοστρώματος χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της μελλοντικής ποιότητας των οδοστρωμάτων και των ετήσιων προϋπολογισμών και τα ελάχιστα επίπεδα ποιότητας είναι περιορισμοί που πρέπει να διασφαλιστούν. Το πρόβλημα διαχείρισης οδοστρωμάτων στη συνέχεια διατυπώνεται ως μοντέλο βελτιστοποίησης με μεταβλητές που αντιπροσωπεύουν τις διάφορες ενέργειες ή λειτουργίες M / R. Βασικά, η βέλτιστη λύση καθορίζει το ποσό και τον τύπο των έργων M / R που πρέπει να εφαρμόζονται σε κάθε οδόστρωμα. Η κύρια αδυναμία των μοντέλων ιεράρχησης είναι ότι δεν διασφαλίζουν την επιλογή της καλύτερης δυνατής στρατηγικής M / R κατά την εξέταση των μακροχρόνιων χρονικών διαστημάτων προγραμματισμού (για παράδειγμα 20 χρόνια). Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο εάν η προσέγγιση που ακολουθείται για την επιλογή της στρατηγικής M / R βασίζεται σε τεχνικές βελτιστοποίησης (Ferreira et al, 2016). Στη συνέχεια παρουσιάζεται η ανάπτυξη και εφαρμογή ενός νέου εργαλείου λήψης αποφάσεων που θα χρησιμοποιηθεί στο PMS του Oliveira do Hospital στην Πορτογαλία. Το σύστημα αυτό περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: βάση δεδομένων οδικού δικτύου, ένα εργαλείο αξιολόγησης της ποιότητας, ένα μοντέλο κόστους, ένα μοντέλο συμπεριφοράς οδοστρωμάτων, και ένα DAT (Σχήμα 6.1). Αυτή τη στιγμή, το DAT χρησιμοποιεί ένα ντετερμινιστικό μοντέλο βελτιστοποίησης με στόχο την ελαχιστοποίηση του συνολικού αναμενόμενου κόστους κατά το χρονικό διάστημα προγραμματισμού, ενώ παράλληλα διατηρεί τα οδοστρώματα εντός των καθορισμένων προτύπων ποιότητας. Το νέο DAT χρησιμοποιεί ένα ντετερμινιστικό μοντέλο βελτιστοποίησης με στόχο τη μεγιστοποίηση της συνολικής ποιότητας ή της απόδοσης του οδικού δικτύου κατά το χρονικό διάστημα προγραμματισμού για συγκεκριμένα ετήσια επίπεδα προϋπολογισμού. Ο χαρακτηρισμός του οδικού τμήματος συνδέεται με το μοντέλο επειδή οι λειτουργίες M / R εκχωρούνται απευθείας σε οδικά τμήματα και όχι σε κατηγορίες οδών, όπως κάνουν τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται συνήθως στο πιθανοτικό PMS. Η παρούσα ποιότητα των οδοστρωμάτων και οι περιορισμοί που καθορίζονται από τους ετήσιους προϋπολογισμούς καθορίζουν τη μελλοντική ποιότητα και το επίπεδο συμπεριφοράς των οδοστρωμάτων. Το νέο DAT χρησιμοποιεί επίσης το μοντέλο αξιοπιστίας συμπεριφοράς οδοστρωμάτων που χρησιμοποιείται στη μέθοδο διαστασιολόγισης οδοστρωμάτων της Αμερικανικής Ομοσπονδίας Κρατικών Οδικών και Μεταφορικών Υπηρεσιών (AASHTO), το οποίο επιτρέπει την επίλυση του χάσματος μεταξύ διαχείρισης σε επίπεδο έργου και δικτύου. Τα δεδομένα που παράγονται από το DAT παρουσιάζονται σε χάρτες χρησιμοποιώντας ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών (GIS). Το GIS, με τις ικανότητες της χωρικής ανάλυσης, θεωρείται ως το καταλληλότερο εργαλείο για την ενίσχυση του PMS με χαρακτηριστικά όπως η γραφική απεικόνιση των οδικών δεδομένων (Ferreira et al, 2016). 60

62 Σχήμα 6.1 : Δομή του συστήματος διαχείρισης οδοστρωμάτων (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Νέο εργαλείο λήψης αποφάσεων - Μεθοδολογία Το DAT αποτελείται από τα συστατικά που απεικονίζονται στο σχήμα 6.2: τον στόχο της ανάλυσης, τα δεδομένα και τα μοντέλα σχετικά με τα οδοστρώματα, τους περιορισμούς που πρέπει να αντιμετωπίσει το σύστημα και τα αποτελέσματα. Εφαρμόστηκε σε ένα πρόγραμμα υπολογιστή που ονομάζεται Genepav-D, το οποίο είναι ένα ευρετικό βασισμένο στις αρχές του γενετικού αλγορίθμου. Επίσης το DAT χρησιμοποιεί ένα μοντέλο βελτιστοποίησης που επιτρέπει την εφαρμογή των ενεργειών M / R σε κάθε τμήμα του δρόμου για κάθε έτος κατά την περίοδο ανάλυσης (Ferreira et al, 2016). 61

63 Σχήμα 6.2 : Συστατικά του εργαλείου λήψης απόφασης (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Η εξίσωση (1) του μοντέλου εκφράζει τη μεγιστοποίηση της ποιότητας, δηλαδή την περιοχή κάτω από την τρέχουσα καμπύλη του δείκτη παρούσας εξυπηρετικότητας (PSI) στο χρονικό διάστημα προγραμματισμού. Αυτή η αντικειμενική λειτουργία θα μπορούσε να αλλάξει προκειμένου να ληφθεί υπόψη η μεγιστοποίηση άλλων παραμέτρων όπως η συμπεριφορά ή τα οφέλη του χρήστη (Ferreira et al, 2016). Οι περιορισμοί που αντιπροσωπεύονται από την Εξίσωση (2) αντιστοιχούν στις λειτουργίες της κατάστασης του οδοστρώματος. Εκφράζουν την κατάσταση του οδοστρώματος από την άποψη του δείκτη PSI σε κάθε τμήμα οδού και έτος ως συνάρτηση του αρχικού δείκτη PSI και των μέτρων M / R που είχαν προηγουμένως εφαρμοστεί στο οδικό τμήμα. Οι λειτουργίες που παρουσιάζονται στις Εξισώσεις (11) - (14) χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση του δείκτη PSI με την πάροδο του χρόνου. Η ποιότητα των οδοστρωμάτων κατά το τρέχον έτος αξιολογείται από το δείκτη PSI, που αντιπροσωπεύει την κατάσταση του οδοστρώματος σύμφωνα με τις ακόλουθες παραμέτρους: τραχύτητα, αυλακώσεις, ρηγματώσεις, αποσαθρώσεις και μπαλώματα. Αυτός ο παγκόσμιος δείκτης ποιότητας, που υπολογίζεται από την Εξίσωση (11), κυμαίνεται από τιμή 0,0 έως 5,0, με τιμή 0,0 για οδόστρωμα σε εξαιρετικά κακή κατάσταση και τιμή 5,0 για οδόστρωμα σε πολύ καλή κατάσταση. Η εξίσωση (12) αντιπροσωπεύει το μοντέλο συμπεριφοράς οδοστρώματος που χρησιμοποιείται από το DAT για εύκαμπτα οδοστρώματα. Αυτό το μοντέλο συμπεριφοράς οδοστρωμάτων είναι 62

64 εκείνο που χρησιμοποιείται στη μεθοδολογία διαστασιολόγησης των οδοστρωμάτων AASHTO. Αυτή η μεθοδολογία διαστασιολόγησης λαμβάνει υπόψη διάφορους παράγοντες, όπως η μεταβολή του δείκτη PSI κατά την περίοδο σχεδιασμού, οι ισοδύναμοι τυπικοί άξονες, οι ιδιότητες των υλικών, η αποστράγγιση και οι περιβαλλοντικές συνθήκες και η αξιοπιστία συμπεριφοράς, ώστε να επιτυγχάνεται ένα μέτρο της απαιτούμενης δομικής αντοχής μέσω ενός δείκτη γνωστού ως δομικού αριθμού (SN). Στη συνέχεια, ο SN μετατρέπεται σε πάχος στρώσης οδοστρώματος σύμφωνα με τους δομικούς συντελεστές στρώσεων οι οποίοι εξαρτώνται από το υλικό των στρώσεων. Ο SN σε κάθε οδικό τμήμα και στο έτος της περιόδου προγραμματισμού μπορεί να υπολογιστεί με την εξίσωση (13). Οι ισοδύναμοι τυπικοί άξονες υπολογίζονται χρησιμοποιώντας την εξίσωση (14). Η χρήση μοντέλου συμπεριφοράς οδοστρωμάτων για τον σχεδιασμό του οδοστρώματος σε ένα PMS επιτρέπει την επίλυση του χάσματος ανάμεσα στη διαχείριση σε επίπεδο έργου και δικτύου, πράγμα που είναι ένας σημαντικός στόχος που πρέπει να επιτευχθεί ο οποίος έχει ήδη αναφερθεί από διάφορους ερευνητές αλλά δεν έχει ακόμη λυθεί. Αυτό το μοντέλο συμπεριφοράς οδοστρωμάτων επιλέχθηκε από μια σειρά από τρέχοντα μοντέλα που εφαρμόστηκαν σε πολλά PMS επειδή είναι ένα πολύ χρησιμοποιημένο και δοκιμασμένο μοντέλο. Παρόλα αυτά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν άλλα μοντέλα συμπεριφοράς οδοστρώματος αντί για αυτό, όπως τα μοντέλα υποβάθμισης που αναπτύχθηκαν από τους Stephenson et al. Η εξίσωση (12) καθορίζει ένα μοντέλο συμπεριφοράς οδοστρώματος σε όρους PSI ως συνάρτηση του αριθμού των ισοδύναμων τυπικών αξόνων (Σχήμα 6.3) ή τον αριθμό ετών χρόνου επισκευής (Σχήμα 6.4). Για μια εκτιμώμενη βαθμιαία μεταβολή στους ισοδύναμους τυπικούς άξονες ((ΔW80)t-1,t) αντιστοιχεί μια βαθμιαία αλλαγή στον δείκτη PSI (ΔPSIt- 1,t) και, ταυτόχρονα, αντιστοιχεί ένας πρόσθετος χρόνος επισκευής (ΔΤt-1,t). Ο τρέχων δείκτης εξυπηρετικότητας κατά το έτος t (PSIt) ορίζεται ως διαφορά μεταξύ του δείκτη εξυπηρετικότητας στο έτος t - 1 (PSIt-1) και της βαθμιαίας αλλαγής στον τρέχοντα δείκτη εξυπηρετικότητας. Ταυτόχρονα, ο σημερινός δείκτης εξυπηρετικότητας στο έτος t 63

65 (PSIt) ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ του αρχικού δείκτη εξυπηρετικότητας (PSIo) και της συνολικής αυξητικής μεταβολής στον τρέχοντα δείκτη εξυπηρετικότητας (ΔPSI0, t). Ο τρέχων δείκτης εξυπηρετικότητας στο έτος t (PSIt) κυμαίνεται μεταξύ της αρχικής του τιμής περίπου 4,5 (τιμή για ένα νέο οδόστρωμα) και της χαμηλότερης τιμής PSI AASHTO που επιτρέπεται 1,5 (τιμή για ένα οδόστρωμα στο τέλος της διάρκειας ζωής του) (Ferreira et al, 2016). Σχήμα 6.3 : Καμπύλη απόδοσης οδοστρώματος ως λειτουργία ισοδύναμων τυπικών αξόνων (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Σχήμα 6.4 : Καμπύλη απόδοσης οδοστρώματος ως λειτουργία του χρόνου σε έτη (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Οι περιορισμοί που προκύπτουν από την εξίσωση (3) είναι οι ετήσιοι περιορισμοί του προϋπολογισμού. Καθορίζουν το μέγιστο χρηματικό ποσό που πρέπει να δαπανηθεί για τις λειτουργίες M / R κατά τη διάρκεια κάθε έτους. Οι ετήσιοι προϋπολογισμοί μπορούν να θεωρηθούν ως σταθεροί ή μπορούν να θεωρηθούν μεταβλητοί σε κάθε έτος της προγραμματικής περιόδου. 64

66 Οι περιορισμοί που παριστάνονται από την εξίσωση (4) αντιπροσωπεύουν τις εφικτές λειτουργίες, δηλαδή τις λειτουργίες M / R που μπορούν να εκτελεστούν σε κάθε διαδρομή και έτος. Αυτές οι λειτουργίες εξαρτώνται από την κατάσταση του οδοστρώματος που χαρακτηρίζει το τμήμα. Στην παρούσα μελέτη εξετάστηκαν πέντε διαφορετικές λειτουργίες M / R, που αντιστοιχούν σε εννέα δράσεις M / R που εφαρμόζονται ξεχωριστά ή σε συνδυασμό με άλλες. Οι τύποι των ενεργειών M / R και των λειτουργιών που εξετάζονται παρουσιάζονται στους Πίνακες Αυτή η δομή λειτουργίας M / R αρχικά ορίστηκε για το PMS της Πορτογαλικής οδικής διοίκησης. Τα κόστη των δράσεων M / R που εξετάζονται στην παρούσα μελέτη παρουσιάζονται επίσης στον Πίνακα 6.1 (Ferreira et al, 2016). Πίνακας 6.1 : Τύποι των δράσεων M / R (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Πίνακας 6.2 : Εφαρμογή της πιο απλής λειτουργίας M / R (Πηγή : Ferreira et al, 2016) 65

67 Πίνακας 6.3 : Τύποι των λειτουργιών M / R (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Όπως φαίνεται στον Πίνακα 6.2, οι λειτουργίες που ισχύουν για τα τμήματα του δρόμου εξαρτώνται από το επίπεδο προειδοποίησης. Η λειτουργία M / R 1, η οποία αντιστοιχεί στη «μηδενική ενέργεια», εφαρμόζεται σε τμήμα οδού εάν η τιμή PSI υπερβαίνει το επίπεδο προειδοποίησης, δηλαδή εάν η τιμή PSI είναι μεγαλύτερη από 2,0. Η λειτουργία M / R 5 είναι η λειτουργία που πρέπει να εφαρμοστεί στο τμήμα του δρόμου όταν επιτευχθεί το επίπεδο προειδοποίησης, δηλαδή, αυτή η λειτουργία εφαρμόζεται για την επίλυση προβλημάτων εξυπηρετικότητας οδοστρώματος. Αυτή η λειτουργία έχει τη μεγαλύτερη διάρκεια απόδοσης. Η αποτελεσματικότητα μιας λειτουργίας M / R ορίζεται ως ο χρόνος μεταξύ της εφαρμογής της στο οδόστρωμα και της στιγμής που το οδόστρωμα φθάνει το επίπεδο προειδοποίησης για τον δείκτη PSI. Οι λειτουργίες M / R 2, 3, 4 και 5 είναι εναλλακτικές λειτουργίες που μπορούν να εφαρμοστούν αντί της λειτουργίας 1 (βλ. Πίνακα 6.4). Σε αυτή την περίπτωση αποτελούν προληπτικές λειτουργίες M / R. Η ανάλυση των Πινάκων 6.2 και 6.4 δείχνει σαφώς ότι η εφαρμογή των λειτουργιών M / R μπορεί να είναι διορθωτική ή προληπτική. Μια λειτουργία M / R είναι διορθωτική εάν εκτελείται όταν φτάνει στο επίπεδο προειδοποίησης και είναι προληπτική εάν εκτελείται πριν φτάσει στο επίπεδο προειδοποίησης. Όταν αποφασίζεται ποιες λειτουργίες M / R πρέπει να εφαρμοστούν σε ένα δεδομένο έτος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα οδού με τιμή PSI πάνω από το επίπεδο προειδοποίησης, είναι δυνατό να επιλεχθεί είτε η απλούστερη λειτουργία (λειτουργία M / R 1) είτε μια προληπτική λειτουργία (M / R 2, 3, 4 ή 5). Στην πραγματικότητα, η επιλογή μιας προληπτικής λειτουργίας μπορεί να είναι πιο αποτελεσματική (λιγότερο δαπανηρή) μεσοπρόθεσμα ή μακροπρόθεσμα. Όλες οι εναλλακτικές εργασίες που εξετάζονται σε αυτή τη μελέτη παρατίθενται στον Πίνακα 6.4 (Ferreira et al, 2016). 66 Πίνακας 6.4 : Εναλλακτικές στις λειτουργίες M / R (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Οι περιορισμοί που δίδονται από την Εξίσωση (5) δηλώνουν ότι πρέπει να εκτελείται κάθε χρόνο μόνο μία λειτουργία M / R ανά τμήμα οδού. Οι περιορισμοί που

68 αντιπροσωπεύει η εξίσωση (6) αντιπροσωπεύουν τις λειτουργίες του κόστους των οργανισμών. Εκφράζουν το κόστος για τον οδικό οργανισμό που εμπλέκεται στην εφαρμογή μιας συγκεκριμένης λειτουργίας Μ / Κ σε τμήμα οδού σε ένα δεδομένο έτος ως συνάρτηση της κατάστασης του οδοστρώματος σε αυτό το τμήμα και το έτος. Αυτές οι δαπάνες προκύπτουν πολλαπλασιάζοντας το κόστος μονάδας για τις ενέργειες M / R που εμπλέκονται στη λειτουργία M / R από τις περιοχές οδοστρωμάτων στις οποίες εφαρμόζονται οι ενέργειες M / R. Οι περιορισμοί που ορίζονται από την εξίσωση (7) αντιπροσωπεύουν τις λειτουργίες κόστους χρήστη. Εκφράζουν το κόστος για τους χρήστες της οδού ανάλογα με την κατάσταση του οδοστρώματος σε αυτό το τμήμα και το έτος. Η εξίσωση (15) χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό του κόστους λειτουργίας του οχήματος. Οι περιορισμοί που αντιπροσωπεύει η εξίσωση (8) αντιπροσωπεύουν τις λειτουργίες υπολειμματικής αξίας του οδοστρώματος. Εκφράζουν την αξία του οδοστρώματος ενός τμήματος οδού στο τέλος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού ως συνάρτηση της κατάστασης του οδοστρώματος εκείνη την εποχή. Η εξίσωση (16) χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της υπολειμματικής αξίας των οδοστρωμάτων. Οι περιορισμοί που αντιπροσωπεύει η εξίσωση (9) συμπεριλήφθηκαν στο μοντέλο για να αποφευχθούν οι συχνές λειτουργίες M / R που εφαρμόζονται στο ίδιο οδικό τμήμα (Ferreira et al, 2016). 67

69 Οι περιορισμοί που δίδονται από την Εξίσωση (10) είναι οι περιορισμοί επιπέδου προειδοποίησης. Καθορίζουν το ελάχιστο επίπεδο λαμβάνοντας υπόψη τον δείκτη PSI για κάθε οδόστρωμα του οδικού δικτύου. Το επίπεδο προειδοποίησης που υιοθετήθηκε στην παρούσα μελέτη παρουσιάζεται στον Πίνακα 6.5. Ο πίνακας δείχνει ότι μια διορθωτική λειτουργία M / R κατάλληλη για την αποκατάσταση ενός οδοστρώματος πρέπει να εκτελείται σε οδικό τμήμα όταν η τιμή PSI είναι μικρότερη από 2,0. Εάν ο προϋπολογισμός είχε ήδη χρησιμοποιηθεί, τότε δεν θα μπορούσαν να γίνουν άλλες παρεμβάσεις και συνεπώς η τιμή PSI συνεχίζει να μειώνεται σε χαμηλότερες τιμές. Πίνακας 6.5 : Επίπεδο προειδοποίησης (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Αποτελέσματα εφαρμογής του εργαλείου λήψης αποφάσεων Το νέο DAT εφαρμόστηκε για το σχεδιασμό της συντήρησης και αποκατάστασης του οδικού δικτύου του Oliveira do Hospital. Το κύριο οδικό δίκτυο έχει συνολικό μήκος χιλιόμετρα και το αντίστοιχο μοντέλο δικτύου έχει 36 οδικά τμήματα. Οι δευτερεύοντες δρόμοι του δικτύου δεν συμπεριλήφθηκαν στη μελέτη αυτή. Το DAT εφαρμόστηκε σε ένα πρόγραμμα υπολογιστή που ονομάζεται GENEPAV-D, το οποίο είναι ένα ευρετικό βασισμένο σε αρχές γενετικού αλγορίθμου. Το DAT εκτελέστηκε σε υπολογιστή 1,7GHz (PC) με 512MB μνήμη RAM και 80GB χωρητικότητα. Οι καλύτερες λύσεις που δόθηκαν από το DAT αποκτήθηκαν σε περίπου 60 λεπτά του χρόνου επεξεργασίας. Όλα τα δεδομένα που απαιτούνται για τη λειτουργία του νέου DAT αποθηκεύονται στη Βάση Δεδομένων Οδικού Δικτύου του PMS. Το Σχήμα 6.5 δείχνει την τρέχουσα ποιότητα των οδοστρωμάτων για το οδικό δίκτυο του Oliveira do Hospital χρησιμοποιώντας μια παράσταση PSI με εννέα επίπεδα (0,0 </ PSI </ 0,5. 0,5 </ PSI </ 1,0. 1,0 </ PSI </ 1,5... PSI > 4,0). Υπήρχαν διάφορα τμήματα οδού με τιμή PSI κάτω από το 2,0, η οποία είναι το επίπεδο ποιότητας που υποδεικνύει την ανάγκη αποκατάστασης του οδοστρώματος (Ferreira et al, 2016). 68

70 Σχήμα 6.5 : Τρέχουσα ποιότητα των οδοστρωμάτων για το οδικό δίκτυο του Oliveira do Hospital (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Για τον ορισμό ενός μακροπρόθεσμου σχεδίου Μ / R για όλα τα οδοστρώματα του οδικού δικτύου, λαμβάνοντας υπόψη μια χρονική περίοδο προγραμματισμού 20 ετών, εξετάστηκαν τέσσερις διαφορετικές στρατηγικές M / R (Ferreira et al, 2016). (α) Στρατηγική Ι: στρατηγική μόνο διορθωτικών μέτρων με τη χρήση λειτουργιών Μ / R με ελάχιστο επίπεδο ποιότητας (MQL). (β) Στρατηγική ΙΙ: μεγιστοποίηση της συνολικής συμπεριφοράς του οδικού δικτύου με σταθερό ετήσιο επίπεδο προϋπολογισμού ίσο με ευρώ. (γ) Στρατηγική III: μεγιστοποίηση της συνολικής συμπεριφοράς του οδικού δικτύου με ετήσιο προϋπολογισμό που μειώνεται σταδιακά από ευρώ σε ευρώ. (δ) Στρατηγική IV: μεγιστοποίηση της συνολικής συμπεριφοράς του οδικού δικτύου με σταθερό ετήσιο προϋπολογισμό και ίσο με ευρώ για τα πρώτα δύο έτη και ίση με ευρώ για τα υπόλοιπα έτη της περιόδου προγραμματισμού. Για τη στρατηγική I, το ελάχιστο επίπεδο ποιότητας (MQL) που ελήφθη υπόψη για την παράμετρο που χαρακτηρίστηκε από το PSI ήταν η τιμή 2,0. Αυτό σημαίνει ότι, λαμβάνοντας υπόψη τη στρατηγική I, μια διορθωτική λειτουργία M / R κατάλληλη για την αποκατάσταση ενός οδοστρώματος πρέπει να εκτελείται σε οδικό τμήμα όταν η τιμή PSI είναι μικρότερη από 2,0. Λαμβάνοντας υπόψη τις άλλες στρατηγικές, αυτό μπορεί να συμβεί μόνο εάν οι ετήσιοι προϋπολογισμοί είναι επαρκείς για την υλοποίηση των λειτουργιών M / R. Αν οι ετήσιοι προϋπολογισμοί είχαν ήδη χρησιμοποιηθεί πλήρως, τότε δεν θα μπορούσαν να γίνουν άλλες λειτουργίες M / R και ως εκ τούτου η τιμή PSI συνεχίζει να μειώνεται σε χαμηλότερες τιμές. Ο Πίνακας 6.6 παρουσιάζει τους 69

71 διαθέσιμους ετήσιους προϋπολογισμούς που εξετάζονται σε κάθε στρατηγική. Το άθροισμα των ετήσιων προϋπολογισμών κατά τη διάρκεια ολόκληρης της προγραμματικής περιόδου είναι περίπου το ίδιο για όλες τις στρατηγικές. Οι αξίες για τις στρατηγικές ΙΙ, ΙΙΙ και IV καθορίστηκαν από την 20ετή αξία του προϋπολογισμού που προέκυψε από την εφαρμογή της στρατηγικής Ι. Η χρήση της ίδιας 20ετούς αξίας επιτρέπει τη σύγκριση των αποτελεσμάτων από την εφαρμογή των τεσσάρων διαφορετικών στρατηγικών (Ferreira et al, 2016). Πίνακας 6.6 : Διαθέσιμοι ετήσιοι προϋπολογισμοί (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Τα κύρια αποτελέσματα που προκύπτουν από την εκτέλεση του DAT λαμβάνοντας υπόψη τις τέσσερις στρατηγικές Μ / R συνοψίζονται στα Σχήματα Στο Σχήμα 6.6 παρουσιάζονται τα ετήσια έξοδα M / R που αντιστοιχούν στις στρατηγικές I, II, III και IV. Δείχνει ότι το οδικό δίκτυο είναι παγκοσμίως σε κακή ποιότητα. Αυτό διαπιστώνεται από τις μεγάλες επενδύσεις που απαιτούνται κατά τα πρώτα δύο έτη της προγραμματικής περιόδου, εάν υιοθετηθεί η στρατηγική Ι. Αυτό σημαίνει ότι στα πρώτα δύο χρόνια η ποιότητα πολλών οδικών τμημάτων είναι κάτω από την MQL (τιμή PSI 2.0). Προκειμένου να αυξηθεί και να διατηρηθεί η τιμή PSI αυτών των οδικών τμημάτων πάνω από την MQL, είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν λειτουργίες Μ / R κατά κύριο λόγο στα πρώτα δύο έτη του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού. Η ύπαρξη πολλών οδικών τμημάτων με χαμηλή τιμή PSI αποδείχθηκε από την ανάλυση των δεδομένων που αποθηκεύτηκαν στη βάση δεδομένων οδικού δικτύου του PMS. Το σχήμα 6.7 περιγράφει τη συσσωρευμένη κατανομή του κόστους Μ / R κατά τη διάρκεια του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού 20 ετών. Δείχνει επίσης ότι η στρατηγική Ι θα οδηγήσει σε υψηλότερα έξοδα Μ / R βραχυπρόθεσμα. Το σχήμα 6.8 παρουσιάζει το κόστος Μ / R καθ 'όλη τη διάρκεια του χρόνου προγραμματισμού που αντιστοιχεί στις στρατηγικές I, II, III και IV. Δείχνει ότι, όπως αναμενόταν, όλες οι στρατηγικές έχουν περίπου την ίδια 20ετή τιμή M / R (Ferreira et al, 2016). 70

72 Σχήμα 6.6 : Ετήσια κόστη M / R (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Σχήμα 6.7 : Συσσωρευμένα ετήσια κόστη M / R (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Σχήμα 6.8 : Κόστος Μ / R καθ 'όλη τη διάρκεια του χρόνου προγραμματισμού (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Στο σχήμα 6.9 παρουσιάζονται τα ετήσια κόστη χρήστη που αντιστοιχούν στις στρατηγικές I, II, III και IV. Δείχνει ότι τα ετήσια κόστη χρηστών έχουν μόνο μικρές διαφορές, κυρίως στα πρώτα χρόνια του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού. Οι διαφορές είναι πολύ μικρές, επειδή ο όγκος κυκλοφορίας σε αυτό το οδικό δίκτυο παρουσιάζει πολύ χαμηλές τιμές. Αυτές οι τιμές αυξάνονται ετησίως λόγω της αύξησης της κυκλοφορίας και της μείωσης της ποιότητας των οδοστρωμάτων. Το σχήμα 6.10 περιγράφει τη συσσωρευμένη κατανομή του κόστους χρήστη κατά τη διάρκεια του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού 20 ετών. Δείχνει ότι όλες οι στρατηγικές έχουν 71

73 σχεδόν την ίδια εξέλιξη, με μικρές μόνο διαφορές λόγω της μειωμένης κίνησης που χρησιμοποιεί διάφορα τμήματα αυτού του οδικού δικτύου. Το σχήμα 6.11 παρουσιάζει το συνολικό κόστος χρήστη καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου προγραμματισμού που αντιστοιχεί στις στρατηγικές I, II, III και IV. Δείχνει ότι η στρατηγική Ι είναι η χαμηλότερη στρατηγική κόστους χρηστών, επιτρέποντας εξοικονόμηση περίπου ,3 ευρώ (1,5%) σε σχέση με τη στρατηγική II. Η στρατηγική I είναι εκείνη που αντιστοιχεί στην υλοποίηση των ενεργειών M / R νωρίτερα, όταν η τιμή PSI των οδοστρωμάτων φτάνει στην MQL. Οι άλλες στρατηγικές, λόγω της ύπαρξης δημοσιονομικών περιορισμών, εφαρμόζουν τις ενέργειες M / R αργότερα στα οδοστρώματα με τιμές PSI που είναι χαμηλότερες από την MQL. Η στρατηγική ΙΙ, η οποία αντιστοιχεί στη μεγιστοποίηση της συνολικής απόδοσης του οδικού δικτύου σε σταθερή ετήσια βάση προϋπολογισμού, αποτελεί τη χειρότερη στρατηγική όσον αφορά το κόστος των χρηστών. Αυτό σημαίνει ότι η καλύτερη στρατηγική όσον αφορά το κόστος των χρηστών είναι να είναι σε θέση να μεταβάλλουν τους ετήσιους προϋπολογισμούς που πρέπει να χρησιμοποιήσουν στις Μ / R και να μην περιορίζονται σε έναν σταθερό ετήσιο προϋπολογισμό (Ferreira et al, 2016). Σχήμα 6.9 : Ετήσιο κόστος χρηστών (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Σχήμα 6.10 : Συσσωρευμένο ετήσιο κόστος χρηστών (Πηγή : Ferreira et al, 2016) 72

74 Σχήμα 6.11 : Συνολικό κόστος χρηστών καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου προγραμματισμού (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Στο σχήμα 6.12 παρουσιάζεται η υπολειμματική αξία όλων των οδοστρωμάτων που αντιστοιχούν στις στρατηγικές I, II, III και IV. Αυτό δείχνει ότι η στρατηγική ΙΙΙ είναι η καλύτερη στρατηγική όσον αφορά την υπολειμματική αξία των οδοστρωμάτων που εγγυώνται τη μεγαλύτερη αξία στο τέλος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού με ,5 (6,0%) παραπάνω σε σχέση με τη στρατηγική Ι. Οι στρατηγικές II και IV έχουν σχεδόν την ίδια τιμή με τη στρατηγική ΙΙΙ (Ferreira et al, 2016). Σχήμα 6.12 : Υπολειμματική αξία των οδοστρωμάτων (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Το σχήμα 6.13 παρουσιάζει το συνολικό κόστος καθ 'όλη τη διάρκεια του προγραμματισμού για κάθε στρατηγική που υπολογίζεται προσθέτοντας το κόστος Μ / R και το κόστος χρήστη και αφαιρώντας την υπολειμματική αξία των οδοστρωμάτων. Δείχνει ότι η στρατηγική ΙΙΙ είναι η χαμηλότερη στρατηγική συνολικού κόστους, επιτρέποντας εξοικονόμηση περίπου ,9 (2,3%). σε σχέση με τη στρατηγική I. Η στρατηγική ΙΙΙ είναι η καλύτερη σε σχέση με το συνολικό κόστος κυρίως λόγω της μεγαλύτερης υπολειμματικής αξίας των οδοστρωμάτων στο τέλος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού σε σύγκριση με τη στρατηγική Ι. Το συνολικό κόστος που αντιστοιχεί στις στρατηγικές I, II και IV είναι 2,3, 1,0 και 0,8%, αντίστοιχα, μεγαλύτερες από το συνολικό κόστος που αντιστοιχεί στη στρατηγική III (Ferreira et al, 2016). 73

75 Σχήμα 6.13 : Συνολικό κόστος καθ όλη τη διάρκεια του χρόνου προγραμματισμού (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Τα αποτελέσματα αυτά οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η καλύτερη στρατηγική είναι να είναι δυνατή η διαφοροποίηση των ετήσιων προϋπολογισμών που πρέπει να χρησιμοποιούνται στις Μ / R και να μην περιορίζονται σε έναν σταθερό ετήσιο προϋπολογισμό. Η στρατηγική I είναι η καλύτερη στρατηγική που εξετάζει μόνο το κόστος των χρηστών, αν και η στρατηγική ΙΙΙ είναι η καλύτερη στρατηγική λαμβάνοντας υπόψη μόνο την υπολειμματική αξία του οδοστρώματος στο τέλος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού ή την εξέταση του συνολικού κόστους. Παρ 'όλα αυτά, η στρατηγική I είναι η μόνη στρατηγική που επιτρέπει τη διατήρηση όλων των οδικών τμημάτων με τιμή PSI πάνω από την MQL κατά τη διάρκεια όλων των ετών του προγραμματισμού. Η στρατηγική ΙΙ, η οποία αντιστοιχεί σε σταθερό ετήσιο προϋπολογισμού και ισούται με ευρώ, είναι πάντα μια από τις χειρότερες στρατηγικές. Εκτός από αυτά τα συνοπτικά αποτελέσματα, το DAT παρέχει εκτενείς πληροφορίες σχετικά με τη στρατηγική M / R που θα εφαρμοστεί για κάθε τμήμα του οδικού δικτύου. Για την ανάλυση αυτών των αποτελεσμάτων που συνδέονται με την οδική κυκλοφορία επιλέχθηκαν τέσσερα τμήματα οδού, με διαφορετικές ιδιότητες το καθένα. Ο Πίνακας 6.7 απεικονίζει τα χαρακτηριστικά αυτών των τεσσάρων οδικών τμημάτων, συμπεριλαμβανομένης της τρέχουσας τιμής PSI και ο Πίνακας 6.8 παρουσιάζει τις λειτουργίες M / R που θα εφαρμοστούν στα τέσσερα τμήματα του οδικού δικτύου, λαμβάνοντας υπόψη τις τέσσερις στρατηγικές M / R (Ferreira et al, 2016). 74 Πίνακας 6.7 : Χαρακτηριστικά οδικών τμημάτων (Πηγή : Ferreira et al, 2016)

76 Πίνακας 6.8 : Λειτουργίες M / R που θα εφαρμοστούν στα τέσσερα τμήματα του οδικού δικτύου (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Τα σχήματα 6.14 και 6.15 αντιπροσωπεύουν την προβλεπόμενη εξέλιξη της τιμής PSI κατά τη διάρκεια των ετών για το τμήμα 4 του οδοστρώματος της δημοτικής οδού ΕΜ 506 και για το τμήμα του οδοστρώματος 22 της δημοτικής οδού ΕΜ 509, αντίστοιχα, ως συνέπεια της εκτέλεσης του σχεδίου Μ / R (Ferreira et al, 2016). Στην περίπτωση του οδοστρώματος 4 του δημοτικού δρόμου EM 506, το οποίο είχε τιμή PSI 1,90 (βλ. Πίνακα 8 και Εικόνα 14), εάν η στρατηγική Ι υιοθετηθεί, η μόνη πράξη στο τμήμα πραγματοποιείται μόνο το 2007 και αποτελείται από τη λειτουργία M / R 5 (μείζων αποκατάσταση). Αυτό συμβαίνει επειδή σε αυτό το έτος η τιμή PSI είναι κάτω από την MQL, με τιμή 2.0. Μετά τη διορθωτική εφαρμογή αυτής της βαριάς λειτουργίας M / R, δεν θα χρειαστούν άλλες λειτουργίες στα υπόλοιπα έτη του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού. Εάν υιοθετηθεί η στρατηγική II, θα εφαρμοστεί η ίδια λειτουργία (λειτουργία M / R 5) ένα έτος αργότερα (το έτος 2008 αντί για το έτος 2007). Με την υιοθέτηση αυτής της στρατηγικής, οι συνεχείς ετήσιοι προϋπολογισμοί εξακολουθούν να επιτρέπουν την προληπτική εφαρμογή της λειτουργίας 3 (μικρής αποκατάστασης) κατά το έτος 2021 σε αυτόν τον δημοτικό δρόμο (Ferreira et al, 2016). Εάν υιοθετηθεί η στρατηγική ΙΙΙ, θα εφαρμοστεί η ίδια λειτουργία (λειτουργία M / R 5) ένα έτος αργότερα (το έτος 2008 αντί για έτος 2007 για τη στρατηγική I). Με την υιοθέτηση αυτής της στρατηγικής, ο μειούμενος ετήσιος προϋπολογισμός θα επέτρεπε την εφαρμογή δύο προληπτικών λειτουργιών M / R σε αυτό το δημοτικό δρόμο, μία M / R 2 το έτος 2019 και μία M / R 5 το έτος Η τελευταία M / R θα αυξήσει σημαντικά την υπολειμματική αξία του οδοστρώματος επειδή εφαρμόζεται στο τελευταίο έτος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού και επειδή είναι μια βαριά λειτουργία M / R. Εάν υιοθετηθεί η στρατηγική IV, η πρώτη λειτουργία M / R θα είναι η ίδια, η οποία κατανέμεται λαμβάνοντας υπόψη τις στρατηγικές ΙΙ και ΙΙΙ. Η δεύτερη λειτουργία M / R 75

77 θα ήταν βαρύτερη (λειτουργία M / R 5 αντί για M / R 3 για τη στρατηγική II) και θα εφαρμοζόταν νωρίτερα (το έτος 2019 αντί για το έτος 2021) (Ferreira et al, 2016). Η εικόνα 6.14 δείχνει ότι, υιοθετώντας τη στρατηγική I, η οποία δεν έχει περιορισμούς στον προϋπολογισμό, η τιμή PSI το 2007 αυξάνεται σε μια μέγιστη τιμή. Αυτό συμβαίνει επειδή η τιμή PSI είναι κάτω από την MQL, με τιμή 2,0, και στη συνέχεια μια διορθωτική λειτουργία M / R (σημαντική αποκατάσταση) εφαρμόζεται σε τοπικό επίπεδο. Το σχήμα 6.14 δείχνει ότι με την υιοθέτηση στρατηγικών ΙΙ, ΙΙΙ και IV, η τιμή PSI συνεχίζει να μειώνεται σε χαμηλότερες τιμές από την MQL μέχρι το Αυτό συμβαίνει επειδή ο ετήσιος προϋπολογισμός για το έτος 2007 χρησιμοποιήθηκε ήδη πλήρως για την εφαρμογή των λειτουργιών Μ / R για άλλα οδοστρώματα του οδικού δικτύου και έτσι καμία λειτουργία δεν θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί σε αυτό το δημοτικό δρόμο. Οι ετήσιοι προϋπολογισμοί επιτρέπουν μόνο την εφαρμογή των λειτουργιών M / R το έτος 2008 ή μετά (Ferreira et al, 2016). Σχήμα 6.14 : Εξέλιξη της τιμής PSI για το οδικό τμήμα 34 του δρόμου ΕΜ 504 (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Μια ταυτόσημη ανάλυση θα μπορούσε να γίνει για το τμήμα 22 του δημοτικού δρόμου EM 509 (βλ. Πίνακα 6.8 και Σχήμα 6.15), το οποίο είχε τιμή PSI 3,50. Εάν υιοθετηθεί η στρατηγική Ι, η μόνη λειτουργία στο τμήμα πραγματοποιείται μόνο το έτος 2009 και συνίσταται στη λειτουργία Μ / R 5. Αυτό συμβαίνει επειδή το επίπεδο προειδοποίησης για το PSI, το οποίο είναι η τιμή 2,0, πραγματοποιείται μεταξύ του έτους 2008 και Μετά την διορθωτική εφαρμογή αυτής της βαριάς λειτουργίας Μ / R, δεν θα χρειαστούν άλλες λειτουργίες στα υπόλοιπα έτη του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού (Ferreira et al, 2016). Εάν υιοθετηθεί η στρατηγική ΙΙ, εφαρμόζεται η ίδια λειτουργία (λειτουργία M / R 5) ένα έτος αργότερα (το έτος 2010 αντί του έτους 2009). Με την υιοθέτηση αυτής της στρατηγικής, οι συνεχείς ετήσιοι προϋπολογισμοί εξακολουθούν να επιτρέπουν την προληπτική εφαρμογή της λειτουργίας M / R 4 (μεσαία αποκατάσταση) κατά το έτος 2025 σε αυτόν τον δημοτικό δρόμο. Εάν υιοθετηθεί η στρατηγική ΙΙΙ, εφαρμόζεται η ίδια λειτουργία (λειτουργία Μ / R 5) ένα έτος αργότερα (το έτος 2010 αντί για το έτος 2009 για τη στρατηγική Ι). Με την υιοθέτηση αυτής της στρατηγικής, οι μειούμενοι ετήσιοι προϋπολογισμοί θα επέτρεπαν την εφαρμογή μίας ακόμη λειτουργίας Μ / R σε αυτόν τον δημοτικό δρόμο (Μ / R 4 το έτος 2022) (Ferreira et al, 2016). 76

78 Εάν υιοθετηθεί η στρατηγική IV, η πρώτη λειτουργία M / R θα είναι η ίδια με εκείνη που κατανέμεται λαμβάνοντας υπόψη τις στρατηγικές ΙΙ και ΙΙΙ. Η δεύτερη λειτουργία M / R θα ήταν ελαφρύτερη (λειτουργία M / R 2 αντί M / R 4 για τη στρατηγική II) αλλά θα εφαρμοζόταν το ίδιο έτος όπως για τη στρατηγική ΙΙ (το έτος 2025). Το Σχήμα 6.15 δείχνει τα ίδια αποτελέσματα για το τμήμα οδοστρώματος 22 της δημοτικής οδού ΕΜ 509 όπως στο Σχήμα 6.14 για το τμήμα οδοστρώματος 4 του δημοτικού δρόμου ΕΜ 506. Για αυτό το τμήμα οδοστρώματος, υιοθετώντας τις στρατηγικές II, III και IV, η τιμή του PSI το 2009 εξακολουθεί να μειώνεται σε χαμηλότερες τιμές από την MQL έως το Ο ετήσιος προϋπολογισμός για το έτος 2009 χρησιμοποιήθηκε ήδη πλήρως για την εφαρμογή των λειτουργιών M / R σε άλλα οδοστρώματα του οδικού δικτύου και έτσι δεν θα μπορούσαν να γίνουν λειτουργίες M / R σε αυτόν τον δημοτικό δρόμο. Οι ετήσιοι προϋπολογισμοί επέτρεπαν την εφαρμογή λειτουργιών M / R μόνο το έτος 2010 ή μετά (Ferreira et al, 2016). Σχήμα 6.15 : Εξέλιξη της τιμής PSI για το οδικό τμήμα 22 του δρόμου ΕΜ 509 (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Το σχήμα 6.16 δείχνει τις συνιστώμενες λειτουργίες M / R που ορίζονται από το DAT για το πρώτο έτος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού για το σύνολο του οδικού δικτύου λαμβάνοντας υπόψη τη στρατηγική I, η οποία αντιστοιχεί σε μια διορθωτική μόνο στρατηγική που περιλαμβάνει λειτουργίες M / R που εκχωρούνται με χρήση MQL (Ferreira et al, 2016). 77

79 Σχήμα 6.16 : Λειτουργίες M / R για το πρώτο έτος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού λαμβάνοντας υπόψη τη στρατηγική I, (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Στο σχήμα 6.17 παρουσιάζονται οι συνιστώμενες λειτουργίες M / R που εξετάζουν τη στρατηγική II, η οποία αντιστοιχεί στη μεγιστοποίηση της συνολικής απόδοσης του οδικού δικτύου για ένα σταθερό ετήσιο επίπεδο προϋπολογισμού ίσο με Η στρατηγική I, η οποία δεν έχει περιορισμούς στον προϋπολογισμό, επιτρέπει την εφαρμογή περισσότερων λειτουργιών Μ / R κατά το πρώτο έτος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού από τη στρατηγική II (Ferreira et al, 2016). 78

80 Σχήμα 6.17 : Λειτουργίες M / R για το πρώτο έτος του χρονικού διαστήματος προγραμματισμού λαμβάνοντας υπόψη τη στρατηγική IΙ, (Πηγή : Ferreira et al, 2016) Συμπερασματικά Το DAT που παρουσιάζεται σε αυτή την εργασία, με στόχο τη μεγιστοποίηση της ποιότητας, της συμπεριφοράς ή των ωφελειών των χρηστών, μπορεί να λύσει το πρόβλημα διαχείρισης του οδοστρώματος για την περίπτωση παρεμβάσεων μείζονος αποκατάστασης. Αυτό το νέο DAT που χρησιμοποιείται στο PMS του Oliveira do Hospital, το οποίο έχει ως στόχο την ελαχιστοποίηση οποιουδήποτε συνδυασμού κόστους οργανισμών, κόστους χρήστη και υπολειμματικής αξίας οδοστρωμάτων σε ένα επιλεγμένο χρονικό διάστημα προγραμματισμού, επιτρέπει τη διαφορά μεταξύ διαχείρισης σε επίπεδο έργου και δικτύου, ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που εντοπίζονται στα συμπεράσματα των πρόσφατων διεθνών διασκέψεων διαχείρισης του οδοστρώματος. Αυτό επιτυγχάνεται με την αντικατάσταση της παραδοσιακής μικροσκοπικής προσέγγισης, η οποία χρησιμοποιεί μοντέλα που περιλαμβάνουν ανεξάρτητες μεταβλητές που εξηγούν τη διαδικασία φθοράς του οδοστρώματος (π.χ. πάχος στρώσης, μέτρο ελαστικότητας, χαρακτηριστικά ασφάλτου, κίνηση, κλίμα κλπ.), με μακροσκοπική προσέγγιση που χρησιμοποιεί μοντέλα για την πρόβλεψη της μελλοντικής κατάστασης του οδοστρώματος με βάση τα δεδομένα μετρήσεως των 79

81 συνθηκών (δηλ. ρωγμές, λακκούβες, μπαλώματα, αυλακώσεις, τραχύτητα, αντοχή στην ολίσθηση, κίνηση, κλίμα κλπ.) (Ferreira et al, 2016). Ακόμη, το νέο DAT, περιλαμβάνει το μοντέλο συμπεριφοράς οδοστρωμάτων που χρησιμοποιήθηκε στη μέθοδο σχεδιασμού εύκαμπτων οδοστρωμάτων AASHTO, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και οποιοδήποτε άλλο προτιμώμενο μοντέλο. Κατά την εφαρμογή μιας βέλτιστης στρατηγικής που καθορίστηκε από το PMS, πρέπει να διεξαχθεί έρευνα για να εντοπιστούν συνεχόμενα τμήματα οδού με τις ίδιες ή ταυτόσημες παρεμβάσεις M / R με στόχο τη συγκέντρωσή τους στο ίδιο οδικό έργο. Συνιστάται κάθε φορά που θα είναι διαθέσιμα τα πραγματικά δεδομένα απόδοσης οδοστρώματος, θα πρέπει να αντικατασταθούν οι προβλεπόμενες τιμές PSI από το μοντέλο συμπεριφοράς οδοστρώματος AASHTO. Οποιοσδήποτε άλλος κατάλληλος δείκτης κατάστασης οδοστρώματος μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική λύση σε αυτή τη μεθοδολογία. Συνιστάται επίσης η εφαρμογή του PMS όσο συχνά χρειάζεται (ετησίως ή δύο φορές ετησίως) για την επίτευξη αναθεωρημένων βέλτιστων σχεδίων Μ / R που θα ενσωματώνουν τις επιπτώσεις τυχόν πρόσφατων αλλαγών που ενδεχομένως θα είχαν λάβει χώρα στο δίκτυο οδοστρωμάτων. Το συγκεκριμένο DAT αποτελεί ένα νέο χρήσιμο εργαλείο για να βοηθήσει τους μηχανικούς οδοποιίας στο έργο τους για συντήρηση και αποκατάσταση οδοστρωμάτων. Τώρα μπορούν να προβλέψουν ποιες λειτουργίες M / R μπορούν να υλοποιηθούν στο οδικό δίκτυο με ένα δεδομένο μεταβλητό ή σταθερό ετήσιο προϋπολογισμό και σε ποια τμήματα του οδικού δικτύου μπορούν να μεγιστοποιήσουν τη συνολική ποιότητα ή απόδοση (Ferreira et al, 2016). Επίσης το DAT που περιγράφεται στην παρούσα εργασία παρέχει συνοπτικά αποτελέσματα λαμβάνοντας υπόψη ολόκληρο το οδικό δίκτυο, καθώς και εκτεταμένες πληροφορίες σχετικά με τη στρατηγική M / R που θα εφαρμοστεί σε κάθε οδικό τμήμα. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής αυτού του DAT στο οδικό δίκτυο του Oliveira do Hospital, με τις ιδιαιτερότητές του για παρουσίαση ασθενούς αρχικής ποιότητας και μειωμένου όγκου κυκλοφορίας, επιτρέπουν να διεξαχθεί το συμπέρασμα ότι η καλύτερη στρατηγική είναι να είναι δυνατή η διαφοροποίηση των ετήσιων προϋπολογισμών για χρήση στη συντήρηση και αποκατάσταση και να μην περιορίζεται σε έναν σταθερό ετήσιο προϋπολογισμό. Επειδή το συγκεκριμένο DAT είναι ένα ανοικτό σύστημα, θα μπορούσαν να γίνουν ορισμένες τροποποιήσεις για να εξυπηρετηθούν καλύτερα οι ανάγκες των μηχανικών οδοποιίας (Ferreira et al, 2016). 80

82 6.3 Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρώματος με μέθοδο Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών Περίπτωση εφαρμογής εισαγωγή Το δίκτυο των αεροδρομίων και των αυτοκινητοδρόμων είναι μία από τις σημαντικότερες οικονομικές δραστηριότητες στις σύγχρονες βιομηχανικές κοινωνίες που αποτελούν τεράστια επένδυση δημόσιων κεφαλαίων. Η διατήρηση της υποδομής του οδοστρώματος απαιτεί πολύ χρόνο και χρήμα. Δισεκατομμύρια δολάρια επενδύονται ετησίως στη συντήρηση δρόμων για να διασφαλιστεί η κινητικότητα των ανθρώπων και των αγαθών. Ωστόσο, η επιδείνωση των οδικών συνθηκών, η αύξηση των φορτίων κυκλοφορίας και η συρρίκνωση κεφαλαίων παρουσίασαν μια περίπλοκη πρόκληση διαχείρισης στη διαδικασία συντήρησης και αποκατάστασης. Απαιτεί την αξιολόγηση των συνθηκών του δικτύου οδοστρώματος, τη λήψη αποφάσεων σχετικά με τις στρατηγικές συντήρησης, τον καθορισμό προτεραιοτήτων αποκατάστασης και τη λήψη επενδυτικών αποφάσεων, οι οποίες μαζί συνθέτουν ένα σύστημα διαχείρισης οδοστρώματος (PMS). Σκοπός της εφαρμογής του PMS είναι ο εντοπισμός των αναγκών συντήρησης, το κόστος ελέγχου, η κατανομή της χρηματοδότησης, η υποστήριξη λήψης αποφάσεων και η διατήρηση καλών συνθηκών οδοστρώματος με περιορισμένο προϋπολογισμό (Zhang Z. et al., 2001). Οι πρόσφατες εξελίξεις στο υλικό και το λογισμικό ηλεκτρονικών υπολογιστών, όπως τα CD-ROM, οι ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και τα συστήματα επεξεργασίας εικόνας, επέτρεψαν στις έρευνες για την κατάσταση του οδοστρώματος να διεξάγονται πολύ πιο γρήγορα και με μεγαλύτερη ακρίβεια απ' ό,τι με τη χειροκίνητη διαδικασία οπτικής επιθεώρησης του παρελθόντος. Επιπλέον, το PMS μπορεί να ενισχυθεί με νέα χαρακτηριστικά και λειτουργίες για την εκτέλεση εργασιών διαχείρισης οδοστρώματος και τη δημιουργία χαρτών της κατάστασης του οδοστρώματος χρησιμοποιώντας ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών (GIS). Σήμερα, καθώς το GIS χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στις δημόσιες αρχές, υπάρχει μια αυξανόμενη τάση για την ενσωμάτωση των δεδομένων PMS στο GIS. Με την τεχνολογική πρόοδο στον τομέα του υλικού και του λογισμικού υπολογιστών, αυτή η ενοποίηση γίνεται πιο ρεαλιστική. Τα πλεονεκτήματα μιας τέτοιας ενσωμάτωσης περιλαμβάνουν την ευέλικτη επεξεργασία δεδομένων και την δυνατότητα οπτικής απεικόνισης των αποτελεσμάτων των ερωτημάτων των δεδομένων, στατιστικές και χαρτογραφήματα, αναλύσεις διαχείρισης του οδοστρώματος σε χάρτη του δικτύου αυτοκινητοδρόμων και την δυνατότητα προβολής των συνθηκών δικτύου μέσω της δυναμικής έγχρωμης κωδικοποίησης των τμημάτων αυτοκινητοδρόμων, καθώς και πρόσβαση σε τμηματικά στοιχεία μέσω διεπαφής με γραφικό χάρτη (Parida M., 2005, Elhadi H.M.A., 2009). Ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα γεωγραφικών πληροφοριών (GIS) παρέχει μια πλατφόρμα στην οποία μπορούν να κατασκευαστούν όλες οι πτυχές της διαδικασίας των PMS. Το σύστημα που προκύπτει, το GIS / PMS, αντιπροσωπεύει μια σημαντική ενίσχυση όλων των πτυχών της διαδικασίας PMS. Μια ποικιλία χωρικά ολοκληρωμένων δεδομένων είναι σημαντική για τη λήψη αποφάσεων στη διαχείριση των οδοστρωμάτων. Η τεχνολογία GIS φαίνεται να είναι ο πιο λογικός τρόπος σύνδεσης αυτών των διαφορετικών αλλά σχετικών δεδομένων. Τα συστατικά στοιχεία 81

83 περιλαμβάνουν τη συλλογή δεδομένων, την προκαταρκτική ανάλυση και ερμηνεία δεδομένων, την αξιολόγηση του συστήματος, τον προσδιορισμό των στρατηγικών, τον προσδιορισμό και την ανάπτυξη του έργου και την υλοποίηση του έργου. Κάθε ένα από αυτά τα στάδια στη διαδικασία PMS ενισχύεται από την τεχνολογία GIS. Η εξέταση της διαδικασίας PMS στο σύνολό της οδηγεί στην απαρίθμηση ενός συνόλου λειτουργιών που θα ενσωματωθούν στην πλατφόρμα GIS που απαιτείται για αποτελεσματικό GIS / PMS. Αυτές οι λειτουργίες περιλαμβάνουν τη θεματική χαρτογράφηση, έναν ευέλικτο επεξεργαστή βάσεων δεδομένων, την επεξεργασία τύπων, στατιστικές, χαρτογράφηση, χειρισμό μητρώου, δημιουργία δικτύων, μοντέλα και αλγόριθμους, και σύνδεσμο σε εξωτερικές διαδικασίες (Neelam et al., 2003). Αναλυτικότερα, παρουσιάζεται μια μελέτη εφαρμογής συστήματος διαχείρισης οδοστρωμάτων με μέθοδο GIS στην Τουρκία. Οι μελέτες του συστήματος διαχείρισης οδοστρώματος (PMS) στην Τουρκία ξεκίνησαν το 1994 από τη Γενική Διεύθυνση Αυτοκινητοδρόμων της Τουρκίας μέσω συνεργασίας με την καναδική εταιρεία Pavement Management System Limited (PMSL). Οι στόχοι αυτού του συστήματος, που σχεδιάστηκαν σε δύο στάδια, αφορούσαν μια προγραμματισμένη ανάπτυξη ως εφαρμοστέα και αναπτυξιακή, συμβατή με τις συνθήκες και τις ανάγκες της Τουρκίας και την παροχή τεχνολογίας στη μεταφορά σχετική με αυτό το θέμα. Στο πρώτο στάδιο κατασκευάστηκε ένα σύστημα διαχείρισης σε επίπεδο δικτύου στους εθνικούς αυτοκινητοδρόμους γύρω από την Άγκυρα και στο δεύτερο στάδιο ένα σύστημα που διεξήχθη με τρόπο εθνικό και με τη βοήθεια χρηματοδότησης που θεωρήθηκε ότι ελήφθη από την Παγκόσμια Τράπεζα. Ωστόσο, τα σχέδια του δεύτερου σταδίου ακυρώθηκαν προσωρινά λόγω οικονομικής κρίσης. Στα επόμενα χρόνια, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις ομαλότητας μέσω ενός προφιλόμετρου στα δύσκαμπτα οδοστρώματα της Γενικής Διεύθυνσης Αυτοκινητοδρόμων 5ης Περιοχής, της οποίας το κέντρο βρίσκεται στο Mersin, και αναπτύχθηκαν οι στρατηγικές συντήρησης και αποκατάστασης και διαπιστώθηκαν τιμές κόστους-απόδοσης για αυτούς τους δρόμους. (Kurbas U., 2007). Στη μελέτη αυτή αναπτύχθηκαν μοντέλα συμπεριφοράς οδοστρωμάτων. Με το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε, μπορεί να εξεταστεί τόσο η παρούσα κατάσταση του οδοστρώματος όσο και η μελλοντική συμπεριφορά με βάση τις αναμενόμενες τιμές κυκλοφορίας. Έτσι, το λογισμικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε επίπεδο δικτύου όσο και σε επίπεδο έργου. Οι τιμές κόστους - οφέλους που λήφθηκαν από βιβλιογραφία χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό του λόγου κόστους / οφέλους. Χρησιμοποιώντας την προσέγγιση του γενετικού αλγορίθμου, γράφτηκε ένα πρόγραμμα υπολογιστή στη γλώσσα προγραμματισμού της Visual Basic. Χρησιμοποιώντας το αναπτυγμένο μοντέλο, μπορεί να προγραμματιστεί πενταετές πρόγραμμα συντήρησης και αποκατάστασης για μια δεδομένη βάση δεδομένων, λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς του προϋπολογισμού. Τα αναπτυγμένα μοντέλα συγχωνεύθηκαν με το γράψιμο του λογισμικού GIS για να δείξουν την αποτελεσματικότητα των μοντέλων και να υιοθετήσουν τα μοντέλα σε ένα GIS. 82

84 6.3.2 Ανάπτυξη μοντέλων πρόβλεψης συμπεριφοράς οδοστρώματος Τα μοντέλα πρόβλεψης συμπεριφοράς οδοστρώματος χρησιμοποιούνται τόσο σε επίπεδο δικτύου όσο και σε επίπεδο έργου για την ανάλυση της κατάστασης και τον καθορισμό απαιτήσεων συντήρησης και αποκατάστασης (M & R). Σε επίπεδο δικτύου, χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της κατάστασης, τον προγραμματισμό του προϋπολογισμού, το χρονοδιάγραμμα επιθεώρησης και τον προγραμματισμό εργασίας. Σε επίπεδο έργου, χρησιμοποιούνται για την επιλογή εναλλακτικών λύσεων αποκατάστασης για την αντιμετώπιση των αναμενόμενων συνθηκών κυκλοφορίας και του κλίματος και για την πραγματοποίηση ανάλυσης κόστους κύκλου ζωής για τη σύγκριση διαφόρων εναλλακτικών λύσεων M & R. Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την ανάπτυξη μοντέλων πρόβλεψης φθοράς του οδοστρώματος. Περιλαμβάνουν μέθοδο παλινδρόμησης, μηχανιστική-εμπειρική μέθοδο, μέθοδο ελαχίστων τετραγώνων, κατανομή πιθανοτήτων και μαρκοβιανή αλυσίδα (Nihat Morova et al., 2016). Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν μέθοδοι τεχνητών νευρωνικών δικτύων, πολλαπλής παλινδρόμησης, ασαφούς λογικής και γενετικής έκφρασης για την αξιολόγηση της τιμής IRI (Διεθνής Δείκτης Τραχύτητας), η οποία επιλέχθηκε ως δείκτης της συμπεριφοράς. Τα δεδομένα εισόδου που ελήφθησαν υπόψη σε αυτά τα μοντέλα συγκαταλέγονται στις σημαντικότερες παραμέτρους ασφαλείας που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής του οδοστρώματος (Nihat Morova et al., 2016). Στη δοκιμαστική ρύθμιση του μοντέλου, που πραγματοποιήθηκε με τη χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων, με τιμές εισόδου οκτώ και μία, ελήφθησαν τιμές 0,94 R 2 και 0,96 R 2 αντίστοιχα. Στο μοντέλο πολλαπλής παλινδρόμησης, από την άλλη πλευρά, λαμβάνονται τιμές 0,918 R 2 και 0,89 R 2 για μοντέλο οκτώ εισόδων και μοντέλο μίας εισόδου, αντίστοιχα. Στο μοντέλο προγραμματισμού γενετικής έκφρασης (GEP), αυτές οι τιμές ήταν 0,80 R 2 και 0,91 R 2. Χρησιμοποιώντας τα νευρο-ασαφή συστήματα ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems), ελήφθη τιμή 0,70 R 2 για ένα μοντέλο οκτώ εισόδων και 0,96 R 2 για μοντέλο μίας εισόδου. Όταν συγκρίνονται όλες αυτές οι τιμές, οι μέθοδοι που δίνουν την υψηλότερη συσχέτιση θεωρούνται τα μοντέλα ANN και ANFIS, ενώ τα μοντέλα μιας εισόδου είναι πιο επιτυχημένα από τα υπόλοιπα (Nihat Morova et al., 2016) Ανάλυση κόστους / οφέλους σε εύκαμπτα οδοστρώματα με τη χρήση μεθόδου γενετικού αλγορίθμου (Κατανομή Προϋπολογισμού) Ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα στα συστήματα διαχείρισης οδοστρωμάτων είναι ο προϋπολογισμός. Σε αυτή τη μελέτη, οι παραμορφώσεις στα οδοστρώματα, οι μέθοδοι επισκευής, τα τροχαία ατυχήματα και το κόστος τους (υλικές ζημιές, τραυματισμοί και θάνατος) και τα λειτουργικά έξοδα του οχήματος προσδιορίστηκαν ξεχωριστά. Εντός των ορίων των διαθέσιμων προϋπολογισμών, οι μέθοδοι επισκευής προσδιορίστηκαν μέσω μιας μελέτης βελτιστοποίησης για τη μεγιστοποίηση του οφέλους, χρησιμοποιώντας τη συμπεριφορά, την ετήσια μέση ημερήσια κίνηση (AADT), την αξία κόστους ατυχήματος και το ποσοστό πληθωρισμού (Nihat Morova et al., 2016). 83

85 Είναι δύσκολο να καθοριστεί ένα πρόγραμμα προϋπολογισμού επισκευής για εύκαμπτα οδοστρώματα στο στάδιο του σχεδιασμού. Επιπλέον, οι μεταβολές του κόστους κύκλου ζωής είναι ευαίσθητες σε σχέση με τις αλλαγές του προϋπολογισμού, με τον αυξανόμενο αριθμό έργων. Σε αυτή τη μελέτη εφαρμόστηκε ένα σύστημα βελτιστοποίησης με τη χρήση της μεθόδου του γενετικού αλγορίθμου για τον σκοπό της εξέτασης αυτών των αβεβαιοτήτων στα προγράμματα επισκευής οδοστρώματος. Επιπλέον, οι στρατηγικές συντήρησης και επισκευής αντιμετωπίστηκαν ανεξάρτητα από τους πόρους και τις δυνατότητες εξυπηρέτησης. Για την επίλυση των μοντέλων αναπτύχθηκε ένα πρόγραμμα υπολογιστή. Η γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιήθηκε για το σκοπό αυτό ήταν η Visual Studio. Σε αυτό το πρόγραμμα που αναπτύχθηκε, χρησιμοποιήθηκε μια μέθοδος γενετικού αλγορίθμου (Nihat Morova et al., 2016). Στην εικόνα 6.1, απεικονίζεται η διεπαφή χρήστη, που ανήκει σε μία από τις λύσεις που έγιναν από το αναφερθέν πρόγραμμα υπολογιστή. Επιπλέον, ο χρήστης μπορεί να αλλάξει το κόστος των ατυχημάτων, το κόστος της μεθόδου επισκευής και συντήρησης και τις πρόσθετες αξίες ζωής. Εικόνα 6.1 : Οθόνη διεπαφής χρήστη του προγράμματος (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) Ανάπτυξη λογισμικού συστήματος γεωγραφικών πληροφοριών για συστήματα διαχείρισης οδοστρώματος Σε αυτή τη μελέτη της Τουρκίας, τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν μέσω του ανεπτυγμένου λογισμικού GIS ενώθηκαν σε μία ενιαία πλατφόρμα για να προσαρμόσουν τα αναπτυγμένα μοντέλα σε ένα σύστημα διαχείρισης οδοστρωμάτων και να αποδείξουν τη λειτουργικότητα αυτών των μοντέλων. Για το λογισμικό GIS χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ESRI MapObject. Το αναπτυγμένο λογισμικό περιλαμβάνει την ημερομηνία καταγραφής εισόδου του οδοστρώματος, την αξιολόγηση της συμπεριφοράς, την έρευνα και τα χαρακτηριστικά αναφοράς (Nihat Morova et al., 2016). Το αναπτυγμένο λογισμικό αποτελείται ουσιαστικά από τρία μέρη. Η διεπαφή που βασίζεται στα Windows, το διαδικτυακό περιβάλλον και μια κοινή βάση δεδομένων είναι τα μέρη που αποτελούν το σύστημα (Εικόνα 6.2). Το πιο σημαντικό από την άποψη της 84

86 ακεραιότητας του συστήματος είναι μια βάση δεδομένων. Η βάση δεδομένων μοιράζεται, διότι σε περίπτωση αλλαγής δεδομένων ή προσθήκης δεδομένων, τα δεδομένα να μπορούν να προβληθούν και να υποστούν επεξεργασία ταυτόχρονα από άλλη τοποθεσία. Αυτή η λειτουργία είναι εξοικονόμηση χρόνου. Εικόνα 6.2 : Δομή του ανεπτυγμένου συστήματος γεωγραφικών πληροφοριών (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) Με τη χρήση αυτού του διαδικτυακού περιβάλλοντος, οι χρήστες μπορούν να ψηφιοποιήσουν τις αλλαγές ή τις προσθήκες. Επίσης, μπορούν να πραγματοποιήσουν είσοδο δεδομένων στο διαδίκτυο. Οι αλλαγές αποθηκεύονται απευθείας στην ίδια τη βάση δεδομένων (Εικόνα 6.3). Εικόνα 6.3 : Είσοδος δεδομένων και οθόνη ρύθμισης στη διεπαφή (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) Με τη βοήθεια της αναπτυγμένης διεπαφής με Windows, οι εξουσιοδοτημένοι χρήστες μπορούν να έχουν πρόσβαση στο πρόγραμμα και όλες τις πληροφορίες στη βάση δεδομένων, μπορούν να πραγματοποιήσουν αναλύσεις χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που βρίσκονται στη βάση δεδομένων και να ξαναγράψουν στο σύστημα. Με αυτό το πρόγραμμα, τα δεδομένα λαμβάνονται από μια κοινή βάση δεδομένων. Ένα πρόγραμμα υπολογιστή με Windows αναπτύχθηκε για το σκοπό την ανάλυση δεδομένων και των λύσεων τους. Η γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη του προαναφερθέντος προγράμματος υπολογιστή είναι η Visual Basic και 85

87 ο σχεδιασμός έγινε με τη χρήση του Microsoft Visual Studio. Στην εικόνα 6.4, παρουσιάζεται η διεπαφή χρήστη που ανήκει στη μια από τις λύσεις που έγιναν από το αναφερθέν πρόγραμμα ηλεκτρονικού υπολογιστή. Επιπλέον, ο χρήστης μπορεί να αλλάξει το κόστος των ατυχημάτων, το κόστος της μεθόδου συντήρησης και αποκατάστασης και τις πρόσθετες αξίες ζωής (Nihat Morova et al., 2016). Εικόνα 6.4 : Κύρια οθόνη της ανεπτυγμένης διεπαφής με Windows (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) Εφαρμογή μελέτης Έγινε μια προσπάθεια ενοποίησης των αναπτυγμένων μοντέλων σε αυτή τη μελέτη σε μια ενιαία πλατφόρμα, την προσαρμογή τους σε ένα σύστημα διαχείρισης οδοστρώματος και την ένδειξη της λειτουργικότητας αυτών των μοντέλων. Στην περίπτωση εφαρμογής, αναλύθηκαν τα δεδομένα που ανήκουν σε μια συγκεκριμένη περιοχή που εισήχθη από τη διαδικτυακή διεπαφή και υποβλήθηκαν οι απαραίτητες πληροφορίες στους εξουσιοδοτημένους χρήστες με σχηματικό τρόπο. Η Γενική Διεύθυνση της 4ης Περιφέρειας, η οποία βρίσκεται στην Άγκυρα, επιλέχθηκε ως δίκτυο. Το 1994, το πρώτο σύστημα διαχείρισης οδοστρωμάτων διεξήχθη επίσης στην περιοχή αυτή από την Pavement Management Systems Limited. Οι αυτοκινητόδρομοι στο αναφερόμενο δίκτυο ψηφιοποιήθηκαν και μεταφέρθηκαν στο περιβάλλον του υπολογιστή. Επιπλέον, τα επαρχιακά σύνορα της Τουρκίας ψηφιοποιήθηκαν επίσης ως πρότυπο και τα layers αυτά εξετάστηκαν το ένα πάνω στο άλλο. Το επιλεγμένο δίκτυο χωρίστηκε σε διαφορετικά τμήματα, τα οποία ορίζονται από τη Γενική Διεύθυνση Αυτοκινητοδρόμων ( Εικόνα 6.5 ) (Nihat Morova et al., 2016). 86

88 Εικόνα 6.5 : Χάρτης οδικού δικτύου (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) Το εξεταζόμενο χαρακτηριστικό προστέθηκε στο αναπτυγμένο λογισμικό, το οποίο είναι ένα από τα απαραίτητα συστατικά του GIS και του PMS. Για το σκοπό αυτό, αναπτύχθηκε ένα υποπρόγραμμα. Ένα πιθανό παράδειγμα έρευνας παρουσιάζεται στο σύστημα (Εικόνα 6.6 και Εικόνα 6.7). Εικόνα 6.6 : Οθόνη πληροφοριών στη διεπαφή χρήστη (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) 87

89 Εικόνα 6.7 : Αξιολόγηση τιμών IRI για το 2012 (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) Ένα χαρακτηριστικό αναφοράς, το οποίο είναι ένα άλλο σημαντικό στοιχείο των GIS και PMS, προστέθηκε επίσης στο αναπτυγμένο λογισμικό. Για το σκοπό αυτό, αναπτύχθηκε ένα πρόγραμμα. Χρησιμοποιώντας αυτό το λογισμικό, τα αποτελέσματα της έρευνας μπορούν να αναφερθούν, να εκτυπωθούν, να μεταφερθούν σε άλλα αρχεία και να αποθηκευτούν. Παραδειγματική οθόνη αναφοράς στην διεπαφή χρήστη παρουσιάστηκε στην εικόνα 6.8 (Nihat Morova et al., 2016). Εικόνα 6.8 : Παράδειγμα οθόνης αναφοράς στη διεπαφή χρήστη (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) Με τη βοήθεια του αναπτυγμένου υποπρογράμματος, μπορούν να προβληθούν οι στατιστικές πληροφορίες σχετικά με τα αριθμητικά δεδομένα. Στην εικόνα 6.9 παρουσιάζεται μία υποδειγματική στατιστική αξιολόγηση. 88

90 Εικόνα 6.9 : Οθόνη στατιστικής αξιολόγησης (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) Ο χρήστης είναι σε θέση να κάνει μια έρευνα στη μη γραφική βάση δεδομένων, σύμφωνα με ορισμούς γραφικών δεδομένων. Η βάση δεδομένων ενός αντικειμένου στο χάρτη μπορεί να προβληθεί, να αλλάξει και να αποθηκευτεί (Εικόνα 6.10 και Εικόνα 6.11) (Nihat Morova et al., 2016). Εικόνα 6.10 : Αποτελέσματα παραδείγματος (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) Εικόνα 6.11 : Διεπαφή χρήστη για έκθεση αναφορών (Πηγή : Nihat Morova et al., 2016) 89

91 6.4 Μια ολοκληρωμένη λύση για τα συστήματα διαχείρισης οδοστρώματος PAV3M Εισαγωγή Η εξέλιξη του συστήματος διαχείρισης οδοστρωμάτων χαρακτηρίστηκε από συγκεκριμένες κυρίαρχες τεχνολογίες και νέα υλικά που εμφανίστηκαν τα τελευταία χρόνια. Όσον αφορά τα οδοστρώματα υπάρχουν τρεις κύριες κατευθύνσεις: η κατασκευή οδοστρωμάτων, η διαχείριση οδοστρωμάτων και η έρευνα οδοστρωμάτων. Ενώ η κατασκευή οδοστρωμάτων μπορεί να διαχειριστεί νέα οδοστρώματα και αποκατάσταση οδοστρωμάτων, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης των προδιαγραφών και διασφάλισης της ποιότητας, η διαχείριση των οδοστρωμάτων παρακολουθεί τους δρόμους μετά την κατασκευή, τις προληπτικές εργασίες συντήρησης και αποκατάστασης και την οικονομική ανάλυση των εναλλακτικών λύσεων βάσει της ανάλυσης κόστους κύκλου ζωής (LCCA). Η έρευνα για τα οδοστρώματα προσφέρει νέες εναλλακτικές, σύγχρονες λύσεις, κατεργασίες και υλικά για την κατασκευή οδοστρωμάτων, τη συντήρηση και την αποκατάσταση (Lucia Rusu et al., 2015). Σύμφωνα με την προσέγγιση του Oguara, τα τελευταία χρόνια υπάρχουν διάφορα συστήματα και διαδικασίες: Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων (PMS), Σύστημα Προστιθέμενης Προτεραιότητας (PRS), Σύστημα Συντήρησης και Διαχείρισης Οδοστρωμάτων (PMMS), Προγραμματισμός Αξιολόγησης Οδοστρωμάτων και Συντήρησης (REMP), Σύστημα Λειτουργικότητας Οδοστρωμάτων (PSS). Στόχος κάθε διαδικασίας είναι η παροχή μιας συνεπούς, λογικά αντικειμενικής και συστηματικής διαδικασίας για τον καθορισμό προτεραιοτήτων, προγραμματισμού και προϋπολογισμού για τις απαιτήσεις συντήρησης και αποκατάστασης οδικής κυκλοφορίας (Oguara, 2007). Πολλές κοινότητες επιλέγουν τη στρατηγική αγοράς συστημάτων COTS (Commercial Of The Shelf) στη διαχείριση των οδοστρωμάτων. Ένα εμπορικό σύστημα off-the-shelf (COTS) ορίζεται ως "λογισμικό εφαρμογών ή συστημάτων που διατίθεται στο εμπόριο ευρέως ως προσυσκευασμένο προϊόν βάσει μιας καθιερωμένης εμπορικής άδειας εκμετάλλευσης ή μίσθωσης στο ευρύ κοινό" (McPherson and Bennett, 2005). Τα συστήματα COTS μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες: συστήματα διαχείρισης οδοστρωμάτων (PMS), συστήματα διαχείρισης γεφυρών (BMS) και ολοκληρωμένα συστήματα διαχείρισης (IMS), που μπορεί να διαχειριστεί πολλά στοιχεία οδικής υποδομής ή να ενσωματώσει τα PMS και τα BMS (Mizusawa, 2009). Ένα τέτοιο σύστημα είναι και το PAV3M το οποίο παρουσιάζεται στην συγκεκριμένη ενότητα. Τα προγράμματα της ΕΕ, όπως το RIMES (μελέτη αξιολόγησης της συντήρησης των οδικών υποδομών) και το PAV-ECO (Σύστημα Διαχείρισης Οδοστρωμάτων και - Κατασκευών - Οικονομική Αξιολόγηση Συντήρησης Οδοστρωμάτων), έδειξαν ότι τα κράτη μέλη της ΕΕ δαπανούν ετησίως δισεκατομμύρια ευρώ για τη συντήρηση και αποκατάσταση της οδικής υποδομής. Μόνο το 25% των χωρών της ΕΕ (συν τη Νορβηγία και την Ελβετία) χρησιμοποιούν τα αυτοματοποιημένα συστήματα συλλογής δεδομένων και τις διαδικασίες ανάλυσης δεδομένων για τη συντήρηση του οδικού δικτύου (MT 2014). 90

92 6.4.2 Στόχος του PAV3M Ο πρωταρχικός στόχος του PAV3M είναι να αναπτύξει μια ολιστική πλατφόρμα που ενσωματώνει την τεχνολογία επιθεώρησης οδοστρώματος με βάση την απεικόνιση, με ένα εργαλείο λογισμικού εφαρμογής διαχείρισης της καταπόνησης και κόστους / οφέλους για την υποστήριξη των αναγκών διαχείρισης των οδικών μεταφορών, των κατασκευαστικών και επιχειρήσεων αποκατάστασης οδού και των τοπικών κυβερνήσεων. Από την τεχνολογική άποψη προτείνεται ένα αυτοματοποιημένο, φορητό σύστημα οπτικής επιθεώρησης οδοστρώματος για παρακολούθηση της καταπόνησης του οδοστρώματος και ανάλυση του οδοστρώματος, του οποίου ο υψηλός βαθμός ενσωμάτωσης, η ευκολία προσαρμογής και το κόστος θα επιτρέψουν τη λειτουργία του σε μη εξειδικευμένα οχήματα και συνεπώς την ευρεία χρήση του. Οι τρέχουσες προσεγγίσεις για τη συλλογή στοιχείων οδικών δεδομένων πραγματοποιούνται από εξειδικευμένα οχήματα με σημαντικό κόστος και μεγάλους κύκλους επιθεώρησης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, λόγω περιορισμένης χρηματοδότησης, οι υπάλληλοι προβαίνουν ακόμη και σε χρονοβόρα εργασία με το χέρι (Lucia Rusu et al., 2015) Αρχιτεκτονική του PAV3M Κατά γενικό κανόνα, η χρήση εξοπλισμού ελέγχου της κυκλοφορίας για την παρακολούθηση της κατάστασης του οδοστρώματος αποσκοπεί στη μείωση των κινδύνων για την ασφάλεια και τη διαταραχή της κυκλοφορίας σε σύγκριση με τον σταθερό ή αργά μεταβαλλόμενο εξοπλισμό έρευνας. Επιπλέον, μπορούν να επιτευχθούν ελκυστικά οφέλη, συμπεριλαμβανομένης της εξοικονόμησης κόστους, βελτιστοποιώντας τη στρατηγική παρακολούθησης σε οδικό δίκτυο λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο και τη συχνότητα των ερευνών. Κατά συνέπεια, στο παρόν σχέδιο προτείνεται επίσης η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου μοντέλου ανάλυσης καταπόνησης που να αντιμετωπίζει βασικές πτυχές της συντήρησης του οδοστρώματος (Lucia Rusu et al., 2015). Το σύστημα αυτό προσφέρει μια ολοκληρωμένη εφαρμογή στη λύση συντήρησης και παρακολούθησης δρόμων, χρησιμοποιώντας συσκευές GPS και GPRS και χαρακτηριστικά γεωγραφικής κωδικοποίησης και αντίστροφης κωδικοποίησης του MultiMap. Καθορίστηκε μία προσέγγιση βασισμένη στα χαρακτηριστικά του συστήματος διαχείρισης οδοστρώματος, η IPA (Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας), η οποία έχει ως στόχο τη συλλογή και τη μετάδοση παραμέτρων για τους δρόμους, τη συλλογή, επεξεργασία και ανάλυση πληροφοριών σχετικά με την καταπόνηση της οδού, γενικές πληροφορίες που συντονίζουν το PMM, και δύο μέρη: IPA και ΜΜ (μέτρο διαχείρισης και συντήρησης) που συνδέουν και μεταδίδουν πληροφορίες σε βάσεις δεδομένων. Η IPA επεξεργάζεται όλες τις εικόνες που παρέχονται από τις κινητές συσκευές, πραγματοποιεί ανάλυση και παρακολουθεί τα MM. Η εισαγωγή / εξαγωγή δεδομένων έχει χωριστεί σε δύο μέρη: το επίπεδο χάρτη του οχήματος, το οποίο περιέχει εργαλεία για πληροφορίες παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο και στατικό χρόνο και πληροφορίες οδικών παραμέτρων και γενικές πληροφορίες, βασισμένες σε πέντε συνιστώσες: Κατάσταση επιθεώρησης και καταγραφής, Προτεραιότητες ρύθμισης, Οργάνωση πόρων, Διερεύνηση υλικών. Ο διανυσματικός χάρτης αποτελείται από τρία μέρη: πληροφορίες παραμέτρων οδοστρωμάτων, πληροφορίες στατικής παρακολούθησης και πληροφορίες 91

93 συντήρησης, που συνδέονται με ένα ισχυρό μεσαίο λογισμικό στη βάση δεδομένων MultiMap. Το ΜΜ περιλαμβάνει διαδικασίες και μέτρα συλλογής, ανάλυσης, συντήρησης και αναφοράς δεδομένων οδοστρώματος (Εικόνα 6.12) (Lucia Rusu et al., 2015). 92 Εικόνα 6.12 : Αρχιτεκτονική του PAV3M (Πηγή : Lucia Rusu et al., 2015) Ένα σημαντικό μέρος είναι το IAP, το οποίο περιλαμβάνει απόκτηση εικόνας, μια εικόνα επεξεργασίας και ανάλυσης και Αλγόριθμους Βελτιστοποίησης, η οποία συνδέεται με μέτρα Ανάλυσης και Αξιολόγησης και Συντήρησης. Για την παρακολούθηση της οδικής κυκλοφορίας προτείνεται ένα GIS (Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα) που συνδέεται με κινητά οχήματα και βιντεοκάμερες ως φθηνότερη λύση για τον προσδιορισμό οδικών συγκρούσεων ή άλλων προβλημάτων. Όλα τα δεδομένα που συλλέγονται υποβάλλονται σε επεξεργασία σε μια εξειδικευμένη ενότητα από το IPA και παράσχουν λεπτομέρειες σχετικά με τις βλάβες που θα φορτωθούν στη βάση δεδομένων των οδών (PMM Application Database) (Lucia Rusu et al., 2015). Χρησιμοποιείται ένα παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS) για την ακριβή τοποθέτηση ανιχνευόμενων ελαττωμάτων. Η χρήση διαφορικού GPS (DGPS) διερευνάται επίσης για την αύξηση της ανάλυσης. Η χρήση του εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα πρόσθετων πληροφοριών όπως σταθμοί αναφοράς εδάφους ή δορυφορικά συστήματα φασματικής επαύξησης. Οι πληροφορίες GPS συνδυάζονται με

94 δημόσια διαθέσιμα συστήματα χαρτών όπως το OpenStreetMaps ( τους Χάρτες Google ή τους Χάρτες Bing (Microsoft). Με βάση την πληροφόρηση για τις οδούς και την καταπόνηση, που συλλέγονται και εκτελούνται από το IPA και πληροφορίες στατικής παρακολούθησης, οι διαχειριστές έργων μπορούν να παίρνουν αποφάσεις συντήρησης χρησιμοποιώντας την Ανάλυση Κόστους Κύκλου Ζωής (LCCA). Οι γενικές πληροφορίες που επικαιροποιούνται με τις επίσημες προδιαγραφές, με βάση τους ισχύοντες κανονισμούς, εκτελούνται στο κόστος συντήρησης οδοστρώματος και στη μέθοδο προληπτικής συντήρησης για την καθιέρωση της βέλτιστης στρατηγικής αποκατάστασης ή / και συντήρησης του οδικού δικτύου (Lucia Rusu et al., 2015). Στη συνέχεια έγινε ανάλυση διάφορων μεθόδων για το RMS και το BMS. Η πολυκριτηριακή ανάλυση χρησιμοποιεί διάφορες παραμέτρους: επιλογές ποσοστού / τάξης σε σχέση με το σύνολο των στόχων, μέτρα απόδοσης, βάρη και επιπτώσεις. Η ανάλυση κόστους-οφέλους χρησιμοποιεί επιλογές ποσοστού / τάξης σε σχέση με τα οφέλη και το κόστος. Η ανάλυση κόστους-αποτελεσματικότητας χρησιμοποιεί επιλογές ποσοστού / τάξης με βάση την αποτελεσματικότητα και το κόστος. Αυτή είναι κατάλληλη όταν μπορούν να ποσοτικοποιηθούν τόσο η αποτελεσματικότητα όσο και άλλα μέτρα (π.χ. συχνότητα, ισότητα) (McPherson και Bennett, 2005, Weimer και Aidan 2004). Η Ανάλυση Κόστους Κύκλου Ζωής χρησιμοποιεί τις επιλογές ποσοστού / τάξης σε σχέση με το κόστος του οργανισμού και του χρήστη που πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια ενός έργου και προσπαθεί να αξιολογήσει επίσης το εξωτερικό κόστος. Οι Κανόνες Ευρετικής Απόφασης προσδιορίζουν την καλύτερη δυνατή επιλογή με βάση τους κανόνες επίλυσης προβλημάτων. Επιλέχθηκε Ανάλυση Κόστους-Οφέλους στη μέθοδο PMMS και Ανάλυση Κόστους Κύκλου Ζωής στο PMM. Χρησιμοποιούνται δεδομένα από ιστορικό για προληπτική συντήρηση και βάσει των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την ενότητα Παρακολούθησης Ανάλυσης και Αξιολόγησης, μπορεί να εκτελεστεί ένα σύστημα υποστήριξης αποφάσεων για την απόφαση συντήρησης, βάσει ευέλικτων κριτηρίων που καθορίζονται σύμφωνα με τις προτεραιότητες και τους πόρους. Για το κόστος της ανάλυσης συντήρησης οδοστρώματος ακολουθούνται οι διεθνείς συστάσεις της ΕΕ (Weimer και Aidan 2004). Προτείνεται ένα ιστορικό βάσης δεδομένων οδού, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη μονάδα διαχείρισης κινδύνου. Μια ομάδα εμπειρογνωμόνων βοηθά τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων να βρουν βέλτιστες στρατηγικές για τη συντήρηση των οδοστρωμάτων και η μονάδα κινδύνου προσφέρει λύσεις για την αποφυγή ή τον μετριασμό των παραγόντων κινδύνου σε μια δεδομένη χρονική περίοδο για το ελάχιστο κόστος. (McPherson και Bennett 2005). Η μονάδα ανάλυσης κινδύνου χρησιμοποιεί μεθόδους συσσωμάτωσης και έχει ως σημαντικούς παράγοντες: την ποιότητα εργασίας, το απαιτούμενο κόστος, την απαιτούμενη περίοδο, την ποιότητα σχεδιασμού, το φόρτο εργασίας, τη δεξιότητα των εργαζομένων και τα δεδομένα απογραφής. Κύρια χαρακτηριστικά παραμένουν ο χρόνος, το κόστος και η ποιότητα των υπηρεσιών και των υλικών που είναι "μέσης" κατηγορίας (Lucia Rusu et al., 2015). 93

95 6.5 Ανάπτυξη των Drones για αυτόνομη ανίχνευση της καταπόνησης του οδοστρώματος Μη επανδρωμένο αεροσκάφος (UAV) Αν και οι εφαρμογές UAV έχουν κερδίσει δημοτικότητα σε μια σειρά εμπορικών τομέων, η διάδοση τους στις Ηνωμένες Πολιτείες έχει μέχρι στιγμής περιοριστεί, πιθανώς λόγω των αυστηρών κανονισμών της Ομοσπονδιακής Υπηρεσίας Αεροπορίας (FAA) (Federal Aviation Administration, 2015). Η έρευνα και η ανάπτυξη για τη χρήση UAVs έχει επικεντρωθεί κυρίως στους τομείς της έρευνας και διάσωσης, της επιτήρησης της γεωργίας και τα logistics. Στο πλαίσιο των επιθεωρήσεων υποδομής, η χρησιμότητα των drones έχει εξερευνηθεί σε κάποιο βαθμό σε ανεμογεννήτριες, σε αγωγούς δημοσίων υπηρεσιών κοινής ωφέλειας και σε γέφυρες. Οι αυτόνομες επιθεωρήσεις της οδοστρωμένης οδικής υποδομής παραμένουν σχετικά ανεξερεύνητες για την εφαρμογή UAV, ωστόσο, οι γρήγοροι χρόνοι απόκρισης, η ευελιξία και η ανάλυση, τα κάνουν σημαντικές εναλλακτικές για την αξιολόγηση των οδοστρωμάτων (Schnebele et al, 2015). Σε αντίθεση με άλλες αερομεταφερόμενες πλατφόρμες, τα UAV είναι εξαιρετικά ευέλικτα. Είναι σε θέση να παρέχουν υψηλή ανάλυση, σχεδόν σε πραγματικό χρόνο, εικόνες με λιγότερα έξοδα από επανδρωμένες εναέριες ή διαστημικές πλατφόρμες. Τα UAV μπορούν να προγραμματιστούν εκτός σύνδεσης και να εξοπλιστούν με μια ποικιλία συσκευών απεικόνισης. Δεδομένα από τις εναέριες πλατφόρμες μπορούν επίσης να είναι πιο στοχοθετημένα τόσο χωρικά όσο και χρονικά απ ότι τα δορυφορικά δεδομένα, παρέχοντας τη δυνατότητα να επανεξετάζουν συγκεκριμένους τομείς ενδιαφέροντος (Cronin et al, 2014). Είναι σε θέση να λειτουργούν πιο κοντά στο αντικείμενο, αποκτώντας εικόνα με ανάλυση τόσο λεπτή όσο λίγα εκατοστά (Zhang, 2009). Χρησιμοποιώντας πρότυπο αναγνώρισης και τεχνικές ταξινόμησης εικόνας από δισδιάστατες εικόνες που συλλέγονται από UAVs, οι ερευνητές μπόρεσαν να προσδιορίσουν τις επιφανειακές ατέλειες, όπως η αυλάκωση και οι λακκούβες σε μη ασφαλτοστρωμένους δρόμους (Schnebele et al, 2015). α) Ο Zhang (2009) παρουσίασε μια πλατφόρμα που συνδυάζει ένα ηλεκτρικό μοντέλο αεροσκάφους - ελικόπτερο και ένα σταθμό ελέγχου εδάφους για την αυτόνομη συλλογή φωτογραμμετρικών λήψεων μη ασφαλτοστρωμένων δρόμων. Με την εξαίρεση της απογείωσης και της προσγείωσης, η οποία πραγματοποιήθηκε από έναν πιλότο, η αποστολή της πτήσης έγινε με πλοήγηση σύμφωνα με ένα σχέδιο σε πλήρως αυτόματη λειτουργία. Οι χειροκίνητες μετρήσεις πεδίου διεξήχθησαν για να τεκμηριωθεί η αλήθεια για τον έλεγχο της ακρίβειας του προτεινόμενου συστήματος. Το βάθος και το μέγεθος της καταπόνησης μετρήθηκαν στο λογισμικό του GIS (ArcMap), με ακρίβεια 1 cm σε σύγκριση με τις μετρήσεις πεδίου έρευνας. Αυτή τη στιγμή το σύστημα αυτό δεν περιλαμβάνει την επεξεργασία εικόνων για ανίχνευση της καταπόνησης σε πραγματικό χρόνο. Αν και ο στόχος των ερευνητών είναι να αναπτύξουν ένα πλαίσιο για τρισδιάστατο μοντέλο επιφάνειας το οποίο θα επιτρέπει την εκτίμηση των κατακόρυφων διαστάσεων της καταπόνησης, το ταίριασμα της εικόνας για τρισδιάστατη ανακατασκευή είναι αργό, καθιστώντας τον υπολογισμό σε 94

96 πραγματικό χρόνο δύσκολο (Zhang, 2009). Επιπλέον, το σύστημα που έχει σχεδιαστεί εξαρτάται από τη σωστή διάταξη των αισθητήρων. Τα καλώδια πρέπει να είναι τυλιγμένα με ασφάλεια και οι κεραίες των αισθητήρων επί του σκάφους πρέπει να είναι καλά διατεταγμένες ώστε να αποφεύγεται η παρεμβολή σήματος (Zhang, 2009). b) Οι Cronin et al. (2014) κατέθεσαν μια αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας για μια εφεύρεση που παρέχει ένα σύστημα και μια μέθοδο για την ανίχνευση και τη διαχείριση των θέσεων των λακκουβών και των χαρακτηριστικών τους. Το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να αποκτήσει, να συγχωνεύσει και να αναλύσει τα δεδομένα ανίχνευσης της λακκούβας από διάφορες πηγές για να αναγνωρίσει τις λακκούβες που χρειάζονται συντήρηση ή επισκευή. Πρόσθετες πληροφορίες για τις λακκούβες, όπως ο αριθμός και η σοβαρότητα, μπορεί να συμπεριληφθούν, ώστε να επιτραπεί στις μεμονωμένες οντότητες να συντονίσουν τις προσπάθειές τους για αποτελεσματικότερο προγραμματισμό επισκευής της λακκούβας. Οι πηγές απόκτησης δεδομένων που αναφέρονται στην εφαρμογή περιλαμβάνουν δορυφόρους. Εναέριες πλατφόρμες, όπως αεροπλάνα, ελικόπτερα και UAV, είτε τηλεχειριζόμενα είτε αυτόνομα, και γεωπλατφόρμες εδάφους. Οι εναέριες πλατφόρμες μπορούν να είναι εξοπλισμένες με αισθητήρες, όπως κάμερες, ραντάρ και GPS. Το σύστημα θα λειτουργούσε πρώτα ζητώντας από τον χρήστη να καθορίσει μια τοποθεσία ενδιαφέροντος, τα όρια σοβαρότητας μιας λακκούβας και τις οδούς ενδιαφέροντος. Η ροή εργασίας του εργαλείου συνεπάγεται φιλτράρισμα των δεδομένων μετά την απόκτηση τους και το συνδυασμό τους με βάση δεδομένων GIS για ανάλυση. Μετά την επεξεργασία, μια αναφορά θα δημιουργηθεί και θα αποσταλεί σε ένα τμήμα συντήρησης. Η αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας περιγράφει ένα σύστημα ανίχνευσης λακκουβών παρόμοιο με αυτό που προτείνεται εδώ, σε πολύ γενικές γραμμές. Οι συγγραφείς δεν δεσμεύονται σε καμία πλατφόρμα συλλογής δεδομένων ή τεχνολογία αισθητήρων ειδικότερα. Επιπλέον, η αίτηση δεν αναφέρει καμία τεχνολογική εξέλιξη ή εργασίες που έγιναν για την ανάπτυξη ενός τέτοιου συστήματος. γ) Ο Brooks (2016) πρότεινε την ανάπτυξη ενός συστήματος αξιολόγησης μη ασφαλτοστρωμένου δρόμου. Το σύστημα σχεδιάστηκε με ένα drone με έξι έλικες ικανό έως και 20 λεπτά χρόνου πτήσης, και μια κάμερα Nikon. Βασίζεται στη φωτογραμμετρία κοντινού εύρους για να αναδημιουργήσει τις περιοχές απεικόνισης σε τρεις διαστάσεις, αναγνωρίζοντας με επιτυχία το 96% των λακκουβών. Η αυτοματοποιημένη ανίχνευση καταπόνησης πραγματοποιείται σε αυτές τις εικόνες εκτός σύνδεσης μετά την ολοκλήρωση της αποστολής. Η ανάλυση δεδομένων πραγματοποιήθηκε με το RoadSoft, ένα πακέτο λογισμικού GIS που πρέπει να εγκατασταθεί μαζί με πολλές εξαρτήσεις σε ένα λειτουργικό σύστημα των Windows, περιορίζοντας σημαντικά τη διαδεδομένη ανεξάρτητα από την πλατφόρμα χρηστικότητα. 95

97 6.5.2 Απόδοση Οι οπτικές μέθοδοι παρουσιάζουν μεγάλες δυνατότητες υλοποίησης συστημάτων ανίχνευσης λακκουβών σε πραγματικό χρόνο λόγω των μέτριων απαιτήσεων αποθήκευσης και επεξεργασίας τους. Σε προηγούμενη έρευνα, η ανίχνευση λακκούβας πραγματοποιήθηκε με επιτυχία κατά την αναπαραγωγή βίντεο. Η ανάλυση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο είναι θεωρητικά δυνατή με τη χρήση οπτικών προσεγγίσεων, αλλά δεν έχει εφαρμοστεί πρόσφατα σε ερευνητικές μελέτες (Mia Petkova, 2016). Η χρήση των UAV ως χαμηλού κόστους, αποτελεσματική εναλλακτική λύση σε σχέση με τα συστήματα συλλογής δεδομένων με οχήματα και άλλα αερομεταφερόμενα συστήματα έχει επίσης διερευνηθεί, ωστόσο οι οπτικές μελέτες που χρησιμοποιούν πλατφόρμες UAV περιλαμβάνουν χειρωνακτική λειτουργία των εναέριων οχημάτων για τη συλλογή δεδομένων και την επακόλουθη επεξεργασία δεδομένων εκτός σύνδεσης. Οι μελέτες που χρησιμοποιούν drones για σκοπούς ανίχνευσης έχουν επίσης επικεντρωθεί σε μη ασφαλτοστρωμένους δρόμους συγκεκριμένα. Η συλλογή δεδομένων UAV και η ανίχνευση φθορών σε πραγματικό χρόνο σε ασφαλτοστρωμένους δρόμους παραμένει ένας χώρος για περαιτέρω έρευνα. Ένα έργο που αποσκοπεί στην ανάπτυξη UAVs για να εκτελεί αυτόνομα σε πραγματικό χρόνο επιθεωρήσεις ασφαλτοστρωμένων δρόμων, προτάθηκε τον Οκτώβριο του 2015 στο Πανεπιστήμιο του Λιντς στη Μεγάλη Βρετανία (Popular Mechanics, 2015). Το έργο στοχεύει στη δημιουργία της πρώτης αυτο-επισκευαστικής πόλης και προτίθεται να το κάνει τόσο από την ανίχνευση όσο και από την επιδιόρθωση ζητημάτων σε υπερυψωμένες κατασκευές (φώτα του δρόμου και γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας), στο επίπεδο του δρόμου (λακκούβες) και του υπεδάφους (σωλήνες). Πρόκειται για ένα φιλόδοξο έργο, ωστόσο η μεθοδολογία και το χρονοδιάγραμμα για την ολοκλήρωση είναι ασαφείς (Mia Petkova, 2016) Απαιτήσεις Οι οπτικές προσεγγίσεις παρουσιάζουν μια πολλά υποσχόμενη οδό για την έρευνα στον εντοπισμό των λακκουβών. Τα απλούστερα εργαλεία που ενσωματώνουν αισθητήρες μιας κάμερας μπορούν να εφαρμοστούν με χαμηλότερο κόστος από εκείνα που ενσωματώνουν τεχνικές λέιζερ, ενώ παράλληλα παρέχουν την δυνατότητα εντοπισμού λακκούβας όπου οι πληροφορίες βάθους δεν είναι απαραίτητες (Mia Petkova, 2016). Αυτό που έχουν κοινό μερικά από τα υπάρχοντα εργαλεία για την αυτοματοποιημένη ανίχνευση, είναι το γεγονός ότι η επεξεργασία δεδομένων γίνεται μετά τη συλλογή δεδομένων. Αυτό απαιτεί επιπλέον χρόνο και τη διαθεσιμότητα εκπαιδευμένων τεχνικών για την εκτέλεση της ανάλυσης. Συνδυάζοντας τη συλλογή δεδομένων και την επεξεργασία δεδομένων απλοποιείται η διαδικασία επιθεώρησης και οδηγείται σε αύξηση η αποτελεσματικότητα τόσο από πλευράς χρόνου όσο και προσωπικού. Η μετέπειτα επεξεργασία απαιτεί επιπλέον την αποκλειστική αποθήκευση όλων των δεδομένων που συλλέγονται για εξέταση σε ένα επόμενο στάδιο. Μια φωτογραφική μηχανή GoPro που καταγράφει 30 καρέ ανά δευτερόλεπτο σε ανάλυση 1080 pixel 96

98 παράγει 149MB δεδομένων σε ένα λεπτό, για ρυθμό 8.9GB / h. Μία εξωτερική συσκευή αποθήκευσης είναι πιθανό να είναι απαραίτητη για ένα τέτοιο σύστημα και ο χώρος αποθήκευσης θα πρέπει συχνά να ελευθερώνεται για να φιλοξενεί υψηλά ποσοστά συλλογής δεδομένων. Ένα εργαλείο που αποθηκεύει μόνο τα δεδομένα ενδιαφέροντος θα οδηγούσε σε περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης και σε χαλάρωση των απαιτήσεων του υλικού για επιθεωρήσεις οδοστρωμάτων (Mia Petkova, 2016). Τέλος, η πλειοψηφία των υφιστάμενων εργαλείων έχουν αναπτυχθεί για χρήση σε αποκλειστικά οχήματα εξοπλισμένα με αισθητήρες, γεγονός που υποδηλώνει ότι πρέπει να αφιερωθούν σημαντικά κεφάλαια όχι μόνο για την αγορά και τη συναρμολόγηση των συστημάτων συλλογής δεδομένων μέσω οχημάτων, αλλά και την προμήθεια των τεχνικών για να τα χειριστούν Συνεισφορά Η καινοτομία του προτεινόμενου αυτοματοποιημένου εργαλείου επιθεώρησης οδοστρώματος έγκειται στην ενσωμάτωσή πολλών αυτόνομων συστατικών σε μια ενιαία πλατφόρμα, ικανή να πραγματοποιεί επιθεώρηση σε πραγματικό χρόνο. Από αναλυτικής απόψεως, υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα που σχετίζονται με μια τέτοια προσέγγιση. Πρώτον, θα αυτοματοποιήσει και θα συγκεντρώσει μια διαδικασία που είναι σήμερα κατακερματισμένη μεταξύ των διαφόρων μηχανισμών συλλογής δεδομένων, οι οποίοι είναι τουλάχιστον εν μέρει χειροκίνητοι. Δεύτερον, χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο ταξινόμησης, από αυτόν που μπορεί να ρυθμιστεί για να προσδιορίσει την καταπόνηση του οδοστρώματος σε διαφορετικά επίπεδα σοβαρότητας, η υποκειμενικότητα και το σφάλμα που μπορεί να προκύψει από την ανθρώπινη συμμετοχή στη διαδικασία ανίχνευσης μπορεί να ελεγχθεί. Τέλος, μια τυποποιημένη προσέγγιση θα διευκολύνει και θα επιταχύνει την ιεράρχηση των προτεραιοτήτων των πιο επειγουσών περιπτώσεων (Mia Petkova, 2016). Η πλατφόρμα έχει επίσης τη δυνατότητα να εισαγάγει σημαντικά κέρδη απόδοσης στην διαδικασία ανίχνευσης των λακκουβών. Λαμβανομένων υπόψη των προδιαγραφών των UAV υψηλότερων κατηγοριών που διατίθενται στην αγορά, ένα μονό πρωτότυπο UAV αυτού του συστήματος έχει την ικανότητα να εκτελεί 5 αποστολές σε μία μόνο εργασία 9 ωρών την ημέρα, η οποία ισοδυναμεί με την διέλευση μιας περιοχής 145 χιλιομέτρων (90mi) με μέγιστη ταχύτητα 89kmh (55mph). Αυτό ισοδυναμεί περίπου με τη μισή απόσταση μεταξύ της Βοστώνης και της Νέας Υόρκης. Σε σύγκριση με τα εργαλεία εντοπισμού λακκουβών που αναπτύσσονται για πλατφόρμες οχημάτων, υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα των drones. Δεν επηρεάζονται από την κυκλοφοριακή συμφόρηση και την απώλεια χρόνου κατά τη συλλογή δεδομένων, καθώς οι αερομεταφορές μπορούν να τερματιστούν σε οποιοδήποτε σημείο. Επιπλέον, η ανίχνευση μπορεί να εκτελεστεί σε διάφορες κλίμακες λόγω της ευελιξίας ενός αεροπλάνου να πετάξει σε οποιοδήποτε υψόμετρο μέχρι το νόμιμα καθορισμένο όριο 122 μ. (400 πόδια) στις Ηνωμένες Πολιτείες (FAA, 2015). Δεδομένης της επαρκούς χωρικής ανάλυσης της συσκευής ανίχνευσης, το ύψος πτήσης μπορεί να αυξηθεί χωρίς απώλεια λεπτομερειών και μεγαλύτερη έκταση μπορεί να καλύπτεται σε κάθε εικόνα (Zhang, 2009). 97

99 Η συναρμολόγηση του συστήματος αυτού είναι επίσης σημαντικά ευκολότερη από ό,τι για τα συστήματα οχήματος που αναπτύχθηκαν σε προηγούμενες εργασίες. Η μόνη απαίτηση χειροκίνητης συναρμολόγησης είναι για τρεις καρδανικούς αναρτήρες και την κάμερα που προσαρτάται στο UAV. Μια φωτογραφική μηχανή σε drone μπορεί εύκολα να βαθμονομηθεί για μια προς τα κάτω θέα του δρόμου, εξαλείφοντας την ανάγκη εξαγωγής ενός χώρου ενδιαφέροντος ή με άλλο τρόπο να μετασχηματίζουν τις εικόνες που έχουν συλλεχθεί πριν την ανίχνευση καταπόνησης. Ο υπολογισμός των δεδομένων μπορεί επίσης να γίνει σε πραγματικό χρόνο απευθείας στον υπολογιστή του drone, χωρίς να χρειάζεται η προσθήκη εξωτερικής συσκευής επεξεργασίας στο σύστημα. Το σύστημα GoPro αναπτύχθηκε από τους Nienaber et al (2015) και αποδείχθηκε ότι επεξεργάζεται την οδική εξαγωγή σε 0,148 δευτερόλεπτα και την ανίχνευση λακκουβών σε 0,037 δευτερόλεπτα ανά πλαίσιο. Σε ένα συνολικό χρόνο εκτέλεσης αλγορίθμου 0,2 δευτερόλεπτα, είναι βιώσιμο για την ανάπτυξη σε πραγματικό χρόνο ένα όχημα που οδηγεί σε κανονική ταχύτητα (λιγότερο από 60km / h ή 17m / s). Οι απαιτήσεις αποθήκευσης ενός εργαλείου που λειτουργεί σε πραγματικό χρόνο είναι επίσης σημαντικά χαμηλότερες, καθώς καταγράφονται μόνο τα σημεία δεδομένων που περιέχουν χαρακτηριστικά ενδιαφέροντος (Mia Petkova, 2016). Εκτός από την αύξηση της αποτελεσματικότητας, τα UAV μπορούν να παρουσιάσουν σημαντικά οικονομικά οφέλη στις επιθεωρήσεις των οδών. Ακριβώς όπως και άλλες πλατφόρμες που χρησιμοποιούν την επεξεργασία εικόνων για την ανίχνευση λακκουβών, μια πλατφόρμα UAV μπορεί να αποθηκεύσει τα ψηφιακά δεδομένα που έχει καταγραφεί για επανεξέταση μετά την αποστολή, αλλά σε ένα κλάσμα του κόστους. Ο Brooks (2016) διαπίστωσε ότι το κόστος ανά μίλι για τη λειτουργία της πλατφόρμας ανίχνευσης UAV είναι $ 0,74, ενώ το κόστος που σχετίζεται με το όχημα είναι $ 0,55 / mi. Αυτό αυξάνει συνολικά σε 1,29 δολ. / Μίλι, ένα ποσοστό σημαντικά χαμηλότερο από τις μεθόδους συλλογής εδάφους που κοστίζουν μέχρι $ 280 / mi (Brooks, 2016) Μεθοδολογία και περιορισμοί Υλικό Το εργαλείο ανίχνευσης λακκούβας αναπτύχθηκε στο Solo drone της 3DR σε συνδυασμό με τη GoPro Hero4 κάμερα (Εικόνα 6.13). Το Solo απαιτεί μια διπλή πλατφόρμα υπολογιστή 1GHz με 512MB μνήμης RAM και μπορεί να φτάσει ταχύτητες έως και 89 χλμ. / ώρα (3DR, 2016). Η κάμερα GoPro είναι εγκατεστημένη στο drone με τη βοήθεια ενός αναρτήρα σταθεροποίηση σε τρεις άξονες. Ο αναρτήρας διορθώνει τυχόν δονήσεις που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της πτήσης και διατηρεί το επίπεδο κάμερας για εγγραφές βίντεο υψηλότερης ποιότητας. Αυτή η ρύθμιση επιτρέπει ένα εύρος γωνίας κάμερας 0-90 μοίρες, όπου οι 90 μοίρες αντιστοιχούν προς τα κάτω. Το βίντεο για αυτό το έργο μεταδόθηκε με ταχύτητα 24 καρέ ανά δευτερόλεπτα (fps) σε ανάλυση βίντεο 1080 pixel σε ρύθμιση Narrow field of view (FOV), η οποία αφαιρεί την προκαθορισμένη ευρεία παραμόρφωση της GoPro (Mia Petkova, 2016). Το πιο σημαντικό εμπόδιο για την επιτυχημένη απόδοση και βιωσιμότητα αυτού του εργαλείου είναι το υλικό του drone. Ο ενσωματωμένος υπολογιστής του Solo δεν είναι 98

100 σε θέση να επεξεργαστεί τον αλγόριθμο ταξινόμησης λακκουβών αρκετά γρήγορα ώστε το εργαλείο να αναπτυχθεί ρεαλιστικά σε πραγματικό χρόνο. Ενώ ο χρόνος εκτέλεσης του αλγορίθμου σε έναν υπολογιστή 1.8 GHz με 4 GB μνήμης RAM είναι περίπου 1 δευτερόλεπτο, ο χρόνος εκτέλεσης του ίδιου αλγορίθμου στον υπολογιστή 1GHz του drone με 512MB μνήμης RAM είναι περίπου 10 δευτερόλεπτα. Για μια αποστολή 100 μέτρων που εκτελείται σε 1m / s συνολικής διάρκειας περίπου 1,7 λεπτά, ο αλγόριθμος θα απαιτούσε περίπου 18 λεπτά για να ολοκληρωθεί ανάλυση 100 καρέ (ένα ενιαίο πλαίσιο εικόνων για κάθε μέτρο) (Mia Petkova, 2016). Η έλλειψη συστήματος ισχύος είναι ένας άλλος σημαντικός περιορισμός που σχετίζεται με το υλικό. Η τεχνολογία μπαταρίας επιτρέπει μόνο 25 λεπτά χρόνου πτήσης για το Solo, το οποίο μειώνεται στα 20 λεπτά όταν το drone μεταφέρει ένα ωφέλιμο φορτίο, όπως ο 3-αξονικός αναρτήρας και η κάμερα GoPro. Αυτό μειώνει σημαντικά την εφικτότητα του εργαλείου σε πραγματικές εφαρμογές, μέχρις ότου οι τεχνολογικές εξελίξεις να επιτρέψουν μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, πιο εκτεταμένες αποστολές και να μειώσει τον αριθμό των διακοπών που απαιτούνται για τη χρέωση. Η κακή σύνδεση ελεγκτή, οι επαναλαμβανόμενες διακοπές ροής βίντεο, τα σφάλματα μαγνητικής παρεμβολής, και η ανάγκη για συχνές βαθμονομήσεις αισθητήρων ανέστειλαν επιπλέον την ταχεία εμπλοκή του Solo κατά τη διάρκεια της πλειονότητας των δοκιμών που εκτελούνται (Mia Petkova, 2016). Εικόνα 6.13 : Solo drone (Πηγή : Mia Petkova, 2016) 99

101 Λογισμικό Η 3DR έχει αναπτύξει το Solo CLI API, ένα εργαλείο γραμμής εντολών που χρησιμεύει ως αγωγός επικοινωνίας, ελέγχου και ενημερώσεων λογισμικού μεταξύ μιας απομακρυσμένης πλατφόρμας ανάπτυξης και του Solo. Το Dronekit Python API, που σχεδιάστηκε επίσης από την 3DR για την ανάπτυξη εφαρμογών UAV, επιτρέπει την πρόσβαση στις ζωτικές αναγνώσεις του Solo και τις αποστολές που γράφτηκαν στην Python να αναπτυχθούν στο drone. Οι δύο API ήταν που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη του λογισμικού Python για το έργο. Το σύστημα λογισμικού έχει σχεδιαστεί για να δημιουργεί αποστολές που αντιστοιχούν σε διαδρομές πτήσης που έχουν δημιουργηθεί σε Χάρτες Google. Μια αναλυτική γραφή διαδρομής παίρνει ένα αρχείο διαδρομής που δημιουργείται από το χρήστη και εξάγει γεωγραφικό πλάτος και γεωγραφικό μήκος από τη διαδρομή. Αυτές οι συντεταγμένες χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιας αυτόνομης αποστολής για το drone, όπου το όχημα ξεκινά από την συντεταγμένη εκκίνησης της διαδρομής και ταξιδεύει σε ευθεία γραμμή πάνω από κάθε τμήμα οδού σε μια διαδοχική συντεταγμένη σημείου. Όσο η αποστολή βρίσκεται σε εξέλιξη, εκτελείται αλγόριθμος εντοπισμού λακκουβών για την ανάλυση της ροής βίντεο και για την αναζήτηση πιθανών θέσεων ελαττωμάτων. Όταν εντοπιστεί μια τέτοια τοποθεσία, δημιουργείται ένας κατάλογος στον ενσωματωμένο υπολογιστή του drone, αποθηκεύοντας τις συντεταγμένες, τη χρονική σήμανση και την εικόνα που σχετίζεται με την καταπόνηση (Mia Petkova, 2016). Η πλατφόρμα που αναπτύσσεται σε εφαρμογές Solo είναι σχετικά νέα και ενώ έχει μεγάλες δυνατότητες να γίνει ένα σταθερό σύστημα για τους προγραμματιστές εφαρμογών λογισμικού UAV, πολλά σφάλματα λογισμικού δημιούργησαν εμπόδια στη διαδικασία ανάπτυξης. Το επίκεντρο αυτού του έργου δεν περιλάμβανε την ανάπτυξη ή τη βελτίωση υπάρχουσας ανίχνευσης λακκουβών αλλά η επιτυχία του είναι στενά συνδεδεμένη με την απόδοση του αλγορίθμου. Αν και η προσέγγιση που χρησιμοποιείται εδώ έχει σχετικά υψηλό ποσοστό επιτυχίας, μπορεί να υπάρχει περιθώριο βελτίωσης. Ένα αξιοσημείωτο πρόβλημα ήταν η ανάγκη να τροποποιηθούν τα κατώτατα όρια κατακερματισμού εικόνας. Εναλλακτικές μέθοδοι που αυτομάτως καθορίζουν αυτά τα όρια επίσης δεν λειτουργούν καλά. Μια πιο προσαρμοσμένη προσέγγιση θα ήταν απαραίτητη για τη βελτίωση της ακρίβειας του συστήματος (Mia Petkova, 2016). 100

102 6.5.6 Συμπερασματικά Ένα αυτόνομο σύστημα ανίχνευσης λακκουβών με βάση το UAV έχει τη δυνατότητα να αυξήσει την απόδοση και να μειώσει το κόστος που σχετίζεται με τον εντοπισμό και τη μέτρηση της καταπόνησης του οδοστρώματος. Ένα τέτοιο σύστημα έχει την ικανότητα να επιθεωρεί και να μετράει την καταπόνηση ταχύτερα και με μεγαλύτερη ακρίβεια από τους τεχνικούς, και να εξαλείψει την ανάγκη για μετέπειτα επεξεργασία των δεδομένων που συλλέγονται χρησιμοποιώντας μια συσκευή απεικόνισης. Η επιτυχής ανάπτυξη ενός τέτοιου συστήματος μπορεί να αποτελέσει μια λύση στον εντοπισμό της καταπόνησης του οδοστρώματος. Δεδομένου ενός ισχυρού επεξεργαστή, αυτό το σύστημα δείχνει δυνατότητες χρήσης σε πραγματικό χρόνο. Ένας σημαντικός περιορισμός στη χρηστικότητα του συστήματος που αναπτύχθηκε για επιθεωρήσεις σε πραγματικό χρόνο δημιουργείται από την τεχνολογία UAV. Ενώ ο αλγόριθμος επεξεργασίας εικόνας εκτελείται καλά σε ένα τυπικό φορητό υπολογιστή, η ταχύτητά του μειώνεται σημαντικά όταν εκτελείται επί του Solo drone. Αυτό εμποδίζει τη συλλογή και ανάλυση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, και ως εκ τούτου, την λεπτομερέστερη αξιολόγηση της συμπεριφοράς του συστήματος. Επιπλέον, η κατάτμηση της εικόνας που εφαρμόζεται στα δεδομένα που συλλέγονται απαιτεί τροποποίηση βάσει των συνθηκών φωτισμού και του τύπου οδοστρώματος. Μια πιο σύνθετη προσέγγιση αλγοριθμικού συντονισμού είναι απαραίτητη για την αντιμετώπιση αυτού του περιορισμού και την ανάπτυξη μιας λειτουργίας τμηματοποίησης που λειτουργεί καλά σε διαφορετικές συνθήκες (Mia Petkova, 2016).σχδδχχχχχ 101

103 6.6 Συμβολή ανακυκλώσιμων υλικών στη μείωση του κόστους συντήρησης οδοστρωμάτων Η χρήση ανακυκλώσιμων υλικών στις ασφαλτικές στρώσεις ως συστατικά των νέων ασφαλτομιγμάτων έχει διπλό όφελος, οικονομικό και περιβαλλοντικό. Επιπλέον, στη χρήση των ανακυκλωμένων υλικών προστίθενται και αυτά που προέρχονται από άλλα είδη υλικών, όπως τα παλαιά ελαστικά οχημάτων, και τα οποία ενσωματώνονται στα ασφαλτομίγματα (Δανιηλίδου Χ., 2014). Η συνεχής έρευνα επιχειρεί να εισαγάγει και εναλλακτικές μορφές ανακυκλώσιμων υλικών, όπως τα απορρίμματα φυτικών ελαίων ή κόκκων καφέ, ως πρόσθετα συστατικά. Για την εφαρμογή μιας τέτοιας μορφής καινοτομίας σε ευρεία κλίμακα θα πρέπει, αφού πρώτα έχει διασφαλιστεί η ικανοποιητική αποδοτικότητα μέσω των τεχνικών χαρακτηριστικών που απαιτούνται (αντοχή, αντίσταση ολίσθησης, κλπ), να έχει επιτευχθεί ότι η επεξεργασία, η παραγωγή και η διάστρωση του νέου αυτού ασφαλτικού μίγματος θα γίνει με τέτοιο τρόπο, ώστε να είναι οικονομικότερος από τον συμβατό ή να αποτελεί συμφέρουσα λύση μετά από αξιολόγηση του κόστους του κύκλου ζωής του. Ακόμη, η τεχνολογική πρόοδος δημιουργεί νέο πλήρως εφοδιασμένο εξοπλισμό, ο οποίος σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να συνδυάσει την εφαρμογή επιμέρους διαδοχικών εργασιών με τη χρήση ενός μηχανήματος. Έτσι, οι εργασίες πραγματοποιούνται με ταχύτητα, ακρίβεια και οικονομία (Δανιηλίδου Χ., 2014). Επιπλέον, εξοικονόμηση μπορεί να επιτευχθεί και μέσω της ενεργειακής εκμετάλλευσης του οδικού δικτύου. Για παράδειγμα, σημαντική πρόοδος γίνεται για την μείωση του λεγόμενου «Heat Island effect». Οι τεχνικές αυτές συνίστανται στη δημιουργία ενός οδοστρώματος υψηλής ανακλαστικότητας, όπως είναι η εκτέλεση εργασιών συντήρησης με υλικό ανοιχτού χρώματος, το οποίο απορροφά λιγότερη ακτινοβολία, δηλαδή θερμαίνεται λιγότερο, διατηρεί την επιφάνεια του οδοστρώματος κρύα, με αποτέλεσμα να σχηματίζει αυλακώσεις και να εμφανίζει γήρανση πιο αργά. Με αυτόν τον τρόπο, ο ρυθμός επιδείνωσης του οδοστρώματος μειώνεται σημαντικά, επομένως και η ανάγκη για συντήρηση, το οποίο με τη σειρά του συνεπάγεται την μείωση του κόστους. Ανάλογη εφαρμογή, αποτελεί η εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών εντός της ασφαλτικής επιφάνειας, η οικονομική αξιολόγηση της οποίας πρέπει να διερευνηθεί. Και σε αυτή την περίπτωση η θερμοκρασία του οδοστρώματος διατηρείται σε χαμηλότερα επίπεδα και επομένως, ο ρυθμός φθοράς λόγω των υψηλών θερμοκρασιών βαίνει μειούμενος, με αποτέλεσμα την μείωση του κόστους (Δανιηλίδου Χ., 2014) Ανακυκλώσιμα υλικά σε ασφαλτομίγματα Η προστασία των φυσικών πόρων, η μείωση του αρχικού κόστους μέσω της μη απαίτησης διάθεσης των απορριμμάτων των οδικών έργων σε χώρους υγειονομικής ταφής και η ανεπάρκεια αδρανών υψηλής ποιότητας οδηγούν στην ολοένα και μεγαλύτερη ανάπτυξη της αξιοποίησης των ανακυκλώσιμων υλικών. Η μέθοδος εφαρμόζεται όλο και περισσότερο στην συντήρηση οδικών έργων μέσω της χρήσης 102

104 ανακυκλώσιμων ή άλλων εναλλακτικών υλικών. Τα υλικά αυτά μπορεί να προέρχονται από: Κατεδαφίσεις και κατασκευές (πλακάκια, σκυρόδεμα, τούβλα), Οδοποιία (άσφαλτος), Εκσκαφές Τα ανακυκλωμένα υλικά περιορίζουν ή και αντικαθιστούν τη χρήση των αδρανών, αλλά αξιοποιούνται και ως υλικά πληρώσεως έναντι της ασφάλτου και του σκυροδέματος Πόρτλαντ στα ασφαλτικά οδοστρώματα και στα οδοστρώματα σκυροδέματος. Εδώ, το ζήτημα προσεγγίζεται από την πλευρά των υλικών που χρησιμοποιούνται ως συστατικά ή ως πρόσθετα σε μίγματα οδοστρωμάτων (Δανιηλίδου Χ., 2014). Η καταλληλότητα για την εκάστοτε χρήση των ανακυκλωθέντων υλικών προσδιορίζεται από τα φυσικά χαρακτηριστικά, τη διάρκεια ζωής, τη γεωτεχνική συμπεριφορά, και τη συμβατότητά τους με το περιβάλλον (Edil, 2013), ενώ η ποιότητά τους συνολικά εξαρτάται από την ποιότητα των υλικών που υποβάλλονται σε επεξεργασία, τη μέθοδο επεξεργασίας και διαχωρισμού που χρησιμοποιείται, καθώς και τον βαθμό της τελικής επεξεργασίας που υφίστανται. Σε κάθε περίπτωση τα ανακυκλώσιμα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι διαφορετικά. Υλικά πλήρωσης στην παραγωγή ασφαλτικού οδοστρώματος αποτελούν το καουτσούκ ελαστικών, η ιπτάμενη τέφρα, το γυαλί, τα ασφαλτικά σανίδια σκεπής, οι σκωρίες και η πορσελάνη, ενώ για αντικατάστασή του εφαρμόζονται καουτσούκ ελαστικών, ασφαλτικά σανίδια και απόβλητα πολυμερών. Από την άλλη, ως υποκατάστατο αδρανούς στην παραγωγή σκυροδέματος με τσιμέντο Πόρτλαντ εμφανίζονται η ιπτάμενη τέφρα, η πυριτική παιπάλη, οι κόκκοι σκωρίας υψικαμίνου, η πορσελάνη και η τοιχοποιία από πυλό. Τα τρία πρώτα υλικά που προαναφέρθηκαν μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ως αντικατάσταση του συνδετικού υλικού για το σκυρόδεμα αυτό, ενώ ως εναλλακτικά υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα ελαστικά οχημάτων, οι οργανικοί διαλύτες και οι εκπομπές σωματιδίων. (Gadja and VanGeem, 2001) Ανακυκλωμένο ασφαλτικό οδόστρωμα (Recycled Asphalt Pavement) Παρασκευάζεται με αφαίρεση και επεξεργασία του ασφαλτικού οδοστρώματος που ήδη υπάρχει σε οδική αρτηρία, με αποτέλεσμα να μειώνει τις ποσότητες ασφάλτου που απαιτούνται. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για την παρασκευή ζεστού όσο και ψυχρού ασφαλτομίγματος. Ως ζεστό ασφαλτόμιγμα εφαρμόζεται σε εύκαμπτη βάση, έχοντας κάποιες φορές και καλύτερη συμπεριφορά όσον αφορά την δυσκαμψία και τη σκληρότητα συγκριτικά με τα φυσικά αδρανή. Εφαρμοζόμενο κατά 30% σε επιστρώσεις έχει παρατηρηθεί ότι δεν μεταβάλλει την συμπεριφορά του οδοστρώματος, ενώ είναι πιο ανθεκτικό στη γήρανση και στη δράση νερού σε σχέση με το ασφαλτόμιγμα φυσικών αδρανών (Hertel, 2012). Τα πλεονεκτήματα, λοιπόν, που προκύπτουν από τη χρήση του είναι η μείωση των απαιτούμενων φυσικών πόρων και των αποβλήτων που αναπόφευκτα προκύπτουν 103

105 από τις υποδομές. Με τον τρόπο αυτό, μειώνεται και το κόστος των κατασκευών, αφού δεν απαιτούνται νέοι χώροι απόθεσης και μεταφοράς των αποβλήτων, ενώ ελαττώνεται και η κατανάλωση ενέργειας Ανακυκλωμένα ελαστικά Ως υποκατάστατο στην οδοποιία χρησιμοποιούνται τα παλιά ελαστικά των οχημάτων. Η αξιοποίηση της ψίχας χρησιμοποιημένου καουτσούκ ως τροποποιητή στην άσφαλτο ήταν σημαντική για τους ερευνητές κατά τα τελευταία χρόνια. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την ενσωμάτωση ψίχας καουτσούκ από χρησιμοποιημένα ελαστικά σε ασφαλτικές στρώσεις είναι δύο : η υγρή και η ξηρή διαδικασία. Στην πρώτη, σκόνη ελαστικού προστίθεται στο ασφαλτόμιγμα πριν από την ανάμειξη με τα αδρανή, ως τροποποιητής συνδετικού υλικού. Στη δεύτερη, ψίχα ελαστικού προστίθεται ως μέρος των αδρανών στο μίγμα, αντικαθιστώντας ένα τμήμα των λεπτόκοκκων αδρανών πριν από την προσθήκη της ασφάλτου. Στην τελευταία περίπτωση, η ψίχα ελαστικού δεν αντιδρά πλήρως με την άσφαλτο. Εργαστηριακά πειράματα έχουν δείξει ότι τα ασφαλτομίγματα με ψίχα καουτσούκ, σε γενικές γραμμές, δείχνουν μια βελτίωση στις φυσικές, χημικές και την απόδοση ιδιοτήτων των ασφαλτικών οδοστρωμάτων και, επιπλέον, συμβάλλει στην μείωση του πάχους των επικαλύψεων οδοστρώματος, όλο και λιγότερο θόρυβο εξαιτίας της κυκλοφορίας, την μείωση του κόστους συντήρησης, τη μείωση της ρύπανσης και τη βελτίωση των περιβαλλοντικών ζητημάτων. Η διαδικασία παραγωγής ασφαλτομίγματος με ανακυκλωμένα ελαστικά απεικονίζεται στην Εικόνα 6.14 (S.Ε. Paje et al., 2013) Εικόνα 6.14 : Διαδικασία παραγωγής ασφαλτομίγματος με ανακυκλωμένα ελαστικά (Πηγή : Δανιηλίδου Χ., 2014) Σύμφωνα με έρευνες είναι 12% φθηνότερο, ενώ εάν ληφθεί υπ όψιν ο κύκλος ζωής του, περιορίζει την κατανάλωση ενέργειας κατά 40%. Επίσης, διπλή είναι και η οικολογική του ωφέλεια, αφού βοηθά στην επαναχρησιμοποίηση ενός προϊόντος από τα εργοστάσια ανακύκλωσης ελαστικών, που υπό άλλες συνθήκες θα κατέληγε στις χωματερές. Αυτό συμβαίνει λόγω του ότι μεγάλη ποσότητα καουτσούκ, που δεν μπορεί 104