Ανάπτυξη δυναμικού συστήματος λήψης και επεξεργασίας ψηφιακής εικόνας οπτικού αισθητήρα για τον προσδιορισμό σε πραγματικό χρόνο των φωτομετρικών χαρακτηριστικών συστημάτων φωτισμού οδών και σηράγγων

Abstract

This research deals with the development of a dedicated system for the measurement of road surface luminance and the assessment of road and tunnel lighting systems in real time. The system is designed to be installed on a moving vehicle in order to avoid disturbance of vehicle traffic and to minimize the required time of the measurements.According to the current standards on lighting measurements on roads and tunnels, the assessment of the lighting levels is mandatory for safety reasons and should be repeated at regular intervals throughout the lifetime of the installation. This is reinforced by the need for the rational use of energy in highly energy-intensive street and tunnel lighting installations.The equipment, that is traditionally used for such kind of measurements, presents major issues concerning the time needed for the measurements, the field preparation and post processing effort. Even modern systems using digital optical sensors are designed, in particular, for laboratory measurements by limiting their usability to external test fields. In any case, measurements on roads and tunnels require a partial or total interruption of vehicle traffic, which put at risk the road safety and increases the complexity of the whole operation.The road surface luminance measurement system was developed based on CCD technology and specialized image processing techniques. The equipment is installed on a vehicle, the measurements are carried out as the vehicle moves, and the measurement results can be exported in real time. The development of the system is related to the design and implementation of both devices and software algorithms for the purpose of dynamic lighting measurements on roads and tunnels. Specific calibration and testing apparatuses for each individual subsystems have been developed. At the same time, the corresponding measurement methodologies were designed and described for each type of measurement.This text also includes the presentation of analytical test results of the system in real operating conditions through measurements in tunnels and open road sections.

Η παρούσα διατριβή αφορά στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος μέτρησης λαμπρότητας οδοστρώματος και αξιολόγησης του συστήματος φωτισμού οδών και οδικών σηράγγων σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα έχει σχεδιασθεί ώστε να εγκαθίσταται επί κινουμένου οχήματος με στόχο την αποφυγή όχλησης της κυκλοφορίας των οχημάτων και την ελαχιστοποίηση του απαιτούμενου χρόνου εκτέλεσης των μετρήσεων.Σύμφωνα με τα ισχύοντα πρότυπα, τα οποία αφορούν τις μετρήσεις φωτισμού σε οδούς και σήραγγες, η αξιολόγηση των επιτευχθέντων επιπέδων φωτισμού καθίσταται αναγκαία για λόγους ασφαλείας και θα πρέπει να επαναλαμβάνεται σε τακτά χρονικά διαστήματα καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής της εγκατάστασης. Αυτό ενισχύεται και από την ανάγκη για την ορθολογική χρήση της ενέργειας στις ιδιαίτερα ενεργοβόρες εγκαταστάσεις φωτισμού οδών και σηράγγων.Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για τις εν λόγω μετρήσεις παρουσιάζει σημαντικά προβλήματα στο χρόνο ολοκλήρωσης των μετρήσεων, την προετοιμασία του πεδίου και την μετέπειτα επεξεργασία. Ακόμη και τα σύγχρονα συστήματα που χρησιμοποιούν ψηφιακούς οπτικούς αισθητήρες είναι σχεδιασμένα, κυρίως, για εργαστηριακές μετρήσεις περιορίζοντας τη χρηστικότητά τους σε εξωτερικά πεδία δοκιμών και μετρήσεων. Σε κάθε περίπτωση, οι μετρήσεις σε οδούς και σήραγγες επιβάλλουν μερική ή ολική διακοπή της κυκλοφορίας των οχημάτων, γεγονός που θέτει σε κίνδυνο την οδική ασφάλεια και αυξάνει την πολυπλοκότητα του όλου εγχειρήματος.Το σύστημα μέτρησης λαμπρότητας οδοστρώματος που αναπτύχθηκε βασίζεται στην τεχνολογία των ψηφιακών οπτικών αισθητήρων - CCD - και σε εξειδικευμένες τεχνικές επεξεργασίας εικόνας. Ο εξοπλισμός εγκαθίσταται σε όχημα, οι μετρήσεις εκτελούνται καθώς το όχημα κινείται, ενώ τα αποτελέσματα των μετρήσεων δύναται να εξαχθούν και σε πραγματικό χρόνο. Η ανάπτυξη του συστήματος αφορά στο σχεδιασμό και την υλοποίηση τόσο των συσκευών όσο και των αλγορίθμων λογισμικού για το σκοπό της εκτέλεσης δυναμικών μετρήσεων φωτισμού σε οδούς και σήραγγες. Αναπτύχθηκαν ειδικές διατάξεις βαθμονόμησης και δοκιμών των επιμέρους υπο-συστημάτων. Παράλληλα σχεδιάσθηκαν και περιγράφονται οι αντίστοιχες μεθοδολογίες μετρήσεων για κάθε τύπο μέτρησης. Στο κείμενο περιλαμβάνεται, επίσης, παρουσίαση αναλυτικών αποτελεσμάτων δοκιμών του συστήματος σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας μέσω μετρήσεων σε σήραγγες και τμήματα ανοικτής οδοποιίας.