دانشگاه سمنان مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل 2423-5350 10 4 2025 01 20 Evaluation of pavement condition index and aging using spectroscopy analysis of asphalt samples and Sentinel-2 satellite images (Case Study: Sabzevar- Shahrood Road) ارزیابی شاخص خرابی و سن روسازی راه با استفاده از تحلیل طیف سنجی نمونه های آسفالتی و تصاویر ماهواره ای سنتینل-2 ( مطالعه موردی: جاده سبزوار- شاهرود) 75 93 9433 10.22075/jtie.2025.35864.1698 FA مهران رستمی کارشناسی ارشد راه و ترابری، گروه ژئوتکنیک- راه و نقشه برداری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرودشاهرود، ایران. سعید قره چلو استادیار، گروه ژئوتکنیک- راه و نقشه برداری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. 0000-0002-5158-1648 حسین قاسم زاده طهرانی استادیار، گروه ژئوتکنیک- راه و نقشه برداری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. Journal Article 2024 11 10 Predicting the budget for road construction and maintenance has been one of the most significant issues in government budget allocation. Early identification of road problems through preventive measures increases their lifespan and reduces maintenance costs. This study focuses on a 35-kilometer stretch of the Sabzevar-Shahrood road, located in a hot and dry region and serving as a transit path from east to west, where asphalt damage is frequently observed. To forecast the Pavement Condition Index (PCI) based on pavement age (AGE), systematic random sampling of asphalt was conducted at designated locations using GPS, followed by spectral analysis in a physics laboratory with a spectrometer. Optical images from Sentinel-2 were processed, utilizing green, blue, red, and near-infrared bands due to their 10-meter resolution and wavelengths ranging from 440 to 900 nanometers, which correspond closely to the asphalt response spectrum. Subsequent analyses involved extracting pixel values from the corresponding bands at the asphalt sampling sites within the Sentinel-2 satellite images and conducting statistical evaluations. The inverse relationship between AGE and PCI indicates that field analyses and calculations of distress indices were performed accurately, with their extension in band analysis as dependent variables being appropriately selected. In examining the relationship between the PCI and satellite imagery spectroscopy for predicting distress indices, the near-infrared band (B8) exhibited superior performance with a coefficient of determination (R2 = 0.48) compared to other bands, demonstrating relatively high accuracy that can be extended to other distress indicators such as the Pavement Serviceability Index (PSI). Given the average spatial resolution of 10 meters for the selected bands from Sentinel-2, a relatively low convergence coefficient  (R=0.323) was observed in this analysis concerning pavement distress dimensions. Furthermore, in assessing the relationship between pavement age (AGE) and satellite imagery spectroscopy for predicting pavement age, the near-infrared band (B8) outperformed other bands with a coefficient of determination R2= 0.55. In this analysis, higher convergence coefficients (R=0.56) were noted, suggesting that higher wavelength numbers in spectroscopy indicate younger pavement conditions. Traffic load significantly influences pavement distress; additionally, employing existing criteria for random sample selection plays a crucial role in determining distress indices and final analytical outcomes. Therefore, Sentinel-2 satellite images in the near-infrared band with a resolution of 10 meters demonstrated better correlation with age and distress indices of roads. However, these images will perform more effectively on roads wider than 10 meters.<br />In examining the relationship between the PCI and satellite imagery spectroscopy for predicting distress indices, the near-infrared band (B8) exhibited superior performance with a coefficient of determination (R2 = 0.48) compared to other bands, demonstrating relatively high accuracy that can be extended to other distress indicators such as the Pavement Serviceability Index (PSI). Given the average spatial resolution of 10 meters for the selected bands from Sentinel-2, a relatively low convergence coefficient (R=0.323) was observed in this analysis concerning pavement distress dimensions. ،he near-infrared band (B8) outperformed other bands with a coefficient of determination (R2= 0.55). In this analysis, higher convergence coefficients (R=0.56) were noted, suggesting that higher wavelength numbers in spectroscopy indicate younger pavement conditions. Traffic load significantly influences pavement distress; additionally, employing existing criteria for random sample selection plays a crucial role in determining distress indices and final analytical outcomes. Therefore, Sentinel-2 satellite images in the near-infrared band with a resolution of 10 meters demonstrated better correlation with age and distress indices of roads. However, these images will perform more effectively on roads wider than 10 meters. پیش‌بینی بودجه ساخت و تعمیر راه‌ها یکی از مهمترین مسائل در تخصیص بودجه دولت‌ها بوده است. شناسایی زودهنگام مشکلات راه‌ها با اقدامات پیشگیرانه باعث افزایش عمر و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری آنها می‌شود. در این پژوهش، 35 کیلومتر از محور سبزوار- شاهرود به دلیل قرار گرفتن در منطقه گرم و خشک و مسیر ترانزیت شرق به غرب، که همواره خرابی‌های آسفالتی در آن مشهود است، در نظر گرفته شد. به منظور پیش‌بینی شاخص خرابی روسازی (PCI) براساس عمر روسازی و عمر روسازی (AGE)، ابتدا در محل‌های تعیین‌شده با استفاده از GPS به‌صورت تصادفی سیستماتیک و نظر کارشناسی نمونه‏های آسفالت برداشت شد و در آزمایشگاه فیزیک آنالیز طیفی با استفاده از دستگاه اسپکتومتر صورت پذیرفت. تصاویر اُپتیکی سنتینل-2 پردازش شد و سپس از باندهای سبز، آبی، قرمز و مادون‌قرمز نزدیک به علت توان تفکیک 10متری و طول موج بین 440  تا 900 نانومتر، که مشابه طیف پاسخ آسفالت بود، استفاده گردید. در ادامه، با استفاده از نتایج طیف‌سنجی نمونه‏های آسفالت و استخراج ارزش پیکسلی باندهای متناظر در محل نمونه‏های آسفالت از تصاویر ماهواره‏ای سنتینل-2 استخراج و تحلیل‏های آماری انجام شدند. رابطه معکوس بین AGE و PCI نشان‏دهنده‌ این است که تحلیل‌های میدانی و محاسبه شاخص‌های خرابی به درستی صورت گرفته است و بسط آنها نیز در تحلیل باندها به عنوان متغیرهای وابسته درست انتخاب شده است. در ارتباط‌ بین شاخص خرابی راه (PCI) و طیف‌سنجی تصاویر ماهواره‌ای در پیش‌بینی شاخص خرابی، باند مادون قرمز نزدیک (B8) با ضریب تعیین (48/0 R2=) عملکرد بهتری نسبت به سایر باندها داشته و از دقت نسبتاً بیشتری برخوردار بود که می‌توان آن را به سایر شاخص‌های خرابی مانند شاخص عملکرد روسازی (PSI) بسط داد. با توجه به توان تفکیک مکانی متوسط (10 متر) باندهای انتخاب شده ماهواره سنتنیل-2 در مقایسه با ابعاد خرابی‌های روسازی، ضریب همگرایی نسبتاً کم (323/0R= ) در این تحلیل وجود داشت. در ارتباط‌ بین شاخص سن روسازی (AGE) و طیف‌سنجی تصاویر ماهواره‌ای در پیش‌بینی سن روسازی باند مادون قرمز نزدیک (B8) با ضریب تعیین (55/0R2=) عملکرد بهتری نسبت به سایر باندها داشت. در این تحلیل، ضرایب همگرایی (56/0R=) بیشتر بوده و می‌توان عنوان کرد که اعداد طول موج‌های بالای طیف‏سنجی، سن کمتر روسازی را نشان می‌دهند. در بررسی خرابی‌های روسازی، عبور بار ترافیکی نقش مهمی دارد. همچنین، استفاده از معیارهای موجود انتخاب نمونه‌های تصادفی نقش مهمی در تعیین شاخص‌های خرابی و نتایج نهایی تحلیل دارند. لذا تصاویر ماهواره‏ای سنتینل -2 در باند مادون قرمز نزدیک با اندازه تفکیک 10 متر، همبستگی بهتری با شاخص‏های سن و خرابی راه نشان دادند. البته این تصاویر در جاده‌های با عرض بیشتر از 10 متر، برای پیش-بینی خرابی عملکرد، کارایی مناسب‌تری خواهند داشت. https://jtie.semnan.ac.ir/article_9433_70d85f35a1fdc0ab701ff78779306407.pdf