ES2379718A1 - Sistema para la evaluación dinámica de la drenabilidad de pavimentos de carreteras mediante técnicas de visión artificial. - Google Patents
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Abstract
Sistema para la evaluación dinámica de la drenabilidad de pavimentos de carreteras mediante técnicas de visión artificial.Concebido para permitir evaluar dinámicamente la drenabilidad de pavimentos de carreteras midiendo la cantidad de agua proyectada sobre un plano (8) por una rueda (2) que gira apoyada en el pavimento, en una zona sobre la que se está proyectando un flujo de agua, el sistema emplea un iluminador láser (3) y una cámara digital (4) de alta resolución y velocidad de adquisición de imágenes. El sistema se complementa con un dispositivo (1) para proyectar agua sobre él pavimento en la dirección de la rueda (2) que proyecta el agua hacia el plano iluminado por el láser. Las de agua lanzadas por la rueda son iluminadas cuando atraviesan el plano de iluminación definido por el láser. Si se adquiere con la cámara una imagen de este plano, en ella aparecerán, diferenciadas del resto, de manera que a través de un determinado software es posible determinar la capacidad drenante del pavimento.
Description
Sistema para la evaluación dinámica de la
drenabilidad de pavimentos de carreteras mediante técnicas de visión
artificial.
La presente invención se enmarca en el sector de
los sistemas y equipos de auscultación y medida automática a alto
rendimiento de las carreteras, así como de los elementos que las
componen y de los equipamientos para la seguridad vial que se
instalan en ellas.
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Actualmente los métodos existentes para realizar
la medición directa de la capacidad drenante de un firme son
completamente estáticos, requieren el posicionamiento inmóvil del
equipo sobre el punto en el que se va a efectuar el ensayo. Este
aspecto supone un gran inconveniente, pues es necesario interrumpir
la circulación por la vía en la zona en la que se está trabajando,
con los costes que ello conlleva, tanto económicos (material y
personal para realizar los cortes de tráfico, prolongación en el
tiempo de las campañas de medición, etc), como en los usuarios
(desvíos por rutas alternativas, generación de retenciones,
etc).
Estos métodos se fundamentan en la medición del
tiempo que tarda en pasar un volumen fijo de agua a través de una
sección del pavimento en unas determinadas condiciones. Para ello es
necesario posicionar un equipo, denominado permeámetro, sobre la
superficie del pavimento en el punto en el que se va a realizar la
medida.
Se han realizado pruebas para la evaluación
dinámica de la drenabilidad de pavimentos. Estas pruebas han
consistido en la medición de otros parámetros del pavimento, como la
emisión sonora o la textura, para posteriormente relacionarlos con
la capacidad drenante de los mismos.
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El sistema ideado para la evaluación dinámica de
la drenabilidad de pavimentos de carreteras se compone de varios
elementos, tal y como se aprecia en la figura 1. En dicha figura se
puede observar: (1) Dispositivo para la proyección de agua sobre el
pavimento; (2) Rueda que gira sobre el pavimento, en la zona dónde
se ha realizado la proyección de agua. (3) Sistema de Iluminación
láser; (4) Cámara digital de alta resolución y velocidad de
adquisición de imágenes. Además, el sistema dispondrá de un
procesador hardware para la adquisición y grabación en disco duro de
imágenes y un equipo con software de visión artificial para el
procesamiento de imágenes y evaluación en ellas de la cantidad de
agua proyectada.
A continuación se desarrollan las funciones de
cada uno de los elementos que componen el sistema para la evaluación
dinámica de la drenabilidad de pavimentos de carreteras.
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Si se quiere evaluar la drenabilidad de los
pavimentos en función de la cantidad de agua proyectada por una
rueda, es necesario disponer de agua sobre el pavimento. El
dispositivo para facilitar esa agua estaría compuesto por un
depósito y un regulador de caudal, de forma que siempre se lance la
misma cantidad de agua sobre la superficie de la carretera y se
elimine así un posible parámetro más en la obtención del resultado.
Además la boquilla de salida del agua debería proporcionar una
morfología de mojado suficiente para cubrir el área de contacto
entre la rueda y el pavimento.
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Esta rueda serviría para proyectar parte del
agua que no haya sido drenada por el pavimento, desde el momento en
el que tuviese contacto con el mismo hasta llegar a su posición. La
rueda debería apoyar sobre el pavimento y girar a la velocidad
adecuada. La rueda dispondría en su parte exterior de un neumático,
por lo que el contacto real del conjunto sería
neumático-pavimento. El neumático seleccionado
debería ser tal que sus características no interviniesen en el
resultado a obtener. Es decir, se debería utilizar un neumático en
el que la degradación por el uso no influya sobre la cantidad de
agua proyectada.
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Se trata de la combinación de un generador láser
con una óptica especial que permite transformar la morfología
puntual del haz de luz los láseres convencionales, con ópticas
cilíndricas, en un haz con forma lineal homogénea. De este modo se
consigue iluminar una línea, y no un punto, sobre la superficie a la
que se dirige la luz del láser. Con este dispositivo lo que
realmente se está iluminando es una sección triangular de un plano,
que tiene un vértice en la óptica del láser y cuyo lado opuesto es
la línea proyectada. Cuando las partículas de agua proyectadas por
la rueda atraviesen este plano, serán iluminadas por el láser, y
durante el tiempo que tarden en atravesarlo adquirirán la coloración
del haz utilizado, distinguiéndose fácilmente del resto de
partículas de agua que se encuentren fuera de ese plano.
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Se trata de una cámara digital monocromo con una
resolución de, al menos, 1280x1024 píxeles y con una velocidad de
adquisición de imágenes no inferior a 200 frames por segundo.
Además, la cámara dispone de una conexión para el control externo,
de modo que se pueda regular la velocidad de adquisición y la
resolución de las imágenes. Se completa con una óptica que permite
obtener una imagen de una superficie de 50x50 centímetros a una
distancia de 100 centímetros y con una resolución de 0,2 milímetros.
Con esta cámara se obtendrían imágenes del plano iluminado por el
láser. La elevada velocidad de adquisición es necesaria para obtener
imágenes del instante preciso en el que las partículas de agua
atraviesan ese plano y quedan coloreadas con la luz del láser.
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Se trata de un ordenador sobre el que se ejecuta
una aplicación software para la adquisición y grabación en disco
duro de secuencias de imágenes adquiridas con la cámara. El
ordenador se basa en un procesador de doble núcleo funcionando a 2.4
GHz. Este ordenador dispondrá de una bahía para la instalación de al
menos 4 discos duros de 500 Gigabytes de capacidad cada uno de
ellos.
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Está basado en un ordenador personal con
procesador de doble núcleo funcionando a una velocidad mínima de 2.4
Ghz. Este equipo es el responsable del procesamiento fuera de línea
de la información. El equipo de procesamiento toma como entrada las
secuencias de imágenes adquiridas en el escenario de trabajo y
genera como salida un informe que contiene la medida de la cantidad
de agua que atravesaba el plano iluminado por el láser en el momento
de la toma de cada imagen.
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Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo de
realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de
dicha descripción, una hoja única de planos en la que con carácter
ilustrativo y no limitativo y en su única figura, se ha representado
un esquema general de la invención en la que se puede observar sus
elementos constituyentes: (1) Dispositivo para la proyección de agua
sobre el pavimento; (2) Rueda que gira sobre el pavimento, en la
zona dónde se ha realizado la proyección de agua. (3) Sistema de
Iluminación láser; (4) Cámara digital de alta resolución y velocidad
de adquisición de imágenes.
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema para la evaluación dinámica de la
drenabilidad de pavimentos de carreteras se basa en la medida de la
cantidad de agua (6) proyectada por una rueda (2) que gira sobre el
pavimento (5). Manteniendo constantes los parámetros externos al
pavimento (5) (cantidad de agua en el pavimento, diámetro de la
rueda (2), anchura y tipo de neumático, velocidad de giro, etc) las
variaciones en la cantidad de agua proyectada (6) se deberán a las
variaciones en la capacidad de drenabilidad de los pavimentos, es
decir, en pavimentos con mayor capacidad de drenaje habrá menos agua
en la superficie y se proyectará menos cantidad de agua, y en
pavimentos con menor capacidad de drenaje habrá más agua en
superficie y se proyectará más. El método para evaluar la cantidad
de agua proyectada está basado en las técnicas de visión artificial
y análisis de imagen. Consiste en determinar la cantidad de
partículas de agua (6), proyectadas por la rueda (2), que existen en
una imagen (7). Para poder cuantificar la cantidad de agua existente
en una imagen (7) se hace necesario diferenciar lo que realmente es
agua de lo que no lo es. Además, para poder realizar medidas
dimensionales en la imagen, es necesario que todas las partículas de
agua se encuentren en un mismo plano. La solución a este problema se
obtiene utilizando un iluminador láser (3) con emisión lineal. De
esta manera, cualquier partícula de agua que pase a través del haz
(8) del láser quedará iluminada durante el tiempo que tarde en
atravesarlo. Si se toma una foto del haz en esos instantes, en la
imagen (7) aparecerán iluminadas las gotas de agua presentes en ese
plano. Si se realiza el análisis de esta imagen, es posible
cuantificar varios parámetros: número de partículas iluminadas (6'),
tamaño de cada una, suma del área de las partículas, porcentaje del
área de la imagen ocupado por partículas iluminadas, etc. Estos
parámetros están directamente relacionados con la cantidad de agua
proyectada por la rueda (2), y esta, a su vez, con la capacidad
drenante del pavimento (5).
El proceso de evaluación se realiza en dos
tiempos. En una primera parte del proceso, se realiza la adquisición
y grabación de secuencias de imágenes de escenas del plano iluminado
de forma activa por el sistema láser (3). Dichas secuencias de
imágenes son almacenadas en discos duros sin ningún formato de
compresión, para su posterior tratamiento y procesado. En una
segunda parte del proceso, se utiliza un equipo de procesado de
imágenes basado en ordenador personal. Este equipo toma como entrada
las secuencias de imágenes grabadas en proceso anterior y genera un
informe que contiene la medida de la cantidad de agua proyectada por
la rueda que existe en las imágenes.
La primera parte del proceso tiene por misión
realizar la adquisición y grabación en disco duro de secuencias de
imágenes (7) que contienen partículas de agua (6') proyectadas por
la rueda e iluminadas por el sistema láser (3) al atravesar el plano
de iluminación. Para conseguir que la rueda proyecte agua sobre el
plano iluminado se cuenta con un dispositivo hidráulico o proyector
(1) que la dirige hacia el pavimento, en la parte anterior de la
zona de contacto con la rueda. Este dispositivo hidráulico está
formado por un depósito de 1000 litros de capacidad y un regulador
de caudal variable entre 2 y 150 litros por minuto. La rueda (2)
puede ir montada en un carro que es arrastrado por un vehículo o
puede ser una de las propias del vehículo. La distancia entre la
posición desde la que se lanza el agua por el sistema hidráulico y
la posición de la rueda que tiene que proyectarla, es regulable. El
tiempo que tarda la rueda en recorrer esta distancia tiene que ser
suficiente para que el drenaje del pavimento realice su función.
Cuando la rueda (2) alcanza la zona mojada del pavimento comienza a
proyectar agua por su parte posterior. Las partículas de agua
proyectadas (6) alcanzan el plano iluminado por el láser (3) y
adquieren su coloración al atravesarlo. El sistema de iluminación
láser emite con una potencia máxima de 15 mW y una longitud de onda
de 635 nm, con una óptica que permite un ángulo de apertura de la
línea emitida de 20º. Mediante una cámara digital (4) monocromo con
una resolución de, al menos, 1280x1024 píxeles y con una velocidad
de adquisición de imágenes no inferior a 200 frames por segundo se
adquieren las imágenes de una porción del plano iluminado. La
ubicación de la cámara y su apertura angular permite adquirir
imágenes de una zona del plano de 50x50 centímetros a una distancia
de 100 centímetros y con una resolución de 0,2 milímetros. Las
imágenes adquiridas por la cámara son enviadas al procesador
hardware para su almacenamiento en los discos duros.
La segunda parte del proceso toma como entrada
los ficheros generados durante la fase anterior. Dichos ficheros
contienen secuencias de imágenes del plano iluminado por el láser.
Durante esta segunda parte se realiza el procesado de las imágenes
para efectuar la evaluación de la cantidad de agua proyectada por la
rueda que atraviesa el plano iluminado por el láser. El primer paso
del sistema de procesado de imagen consiste en detectar las
partículas de agua que estaban atravesando el plano iluminado en el
instante de realizar la toma. La detección se realiza fácilmente
debido a que estas partículas tienen una mayor luminosidad en la
escala de grises, obtenida gracias a la iluminación del láser. Una
vez detectadas, se procede a separarlas del resto de la imagen. Como
el plano en el que se encuentran estas partículas es siempre el
mismo, se pueden tener calibradas geométricamente las imágenes
obtenidas por la cámara. Esta calibración permite realizar medidas
dimensionales en las partículas separadas anteriormente mediante
herramientas de análisis de imagen de uso común. Con estas medidas
se obtienen las siguientes características de cada una de las
partículas: área, perímetro y factor de forma. Posteriormente se
analizan, para cada imagen, los valores obtenidos y se calculan los
siguientes parámetros: número total de partículas en la imagen,
tamaño (área), perímetro y factor de forma medio de las partículas,
y tanto por ciento del área total de la imagen ocupado por las
partículas iluminadas. Además, también se pueden obtener valores de
otra serie de características tales como la posición de las
partículas en la imagen (si están distribuidas homogéneamente o si
se encuentran agrupadas principalmente en alguna zona de la imagen),
la altura lograda por la proyección o la trayectorias de la misma.
Por último, al finalizar este proceso, se genera un informe que
contiene toda la información obtenida durante el procesado.
Claims (1)
1. Sistema para la evaluación dinámica de la
drenabilidad de pavimentos de carreteras mediante técnicas de visión
artificial, caracterizado porque está constituido por un
dispositivo para la proyección de agua sobre el pavimento (1), sobre
el que se establece una rueda (2) que gira sobre dicho pavimento en
la zona dónde se ha realizado la proyección de agua, habiéndose
previsto que posteriormente a la citada rueda se establezca un
sistema de iluminación láser (3) con el que se define un plano que
es atravesado por las gotas de agua que desprende la rueda (2), y en
el que dichas gotas quedan iluminadas a diferencia del resto, plano
perpendicularmente al cual se dispone, convenientemente distanciada,
una cámara digital de alta resolución (4) y velocidad de adquisición
de imágenes, complementándose el sistema con un equipo informático
dotado del correspondiente software para determinar la capacidad
drenante del pavimento (5) en función de las características
geométricas de las partículas previamente detectadas que han sido
iluminadas por el emisor lineal láser (3).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200901342A ES2379718B1 (es) | 2009-06-02 | 2009-06-02 | Sistema para la evaluación dinámica de la drenabilidad de pavimentos de carreteras mediante técnicas de visión artificial. |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES200901342A ES2379718B1 (es) | 2009-06-02 | 2009-06-02 | Sistema para la evaluación dinámica de la drenabilidad de pavimentos de carreteras mediante técnicas de visión artificial. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2379718A1 true ES2379718A1 (es) | 2012-05-03 |
| ES2379718B1 ES2379718B1 (es) | 2013-07-01 |
Family
ID=45939039
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2379718B1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2554702R1 (es) * | 2014-06-20 | 2015-12-23 | Centro De Estudios De Materiales Y Control De Obra, S.A. | Medidor continuo de drenabilidad y permeabilidad in-situ para pavimentos de carretera |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06138103A (ja) * | 1992-10-19 | 1994-05-20 | Kankyo Kogaku Kenkyusho:Kk | 道路舗装の透水性能試験方法及び装置 |
| JP2002148184A (ja) * | 2000-11-08 | 2002-05-22 | Toshiba Corp | 路面状態検出装置および交通流検出装置 |
-
2009
- 2009-06-02 ES ES200901342A patent/ES2379718B1/es active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH06138103A (ja) * | 1992-10-19 | 1994-05-20 | Kankyo Kogaku Kenkyusho:Kk | 道路舗装の透水性能試験方法及び装置 |
| JP2002148184A (ja) * | 2000-11-08 | 2002-05-22 | Toshiba Corp | 路面状態検出装置および交通流検出装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| A.B. SLIMANE el al. "Characterization of road microtexture by means of image analysis". Wear 264 (2008) 464-468. Available on line 20 february 2007. Recuperado en EPODOC como XP022406025 A. * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| ES2554702R1 (es) * | 2014-06-20 | 2015-12-23 | Centro De Estudios De Materiales Y Control De Obra, S.A. | Medidor continuo de drenabilidad y permeabilidad in-situ para pavimentos de carretera |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2379718B1 (es) | 2013-07-01 |
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