MEDIDOR DE VELOCIDAD DE VEHICULOS POR ULTRASONIDOS DE ALTA EXACTITUD.

Sistema de estimación de velocidad de vehículos, que comprende una pluralidad n de dispositivos de medición (1) de velocidad,

situados en un mismo eje a distancias conocidas, cada uno de ellos comprendiendo un emisor (E) de ultrasonidos configurado para generar una barrera de ultrasonidos y un receptor (R) de ultrasonidos configurado para captar los ecos cuando un vehículo (2) atraviesa la barrera de ultrasonidos; donde cada dispositivo de medición (1) de velocidad está configurado para obtener los instantes de recepción de los ecos. El sistema comprende unos medios de procesamiento (3) configurados para recibir los tiempos de recepción de los ecos, y realizar una estimación de la velocidad del vehículo.Adicionalmente estos medios (3) estarán configurados para sincronizar unas medidas tomadas por un cinemómetro externo (5) y estimar el error producido por dicho cinemómetro (5) mediante la introducción de un sistema de adquisición de datos (4) en el sistema

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200930409.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: DE FRUTOS VAQUERIZO,JOSE, MARCOS LUCAS,CARLOS, JIMENEZ MARTINEZ,FCO. JAVIER, PASTOR PAZ,CARLOS.

Fecha de Solicitud: 2 de Julio de 2009.

Fecha de Publicación: 2 de Febrero de 2011.

Fecha de Concesión: 21 de Enero de 2011.

Clasificación Internacional de Patentes:

G01P3/64 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01P MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA ACELERACION, DECELERACION O DE CHOQUES; INDICACION DE LA PRESENCIA, AUSENCIA DE MOVIMIENTO; INDICACION DE DIRECCIÓN DE MOVIMIENTO (midiendo la velocidad angular utilizando efectos giroscópicos G01C 19/00; dispositivos de medida combinados para medir dos o más variables de un movimiento G01C 23/00; medida de la velocidad del sonido G01H 5/00; medida de la velocidad de la luz G01J 7/00; medida de la dirección o de la velocidad de objetos sólidos por reflexión o reradiación de ondas radio u otras ondas basada en los efectos de propagación, p. ej. el efecto Doppler, el tiempo de propagación, la dirección de propagación, G01S; medida de la velocidad de radiaciones nucleares G01T). › G01P 3/00 Medida de la velocidad lineal o angular; Medida de diferencias de velocidades lineales o angulares (G01P 5/00 - G01P 11/00 tienen prioridad; midiendo la velocidad angular utilizando efectos giroscópicos G01C 19/00). › Dispositivos caracterizados por la determinación del tiempo empleado en recorrer una distancia constante.
G01S15/58 G01 […] › G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS. › G01S 15/00 Sistemas que utilizan la reflexión o rerradiación de ondas acústicas, p. ej. sistemas de sonar. › Sistemas de determinación de velocidad o trayectoria; Sistemas de determinación del sentido del movimiento.
G08G1/04 G […] › G08 SEÑALIZACION. › G08G SISTEMAS DE CONTROL DE TRÁFICO (control de tráfico ferroviario, seguridad del tráfico ferroviario B61L; sistemas de radar o sistemas análogos, sistemas sonar o sistemas lidar especialmente adaptados para el control del tráfico G01S 13/91, G01S 15/88, G01S 17/88; sistemas de radar o sistemas análogos, sistemas sonar o sistemas lidar especialmente adaptados para anticolisión G01S 13/93, G01S 15/93, G01S 17/93; control de posición, rumbo, altitud o actitud de vehículos terrestres, de agua, el aire o el espacio, no es específico para un entorno de tráfico G05D 1/00). › G08G 1/00 Sistemas de control del tráfico para vehículos en carretera (disposición de las señales de tráfico o las señales de carretera E01F 9/00). › que utilizan detectores ópticos o ultrasónicos.
G08G1/052 G08G 1/00 […] › con disposiciones para determinar la velocidad o el exceso de velocidad.

Clasificación PCT:

G01P3/64 G01P 3/00 […] › Dispositivos caracterizados por la determinación del tiempo empleado en recorrer una distancia constante.
G01S15/58 G01S 15/00 […] › Sistemas de determinación de velocidad o trayectoria; Sistemas de determinación del sentido del movimiento.
G08G1/04 G08G 1/00 […] › que utilizan detectores ópticos o ultrasónicos.
G08G1/052 G08G 1/00 […] › con disposiciones para determinar la velocidad o el exceso de velocidad.

MEDIDOR DE VELOCIDAD DE VEHICULOS POR ULTRASONIDOS DE ALTA EXACTITUD.

Fragmento de la descripción:

Medidor de velocidad de vehículos por ultrasonidos de alta exactitud.

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de la instrumentación electrónica, concretamente al campo de los equipos electrónicos de medida de velocidad y calibración.

Estado de la técnica

Actualmente los métodos utilizados para la obtención de medidas de referencia de la velocidad de un vehículo rodado en movimiento se basan en la tecnología láser y en el principio físico que contempla la medida del tiempo que tarda un móvil en recorrer una distancia conocida. En este contexto, existen dos técnicas ampliamente utilizadas.

La filosofía de la primera de estas técnicas se describe en la Figura 1. Esta técnica consiste en la intercepción de dos barreras láser (1 y 2) por el vehículo en movimiento. Las barreras láser están separadas entre sí una distancia conocida d_b, y se registran los instantes de intercepción de ambas barreras t₁ y t₂. Dichas barreras se forman instalando un emisor de luz láser a un lado de la vía y un receptor o sensor láser al otro lado de la vía. Si se mide el tiempo entre intercepciones t₂-t₁ con la suficiente resolución se puede obtener una medida de la velocidad con suficiente exactitud como para ser usada como medida de referencia según la siguiente ecuación 1:

La filosofía de la segunda técnica se describe en la Figura 2. Consiste en colocar n sensores láser (n≥q2) en el arcén distanciados una distancia d_i,i+1 (i = 1, 2, ...) conocida y un emisor láser instalado en un vehículo de prueba. Si el haz de luz láser instalado sobre el vehículo de prueba incide sobre los sensores, se registran los instantes de tiempo de dichas incidencias t_i, pudiendo calcular el tiempo entre ellas, t_i+1-t_i. Se calcula la velocidad mediante la ecuación 2:

Ambas metodologías presentan algunos problemas prácticos:

• Es necesaria una alineación previa entre el emisor y el receptor láser para poder interceptar el paso del vehículo. Esto implica un gasto excesivo de tiempo en el ajuste de la alineación antes de comenzar el proceso de medida.

• El pico de consumo de corriente de los sistemas láser es elevado, por lo que en el caso de uso de baterías se limita el tiempo de operación del sistema.

• El cálculo de la estimación del error se realiza con posterioridad a la toma de medidas y no de forma inmediata.

• En el caso de la primera metodología hay que colocar equipamiento en ambos lados de la vía. Esto implica algunos aspectos negativos:

medcirc Existe un índice de peligrosidad añadido porque el/los operario/s tienen que cruzar la vía para colocar el equipamiento.

medcirc La alimentación eléctrica al equipamiento en el arcén interior (arcén izquierdo en los países en los que se circula por la derecha), ha de llevarse con cable desde el otro arcén o colocando una batería autónoma.

medcirc La fijación entre del emisor y el receptor a su soporte y este al suelo debe ser lo suficientemente fuerte para que vibraciones externas al sistema no desalineen el emisor y el receptor láser. Tales vibraciones pueden ser provocadas por un vehículo pesado.

• En el caso de la segunda metodología:

medcirc Sólo se pueden medir velocidades si pasa por la vía el vehículo de referencia con un emisor láser instalado y alineado con los receptores láser.

medcirc La fijación del receptor a su soporte y este al suelo debe ser lo suficientemente fuerte para que vibraciones externas al sistema no desalineen el emisor y el receptor láser. Tales vibraciones pueden ser provocadas por un vehículo pesado.

Es por tanto deseable un sistema que solucione los problemas propuestos.

Descripción de la invención

La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un sistema de estimación de velocidad de vehículos (VUAE) que es capaz de medir con exactitud la velocidad de un vehículo en movimiento, estimar el error de un cinemómetro externo por comparación y generar un informe de calibración. El VUAE es un sistema electrónico computerizado cuyo esquema de bloques se muestra en la Figura 3. El computador puede ser embebido, o no.

El VUAE está compuesto por n (n≥q2) parejas de E-R_ult, situadas en el mismo eje, solidarios entre sí. Cada pareja de E-R_ult se coloca en un soporte rígido, robusto y relativamente pesado para que las vibraciones no provoquen movimientos en él con facilidad. Los emisores de las n parejas E-R_ult generan n barreras de ultrasonidos. Los receptores de las n parejas E-R_ult captan de los ecos cuando el vehículo atraviesa las barreras. El registro de los instantes de tiempo de captación de los ecos recibidos y la distancia entre cada una de las n barreras de ultrasonidos permite la estimación de la velocidad del vehículo con alta exactitud si se afina lo suficiente en la medida del instante de llegada de los ecos a los E-R_ult.

La distancia entre cada E-R_ult puede ser variable pero hay que superar un mínimo entre ellos. Esta distancia mínima debe ser tal que un E-R_ult no pueda recibir ecos de una barrera generada por otro E-R_ult adyacente. Esto implica que cuanto más estrecho sean los lóbulos de emisión y recepción de los E-R_ult más cerca se podrán colocar entre sí los E-R_ult.

En el VUAE también se dispone de un sistema de adquisición de datos (SAD) que se encarga de captar los instantes de llegada del eco y medir el tiempo entre instantes con suficiente exactitud, inferior a 0,1 μs, y de recoger las medidas del cinemómetro externo. El SAD introduce toda la información al computador.

Cabe destacar, que el VUAE evita algunos de los problemas descritos anteriormente en el estado de la técnica:

• Ya no es necesaria una alineación previa entre el emisor y el receptor para poder interceptar el paso del vehículo, evitando el gasto excesivo de tiempo en el ajuste de la alineación antes de comenzar el proceso de medida.

• El consumo de corriente de los E-R_ult y del resto del equipamiento es bajo, por lo que se puede alimentar todo el sistema desde la alimentación del computador.

• Las vibraciones de un vehículo pesado no afectan al E-R_ult porque, al estar solidarios entre sí, en un soporte rígido, robusto y relativamente pesado se minimizan las vibraciones y además vibrarían los dos a la vez. No es necesario fijar los E-R_ult al suelo por lo que se evitan las instalaciones permanentes del sistema. Desaparece el problema de la desalineación.

• No se necesita vehículo de referencia para tomar medidas de velocidad.

• Reduce considerablemente el índice de peligrosidad porque el/los operario/s no tienen que cruzar la vía para colocar el equipamiento.

Las acciones que el VUAE realiza para estimar el error por comparación entre un cinemómetro externo y él mismo se muestran en la Figura 4 y se describe a continuación:

• El operador del VUAE, arranca el programa en el computador y comienzan a recogerse paralelamente, por medio SAD, todas las velocidades detectadas por el cinemómetro v_cinem,m y los instantes de llegada de dichas señales t_cinem,m, para m=1, 2, ..., M, y los instantes...

Reivindicaciones:

1. Sistema de estimación de velocidad de vehículos, caracterizado porque comprende:

• una pluralidad n de dispositivos de medición (1) de velocidad, situados en un mismo eje a distancias (d_2.1, d_3.2, ..., d_n,n-1) conocidas, cada uno de ellos comprendiendo:

medcirc un emisor (E) de ultrasonidos configurado para generar una barrera de ultrasonidos;

medcirc un receptor (R) de ultrasonidos configurado para captar los ecos cuando un vehículo (2) atraviesa la barrera de ultrasonidos;

estando cada dispositivo de medición (1) de velocidad configurado para obtener los instantes de recepción de los ecos, (t_j,1, t_j,2, ..., t_j,n);

• un sistema de adquisición de datos (4) configurado para:

medcirc recibir información proporcionada por un cinemómetro externo (5) incluyendo la velocidad de un vehículo m (v_cinem,m) y el instante de captación de dicha velocidad (t_cinem,m);

medcirc recibir los instantes de recepción de los ecos, t_jk, provenientes de los dispositivos de medición (1);

medcirc enviar la información recibida (v_cinem,m, t_cinem,m, t_jk) a los unos medios de procesamiento (3);

• medios de procesamiento (3) configurados para recibir los tiempos de recepción de los ecos, t_jk, correspondientes al vehículo j y a la barrera k para j=1,2, ..., N y k=1,2..., n, realizar una estimación de la velocidad del vehículo j según la ecuación:

sincronizar las medidas tomadas por el cinemómetro externo (5) y el sistema de estimación de velocidad y estimar el error generado por el cinemómetro externo (5).

2. Sistema de estimación de velocidad de vehículos, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de procesamiento (3) están configurados, para la sincronización de las medidas tomadas por el cinemómetro externo (5) y el sistema de estimación de velocidad, para:

• buscar la estimación de velocidad del vehículo j, hat{ν}_j, candidata a ser asignada a la medida de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5);

• asignar una estimación de velocidad para el vehículo j, hat{ν}_{j finalista}, tal que la distancia entre ésta y la medida de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5) sea mínima.

3. Sistema de estimación de velocidad de vehículos, según la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de procesamiento (3) están configurados, para la búsqueda de la estimación de velocidad del vehículo j, hat{ν}_j, candidata a ser asignada a la medida de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5), para la verificación de que el instante de captación del eco de la barrera 1 del vehículo j, t_j1, está dentro de una ventana configurable de x segundos antes del instante de captación t_cinem,m de la velocidad del cinemómetro externo (5).

4. Sistema de estimación de velocidad de vehículos, según cualquiera de las reivindicaciones 2-3, caracterizado porque los medios de procesamiento (3) están configurados para contabilizar las medidas de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5) que no tengan estimaciones de velocidad hat{ν}_j asignadas y las estimaciones de velocidad hat{ν}_j que no tengan medidas de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5) asignadas.

5. Sistema de estimación de velocidad de vehículos, según cualquiera de las reivindicaciones 2-4, caracterizado porque los medios de procesamiento (3) están configurados para avisar de las anomalías encontradas durante la búsqueda de la estimación de velocidad para el vehículo j, hat{ν}_j, candidata a ser asignada a la medida de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5).

6. Sistema de estimación de velocidad de vehículos, según cualquiera de la reivindicaciones 2-5, caracterizado porque los medios de procesamiento (3) están configurados, para la estimación del error generado por el cinemómetro externo (5), para comparar las medidas obtenidas del cinemómetro externo (5) y del sistema de estimación de velocidad.

7. Sistema de estimación de velocidad de vehículos, según la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de procesamiento (3) están configurados, para la estimación del error generado por el cinemómetro externo (5), para:

• avisar si la discrepancia entre el número de medidas realizadas por el cinemómetro externo (5), M, y el número de barreras de ultrasonidos, N, supera un cierto umbral;

• generar un informe de calibración;

• actualizar una base de datos de calibración.

8. Procedimiento para la estimación de velocidad de vehículos, en el que se utiliza una pluralidad n de elementos de dispositivos de medición (1) de velocidad, situados en un mismo eje a distancias (d_2.1, d_3.2, ..., d_n,n-1) conocidas, donde cada uno de ellos comprende un emisor (E) y un receptor (R) de ultrasonidos, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

• generar, los n emisores (E) de los elementos de medición (1) de velocidad, una pluralidad n de barreras de ultrasonidos;

• captar, los n receptores (R) de los elementos de medición (1), los ecos producidos cuando el vehículo atraviesa la barrera;

• obtener, los dispositivos de medición (1), los instantes de recepción de los ecos, (t_j,1, t_j,2, ..., t_j,n);

• recibir, unos medios de procesamiento de datos (3), los tiempos de recepción de los ecos, t_jk, correspondientes al vehículo j y a la barrera k para j=1,2..., N y k=1,2..., n;

• estimar la velocidad del vehículo j según la ecuación:

• recibir, un sistema de adquisición de datos (4), información proporcionada por un cinemómetro externo (5) incluyendo la velocidad de un vehículo m (v_cinem,m) y el instante de captación de dicha velocidad (t_cinem,m);

• recibir, el sistema de adquisición de datos (4), los instantes de recepción de los ecos, t_jk, provenientes de los dispositivos de medición (1);

• enviar, el sistema de adquisición de datos (4), la información recibida (v_cinem,m, t_cinem,m, t_jk) a los medios de procesamiento (3);

• sincronizar, los medios de procesamiento de datos (3), las medidas tomadas por el cinemómetro externo (5) y el sistema de estimación de velocidad;

• estimar, los medios de procesamiento de datos (3), el error generado por el cinemómetro externo (5).

9. Procedimiento para la estimación de velocidad de vehículos, según la reivindicación 8, caracterizado porque la etapa de sincronización de las medidas tomadas por el cinemómetro externo (5) y el sistema de estimación de velocidad comprende las siguientes etapas:

• buscar, los medios de procesamiento (3), la estimación de velocidad del vehículo j, hat{ν}_j, candidata a ser asignada a la medida de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5);

• asignar, los medios de procesamiento (3), una estimación de velocidad para el vehículo j, hat{ν}_{j finalista}, tal que la distancia entre ésta y la medida de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5) sea mínima.

10. Procedimiento para la estimación de velocidad de vehículos, según la reivindicación 9, caracterizado porque la búsqueda de la estimación de velocidad del vehículo j, hat{ν}_j, candidata a ser asignada a la medida de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5), comprende la etapa:

• verificar, los medios de procesamiento (3), que el instante de captación del eco de la barrera 1 del vehículo j, t_j1, está dentro de una ventana configurable de x segundos antes del instante de captación t_cinem,m de la velocidad del cinemómetro externo (5).

11. Procedimiento para la estimación de velocidad de vehículos, según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, caracterizado porque la etapa de sincronización de las medidas tomadas por el cinemómetro externo (5) y el sistema de estimación de velocidad comprende adicionalmente las siguientes etapas:

• contabilizar, los medios de procesamiento (3), las medidas de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5) que no tengan estimaciones de velocidad hat{ν}_j asignadas y las estimaciones de velocidad hat{ν}_j que no tengan medidas de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo asignadas;

• avisar, los medios de procesamiento (3), de las anomalías encontradas durante la búsqueda de la estimación de velocidad para el vehículo j, hat{ν}_j, candidata a ser asignada a la medida de velocidad v_cinem,m del cinemómetro externo (5).

12. Procedimiento para la estimación de velocidad de vehículos, según cualquiera de las reivindicaciones 8-11, caracterizado porque la etapa de estimación del error generado por el cinemómetro externo (5) comprende la etapa:

• comparar las medidas obtenidas del cinemómetro externo (5) y del sistema de estimación de velocidad.

13. Procedimiento para la estimación de velocidad de vehículos, según la reivindicación 12, caracterizado porque la estimación del error generado por el cinemómetro externo (5) comprende las siguientes etapas:

• avisar, los medios de procesamiento (3), si la discrepancia entre el número de medidas realizadas por el cinemómetro externo (5), M, y el número de barreras de ultrasonidos, N, supera un cierto umbral;

• generar, los medios de procesamiento (3), un informe de calibración;

• actualizar, los medios de procesamiento (3), una base de datos de calibración.

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