SISTEMA DE VERIFICACIÓN AUTOMÁTICO DE CINEMÓMETROS DOPPLER.

Sistema de Verificación Automática de Cinemómetros Doppler.Se trata de un sistema de verificación automática de cinemómetros Doppler (en adelante,

SVACD), que sirve para verificar el funcionamiento de los cinemómetros basados en el efecto doppler de forma automática. El SAVCD se encarga de adquirir señales con la secuencia temporal que se desee, analizarlas, almacenarlas y procesarlas, generando automáticamente un informe de verificación de un cinemómetro a verificar. El SAVCD detecta si se produce alguna eventualidad en el funcionamiento del cinemómetro ó en sí mismo, avisando del hecho a través de mensajes a móviles.El SAVCD, se compone los subsistemas:- Servidor: ubicado junto al cinemómetro, en el que se programan y ejecutan las tareas, se almacenan los datos, avisa de eventualidades en el SAVCD o el cinemómetro y proporciona las coordenadas mediante un sistema GPS.- Cliente: accede de forma remota al servidor gestionándolo y descarga y/o elimina los datos almacenados en el servidor. Con el procesado de los datos genera el informe de verificación

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901618.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

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

Fecha de Solicitud: 21 de Julio de 2009.

Fecha de Publicación: 20 de Octubre de 2011.

Fecha de Concesión: 7 de Octubre de 2011.

Clasificación PCT:

G01P21/02 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 21/00 Ensayo o calibrado de aparatos o de dispositivos comprendidos en los otros grupos de esta subclase. › de tacómetros.
G01P3/50 G01P […] › 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). › para medir una velocidad lineal (G01P 3/56 tiene prioridad).
G01S13/58 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 13/00 Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas de radio, p. ej. sistemas de radar; Sistemas análogos que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas cuya naturaleza o longitud de onda sea irrelevante o no especificada. › Sistemas de determinación de velocidad o trayectoria; Sistemas de determinación del sentido del movimiento.
G01S7/40 G01S […] › G01S 7/00 Detalles de sistemas según los grupos G01S 13/00, G01S 15/00, G01S 17/00. › Medios para monitorización o calibración.

Fragmento de la descripción:

Sistema de Verificación Automático de Cinemómetros Doppler.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector técnico de la instrumentación electrónica y más concretamente en la verificación del funcionamiento de los cinemómetros basados en efecto doppler.

Estado de la técnica

Los cinemómetros doppler están instalados en vías de tráfico y su funcionamiento está basado en la aplicación directa del efecto doppler. En el documento de referencia E89112112, se describe el procedimiento de estos sistemas para la medida de la velocidad basándose en el efecto doppler.

El estado de la técnica en la comprobación de la calidad de este tipo de sistemas está basado en el registro de la señal analógica procedente del cinemómetro doppler antes de ser procesada y en el registro de la información en formato digital que proporciona el cinemómetro doppler después de ser procesada. Estas dos señales analógica y digital respectivamente, se registran por separado con diferentes sistemas. Se toman un número N de medidas, al paso de un número M de vehículos (M≥qN). Posteriormente se accede a ambos registros y se irá verificando con un analizador de espectro la señal analógica para cotejarla con su correspondiente medida en formato digital que ha medido el cinemómetro doppler.

El análisis espectral de la señal analógica que proporciona el cinemómetro doppler antes de ser procesada es la que contiene la información de la velocidad. Actualmente, se aplica esta señal analógica, previamente registrada, a un analizador de espectro y se observa la frecuencia fundamental. Esta frecuencia fundamental es la llamada frecuencia doppler, f_d y es a partir de esta frecuencia como se proporciona la velocidad del vehículo.

Esta metodología presenta algunas imprecisiones:

• Generalmente puede haber más señales analógicas (señales doppler) que señales digitales. Sin embargo, el cinemómetro doppler sólo emite una señal digital por el procesamiento de sólo una señal doppler, por lo que hay que detectar cual es la señal doppler que causa que el cinemómetro emita la señal digital con la medida.

• Ocurre, esporádicamente, que el cinemómetro entrega algún dato en su señal digital que no está vinculado a ninguna señal doppler. Habitualmente estos datos son reconocibles por codificarse con algún código específico, pero este modo de actuación depende de la marca y modelo del fabricante del cinemómetro. Este hecho dificulta el proceso de sincronización y emparejamiento de valores entre la velocidad procedente del cinemómetro y la calculada tras el análisis espectral de la señal analógica.

• Existen señales cuya FFT (Transformada de Fourier.) presenta varios picos significativos, es decir, existen varios tonos candidatos a ser la f_d. La existencia de varios picos podría deberse a la presencia de más de un vehículo por el área de influencia del cinemómetro. Esto dificulta la identificación de la f_d con la que el cinemómetro calcula su medida de velocidad.

• La frecuencia fundamental que se puede ver en el analizador no es constante, hay una variación de la frecuencia (Δf_d) que no se contempla para luego calcular la velocidad. Esto implica un error a la hora de calcular la velocidad.

• Hay que realizar el cálculo de las velocidades, a posteriori, a partir de las f_d detectadas en el análisis espectral con el analizador de espectro en el laboratorio.

• El análisis comparativo entre el cálculo de la velocidad mediante el analizador de espectro y el proporcionado por el cinemómetro doppler, ha de hacerse tras haber calculado las velocidades mediante el análisis espectral que se realiza en el laboratorio. La sincronización entre la señal analógica y la señal digital no es automática. Este punto y el anterior implican un gasto excesivo de tiempo.

Existe un antecedente, descrito en la solicitud de la patente P200701348, realizado por los mismos inventores de la presente invención, consistente en el desarrollo de un sistema electrónico computerizado y el procedimiento de cálculo de la velocidad a partir de un conjunto de medidas de la f_d al paso de un vehículo en movimiento, del registro de las señales analógicas y digitales de forma sincronizada y de la elaboración y registro de un informe de resultados al finalizar la última medida de velocidad. Este sistema mejora las propiedades del anterior consiguiendo que:

• Mejorar la precisión en la f_d detectada.

• El cálculo de las velocidades se realice de forma automática e inmediata.

• El análisis de las medidas realizadas a la entrada del cinemómetro doppler (señal analógica) y a la salida del cinemómetro doppler (señal digital) se realizase de forma inmediata cuando se haya tomado la última medida de velocidad pudiendo realizar el informe de verificación del cinemómetro doppler de forma automática.

Sin embargo, este sistema sólo permite realizar una tarea de recogida de datos para cada verificación, es decir que cuando el sistema entrega el informe de verificación, el operador del sistema tiene que lanzar otra nueva tarea de recogida. Sería deseable poder realizar varías tareas de recogida de datos para cada verificación mejorando otras prestaciones.

Por estos motivos se plantea la invención que se describe en este documento. Esta invención consiste en unos procedimientos y en un sistema electrónico computerizado que supera los problemas descritos anteriormente.

El sistema construido está formado por un subsistema servidor empotrado en la ubicación del cinemómetro y un subsistema cliente.

El subsistema servidor se encarga de:

• Ejecutar la/s tarea/s de recogida programadas por el subsistema cliente.

• Almacenar los datos recogidos y la información complementaria de la/s tarea/s de la recogida.

• Avisar del mal funcionamiento del cinemómetro doppler o del SVACD.

El subsistema cliente se conecta al servidor de forma remota y se encarga de:

• Entrada de la información complementaria a las tareas de recogida: Operario, identificación del cinemómetro, ubicación SVACD y del cinemómetro doppler objeto de estudio, que puede editarse manualmente ó recibir la información de la ubicación a través del GPS.

• Programar las tarea/s de recogida en el servidor.

• Lanzar las tarea/s de recogida y pararlas cuando se desee.

• Descargar los datos obtenidos en las diferentes tareas de recogida y/o eliminarlos del servidor.

• Realizar el análisis estadístico y la generación de los informe/s de verificación en base a las medidas adquiridas en las tarea/s de recogida.

Descripción detallada

Se describe un Sistema de Verificación Automático de Cinemómetros Doppler (SVACD), por medio de un sistema electrónico computerizado que calcula la velocidad v_d, a partir de la señal doppler a la entrada del cinemómetro y calcula las desviaciones con la medida de velocidad, v_c, proporcionada por el cinemómetro mediante una señal digital. Para una explicación detallada de este tipo de cinemómetros se remite al documento ES 2091756 y para explicar el funcionamiento del sistema nos apoyaremos en el diagrama de bloques de la Fig. 1.

La antena del cinemómetro (1) de la Fig. 1 proporciona, al paso de un vehículo por su zona de influencia, una señal analógica S2 (señal doppler), que se trata de una señal alterna de baja frecuencia (f<20 Khz) con la frecuencia doppler (f_d). Esta señal proviene de aplicar a un mezclador la señal procedente de un oscilador de microondas y la radiación reflejada. La señal del mezclador se amplifica y se filtra, obteniendo a partir de la señal de la Fig. 2, la señal doppler de la Fig. 3. Todo lo descrito se realiza en el cinemómetro (1) de la Fig. 1. Existe una relación directa entre la f_d y la v_d:

Donde α es un ángulo dado por el fabricante del cinemómetro, f_d está expresada en Hz y v_d está expresada en m/seg.

El cinemómetro (1) de la Fig. 1 también proporciona una señal digital, S1, a través de un bus, con la información de la velocidad (v_c) detectada cuando se detecta un vehículo en movimiento...

Reivindicaciones:

1. Sistema de verificación automático de cinemómetros doppler caracterizado porque comprende dos subsistemas:

a. un subsistema empotrado, denominado servidor (A), en la ubicación del cinemómetro (1), que comprende un Subsistema de Adquisición, Tratamiento, Análisis y Servidor de Datos (SATASD (2)), un Programador de Tareas de Recogida (PTR (3)), un GPS (5) y un Sistema de Avisos (SAV (4)), en el que se programan las tareas de recogida de las señales analógicas y digitales con el PTR (3), se ejecutan las tareas de recogida, se almacenan los datos recogidos, se avisa con el SAV (4) de eventualidades en el sistema de verificación automático de cinemómetros doppler ó en el cinemómetro doppler (1), y se proporciona su localización mediante el GPS (5);

b. un subsistema, denominado cliente (B) con acceso remoto al servidor (A), que comprende un Gestor de Ficheros de Tareas de Recogida (GFTR (6)) y un Generador de Informes de Verificación (GIV (7)), que realiza la entrada de información complementaria a la tarea de recogida, programa las tareas de recogida de datos, lanza las tareas de recogida en el servidor (A) y descarga y/o elimina los datos almacenados en el servidor (A), una vez descargados los datos, analiza los datos adquiridos y genera y almacena el informe de verificación con el GIV (7).

2. Sistema de verificación automático de cinemómetros doppler, según la reivindicación 1, caracterizado porque el PTR (3) está configurado, a partir de una orden de usuario, para particularizar y guardar, en un fichero de configuración de tareas de recogida (FCTR (12)) programadas, la secuencia de tareas de recogida con opciones configurables que comprenden fijar cuando iniciar o interrumpir el proceso, realizar el proceso a intervalos fijos o variables, fijar periodos concretos de ejecución, limitar el número de medidas, generar un número variable de ficheros de configuración de tareas de recogida (FCTR (12)) para guardar y cargar según orden de usuario.

3. Sistema de verificación automático de cinemómetros doppler, según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el SAV (4) implementa en el sistema de verificación automático de cinemómetros doppler un subsistema GSM que envía mensajes SMS a terminales móviles, avisando de eventualidades surgidas durante el funcionamiento del sistema, comprendiendo dichas eventualidades, fallo de la alimentación, rearme de la alimentación, falta de sincronización entre medidas, ausencia de señales analógicas y/o digitales, finalización programada o voluntaria de una secuencia de tareas de recogida.

4. Sistema de verificación automático de cinemómetros doppler, según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el GIV (7) comprende:

a. unos módulos de discriminación y selección de señales incluidos en unos medios de procesamiento, encargados de seleccionar los datos para realizar el análisis estadístico, emitir en tiempo real y de forma automática el informe de verificación según las tolerancias seleccionadas por el usuario y almacenar en soporte informático los informes de verificación;

b. los medios de procesamiento encargados de clasificar e indexar los ficheros de datos adquiridos en las tareas de recogida y el GIV (7), generar el informe de verificación, buscar ficheros indexados con anterioridad y generar los informes de verificación asociados en formato exportable a un ordenador personal.

5. Sistema de verificación automático de cinemómetros doppler, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque comprende un procedimiento de detección de vehículos en la zona de influencia del cinemómetro (1) en el que se analiza si la relación señal a ruido de la señal doppler obtenida por el cinemómetro (1) está comprendida entre unos valores umbrales predefinidos, y en ese caso, registrar datos, únicamente durante el tiempo en el que el vehículo está en la zona de influencia del cinemómetro (1), procesarlos mediante un procedimiento de cálculo para obtener la velocidad del vehículo v_d a partir de la señal doppler.

6. Sistema de verificación automático de cinemómetros doppler, según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende un procedimiento para el cálculo de la velocidad del vehículo v_d partiendo de las señales doppler y sincronización con las velocidades medidas por el cinemómetro (1) a partir de la amplitud de los tonos de la misma, comprendiendo las siguientes etapas:

a. Se registran todas las señales doppler, recogidas en soporte informático;

b. Se identifican las señales doppler candidatas a generar una señal digital como todas las señales doppler cuyo instante de inicio esté dentro del intervalo instante de llegada, x segundos, siendo el valor de los x segundos el que asegura que le dé tiempo al cinemómetro (1) a responder con la señal digital después de haber procesado la señal doppler, y que puede ser modificado a voluntad por el usuario;

c. Se aplica la FFT a cada señal doppler candidata, proporcionando las f_dcs en función de los tonos detectados, considerando f_dcs a todos los tonos de la FFT con nivel hasta M dB por debajo del tono de mayor amplitud y permitiendo que el usuario pueda variar el valor de M (dB) para conseguir más o menos sensibilidad;

d. Se aplica a las f_dcs, la fórmula de conversión de la ecuación v_d = 0,5 • \frac{f_d}{cos \ α}, dando lugar a unas v_dcs y para cada señal doppler adquirida, se almacenan una ó más f_dcs, la amplitud de los tonos medidas y las v_dcs calculadas;

e. De las v_dcs se selecciona la velocidad que se distancia menos de la v_c, quedando un único valor de velocidad por señal, v_d, obteniendo tantas velocidades v_df como señales doppler candidatas;

f. De todas las velocidades v_df se selecciona como el valor de la v_d la que tiene mayor amplitud de tono y este valor calculado de la v_d, es el que será sincronizado y emparejado con la v_f, y al mismo tiempo, la señal doppler de la que se obtuvo la v_df seleccionada, se marca como usada para que no sea tenida en cuenta para ninguna otra señal digital;

g. Con el resultado de este procedimiento aplicado para cada señal digital generada por el cinemómetro (1) se obtiene una tabla de valores v_d ≤ftrightarrow v_c;

h. Se realiza la detección y cuenta de señales digitales no sincronizadas;

i. Se realiza la detección y cuenta de señales digitales no válidas en el cinemómetro (1), es decir, cuenta de señales digitales no sincronizadas;

j. Se realiza la detección y cuenta de señales doppler no sincronizadas.

7. Procedimiento para el cálculo de la v_d según la reivindicación 6 caracterizado porque el procedimiento para el cálculo de la v_d en las etapas h, i y j establece la no sincronización de señales doppler con señales digitales basándose en las siguientes acciones del procedimiento:

a. Detección y cuenta de las señales digitales entregadas por el cinemómetro (1) con ausencia de señales doppler, considerando eventualidad al superar el 5% del total de las medidas realizadas, siendo este un porcentaje configurable por el usuario;

b. Detección y cuenta de señales digitales no válidas en el cinemómetro (1), considerando eventualidad siempre al superar el 5% del total de las medidas realizadas, siendo este un porcentaje configurable por el usuario;

c. Detección y cuenta de las señales doppler que no son candidatas a ninguna señal digital, considerando que existe eventualidad al sobrepasar el número de medidas no sincronizadas.

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