Procedimiento de detección de insectos xilófagos que comprende:

- muestrear una señal de sonido captada en una estructura de madera sospechosa de presentar insectos xilófagos para obtener un fragmento digitalizado de audio,

caracterizado porque adicionalmente comprende:

- calcular una amplitud de señal del fragmento digitalizado de audio en una banda de alta frecuencia (RMSH) y una amplitud de señal del fragmento digitalizado de audio en una banda de baja frecuencia (RMSL),

- ejecutar un algoritmo de detección de picos en la amplitud de señal calculada del fragmento digitalizado de audio en una banda de alta frecuencia (RMSH) para obtener todos los instantes de tiempo dentro de una ventana de muestras en la que la amplitud de señal es mayor que la de la muestra inmediatamente anterior y posterior,

- entre los instantes de tiempo obtenidos, seleccionar al menos un instante de chasquido en el que, dentro de un determinado intervalo centrado en dicho instante, el número de instantes de tiempo obtenidos cuya amplitud de señal en la banda de alta frecuencia (RMSH) supera un umbral inferior es menor que un límite máximo, y en dicho instante la amplitud de señal en la banda de alta frecuencia (RMSH) es mayor que un umbral superior y mayor que un 50 por ciento de la amplitud de señal en la banda de alta frecuencia (RMSH) en un determinado intervalo;

- asociar los instantes de chasquido seleccionados con una indicación de sonido de xilófago detectado.

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Procedimiento de detección de insectos xilófagos

Campo de la invención

La presente invención se aplica al sector industrial dedicado a las tareas de montaje de instrumentación electrónica y programación de dispositivos electrónicos para el procesamiento digital de señales orientadas al campo de la detección de insectos y combate de plagas.

Antecedentes de la invención

En los últimos tiempos existe un creciente interés por la conservación y recuperación del Patrimonio Histórico-Artístico y hay que tener en cuenta que más del 70% de este patrimonio está constituido por materiales orgánicos, biodegradables (madera y papel fundamentalmente) , que pueden ser (y son) atacados y destruidos por hongos e insectos.

Los insectos xilófagos actúan en el interior de la madera y raras veces es posible detectar su presencia hasta que los daños tienen cierta entidad. En el caso de las larvas de cerambícidos (Hylotrupes, Hespherophanes...) , cuando alcanzan un tamaño determinado dentro de la madera, es posible escuchar el ruido que producen al horadar galerías en la madera, si el entorno donde se encuentra la madera lo permite y dependiendo de la habilidad de la persona que realiza la inspección.

El caso extremo es el de las termitas, que actúan siempre ocultas y no son audibles a simple oído. A menudo los sonidos audibles producidos por las termitas son bastante débiles y es frecuente que se enmascaren por otros sonidos medioambientales. Distinguir los sonidos de las termitas de otros sonidos audibles en el ambiente requiere de un entrenamiento importante y es bastante subjetivo incluso con entrenamiento.

Uno de los principales problemas es que la energía de ruido emitido por los xilófagos es extremadamente baja. A este problema hay que añadir los ruidos, que no tienen porqué ser constantes, que se puedan producir en las inmediaciones. Por todo ello, la detección de termitas que atacan maderas estructurales y otros productos de madera suele resultar un proceso difícil.

Actualmente el principal procedimiento utilizado en la detección de termitas es la inspección visual. El inspector examina las áreas accesibles de las estructuras donde la actividad de termitas es más probable que ocurra, prestando especial interés en señales indirectas y externas muy finas como galerías de ascensión (chimeneas) , fisuras en recubrimientos de escayola o presencia de cúmulos terrosos. Cuando un elemento de madera que se sospecha contiene termitas es localizado, el inspector utiliza una sonda afilada como un destornillador para romper la superficie de la madera, para de este modo poder localizar las galerías y termitas vivas. En consecuencia, generalmente la confirmación de una infestación activa requiere de algún daño menor localizado en la madera.

Debido a la diversidad de componentes y entramados en las construcciones de madera y a la variedad de sus posibles lesiones, se hace necesaria una puesta a punto de metodologías de mantenimiento y reconocimiento del maderamen, basadas en sistemas mínimamente invasivos y no destructivos.

La demanda del mercado por un procedimiento seguro, no destructivo y no subjetivo para detectar termitas, especialmente destinado al creciente interés por recuperar nuestro patrimonio artístico, ha generado un buen número de alternativas, entre las que cabe mencionar la desarrollada por el Centro de investigación CIDEMCO: un sistema que permite tanto escuchar como grabar los sonidos producidos por estos insectos al alimentarse de madera y que se ha convertido en una solución complementaria para los inspectores, principalmente en la verificación del tratamiento curativo de la madera.

Aunque el sistema de CIDEMCO anterior es capaz de determinar la presencia de termitas, éste y otros equipos de captación de termitas mediante datos sonoros que existen en el mercado poseen varias limitaciones:

- la captación de los ruidos de los insectos se realiza mediante un sistema que emplea cable como transmisor de la señal sonora, con el consiguiente deterioro de la madera;

- el sistema posee un único sensor, con lo que la captación de datos sonoros sólo pude realizarse en un único compartimento y el análisis de los datos acústicos debe hacerse “in situ”.

Otro ejemplo de equipo para determinar la presencia de termitas que adolece de las desventajas mencionadas se ha divulgado en “Characteristics of acoustic emission signals generated by termite activity in Wood” (Robbins W.P. et al, 8 de diciembre, 1991, páginas 1047-1051) . El término interacciones en la madera se detecta por un sistema controlado por ordenador, que es invasivo debido a los sensores de emisión acústica introducidos en las piezas de madera y los cables de conexión.

Es deseable una conexión inalámbrica, tal como una red inalámbrica LAN usada en el documento US 2008/0181352, para transmitir datos de dispositivos ya existentes, por ejemplo, en una zona agrícola, que electrocuta insectos. El número de insectos muertos se cuenta y se transmite a través de un router inalámbrico a un servidor web central, para grabar y proporcionar los datos a terminales de usuarios a través de Internet.

Por otro lado, el uso de un ordenador central que permite al usuario controlar un sistema de parámetros relacionado con la detección por audio de animales intrusos, en particular especies de pájaros, se expone en el documento US 7173534.

La conveniencia de no invadir con cables las estructuras de madera, sobre todo aquellas pertenecientes al patrimonio arquitectónico (palacios, iglesias, museos, obras de arte, etc.) , lleva a la necesidad de sistemas de detección de insectos xilófagos que eviten daños importantes en la madera, así como que permitan actuar desde otras localizaciones y, una vez realizado un tratamiento curativo, realizar un seguimiento a distancia de la presencia de los xilófagos en cualquier parte de la estructura bajo vigilancia.

Descripción general de la invención

La invención que se describe está referida a un procedimiento, según la reivindicación 1, para detectar la presencia de xilófagos en la madera que vienen a resolver la problemática anteriormente comentada. La presente invención es aplicable a cualquier estructura susceptible de presentar xilófagos, en especial arquitecturas de interés histórico y/o artístico, e incluso se puede aplicar en obras de rehabilitación y en cebos para termitas o similares.

Un aspecto, pero no según la invención, se refiere a un sistema de detección de insectos xilófagos que comprende una serie de dispositivos o módulos descritos a continuación, capaces de comunicarse entre sí por medio de enlaces inalámbricos e intercambiar datos de forma transparente al usuario, que pueden operar en entornos multi-usuario. El sistema comprende al menos un terminal para capturar los posibles sonidos de los insectos, concebido para instalarlo en alguna parte de interés en la estructura de madera, y una central controladora que concentra los datos enviados por todos los terminales instalados a través de un módulo de comunicaciones inalámbricas que usa tecnologías de radiofrecuencia. Así, mientras cada terminal puede estar ubicado en distintos sitios de las estructuras a supervisar, la central puede realizar el control de todos a distancia, puesto que el enlace de comunicación entre terminal y central controladora es por radiofrecuencia.

El terminal captador de sonidos a su vez comprende:

- Uno o más sensores acústicos que generan una señal de salida analógica. El sonido que provocan los xilófagos en la estructura donde está situado el terminal es recogido a través de un sensor, por ejemplo, piezoeléctrico o cerámico.

- Un módulo de acondicionamiento de señales conectado al sensor acústico y que a su vez comprende unas etapas de filtrado, amplificación y conversión analógico-digital, adaptadas para pasar la señal de salida analógica captada por el sensor acústico a una señal de entrada digital apta para un procesador de señal digital. Por medio del tratamiento electrónico de la señal, consistente en la amplificación de la misma y un doble filtrado para eliminar ruidos no deseados, la señal de sonido una vez convertida a digital puede ser analizada por un software diseñado para determinar la existencia o no de xilófagos en base a los picos (chasquidos) que provocan en la señal acústica.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de detección de insectos xilófagos que comprende:

- muestrear una señal de sonido captada en una estructura de madera sospechosa de presentar insectos xilófagos para obtener un fragmento digitalizado de audio,

caracterizado porque adicionalmente comprende:

- calcular una amplitud de señal del fragmento digitalizado de audio en una banda de alta frecuencia (RMSH) y una amplitud de señal del fragmento digitalizado de audio en una banda de baja frecuencia (RMSL) ,

- ejecutar un algoritmo de detección de picos en la amplitud de señal calculada del fragmento digitalizado de audio en una banda de alta frecuencia (RMSH) para obtener todos los instantes de tiempo dentro de una ventana de muestras en la que la amplitud de señal es mayor que la de la muestra inmediatamente anterior y posterior,

- entre los instantes de tiempo obtenidos, seleccionar al menos un instante de chasquido en el que, dentro de un determinado intervalo centrado en dicho instante, el número de instantes de tiempo obtenidos cuya amplitud de señal en la banda de alta frecuencia (RMSH) supera un umbral inferior es menor que un límite máximo, y en dicho instante la amplitud de señal en la banda de alta frecuencia (RMSH) es mayor que un umbral superior y mayor que un 50 por ciento de la amplitud de señal en la banda de alta frecuencia (RMSH) en un determinado intervalo;

- asociar los instantes de chasquido seleccionados con una indicación de sonido de xilófago detectado.

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2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que:

- el cálculo de la amplitud de señal del fragmento digitalizado de audio en una banda de alta frecuencia (RMSH) se realiza ejecutando en unos determinados intervalos de muestras consecutivos la Transformada Rápida de Fourier para obtener unos valores de espectro de magnitud y sumando los valores de espectro de magnitud que corresponden a frecuencias superiores a 1700 hercios;

- el cálculo de la amplitud de señal del fragmento digitalizado de audio en una banda de baja frecuencia (RMSL) se realiza ejecutando en unos determinados intervalos de muestras consecutivos la Transformada Rápida de Fourier para obtener unos valores de espectro de magnitud y sumando los valores de espectro de magnitud que corresponden a frecuencias superiores a 1700 hercios.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que los intervalos de muestras consecutivos en los que se ejecuta la Transformada Rápida de Fourier están espaciados 3 milisegundos.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que los intervalos de muestras en los que se ejecuta la Transformada Rápida de Fourier tienen una longitud igual a la potencia de dos inmediatamente superiores a 3 milisegundos.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende adicionalmente un paso de determinar los umbrales inferior y superior usados para seleccionar los instantes de chasquido realizando los siguientes pasos:

- promediar las amplitudes de señal calculadas en la banda de alta frecuencia (RMSH) y en la banda de baja frecuencia (RMSL) dentro de una ventana de muestras;

- dentro de la ventana de muestras, determinar un fragmento silencioso que corresponde al promedio mínimo de la amplitud de señal en la banda de alta frecuencia (RMSH) ;

- calcular una media MSIL y una desviación estándar DSIL de la amplitud de señal en la banda de alta frecuencia (RMSH) en el fragmento silencioso;

- calcular las siguientes fórmulas para obtener el umbral inferior U1 y el umbral superior U2 respectivamente:

U1 = MSIL + aU1· DSIL

U2 = MSIL + ºººaU2_dev· DSIL, aU2_rmsl·RMSLm_T)

siendo aU1, aU2_dev, aU2_rmsl unos parámetros ajustables y RMSLm_T el promedio de la amplitud de señal en la banda de baja frecuencia (RMSL) para un instante T de los instantes de tiempo obtenidos por el algoritmo de detección de picos.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la ventana de muestras en la que se promedian las amplitudes de señal calculadas en la banda de alta frecuencia (RMSH) y en la banda de baja frecuencia (RMSL) tiene una longitud de 33 milisegundos.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que los parámetros a U1, aU2_dev, aU2_rmsl se 5 ajustan con valores 6, 15 y 0.5 respectivamente.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el fragmento digitalizado de audio tiene una duración de 2 minutos y la señal de sonido se muestrea con una frecuencia de 8 kilohercios.

9. Programa de ordenador que comprende medios de código de programación adaptados para realizar todos los pasos del procedimiento definido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 cuando dicho programa se 10 ejecuta en un procesador de señal digital o en un procesador de propósito general.