Equipo de obtención de información en obras e infraestructuras basado en vehículo aéreo no tripulado,

(UAV) que comprende, al menos:

(i) un vehículo aéreo no tripulado (UAV) que comprende medios para su control y operación desde tierra, medios de adquisición y medios de registro sincronizado de imágenes y datos; y

(ii) una estación en tierra (ET) comprendiendo, a su vez, un dispositivo de radio-control, y un computador para ayuda a la operación comprendiendo medios para la planificación, construcción y mantenimiento de obras e infraestructuras, incluyendo la geo-referenciación de las imágenes, la construcción de mapas en dos y tres dimensiones, y la obtención de medidas entre puntos y rasgos característicos.

Equipo de obtención de información en obras e infraestructuras basado en un vehículo aéreo no tripulado.

Objeto de la invención

El objeto de la invención es un equipo para la obtención de información de interés para la planificación, construcción y mantenimiento de obras e infraestructuras, incluyendo la geo-referenciación de imágenes, realización de mapas en 2D y 3D así como la obtención de medidas de interés para monitorización y mantenimiento, comprendiendo un vehículo aéreo no tripulado.

Campo de la invención

El campo de aplicación de la invención corresponde a los sectores industriales de la construcción con objeto de planificar obras e infraestructuras, monitorizar su ejecución y realizar su mantenimiento.

Antecedentes de la invención

En la actualidad se cuenta con sistemas comerciales que permiten la aplicación de técnicas de fotogrametría empleando vehículos aéreos. Existen también procedimientos para construcción de mapas del terreno empleando sensores láser, tales como LIDAR, embarcados en aeronaves tripuladas.

El principal problema de estos sistemas es el coste ya que requieren vuelos de aeronaves tripuladas, dotadas de sistemas ópticos apropiados. Para ello suele recurrirse a empresas especializadas cuyos servicios tienen un coste relativamente elevado ya que involucran además de la propia aeronave una tripulación que, como mínimo, consta del piloto y un operador del sistema óptico.

Por otra parte, los vuelos deben realizarse en buenas condiciones atmosféricas y pueden Representar un peligro si se efectúan en condiciones de poca visibilidad o, en general, condiciones atmosféricas no idóneas.

Las aeronaves tripuladas deben volar a suficiente altura, por lo cual la resolución de las imágenes y datos adquiridos con los sensores a bordo también es limitada, dependiendo de las características de los sensores.

El auge experimentado por los vehículos aéreos no tripulados, conocidos por sus siglas en inglés UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), ha motivado también que recientemente, en la literatura especializada, se hayan propuesto aplicaciones entre las que se incluye la realización de mapas. Sin embargo, en la mayor parte de los casos, son también vehículos costosos desarrollados para aplicaciones militares cuyo empleo para aplicaciones civiles no resulta ventajoso en la actualidad.

Con relación a la aplicación específica de realización de mapas, los procedimientos existentes se basan en el empleo de LIDAR [1][2], visión estéreo [5], o monocular.

La realización de mapas empleando exclusivamente un sensor comercial LIDAR está restringida por el volumen y el peso del sensor y requiere también una elevada precisión y estabilidad en el vuelo de la aeronave. Es posible emplear también dispositivos que estabilicen el sensor, pero dichos dispositivos son costosos e incrementan también la carga útil necesaria.

El empleo de estéreo requiere una separación suficiente de las cámaras; dado que las dimensiones del vehículo aéreo limitan tal separación, se reduce la altura posible del vuelo. Asimismo, las vibraciones, y, en general, los movimientos relativos entre el par de cámaras, dificultan o pueden impedir el establecimiento de las correspondencias estéreo.

Es también posible el empleo de la secuencia de imágenes monoculares adquirida por una cámara a bordo del UAV, estableciéndose correspondencias entre cada par de imágenes consecutivas [4] para obtener la estructura en 3D de la escena contando también con la medida de la posición y orientación desde la que se toma cada imagen [3], El procedimiento requiere de una elevada calidad de dichas medidas ya que, por ejemplo, los errores de posición darían lugar a una estimación incorrecta de la línea base que une las dos posiciones lo que generaría importantes errores en la construcción de mapas.

No se conoce ningún sistema suficientemente flexible que pueda aplicarse con sensores alternativos dependiendo de la carga útil del UAV y que en caso de disponer de la suficiente carga útil permita la mejora de la calidad del mapa y las medidas empleando técnicas de fusión sensorial.

Por otra parte no se conoce ningún sistema específico basado en vehículo aéreo no tripulado para la obtención de imágenes y datos de obras e infraestructuras que pueda ser empleado en su planificación, control de ejecución y mantenimiento, lo que es el objetivo fundamental de esta patente. En el ámbito específico de los vehículos aéreos pueden encontrarse patentes relativas a control, estructura mecánica o estimación de la posición, como por ejemplo la solicitud PCT con número WO9903407, "Sistema de a bordo para determinar la posición de un vehículo aéreo y sus aplicaciones", que propone un método probabilístico para combinar la navegación puramente inercial con los datos obtenidos mediante la detección de balizas de posición conocida. Este objetivo es claramente distinto al que persigue la presente invención.

En lo referente a construcción de mapas mediante sensores embarcados existe una patente europea con número E94110598, y título "Procedimiento para la creación de un mapa de entorno y para la determinación de una posición propia en el entorno por medio de una unidad automotriz" que propone un método optimizado para construcción de mapas, pero no se contempla el uso de vehículos aéreos, ni se proponen los sensores adecuados para llevar a cabo la realización del método en un campo concreto de aplicación. Otras patentes relacionadas con la reconstrucción 3D corresponden a problemas más específicos, que hacen uso de técnicas basadas en marcas especiales o en iluminación estructurada, como la de referencia WO9700896, "Dispositivo para realizar la medición sin contacto de una superficie tridimensional de un objeto" o en la E88310672, "Método y aparato para la determinación de distancias entre tramos de superficie de un escenario espacial tridimensional y una cámara".

Referencias

[1] Miller, R y Amidi O. (1988). 3-D Site Mapping with the CMU Autonomous Helicopter, Proceedings of the 5th International Conference on Intelligent Autonomous Sistems (IAS-5), Junio 1998.

[2] Kanade, T, Amidi, O., Ke, K. (2004). Real-Time and 3D Vision for Autonomous Small and Micro Air Vehicles, 43rd Conference on Decision and Control (CDC 2004), Diciembre 2004.

[3] Hartley, R.I. y Zisserman (2000). A., Multiple View Geometry in Computer Vision, Cambridge University Press.

[4] Lowe, D (1999). Object recognition from local scale-invariant features. Proc. ICCV, pp. 1150-1157.

[5] Lacroix S., I.-K. Jung, A. Mallet (2002). Digital elevation map building from low altitude stereo imagery. Robotics and Autonomous Systems 41 (2-3).I 119-127.

Descripción de la invención

Para paliar los problemas arriba mencionados se presenta él sistema para obtención de información en obras e infraestructuras basado en un vehículo aéreo no tripulado, el cual comprende, al menos:

(i) un equipo basado en un vehículo aéreo no tripulado para la obtención de información de obras e infraestructuras el cual a su vez comprende, al menos:

1. Sistema para la obtención de información en obras e infraestructuras basado en vehículo aéreo no tripulado (UAV) caracterizado porque comprende, al menos:

(i) un vehículo aéreo no tripulado que comprende medios para su control y operación desde tierra, medios de adquisición y medios de registro sincronizado de imágenes y datos; y

(ii) una estación en tierra comprendiendo, a su vez, un dispositivo de radio-control, y un computador para ayuda a la operación comprendiendo medios para la planificación, construcción y mantenimiento de obras e infraestructuras, incluyendo la geo-referenciación de las imágenes, la construcción de mapas en dos y tres dimensiones, y la obtención de medidas entre puntos y rasgos característicos.

2. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque los medios de control del vehículo aéreo no tripulado comprenden un controlador configurable y operable en un modo seleccionado entre: