Sistema embarcado en vehículos y método para la detección del estado del asfalto.

El sistema comprende:

- medios detectores de sonido (MR) configurados para registrar el ruido de rodadura generado por la interacción de una rueda (R) del vehículo con el asfalto (C),

y

- un sistema central de proceso (SP) configurado para recibir y analizar la señal procedente de los medios detectores de sonido (MR), y comprendiendo:

un módulo de extracción de características (EC) para extraer unas características espectrales (CE) de dicha señal determinadas durante un proceso previo de entrenamiento;

un módulo de vectores de soporte (DE) para almacenar unos vectores de soporte (VS) obtenidos tras un proceso previo de entrenamiento; y

un módulo clasificador (CL) para ejecutar un algoritmo de máquinas de vectores de soporte sobre las características espectrales (CE) extraídas y los vectores de soporte (VS), y obtener una estimación del estado del asfalto (EA).

Sistema embarcado en vehículos y método para la detección del estado del asfalto.

SECTOR TÉCNICO

La presente invención se engloba en el campo de los sistemas de detección del estado del pavimento de carreteras.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen diferentes documentos de patente que proponen distintos sistemas de detección del estado del asfalto para situaciones muy concretas, en la mayoría de los casos basadas en sistemas ópticos, láser, electromagnéticos, e incluso en análisis químico del material y los compuestos proyectados. Algunas de ellas se han basado en fenómenos acústicos, aunque con métodos de discriminación de estado distintos, lo cual les hace tener determinadas limitaciones:

• US5521594-A (Fukushima, 1996) : Describe un método para evaluar mediante ultrasonidos la presencia de agua en el asfalto. Se basa en estudiar la amplitud de la señal y fijar un umbral, clasificando el estado del asfalto en seco o mojado. No es capaz de diferenciar situaciones diferentes como presencia de hielo, nieve, barro, aceites, saturación de la porosidad por suciedad, etc.

• US5852243-A (Shih-Tsih Chang, 1997) : Describe un método para evaluar las condiciones del asfalto a partir de la señal sonora utilizando una simple comparación de la energía de dos componentes frecuenciales. Tal y como se especifica en el documento, el resultado es muy dependiente de muchas variables, como el tipo de asfalto, su desgaste, etc., por lo que se prevé que su uso dé resultados poco precisos en la mayoría de los casos. Tampoco tiene en cuenta la velocidad de desplazamiento del vehículo, que produce variaciones importantes en la señal acústica.

• US6954146-B2 (Bhagavathula, 2005) : Describe un método de evaluación del estado del pavimento a partir del sonido generado analizando la señal basándose en la norma de Frobenius (también conocida como norma Euclídea) . Este método realiza una comparación de intensidades de bandas frecuenciales concretas con valores precalculados y almacenados en una tabla, y dado que considera un conjunto único de valores umbral para cada tipo de estado, se prevé que sea sensible a variaciones según el tipo de asfalto. Adicionalmente, para obtener una precisión aceptable, se requiere del cálculo de un número k elevado de filtros en toda la banda de audio considerada, de la obtención de la energía de cada una de las bandas, y de la multiplicación de una matriz de dimensiones k x k, por lo que el coste computacional de este método es elevado.

• US8040248B2 (Fridthjob, 2011) : Describe un dispositivo para la detección de los datos de las condiciones de la superficie de rodadura (agua, nieve y hielo) . Se basa en métodos ópticos e infrarrojos. Se le añade un micrófono como idea de una configuración avanzada, aunque no entra a determinar los detalles de cómo se utilizará la señal acústica, ni qué tipo de análisis se realizará la clasificación.

• US7248958B2 (Watanabe et al., 2007) : Describe un dispositivo para la detección del estado del asfalto a partir del sonido generado. Emplea una memoria que contiene grabaciones de audio para distintos tipos de estado de asfalto y se basa en la obtención de características en el procesado de la señal acústica mediante el uso de wavelets. Realiza una transformación wavelet para las grabaciones almacenadas en memoria, y después genera al menos una característica realizando una correlación entre la señal obtenida del ruido de rodadura mientras se desplaza el vehículo. La característica generada es corregida a partir de la velocidad del vehículo obtenida a partir de la velocidad de rotación de la rueda. Las características obtenidas serán comparadas con valores obtenidos para distintos estados de asfalto y distintas velocidades, obteniendo así el estado del asfalto. Sin embargo, este particular procedimiento presenta las desventajas de exigir elevados requisitos computacionales y de memoria.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en un sistema embarcado en vehículos y un método para la detección en tiempo real del estado climático del asfalto durante la conducción, basado en el análisis del ruido de rodadura y la utilización de un clasificador fundamentado en máquinas de vectores de soporte. El sistema comprende el dispositivo hardware y los algoritmos software de tratamiento de señal. El dispositivo se instala en el vehículo a motor y opera durante la conducción.

El sistema embarcado en vehículos para la detección del estado del asfalto comprende:

- medios detectores de sonido configurados para registrar el ruido de rodadura generado por la interacción de una rueda del vehículo con el asfalto, y

- un sistema central de proceso configurado para recibir y analizar la señal procedente de los medios detectores de sonido, comprendiendo a su vez:

• un modulo de extraccion de caracteristicas configurado para extraer unas caracteristicas espectrales de dicha señal determinadas durante un proceso previo de entrenamiento;

• un modulo de vectores de soporte encargado de almacenar unos vectores de soporte obtenidos tras un proceso previo de entrenamiento; y

• un modulo clasificador encargado de ejecutar un algoritmo de máquinas de vectores de soporte sobre las características espectrales extraídas y los vectores de soporte para obtener una estimación del estado del asfalto.

En una realización preferente los medios detectores de sonido comprenden un micrófono ubicado en el eje de desplazamiento de una de las ruedas más alejadas del motor del vehículo, describiendo un ángulo de entre 15º y 60º con respecto a la horizontal del asfalto, desde el punto de contacto entre rueda y asfalto. El micrófono está preferiblemente adherido al chasis del vehículo.

El sistema puede comprender un micrófono auxiliar alojado en el compartimento del motor y encargado de registrar el ruido del motor. En ese caso el sistema central de proceso comprendería un módulo de separación de fuentes encargado de eliminar parcialmente, mediante el uso de algoritmos de separación de fuentes, el ruido del motor de la señal con el ruido de rodadura.

El sistema central de proceso puede comprender un módulo de interfaz CAN configurado para obtener de la centralita del vehículo, a través de un bus de comunicaciones CAN, la velocidad de desplazamiento del vehículo, estando configurado el módulo clasificador para emplear dicha velocidad de desplazamiento del vehículo para obtener la estimación del estado del asfalto.

El sistema central de proceso comprende preferentemente un módulo de enventanado temporal configurado para dividir la señal digitalizada del ruido de rodadura en bloques de muestras de duración temporal superior a 10 ms. En este caso el módulo de extracción de características está preferiblemente encargado de, para cada bloque de muestras, calcular el nivel de presión sonora, extraer las componentes espectrales de interés y normalizarlas con respecto al nivel global.

El sistema central de proceso puede comprender un módulo de votación encargado de filtrar los resultados espurios del módulo clasificador, obteniendo la estimación final del estado del asfalto como el resultado más repetido en los últimos N resultados de estado del asfalto consecutivos del módulo clasificador.

El módulo de extracción de características puede estar configurado para calcular las características espectrales de interés, determinadas durante el proceso de entrenamiento.

Otro aspecto de la presente invención es un método para la detección del estado del asfalto, que comprende:

- registrar el ruido de rodadura generado por la interacción de una rueda de un vehículo con el asfalto,

- extraer de la señal de ruido de rodadura unas características espectrales determinadas durante un proceso previo de entrenamiento;

- almacenar unos vectores de soporte obtenidos tras un proceso previo de entrenamiento; y

- ejecutar un algoritmo de máquinas de vectores de soporte sobre las características espectrales extraídas y los vectores de soporte para obtener una estimación del estado del asfalto.

El registro del ruido de...

1. Sistema embarcado en vehículos para la detección del estado del asfalto, que comprende:

- medios detectores de sonido (MR) configurados para registrar el ruido de rodadura generado por la interacción de una rueda (R) del vehículo con el asfalto (C) , y

- un sistema central de proceso (SP) configurado para recibir y analizar la señal procedente de los medios detectores de sonido (MR) ;

caracterizado por que el sistema central de proceso (SP) comprende:

- un módulo de extracción de características (EC) configurado para extraer unas características espectrales (CE) de dicha señal determinadas durante un proceso previo de entrenamiento;

- un módulo de vectores de soporte (DE) encargado de almacenar unos vectores de soporte (VS) obtenidos tras un proceso previo de entrenamiento; y

- un módulo clasificador (CL) encargado de ejecutar un algoritmo de máquinas de vectores de soporte sobre las características espectrales (CE) extraídas y los vectores de soporte (VS) para obtener una estimación del estado del asfalto (EA) .

2. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado por que los medios detectores de sonido (MR) comprenden un micrófono ubicado en el eje de desplazamiento de una de las ruedas (R) más alejadas del motor del vehículo, describiendo un ángulo (a) de entre 15º y 60º con respecto a la horizontal del asfalto (C) , desde el punto de contacto entre rueda (R) y asfalto (C) .

3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado por que el micrófono (MR) está adherido al chasis del vehículo.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un micrófono auxiliar (MM) alojado en el compartimento del motor y encargado de registrar el ruido del motor, y por que el sistema central de proceso (SP) comprende un módulo de separación de fuentes (SF) encargado de eliminar parcialmente, mediante el uso de algoritmos de separación de fuentes, el ruido del motor de la señal con el ruido de rodadura.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sistema central de proceso (SP) comprende un módulo de interfaz CAN (IC) configurado para obtener de la centralita del vehículo (EC) , a través de un bus de comunicaciones CAN (BC) , la velocidad de desplazamiento del vehículo (V) , estando configurado el módulo clasificador (CL) para emplear dicha velocidad de desplazamiento del vehículo (V) para obtener la estimación del estado del asfalto (EA) .

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sistema central de proceso (SP) comprende un módulo de enventanado temporal (ET) configurado para dividir la señal digitalizada del ruido de rodadura en bloques de muestras de duración temporal superior a 10 ms.

7. Sistema según la reivindicación 6, caracterizado por que el módulo de extracción de características (EC) está encargado de, para cada bloque de muestras, calcular el nivel de presión sonora, extraer las componentes espectrales (CE) de interés y normalizarlas con respecto al nivel global.

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sistema central de proceso (SP) comprende un módulo de votación (VO) encargado de filtrar los resultados espurios del módulo clasificador (CL) , obteniendo la estimación final del estado del asfalto como el resultado más repetido en los últimos N resultados de estado del asfalto (EA) consecutivos del módulo clasificador (CL) .

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el módulo de extracción de características (EC) está configurado para calcular las características espectrales de interés, determinadas durante el proceso de entrenamiento.

10. Método para la detección del estado del asfalto, que comprende:

- registrar el ruido de rodadura generado por la interacción de una rueda (R) de un vehículo con el asfalto (C) ,

- extraer de la señal de ruido de rodadura unas características espectrales (CE) determinadas durante un proceso previo de entrenamiento;

- almacenar unos vectores de soporte (VS) obtenidos tras un proceso previo de entrenamiento; y

- ejecutar un algoritmo de máquinas de vectores de soporte sobre las características espectrales (CE) extraídas y los vectores de soporte (VS) para obtener una estimación del estado del asfalto (EA) .

11. Método según la reivindicación 10, caracterizado por que el registro del ruido de rodadura se efectúa mediante un micrófono ubicado en el eje de desplazamiento de una de las ruedas (R) más alejadas del motor del vehículo, describiendo un ángulo (a) de entre 15º y 60º con respecto a la horizontal del asfalto (C) , desde el punto de contacto entre rueda (R) y asfalto (C) .

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, caracterizado por que comprende registrar el ruido del motor y eliminar parcialmente, mediante el uso de algoritmos de separación de fuentes, el ruido del motor de la señal con el ruido de rodadura.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que comprende obtener de la centralita del vehículo (EC) , a través de un bus de comunicaciones CAN (BC) , la velocidad de desplazamiento del

vehículo (V) , y emplear dicha velocidad de desplazamiento del vehículo (V) para obtener la estimación del estado del asfalto (EA) .

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado por que comprende filtrar los resultados espurios obtenidos en la etapa de ejecución de un algoritmo de máquinas de vectores de soporte, obteniendo la estimación final del estado del asfalto como el resultado más repetido en los últimos N resultados de

estado del asfalto (EA) consecutivos.