Sistema de encendido automático e inteligente de las luminarias basadas en tecnología LEDs (Light Emitting Diode) de farolas situadas en carreteras,

túneles, autopistas o autovías que permite un encendido selectivo de éstas cuando se detecte el movimiento de un vehículo/usuario. El sistema de control de la luminaria está basado en un diseño electrónico compuesto por un sistema multi-sensorial pudiendo éste estar formado por diferentes tipos de sensores (3-2) (3-3) (3-4) (3-6) (3-7) que captarán/detectarán el movimiento de un vehículo/usuario con objeto de realizar el encendido automático de la farola. Cada farola dispone de un sistema de comunicación inalámbrico (3-5) que se emplea para enviar información entre las diferentes farolas sin necesidad de un nodo central, formando así una red mallada, y un receptor GPS (Global Positioning System) (3-2) que servirá para dotar a cada farola de una identificación propia basada en sus coordenadas GPS.

SISTEMA INTELIGENTE DE ENCENDIDO AUTOMÁTICO DE LA LUMINARIA DE FAROLAS DE TÚNELES, AUTOPISTAS, AUTOVÍAS Y CARRETERAS

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente patente tiene como objeto la descripción de un sistema electrónico de control de encendido, apagado y/o atenuación de la luminaria de farolas viales de túneles, carreteras, autopistas o autovías en función de la presencia/no-presencia de vehículos en dicho vial. Esto viene justificado ante el alto grado de ineficiencia del gasto de energía en numerosos tramos de túneles/carreteras/autopistas/autovías ya que durante ciertos intervalos horarios (sobre todo de madrugada) apenas existe, o simplemente no existe, circulación dentro de una vía. Gracias a la introducción de nuevas luminarias basadas en LEDs, (Light Emitting Diode) se abren nuevas posibilidades de control y manejo de la cantidad de iluminación deseada en cada momento, que antes no era posible debido al tiempo de re-inicialización de las lámparas de mercurio y vapor de sodio (lámparas de gas) . En los sistemas comerciales actuales, la reducción de la luminosidad se suele realizar mediante el uso de un interruptor de hora astronómico que permite apagar un porcentaje de las farolas llegada una cierta hora de la noche y encender en la madrugada. Sin embargo, este sistema deja bastante que desear en cuanto a generación de una iluminancia uniforme, no cumpliendo las normativas actuales. El sistema propuesto realiza un control adecuado en el nivel de luminosidad de las farolas en función de la distancia a la detección de un coche. La mayor parte de los sistemas comerciales están basados en controles centralizados del sistema de alumbrado viario, incluyendo en cada farola un sistema pasivo todo/nada. Las fuentes de alimentación que incorporan las luminarias actuales basadas en LED no tienen previsto el uso de señales de control para que se permita un control fino de la luminosidad que emite la farola; en este caso o la luminaria está encendida (100%) o apagada (0%) . Si se introducen señales de control, se puede conseguir variar la iluminación generada por la farola, automáticamente, desde el 0% al 100% de la potencia lumínica, según necesidades de los usuarios. El proceso de determinación del momento en el que se debe realizar el encendido de las diferentes luminarias, es otra de las contribuciones notables de la presente patente. Basándonos en la imposibilidad del ojo humano de diferenciar por la noche si realmente está iluminada una farola a no más allá de l metros, se propone un encendido/apagado selectivo de farolas de forma progresiva hasta donde alcanza la visión del ojo humano, permitiendo de esta forma ahorrar energía ya que el resto de farolas estarán apagadas. Sin embargo, el conductor del vehículo no tendrá la sensación visual de que se estén encendiendo/apagando farolas si no que en todo momento la sensación será que el tramo de túnel/carretera/autopista/autovía está iluminado completamente. Para alcanzar lo anteriormente expuesto es necesario implementar un sistema de detección de movimiento de vehículos/usuarios así como de un sistema de comunicación inteligente y autónoma entre luminarias. La presente propuesta apuesta por un sistema descentralizado donde cada luminaria se comporta como un nodo, no necesitando la existencia de un servidor central. En este sentido se tiene una red de comunicaciones en malla siendo todos los nodos de similares características, sin control global y sin nodos centralizados. Cada nodo tiene una identificación única. Para ello, la presente patente, hace uso de un sistema de identificación basado en las coordenadas GPS (Global Positioning System) en cada una de las farolas. Otra de las principales novedades de la presente patente, es el uso de comunicaciones inalámbricas basadas en tecnología Wi-Fi (IEEE 802.11 [1]) y/o ZigBee (IEEE 802.15 [2]) que permiten comunicaciones entre los diferentes nodos sin necesidad de cableado especial y que consiguen la generación de una red mallada sin necesidad de nodo central. [1]http://standards.ieee.org/getieee802/ [2]http://standards.ieee.org/getieee802/802.15.html

SECTOR DE LA TÉCNICA

Esta invención tiene su aplicación dentro de la luminaria instalada o a instalar en farolas de túneles, carreteras, autovías o autopistas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El alumbrado externo público constituye uno de los principales consumos dentro del gasto energético total del país. Es por ello que su uso indiscriminado genera derroches energéticos importantes. Este gasto conlleva un notable incremento de contaminación lumínica así como de emisión de CO2 a la atmósfera.

El alumbrado viario se distribuye fundamentalmente en dos grandes áreas: ciudades y carreteras. Dentro del área de las carreteras, cabe mencionar que normalmente sólo se iluminan ciertas zonas de especial interés como son las bifurcaciones, entradas a poblaciones o puntos de la carretera donde su dificultad para la conducción aconseje su iluminación. En todos los casos anteriores su implementación viene regulada según las Recomendaciones para la iluminación de carreteras y túneles [3], justificándose su uso por la alta intensidad de tráfico o por la peligrosidad de la zona. Además, es bien sabido que los niveles de iluminación de carreteras son excesivos en muchos casos, por ejemplo, cuando la densidad de tráfico es baja y están continuamente activadas las farolas sin necesidad de dar su servicio a los vehículos. Por ello, se requiere un sistema de encendido/apagado de las farolas para optimizar los costes. Sirva como ejemplo los datos suministrados en el artículo “Adaptive roadway lighting” [4] donde se expone que en Norteamérica existe un total de 64 millones de farolas con un consumo energético asociado de 51 billones de kWh por año. Es por tanto importante hacer notar que un ahorro de un 10% constituye de 5.1 billones de kWh por año. Debido a lo anteriormente expuesto son muchos los países que han intentado resolver el problema del consumo innecesario de farolas de carreteras o entornos urbanos, apareciendo así en la década de los noventa el concepto de adaptación de luz (Adaptive Lighting) [4]. Fue en Holanda, en el año 1995, donde se produjo el inicio del control de las luminarias de las farolas ajustando tres intensidades de funcionamiento (20%, 100% y 200%) en función de diferentes parámetros como pueden ser la densidad de tráfico, hora del día y condiciones meteorológicas [5]. Este control se realizaba sobre balastros electrónicos de lámparas de Sodio de alta presión (High Pressure Sodium (HPS) ) utilizándose criterios estadísticos para su activación/desactivación. Otro país donde habitualmente el problema del ahorro energético de las farolas ha estado muy presente durante los últimos años es Noruega. Así, se constituyó un sistema de control de unas 6000 farolas durante los años 2003-2006, donde cada farola estaba comunicada con las demás mediante sistemas de comunicación basados en Power Line (PLC) [6]. Un nodo en la cabecera recogía/enviaba la información de dichas farolas a un servidor central remoto basado en un PC mediante un enlace GPRS. El sistema se completaba con sensores meteorológicos y de medición de tráfico que ayudaban al servidor central a la regulación inteligente de las farolas.

Esta propuesta derivó en el proyecto europeo E-street financiado por EIE (Intelligent Energy for Europe program) que aunó a un total de 11 países con el objetivo de reducir el consumo energético de farolas [7]. De nuevo se propone una arquitectura basada en PLC, nodo en la cabecera y servidor central remoto comunicado con la cabecera mediante radio. Durante la ejecución de dicho proyecto se implementaron entre 20.000 y 30.000 farolas entre todos los países que participaban en dicho proyecto. En Finlandia son numerosos los proyectos que se han realizado en búsqueda del mayor ahorro energético posible en farolas [8]. La mayor parte de ellos son realizados en el Lighting Laborator y de la Universidad de Helsinki [9]. El sistema de control implementado en los desarrollos de este laboratorio, conserva la metodología anteriormente expuesta (PLC, nodo en la cabecera, servidor central remoto y canal de comunicación radio) . Su mayor énfasis se centra en la optimización del ciclo de vida de las lámparas HPS, LPS (Low Pressure Sodium) y MH (Metal Halide) , mediante una activación remota de estas luminarias de forma eficiente y óptima en función del tráfico y condiciones meteorológicas que pueden aportar información sobre el estado de luminosidad óptima . Sirva como ejemplo el sistema implementado en la autopista VT7 de Finlandia, donde con objeto de reducir energía y ajustar...

1. Sistema inteligente de encendido automático de la luminaria de farolas de túneles, autopistas, autovías y carreteras, caracterizado por que comprende un microprocesador, un sistema de comunicación inalámbrico de propagación de información entre farolas, un sistema de localización e identificación basado en GPS y un sistema sensorial de detección de movimiento.

2. Sistema inteligente de encendido automático de la luminaria de farolas de túneles, autopistas, autovías y carreteras según la reivindicación 1, caracterizado por que el sistema sensorial de movimiento está formado por sensores infrarrojos, microondas, acelerómetros y sensores de visión CMOS, pudiendo incorporar el sistema un único sistema sensor o varios de los anteriores.

3. Sistema inteligente de encendido automático de la luminaria de farolas de túneles, autopistas, autovías y carreteras, según la reivindicación 1, caracterizado por que las luminarias están basadas en tecnología LEDs (Light Emitting Diode) .