SISTEMA PARA LA AUSCULTACIÓN DINÁMICA DE REVESTIMIENTOS DE TÚNELES.

Sistema para la auscultación dinámica de revestimientos de túneles que utiliza un vehículo (1) equipado con una serie de sensores (4),

cada uno de los cuales está compuesto por un iluminador láser de alta potencia y una cámara digital, yendo esos sensores en una estructura portante (5) para posicionamiento de los mismos a la distancia del revestimiento del túnel necesaria para realizar la adquisición de las imágenes. También cuenta con un odómetro (6) para la medida de la distancia longitudinal recorrida por el vehículo (1) y para coordinación de la adquisición de las imágenes, complementándose con una cámara de visión panorámica (7), unos procesadores hardware y electrónica (10), y un sistema de almacenamiento (11) de secuencias de imágenes, incluyendo un monitor TFT (12) para visualización de resultados, y un monitor auxiliar (13) para visualización por parte del conductor de las imágenes panorámicas del túnel.

Sistema para la auscultación dinámica de revestimientos de túneles.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema para la auscultación dinámica de revestimientos de túneles, prevista para su aplicación tanto en túneles de carreteras como de ferrocarril, teniendo como finalidad el poder realizar una auscultación e inspección automática y de alto rendimiento de los revestimientos de los túneles.

El objeto de la invención es conseguir unos óptimos resultados en lo que se refiere a la auscultación e inspección automática de revestimientos de túneles, basándose en un análisis de imagen que utiliza técnicas de visión artificial, adquiriendo imágenes de alta resolución de la superficie del revestimiento, iluminada con emisores láser especiales para poder detectar y analizar fisuras, deterioros, humedades, etc., pudiendo igualmente detectar desplazamientos entre dovelas, tanto en la dirección longitudinal del túnel como en la transversal.

Antecedentes de la invención

Son varias las técnicas existentes y que actualmente se utilizan para realizar la auscultación del revestimiento de los túneles, pudiendo citar como más importantes las siguientes:

- Inspección visual: realizada por personas que transitan por el túnel a pie o en vehículos lentos. Estas personas inspeccionan visualmente el revestimiento en busca de heterogeneidades. Las detectan, referencian y catalogan utilizando soporte informático e incluso papel. Como material auxiliar a la medida emplean cámaras de fotos, odómetros y cintas métricas.

- Visión artificial: se trata de sistemas de cámaras, con o sin iluminación artificial de diversos tipos, que adquieren imágenes de la superficie del revestimiento. Normalmente se trata de imágenes en escala de grises. Posteriormente las imágenes son analizadas automática y/o manualmente para detectar las heterogeneidades en el revestimiento. Las imágenes de estos sistemas únicamente disponen de información en intensidad.

- Escáner láser 3D: se trata de sistemas que utilizan un iluminador láser que emite un haz que viaja hasta que contacta con una superficie y se refleja. El sistema mide el tiempo que tarda el haz en ir y volver, obteniendo de este modo la distancia entre el emisor y el punto. Conociendo la posición el punto origen del haz y la distancia a los puntos en los que se produce la reflexión, se obtienen las posiciones de éstos últimos. Esta técnica se denomina escáner láser 3D por Time of Flight (Tiempo de Vuelo) . Para poder inspeccionar escenarios 3D, estos sistemas disponen de unos espejos giratorios que envían los haces en todas las direcciones. Su funcionamiento óptimo, en cuanto a resolución, se obtiene trabajando en estático. También pueden funcionar en dinámico instalándose en vehículos que circulan a una velocidad reducida. Además del emisor-receptor láser, estos sistemas pueden incorporar cámaras fotográficas para adquirir imágenes en intensidad de la zona inspeccionada.

Descripción de la invención

El sistema que se preconiza, utiliza en primer lugar unos sensores, basados en la visión artificial y en la tecnología láser, con lo que se lleva a cabo una iluminación de la superficie con el láser y se toma una imagen de la misma con una cámara, de manera que al ser fijas las posiciones del láser y de la cámara, en la imagen adquirida se puede calcular la distancia desde el sensor al punto iluminado, lo cual se denomina láser 3D por Triangulación. La principal ventaja de esta técnica es que de las imágenes de intensidad se puede obtener la distancia al punto iluminado, obteniendo de este modo la reconstrucción en tres dimensiones del elemento inspeccionado. Estos sistemas se utilizan en diversos campos, siendo la inspección de pavimentos de carreteras el más cercano al sector aquí tratado.

Más concretamente, el sistema de la invención se constituye a partir de un vehículo mediante el que se lleva a cabo la realización de la auscultación automáticamente, vehículo que incluye una adaptación de diploris para poder circular por vías férreas y que en el mismo está establecido una estructura o medio de montaje de hasta seis sensores compuestos cada uno de ellos por un iluminador láser lineal de alta potencia y una cámara digital.

El sistema incluye, además de la estructura portante para los sensores, así como para el posicionamiento de éstos a la distancia del revestimiento del túnel necesaria para realizar la adquisición de las imágenes; un odómetro para medida de la distancia longitudinal recorrida por el vehículo y para la coordinación de la adquisición de las imágenes; odómetro que irá situado preferentemente en una rueda del vehículo.

También incluye una cámara de visión panorámica para facilitar la conducción del vehículo; y procesadores hardware y electrónica para el control de la adquisición y grabación de imágenes, basándose en varios ordenadores instalados sobre un rack industrial amortiguado y estabilizado. Incluye igualmente un sistema de almacenamiento de secuencias de imágenes basado en un rack con capacidad para 16 discos duros extraíbles; complementándose con un monitor TFT para la visualización de resultados de la adquisición y grabación de imágenes; y con un monitor auxiliar para la visualización por parte del conductor de las imágenes panorámicas del túnel; comprendiendo finalmente un sistema de alimentación eléctrica de los equipos instalados a bordo del vehículo.

Todo ello se complementa con las aplicaciones informáticas necesarias para el control de las distintas funciones.

Las cámaras digitales correspondientes a los sensores son de alta velocidad y alta resolución, estando los láseres de dichos sensores dotados de una alta potencia y proyección lineal, alineados en un mismo plano transversal, de manera que esta configuración ofrece varias ventajas en relación con otras técnicas más convencionales de análisis de imagen, resultando la característica más importante la de la configuración óptica que facilita la detección de las grietas y deterioro gracias a la información que se obtiene de la superficie inspeccionada.

Esa información se obtiene utilizando el principio de triangulación, de modo que mediante esta técnica un patrón de iluminación conocido, una línea en este caso, se proyecta desde un láser sobre el objeto a inspeccionar, y una cámara digital se coloca a una distancia fija y con un ángulo oblicuo con respecto a la luz proyectada, de manera que la intersección entre el patrón de luz emitida y el campo de visión de la cámara digital define el rango de trabajo del sensor. La posición de los puntos iluminados en la superficie del objeto se visualiza en la imagen obtenida por la cámara, pudiéndose calcular trigonométricamente la distancia de estos puntos a la cámara.

En cuanto a la adquisición de imágenes por parte de las cámaras digitales, estará controlada por una señal de sincronismo proporcionada por el odómetro, siendo la velocidad de adquisición de los sensores de al menos 2.800 imágenes por segundo, y la información proporcionada por dichos sensores estará compuesta por imágenes de intensidad e imágenes de rango. Las imágenes de intensidad contienen información de los valores de niveles de grises, y las imágenes de rango contendrán información de la distancia entre los sensores y la superficie iluminada. Cada imagen obtenida por un sensor tiene una anchura media de al menos 2 metros, pudiendo alcanzar hasta los 2, 35 metros, mientras que el rango de medida en profundidad de los sensores es de hasta 500 milímetros cuando éstos se encuentran situados a una distancia de 2, 0 metros de la superficie del revestimiento.

En cuanto a la estructura portante de los sensores, la misma es una estructura mecánico-hidráulica para el posicionamiento de los citados sensores a la distancia del revestimiento del túnel necesaria para realizar la adquisición de las imágenes, permitiendo dicha estructura definir automática o manualmente la posición de cada sensor en cuanto a altura, longitud y ángulo. Para ello, en cada extremo está dotada de un distanciómetro láser, para posicionar los sensores a la distancia adecuada para la medida, y de un inclinómetro digital, para posicionar los sensores con el ángulo adecuado para la medida. La estructura es capaz de soportar las cargas en los extremos con la máxima estabilidad posible de modo que se disminuyen las vibraciones...

1. Sistema para la auscultación dinámica de revestimientos de túneles, que pudiendo ser aplicable tanto en túneles de carreteras como de ferrocarril, se caracteriza porque se constituye a partir de un vehículo

(1) dotado de los correspondientes medios de rodadura convencionales (2) y un sistema de adaptación de diploris (3) para permitir su circulación por vías férreas, comprendiendo una estructura de soporte (5) para una pluralidad de sensores (4) , compuesto cada uno de ellos por un iluminador láser lineal de alta potencia y una cámara digital; estando la estructura de soporte (5) dotada de medios que posibilitan tanto el posicionamiento de los sensores (4) como el distanciamiento de los mismos respecto del revestimiento del túnel que se pretende auscultar, para la correcta adquisición de imágenes; con la particularidad de que se incluye un odómetro (6) para la medida de la distancia longitudinal recorrida por el vehículo (1) y para la coordinación de la adquisición de imágenes, así como una cámara de visión panorámica (7) para facilitar la conducción del vehículo y una zona (8) con un operador (9) y procesadores hardware y electrónica (10) para control de la adquisición y grabación de imágenes, estando dichos procesadores basados en ordenadores instalados sobre un rack industrial amortiguado y estabilizado, incorporando también en esa misma zona (8) un sistema de almacenamiento de secuencias de imágenes (11) basado en un rack con capacidad para 16 discos duros extraíbles y un monitor TFT (12) para la visualización de resultados de la adquisición y grabación de imágenes, complementándose con un monitor auxiliar (13) para visualización por parte del conductor de las imágenes panorámicas del túnel y un sistema de alimentación eléctrica (14) para los equipos instalados a bordo del propio vehículo (1) .

2. Sistema para la auscultación dinámica de revestimientos de túneles, según reivindicación 1, caracterizado porque las cámaras digitales asociadas a los sensores (4) son de alta velocidad y alta resolución, mientras que los láseres asociados a dichos sensores

(4) son igualmente de alta potencia y de proyección lineal, estando alineados en un plano transversal para permitir obtener información en tres dimensiones de la superficie auscultada, utilizando el principio de triangulación.

3. Sistema para la auscultación dinámica de revestimientos de túneles, según reivindicación 1, caracterizado porque la información en tres dimensiones de la superficie auscultada está compuesta por imágenes de intensidad e imágenes de rango, las primeras de ellas conteniendo información de los valores de niveles de grises, y las segundas conteniendo información de la distancia entre los sensores y la superficie iluminada.