SISTEMA Y MÉTODO PARA LA MEDICIÓN DE CAMPOS DE VIENTO.

Sistema y método para la medición de campos de viento.

Se describe un sistema y un método para caracterización de campos de viento basado en la generación de blancos en forma burbujas de gas que,

una vez liberadas y desplazadas por la acción de viento, éstas son seguidas mediante unas cámaras de alta precisión que capturan su posición y siguen su trayectoria para generar su velocidad instantánea. Dichos datos captados son enviados a unos medios de proceso que haciendo uso de modelos físicos y matemáticos generan un modelo de campos de viento del espacio en el que se encuentran las burbujas de gas.

SISTEMA Y MÉTODO PARA LA MEDICIÓN DE CAMPOS DE VIENTO

5 OBJETO DE LA INVENCIÓN

10 La presente invención se refiere al campo de la física, más concretamente en la determinación y medida de campos de viento. El objeto de la invención consiste en un sistema que permite determinar campos de viento y sus características así como el método para obtener dicha caracterización mediante el citado sistema.

15 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

2 o Muchas aplicaciones aeronáuticas, incluyendo la extracción de energía eólica, la gestión del tráfico aéreo y los sistemas de vuelo autónomo, requieren un conocimiento exhaustivo de los campos de viento (datos combinados sobre velocidad y la dirección del viento para una región y tiempo específicos) en ciertas regiones del espacio, que van desde el suelo hasta alturas de varios kilómetros.

25 3 o El método más moderno y preciso para la caracterización de los campos de viento desde tierra consiste en la utilización de sistemas LIDAR; LIDAR (un acrónimo del inglés Light Detection and Ranging o Laser lmaging Detection and Ranging) es una tecnología que permite determinar la distancia desde un emisor láser a un objeto o superficie utilizando un haz láser pulsado. Al igual que ocurre con la tecnología radar, donde se utilizan ondas de radio en vez de luz, la distancia al objeto se determina midiendo el

tiempo de retraso entre la emisión del pulso y su detección a través de la

señal reflejada. En general, la tecnología lidar tiene aplicaciones en

geología, sismología y física de la atmósfera.

5 Dicha tecnología hace uso del efecto Doppler sobre las moléculas de

aire o sobre los aerosoles, son capaces de reproducir el campo de viento

circundante. El coste de estos sistemas es en la actualidad elevado por lo

que su uso es restringido.

10 Otro método tradicional es el lanzamiento de globos sonda, que

permiten, durante su ascenso, captar condiciones atmosféricas que son

retransmitidas a tierra en tiempo real. Estos globos, generalmente llenos de

helio o hidrógeno, son incompatibles con la aviación y por lo tanto deben ser

usados en espacios acotados temporalmente. Además, su recuperación no

15 es completamente fiable suponiendo un riesgo de contaminación ambiental.

Por su parte, los institutos meteorológicos utilizan satélites de

observación de la Tierra y complejos modelos matemáticos para

proporcionar mapas de viento y otras características termodinámicas del aire

2 o y su posible evolución futura. Estos mapas, que se han revelado fiables a

gran y media escala, resultan imprecisos a escala local, donde las

condiciones particulares de orografía, usos del suelo, cobertura vegetal,

presencia de nieve y otros factores son predominantes en el comportamiento

del viento y su evolución a corto plazo.

25

Asimismo, el conocimiento de las condiciones meteorológicas ha sido

clave para el correcto desarrollo de la aviación. Desde los rudimentarios

mecanismos usados hace décadas hasta las modernas instalaciones

meteorológicas ayudadas por potentes ordenadores, todas las variables

30 meteorológicas son utilizadas en todos los niveles del tráfico aéreo:

seguridad y control de emergencias.

5 De entre todas estas variables, una de las más relevantes para la gestión del vuelo es la velocidad del viento. El conocimiento de los campos de viento permite un gran ahorro global de combustible y evitar situaciones de peligro para los ocupantes de las aeronaves.

10 De manera generalizada, la programación de las rutas se realiza con días de antelación, basándose en estadísticas de vientos tomadas de observaciones pasadas. Sin embargo, la utilización de técnicas computacionales tanto para la planificación como para la programación de los pilotos automáticos de las aeronaves, permiten afinar las trayectorias para optimizar en gran manera los tiempos y los consumos del vuelo.

15 2 o Actualmente, el exponencial desarrollo de los sistemas de vuelo no tripulado permite una actualización casi inmediata de las rutas de vuelo de todas las aeronaves en un entorno congestionado. En este caso el servicio meteorológico de precisión, tanto espacial como temporal, es crucial. En el futuro próximo existirán campos de vuelo para aviones no tripulados donde la gestión del tráfico se realiza de manera autónoma, con comunicación directa entre aeronaves y un centro de control; el conocimiento del campo de vientos con la precisión que permite el sistema de esta invención proporcionará la información requerida para una operación segura y eficaz.

25 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

3 o

las componentes de la velocidad instantánea. Los datos son entregados

tal cual o embebidos en un modelo de vientos que respeta las leyes

físicas y complementa la información obtenida de los detectores,

proporcionando estimaciones de velocidad de viento no sólo en la

5 posición de la burbuja sino también en cualquier punto del espacio de

interés y en cualquier momento durante el tiempo de operación.

Adicionalmente, la forma y el tamaño de los aglomerados de burbujas

proporcionan información acerca de las aceleraciones instantáneas y de

la presión local, alimentando de nuevo el modelo y dotándolo de mayor

1 o precisión. Las burbujas de gas, formadas por materiales biodegradables,

resultan inertes para los vehículos y aves circundantes así como el

medioambiente aéreo y terrestre.

El sistema dispone de uno o varios generadores de blancos, en

15 este caso burbujas, que son unidades independientes encargadas de

proporcionar al sistema los blancos inocuos que permitirán el seguimiento

de los perfiles de viento. Cada generador de burbujas proporciona, con

cierta cadencia, aglomerados de burbujas de características variables

(tiempo de emisión, tamaño total, densidad de burbujas, densidad de

2 o membrana y color) . Una unidad de control se encarga de gestionar el

mezclado del material de la membrana (soluciones acuosas de jabón,

glicerina y tinte) con el gas sustentador (habitualmente Helio) y los

tiempos de suelta de los aglomerados (mediante un separador) ; dicha

unidad de control puede estar conectada a la inteligencia central del

25 sistema o funcionar de forma programada en los sistemas de menor

coste.

Finalmente, la unidad de puede alimentar a partir de energía solar

o eólica, asegurando su funcionamiento sostenible y limpio.

30

proporcionar información de elevación y azimut de cada conglomerado de

burbujas, generado por los generadores de burbujas, con la mayor

precisión posible y a la mayor distancia posible.

5 La cobertura del sistema objeto de la invención depende

principalmente de los siguientes factores:

- Capacidad de apuntamiento de las cámaras: de existir, aumentan el

campo real barriendo el espacio en dos direcciones angulares

(tí pi e a m ente h o rizo n t a 1 -azimut-y vertical

1 o -elevación-) . Además, al centrar el objeto en la imagen, permiten realizar

un zoom óptico que aumenta notablemente la profundidad del campo

- Campo de visión óptico de la cámara: en el caso de cámaras fijas, el

campo de visión fija el espacio de cobertura. Si el objeto está centrado

(vientos moderados) , se puede activar el zoom óptico pero siempre con

15 limitaciones de campo.

La precisión angular depende principalmente de los siguientes factores:

- Resolución geométrica de la cámara: cuantos más pixeles y más

independientes entre sí, mejor definición de la posición del objetivo.

2 o Existen cámaras con matrices de detectores entrelazadas que pueden

incluso proporcionar resultados superiores a costes muy similares a las

convencionales.

- Precisión del mecanismo de apuntamiento (sólo en el caso de cámaras

móviles) : el error se suma directamente a los ángulos buscados.

2 5 -Resolución radiométrica: la identificación del objeto es un problema de

contraste. La cámara debe proporcionar suficiente calidad radiométrica

como para discernir entre la energía lumínica reflejada por las burbujas y

la del fondo. Las condiciones son variadas: en alineación solar el fondo

puede ocultar al objetivo,...

1. Sistema (1) para la medición de campos de viento caracterizado porque comprende: al menos un generador (2) destinado a generar unos blancos (4) que son liberados para desplazarse en función del viento en al menos parte del espacio a medir el campo de viento, al menos un medio de teledetección (3) encargado de identificar los blancos (4) sobre un fondo de escena para indicar su posición exacta y de proporcionar datos relativos a elevación y azimut de cada blanco (4) , y unos medios de recepción y proceso de datos encargados de recibir y procesar datos procedentes del medio de teledetección (3) mediante técnicas de triangulación y filtrado para generar el campo de viento.

2. Sistema (1) según reivindicación 1 caracterizado porque adicionalmente comprende al menos un aglomerado (5) de blancos (4) conformado a partir del agrupamiento de blancos (4) .

O 3. Sistema (1) según reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque los blancos (4) son burbujas de material biodegradable rellenas de gas.

4. Sistema (1) según reivindicación 1 caracterizado porque el medio de teledetección (3) se selecciona de entre el grupo formado por: cámara fotográfica, cámara de video, radar, láser y espectrógrafo.

5. Método para la medición de campos de viento que hace uso del sistema (1 ) descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque comprende los pasos siguientes:

- generar al menos un blanco (4) mediante el generador (2) .

30. liberar el blanco (4) en al menos parte del espacio del cual se quiere generar el campo de viento,

-realizar una detección y seguimiento a distancia del blanco (4) en movimiento por acción del viento mediante el medio de teledetección (3) ,

-determinar la posición de cada uno de los blancos (4) 5 a partir de la detección del paso anterior mediante los medios de recepción y proceso de datos,

-determinar la trayectoria y velocidad instantánea del blanco (4) a partir del resultado del paso anterior mediante los medios de recepción y proceso de datos,

y -generar un campo de viento mediante triangulación y filtrado haciendo uso de I sistema de recepción y proceso de datos a partir de trayectorias y velocidades obtenidas en el paso anterior.

6. Método según reivindicación 5 caracterizado porque adicionalmente comprende formar un aglomerado (5) agrupando varios blancos (4) para sustituir total o parcialmente a éstos últimos.

7. Método según reivindicación 5, caracterizado porque adicionalmente comprende insertar datos medidos en tiempo real al campo de viento medido para generar nuevas instancias del campo de viento que realimentan el sistema (1) .

8. Método según reivindicación 5 caracterizado porque adicionalmente comprende realizar un postproceso que comprende al menos calibrar el medio de teledetección (3) y/o corregir la velocidad obtenida.