ES2264812T3 - Sistema de inspeccion de deterioro de pavimento de carretera. - Google Patents
Sistema de inspeccion de deterioro de pavimento de carretera.Info
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Abstract
Sistema para adquirir, procesar, almacenar, analizar y reportar datos referentes al estado de una carretera u otra superficie pavimentada (102) en tiempo real; incluyendo el sistema: al menos un sistema (104) de adquisición de imágenes digitales situado con respecto a una superficie (102) pavimentada de manera que capture imágenes de la superficie (102) pavimentada mientras el sistema (104) de adquisición de imágenes digitales está desplazándose con respecto a la superficie (102) pavimentada; un montaje (100) de iluminación para iluminar la zona en la superficie (102) pavimentada desde la que se toma una imagen; una interfaz entre el dispositivo de adquisición de imágenes y al menos un ordenador; un procesador en dicho al menos un ordenador para procesar en tiempo real dichas imágenes para detectar y clasificar grietas y otras características de la superficie pavimentada.
Description
Sistema de inspección de deterioro de pavimento
de carretera.
La presente invención se refiere a un sistema de
detección de grietas de pavimento de carretera y aparatos
relacionados con éste, y de manera más particular, se refiere a un
sistema de detección de grietas que emplea la formación de imágenes
digitales para obtener y almacenar datos referentes al estado del
pavimento en lo referente a las grietas.
El agrietamiento es el indicador visible que se
encuentra ligado de manera más cercana al estado del pavimento. Los
métodos actuales no detectan el agrietamiento de la red de
carreteras en la fase en la que una intervención temprana sería más
efectiva, ni atribuyen la incidencia del agrietamiento a una
ubicación específica (debido a la toma de muestras pequeña). Un
ahorro considerable en costes a las autoridades puede alcanzarse a
partir de una intervención temprana para sellar de manera precisa
carreteras agrietadas antes que esperar que las grietas devengan en
un estado más serio como es el caso al emplear métodos manuales
tales como la inspección visual. Por ejemplo, autopistas agrietadas
de manera ligera pueden sellarse con un coste relativamente bajo de
2 a 4 dólares por metro cuadrado en los valores actuales comparados
con los 30 a 40 dólares por metro cuadrado donde el agrietamiento ha
progresado hacia un estado que requiere la rehabilitación del
pavimento.
Existen actualmente una serie de sistemas de
medición de grietas en la carretera que se utilizan a nivel mundial.
Estos van desde sistemas pasivos tales como el registro de video
para activar sensores como sistemas de láser y ultrasónicos.
Estudios factibles han observado la disponibilidad y rendimiento de
estas tecnologías y de sistemas comerciales disponibles. Estos
sistemas existentes no son capaces de proporcionar suficientes datos
referentes al agrietamiento tales como la capacidad de distinguir
grietas en una variedad de superficies pavimentadas que incluyen
superficies de sellado (chip seal) en autopistas de alta velocidad.
Los sistemas existentes además se basan en el proceso posterior
mediante la intervención manual de los datos de imagen en la oficina
lo que a menudo requiere días antes de que los datos estén
disponibles. Las autoridades han determinado que existe una
necesidad sentida desde hace mucho tiempo en este campo de la
técnica de proporcionar un sistema capaz de suministrar información
repetitiva en lo referente al agrietamiento del pavimento para tipos
comunes de superficies pavimentadas. Dado que los estándares
internacionales recomiendan que el agrietamiento es un indicador
principal del estado del pavimento, existe una necesidad de un
método objetivo para valoración de la importancia del agrietamiento
en la red de carreteras. Como resultado, la investigación ha dado un
giro hacia los sistemas automáticos de detección de grietas, mas
hasta la fecha y antes de la invención expuesta en el presente
documento, según el conocimiento del solicitante, ningún
distribuidor ni autoridad ha llegado a un sistema automatizado
adecuado que suministre el nivel de resultados requerido para
solucionar los problemas conocidos asociados a la metodología
actual de detección de grietas. Muchas carreteras con un volumen
bajo de tráfico se diseñan de manera económica para tener una
superficie bituminosa delgada. Las superficies delgadas agrietadas
son especialmente vulnerables en un clima húmedo cuando el tráfico
bombea agua hacia el pavimento de la carretera llevando a roturas
del pavimento lo que origina que las superficies se vuelvan ásperas
y disminuya la vida útil de las carreteras. La durabilidad del
pavimento se preserva sellando la superficie convenientemente antes
de que aparezca un agrietamiento amplio.
Pavimentos tales como carreteras, calzadas y
similares están sujetos a un alto desgaste debido a la circulación y
la degradación por el movimiento de la explanada y al deterioro del
mismo material del pavimento. Esto requiere de un control regular
del estado del pavimento de manera que la autoridad gubernamental
responsable pueda planificar programas de mantenimiento y aplicar
políticas financieras ahí donde más se necesita. Esto es una empresa
de gran magnitud debido a naturaleza normalmente de gran alcance de
la infraestructura de las carreteras. Para un control eficiente,
todo aumento de la superficie de las carreteras debe estudiarse a lo
largo de todo su ancho para detectar grietas capilares finas y
también importantes que podrían desarrollarse potencialmente hacia
grietas de mayor seriedad representando peligro para los usuarios de
las carreteras. A pesar de que la detección de grietas puede
llevarse a cabo de manera visual mediante personal especializado,
para las inspecciones visuales resulta casi imposible obtener los
datos necesarios de grietas de todos los sectores de la carretera en
una región/municipalidad en particular. Los costes para realizar
estas inspecciones son prohibitivos debido a la cantidad de horas
de trabajo requeridas y en cualquier caso tales inspecciones padecen
de influencia de la subjetividad humana y la exposición a peligros
de la circulación.
Otro método más sofisticado de detección de
grietas implica el empleo de una cámara de video que filma la
superficie de la carretera. La imagen de video se procesa
posteriormente para detectar la gravedad y la extensión del
agrietamiento. Una resolución de grieta de 3 mm a 5 mm es lo más que
puede alcanzarse mediante los métodos de la técnica anterior
empleando algoritmos para realizar la extrapolación de los datos que
se leen.
Otro método implica el empleo de cámaras
digitales de exploración de áreas para lograr una imagen a alta
velocidad. Las imágenes de estas cámaras son propensas a
superponerse y a carecer de definición.
El control del estado del pavimento generalmente
implica mediciones de un perfil de irregularidad y evaluación de
parámetros del estado de la superficie pavimentada tales como
ahuellamiento, textura y agrietamiento. Cuando las grietas alcanzan
una determinada magnitud, los tratamientos de saneamiento de la
superficie no serán una solución efectiva por tanto es
imprescindible que las grietas se detecten en una fase temprana y de
preferiblemente cuando aún no sean mayores a 1 mm.
El documento
US-A-4899296 describe un aparato de
inspección de pavimentos para inspeccionar el estado de un carril
ocupado del pavimento que utiliza un vehículo capaz de trasladarse a
lo largo del carril a velocidades normales de circulación tales como
55 millas por hora. El aparato es capaz de determinar el tamaño y
formas de las características de peligro de la superficie tales como
grietas longitudinales, grietas, grietas transversales, grietas de
tipo piel de cocodrilo, fisuras de diseño y baches. El aparato tiene
dos cámaras de video de matriz que se proyectan hacia abajo sobre el
pavimento con campos de visión superpuestos para generar los datos
X-Y de píxel de un carril de al menos de 12 pies de
ancho del pavimento de una autopista cuando el vehículo se desplaza
sobre el pavimento. La cámaras se montan en ángulos agudos entre si.
Además, el aparato tiene cámaras infrarrojas para la exploración de
la sub-superficie. Las características del pavimento
de la sub-superficie tales como el tipo de suelo y
la distribución de la cantidad de la humedad se determinan por las
distorsiones en el perfil de la temperatura de la superficie
capturado por las cámaras infrarrojas.
El documento
US-A-4958306 describe un aparato
similar de inspección del pavimento a aquel descrito en el documento
US-A-4899296. Sin embargo, el
aparato tiene cameras de video de matriz para determinar la
deflexión del pavimento como respuesta al desplazamiento del peso
conocido de una rueda sobre el pavimento.
El documento
US-A-4653316 describe la exploración
de una superficie de carretera mediante un rayo láser en una
dirección transversal a la dirección de la carretera para captar el
lugar de exploración del haz de láser en la superficie de la
carretera en una dirección inclinada a una superficie de exploración
del haz para obtener datos del perfil transversal. La luz del láser
reflejada por la superficie de la carretera es recibida en una
dirección inclinada con respecto a la superficie de exploración del
haz para la obtención de datos sobre grietas. Se miden las
distancias a la carretera en tres puntos en la dirección
longitudinal de un vehículo de medición. La distancia de
desplazamiento se mide y los datos de la distancia medida se graban
en un dispositivo de grabación conjuntamente con los datos del
agrietamiento, datos del perfil transversal y datos del perfil
longitudinal.
Los métodos manuales actuales de detección de
grietas requieren de mucho tiempo y la amplitud de la información
recogida es limitada. Los métodos manuales requieren también mucha
inversión con un pobre rendimiento. Existe una importante necesidad
en la industria de la construcción para llegar a formas más
eficientes de obtener datos referentes al estado de un pavimento de
manera que puedan organizarse programas de mantenimiento en el
futuro y asignárseles fondos.
Para eliminar las deficiencias de los métodos de
la técnica anterior, el solicitante determinó que un vehículo de
inspección podría equiparse con sistemas automatizados de
clasificación y detección de grietas empleando tecnología de visión
por ordenador. Este equipamiento recogería datos del estado del
pavimento referentes al agrietamiento conjuntamente con otro
equipamiento para medir los parámetros del estado de la carretera
tales como la irregularidad y el ahuellamiento.
La presente invención elimina las desventajas de
la técnica anterior al proporcionar un sistema de detección de
grietas para la acumulación y almacenamiento de datos relativos al
estado de un pavimento. La invención proporciona adicionalmente un
sistema para obtener imágenes digitalizadas de una superficie
pavimentada y medios computarizados para analizar de manera
automática los datos, permitiendo de este modo el control eficiente
del estado de la superficie pavimentada. La presente invención
proporciona además un montaje de iluminación para uso con un sistema
para controlar el estado de una superficie del pavimento de
carretera en el que el montaje de iluminación permite la iluminación
de un detalle preciso del pavimento. La presente invención
proporciona adicionalmente una cámara digital para usar con un
sistema para controlar el estado de una superficie del pavimento de
carretera en el que la cámara incluye un control automático de la
exposición permitiendo imágenes instantáneas incrementales de la
superficie pavimentada mientras que la cámara se desplaza a una
velocidad de hasta y alrededor de 100 km por hora con respecto al
pavimento. La invención proporciona además software de control del
pavimento que almacena, compila y automáticamente asimila datos en
tiempo real referentes al estado del pavimento obtenidos por la
cámara digital.
En términos amplios, el sistema comprende un
vehículo de adquisición de datos que tiene un equipamiento de
sistema modular alojado en él, y que es capaz de leer el estado de
un pavimento cuando el vehículo se desplaza a unas velocidades de
hasta 100 km por hora. Aunque 100 km por hora se considera ya una
velocidad apropiada, se apreciará que el sistema ha sido
desarrollado para adaptarse a velocidades mayores. Los datos desde
el vehículo de adquisición de datos se obtienen mediante la cámara
digital y se procesan a través de un conducto de procesamiento de
imágenes que descompone las imágenes a un estado que permite que los
datos sobre la superficie de la carretera sean leídos. Estos datos
se convierten luego en informes computarizados y puede compararse
con datos leídos anteriormente para proporcionar un análisis
comparativo del estado de una longitud en particular del
pavimento.
En una forma amplia, la presente invención
comprende un sistema para adquirir, procesar, almacenar, analizar y
reportar datos referentes al estado de una carretera u otra
superficie pavimentada en tiempo real; comprendiendo el sistema:
- -
- Al menos un medio de adquisición de imágenes digitales situado con respecto a una superficie pavimentada para capturar imágenes de la superficie mientras que el medio de adquisición de imágenes digitales está desplazándose con respecto a la superficie,
- -
- un montaje de iluminación para iluminar la zona desde que la que se toma una imagen,
- -
- un interfaz entre el medio de adquisición de imágenes digitales y al menos un ordenador;
- -
- medios de procesamiento en dicho al menos un ordenador para procesar dichas imágenes para detectar y clasificar las grietas y otras características de la superficie pavimentada. De otra manera amplia, la presente invención comprende el sistema como se describe anteriormente que incluye:
- -
- un montaje de iluminación para iluminar una superficie pavimentada desde la que se toman imágenes digitalizadas para almacenarlas y analizarlas según el procedimiento descrito en el presente documento, comprendiendo el montaje:
- -
- una fuente de luz; y
- -
- medios para proporcionar intensidad uniforme y dirección de la luz según el nivel de exposición requerido por el medio de adquisición de imágenes digitales.
En otra forma amplia, la presente invención
comprende el sistema como se describe anteriormente en el que los
medios de adquisición de imágenes digitales incluyen:
- -
- una cámara digital;
- -
- incluyendo dicha cámara un sensor, una exposición electrónica externa automática controlada por tiempo que captura imágenes de una superficie pavimentada independientemente de si la cámara está estacionaria o moviéndose con respecto a la superficie pavimentada y en el que la camera es sensible a la reflectividad de la superficie pavimentada.
Según a una realización preferida de la
invención, el sistema de detección del estado del pavimento se
instala en un vehículo permitiendo que los medios de adquisición de
imágenes digitales capturen imágenes de la superficie pavimentada.
La cámara incluye una interfaz para descargar imágenes capturadas
por la cámara hacia un procesador central que recibe, almacena,
compara y analiza los datos de manera que proporciona mediante una
interfaz de usuario una imagen actualizada del estado del
pavimento.
En su forma más amplia, la presente invención
comprende:
- un sistema para capturar y procesar en tiempo real los datos de agrietamiento del pavimento que comprende:
- un vehículo capaz de desplazarse a velocidades de autopistas; medios para capturar imágenes digitales de la superficie pavimentada; y
- medios para procesar y mostrar los datos capturados.
De manera preferida, los medios de adquisición
de imágenes digitales comprenden una cámara digital y el medio de
procesamiento incluye hardware y software de ordenador para procesar
dichas imágenes digitales.
En su forma más amplia, la presente invención
comprende:
- un sistema que permite la captura en tiempo real y que procesa los datos referentes al estado de un pavimento, comprendiendo el sistema:
- Un vehículo capaz de desplazarse a velocidades de autopista; medios en o sobre dicho vehículo para capturar datos de agrietamiento del pavimento y medios para procesar y almacenar los datos capturados.
De manera preferida, el pavimento es una
superficie de carretera y dichos medios para procesar y almacenar
los datos capturados incluyen medios para eliminar los datos no
deseados.
En otra forma amplia, la presente invención
comprende:
- un sistema para capturar y procesar en tiempo real los datos de agrietamiento del pavimento referentes al estado de un pavimento de carretera, comprendiendo dicho sistema:
- un vehículo capaz de desplazarse a velocidades de autopista;
- un medio de adquisición de imágenes digitales para capturar imágenes de dicho pavimento mientras dicho vehículo se encuentre en movimiento;
- medios de procesamiento para recibir y analizar los datos capturados por dicha cámara y para eliminar todo tipo de datos no deseados.
Existe un número de beneficios presentes que
conciernen al sistema según la presente invención y estos incluyen
un riesgo reducido de daños al personal que recoge los datos, menor
desviación de los recursos locales hacia la recopilación de datos de
manera manual, perdidas de tiempo reducidas, eliminación de
inconsistencias en los datos recopilados de manera manual, seguridad
en las comparaciones de año a año y de zona a zona, seguridad en la
precisión de la base de datos empleada para planificar y
presupuestar, base racional para el uso de los datos de
agrietamientos en el rendimiento de la red, reportar y planificar el
mantenimiento, tiempo reducido a un nivel corporativo, recopilación
de datos para informar y planificar, ahorro en la recopilación
actual de datos de manera manual y ahorro en los costes de
mantenimiento y rehabilitación de la red de carreteras.
La presente invención se describirá ahora más
detalladamente según realizaciones preferidas pero no limitativas y
con respecto a cada forma de la invención y con referencia a los
dibujos adjuntos en los que:
la figura 1: muestra un diseño general
esquemático de la disposición del aspecto del sistema de la presente
invención;
la figura 2: muestra una vista lateral de un
reflector modular de iluminación situado con respecto a la cámara y
la carretera;
la figura 3: muestra un ejemplo de una imagen
superficie de la carretera con "spray seal" (sello pulverizado)
adquirida durante ensayos;
la figura 4: muestra un diagrama esquemático del
hardware del sistema;
la figura 5: muestra un diagrama esquemático de
hardware que incluye el hardware la adquisición de datos, del
sistema de control y del procesamiento de datos;
la figura 6: muestra un diagrama esquemático de
la implementación del sistema (toma de muestra secundaria en tiempo
real);
la figura 7: muestra un diagrama esquemático de
la implementación del sistema (toma de muestras continua en tiempo
real a largo plazo);
la figura 8: muestra un vehículo típico de
adquisición de datos que muestra un posible diseño de
equipamiento;
la figura 9: muestra un diagrama general
adicional esquemático de la disposición del aspecto del sistema de
la presente invención; y
la figura 10: muestra una conjunto de muestras
de los resultados producidos por la presente invención.
La presente invención proporciona un sistema
modular automatizado para la detección de grietas en un pavimento y
de manera más particular detecta carreteras agrietadas ligeramente
de manera que pueden realizarse reparaciones en una fase temprana
para mejorar el estado general de la red de carreteras. El sistema
automatizado de detección de grietas se encuentra en un vehículo que
podría ser un camión o un vehículo similar que se configura para
permitir que todos los integrantes del sistema estén contenidos
dentro del vehículo. Los parámetros del vehículo elegido se
determinan según los requerimientos de funcionamiento del sistema.
Por lo menos, el vehículo debe contar con potencia de medios
eléctricos principalmente pata iluminación, capacidad de explorar un
ancho determinado con anterioridad del pavimento junto con sistemas
de captura de datos para recibir y procesar datos capturados por el
sistema automatizado de detección de grietas. La mayor parte de la
energía eléctrica se necesita para la iluminación de modo que un
generador de potencia situado en el vehículo se diseñara de acuerdo
con los requerimientos de potencia por módulo. Otros parámetros del
vehículo incluyen espacios específicos entre los módulos de
detección, requerimientos del espacio interior para el equipamiento,
acceso para el cableado y conducción y una configuración especial
para adecuarse a los requerimientos del usuario. Cada modulo de
detección de la realización preferida se diseña para registrar datos
de agrietamiento de una sobreimpresión de la carretera de hasta 750
mm de ancho y continua en longitud en la dirección del
desplazamiento del vehículo. Es preferible que se mantenga el ancho
de camión convencional de 25
metros.
metros.
Con respecto a la figura 1, se muestra una
disposición esquemática de una configuración de instrumentos para el
camión de detección de grietas de carreteras. La configuración de
instrumentos se dispone en tres áreas, concretamente el vehículo, la
cabina de instrumentos y la cabina del conductor. Las partes claves
de esta disposición para la implementación del sistema son el
vehículo y la cabina de instrumentos. La interacción entre el
hardware del vehículo y el software en la cabina de instrumentos se
describirá detalladamente más adelante.
Como puede verse a partir de la figura 1, el
vehículo incluye hardware integral que es una cámara dispuesta a una
distancia predeterminada de una superficie del pavimento de la
carretera, medios de activación, medios para generar energía
eléctrica y luces para iluminar la superficie que va a plasmarse en
una imagen.
En términos amplios según el aspecto del sistema
de la invención se proporciona un vehículo que está equipado
con:
un modulo de adquisición de imágenes que incluye
una cámara digital y un montaje de iluminación.
Los datos capturados por la cámara se transmiten
a los ordenadores de procesamiento mediante un distribuidor (CIDD)
de datos del interfaz de la cámara. Los datos transmitidos a los
ordenadores se procesan luego mediante software de procesamiento de
imágenes.
La cámara de adquisición de imágenes incluye un
sensor lineal matricial (que puede incluir un fotodiodo, dispositivo
(CCD) acoplado de carga o matriz de integración (TDI) del tiempo de
retardo de elementos fotosensibles) integrado a una cámara. El
sensor matricial se alinea transversalmente a la dirección de
desplazamiento del vehículo. La cámara, el circuito temporizador y
el sistema óptico se integran con el sensor para registrar un
milímetro de la carretera por milímetro de desplazamiento del
vehículo de manera longitudinal. El numero de elementos sensibles a
la luz (píxeles) en la matriz lineal puede elegirse dependiendo del
ancho de la carretera que va a inspeccionarse con un módulo (una
serie de módulos de adquisición de imágenes puede ubicarse
conjuntamente para registrar anchos de gran magnitud de a lo largo
de una carretera). Una matriz de píxeles 1024X1 se implementó en el
prototipo de la cámara. Los píxeles 750 centrales se emplean para
crear una imagen de un ancho de 750 mm de la carretera por módulo.
La velocidad a la que los píxeles pueden leerse desde el sensor debe
ser alta (en el orden de 40 Mhz) para permitir que las imágenes se
registren a altas velocidades del vehículo (hasta 105 km por hora lo
que equivale a una velocidad de línea hasta aproximadamente 29.000
líneas por segundo). La sensibilidad y la eficiencia quántica del
sensor de la realización preferida se seleccionaron para
proporcionar suficiente salida de carga por encima de las
interferencias pero por debajo de la saturación de la exposición
para una exposición dada (intensidad de la luz x tiempo de
integración) a la luz reflejada desde varios tipos de superficies de
carreteras. La reflectancia típica de la carretera fue
4-30%. Para minimizar los efectos del
"blooming" (luminosidad excesiva) dentro del sensor por la
saturación de exposición originada por partículas de cuarzo
altamente reflectoras en la superficie del pavimento, por ejemplo
fue necesario incorporar un circuito anti-blooming.
Adicionalmente, para minimizar el que la imagen se vuelva borrosa en
altas velocidades del vehículo fue necesario incorporar la capacidad
de tiempo de integración de carga relativamente corto (en el orden
de 1 a 20 microsegundos) dentro del sensor. Fue particularmente
importante mantener buena señal de imagen con respecto a las
características de las interferencias en estos tiempos de
integración de carga del sensor. El nivel correcto de exposición se
mantuvo mediante la variación del tiempo de integración o la
variación de la posición de una ventana de cuantificación de 8 bits
dentro de los 10 bits análogos a la toma de muestras digitales de la
salida de carga del sensor. Esta metodología del control de la
exposición se basa en detectar de manera digital la reflectividad de
los materiales aglomerantes en las superficies agregadas de la
carretera. La exposición se adaptó para producir un contraste
consistente de agrietamiento del material aglomerante circundante
independientemente de que material agregado (por ejemplo grava de
río o gravilla de piedra azul) se encuentre presente. Se utilizan
aberturas graduadas de la lente de la cámara. Es necesaria una
profundidad de campo del objetivo de la cámara que sea mayor que el
desplazamiento vertical debido a la suspensión del vehículo si las
características de la carretera van a continuar enfocadas.
Típicamente, la apertura del objetivo de transmisión es igual al 50%
de la apertura total que se utilizó. Esto proporciona una
profundidad de campo mayor que 300 mm para una cámara dispuesta
aproximadamente 600 mm por encima de la carretera.
Para obtener imágenes digitalizadas de la
superficie pavimentada con alta integridad, fue importante poner
particular atención a la iluminación de esa superficie. El contraste
entre la grieta y la superficie de la carretera se mantuvo y la
configuración de la iluminación se ajustó para eliminar todo
ensombrecimiento imprevisto que podría interferir con la
interpretación con la máquina/ordenador de la imagen. Por
consiguiente, el campo visual de la cámara se ilumina de manera
preferente uniformemente a través de todo el campo. Para lograr
esto, se empleó un reflector de forma cilíndrica para enfocar las
lámparas de cuarzo-iodo lineales sobre la superficie
de la carretera. Esto garantiza un nivel de iluminación apropiado
para la adecuada exposición del ordenamiento de exploración lineal.
El diseño de la realización preferida proporcionó iluminación
uniforme a través del ordenamiento lineal. Adicionalmente, la tira
de la luz enfocada proporcionó un ancho suficiente de iluminación
uniforme en la dirección del desplazamiento del vehículo. Esto
garantiza que la tira de iluminación no se desplace fuera del campo
visual de la cámara mientras el vehículo se mueve hacia arriba o
abajo al desplazarse a lo largo de la carretera, por ejemplo, una
tira enfocada del haz de iluminación de 900 mm por 30 mm fue
suficiente para un campo visual del sensor lineal de la carretera de
750 mm. Se colocaron reflectores de forma cilíndrica y lámparas
antes y después de la cámara con respecto a la dirección del camión.
El ángulo con el cual incide la iluminación sobre la superficie de
la carretera es muy importante. Existe la posibilidad de que las
sombras sean confundidas con datos de agrietamiento. Para evitar
esto, se ajustó la posición de las lámparas para maximizar el
contraste del agrietamiento y minimizar
\hbox{el rastro de
sombras de las superficies texturizadas de la carretera.}
La figura 2 muestra una vista lateral de un
montaje de iluminación con respecto a una cámara y a una carretera.
Con respecto a la figura 2, se muestra un módulo 100 de iluminación
que incluye reflectores 101 y 105 dirigidos de manera que iluminen
un campo visual sobre la superficie 102 pavimentada con respecto a
la línea 103 de visión de la cámara 104. Las líneas 107 (a) y 107
(b) punteadas representan la tira enfocada del haz de iluminación
dirigida por los reflectores 101 y 105 respectivamente hacia la
superficie 102 pavimentada. En funcionamiento normal es preferible
que el movimiento entre los haces de iluminación con respecto al eje
de la cámara sea mínimo. Tal movimiento podría originarse por la
vibración del vehículo y el movimiento vertical del mismo. El
objetivo de proporcionar un enfocado específico a las lámparas con
reflectores de forma cilíndrica es primordialmente para garantizar
niveles adecuados de iluminación sobre la superficie de la carretera
y en segundo lugar garantizar que el nivel de iluminación se
encuentre distribuido de manera uniforme transversal y
longitudinalmente con respecto al eje óptico de la cámara, incluso
cuando exista un movimiento relativo entre el campo visual de la
cámara y las tiras enfocadas de iluminación sobre la carretera. Sin
embargo, el software de procesamiento de imágenes ha sido
implementado para tratar y corregir una iluminación irregular.
En la realización preferida de la presente
invención, la interacción entre el control de exposición de la
iluminación y la captura de la imagen es importante para un
apropiado funcionamiento del sistema. El control de exposición de la
realización preferida se regula mediante una arquitectura apropiada
del software. Los ensayos han mostrado que los tiempos de exposición
tan cortos como 1,0 microsegundos son posibles ahora con un sensor
especialmente adaptado mientras que anteriormente no eran posibles
tiempos de exposición menores de 10 microsegundos. A velocidades
altas, en las que los tiempos de exposición no eran menores de 10
microsegundos, sucedía que la imagen se volvía borrosa afectando la
calidad de los datos capturados de la carretera. El funcionamiento
del sensor conjuntamente con el módulo de adquisición de imágenes y
basado en una iluminación disponible ha mostrado que pueden
obtenerse imágenes de grietas de 1 mm. En ensayos de campo, el
rendimiento del módulo de adquisición de imágenes se evaluó al
registrar imágenes de carretera a partir de seis lugares de
referencia de ensayo. Estos lugares se seleccionaron para la
variación en los tipos de superficie de la carretera y el tipo,
severidad y extensión del agrietamiento de la carretera. Se
registraron 15.000 imágenes de ensayo con un ejemplo típico que
representa la calidad de la imagen como se muestra en la figura 3.
La figura 3 muestra un ejemplo de una imagen de una superficie de
carretera de sello pulverizado durante los ensayos. Según el aspecto
del aparato el control electrónico de exposición de la cámara
digital es capaz de alterar el tiempo de exposición para diferentes
superficies de carretera. Para carreteras oscuras con un tiempo
apropiado de exposición es posible obtener un buen contraste entre
el material aglomerante de la carretera y las grietas.
La cámara de exploración lineal utilizada en la
realización preferida permite el funcionamiento a alta velocidad con
un buen alcance dinámico y control preciso de exposición pero
requiere una interfaz más elaborada de lo que requiere una cámara de
área convencional. La potencia de cálculo necesaria para el
procesamiento en tiempo real de las imágenes de carretera excede en
gran medida la capacidad de una CPU única de manera que deben
emplearse varios ordenadores para proporcionar el nivel de
rendimiento requerido para el sistema de detección de agrietamiento
de carreteras. Los datos de las imágenes deben formatearse de manera
apropiada y dirigirse al procesador cuando se facilitan los recursos
de cálculo al finalizar una operación previa. La placa del
distribuidor de datos del interfaz de la cámara (CIDD) combina las
funciones de control de la cámara y de distribución de datos.
La placa CIDD realiza varias funciones claves en
el sistema de la presente invención, como sigue:
- 1.
- Medir la velocidad del vehículo utilizando señales de un codificador giratorio de cuadratura instalado en el buje de una rueda.
- 2.
- Ajustar los parámetros de control para el software de la cámara.
- 3.
- Generar una señal de control para inicializar una lectura de una línea de los datos de las imágenes de la cámara por cada milímetro de desplazamiento de vehículo. Ésta se denomina como señal START (de inicio).
- 4.
- Generar una señal de control para permitir que la cámara integre la respuesta eléctrica a la intensidad de la imagen durante un periodo de tiempo específico. Esto implementa un sistema electrónico de exposición que permite un control muy preciso del intervalo dinámico de los datos de la imagen. Esta señal se indica por la etiqueta SHUT.
- 5.
- Proporcionar señales apropiadas para permitir la sincronización de múltiples unidades de procesamiento y adquisición de imágenes para garantizar patrones idénticos de tomas de muestras en todos los trayectos tomados como muestra.
- 6.
- Formatear los datos de la cámara en marcos de un tamaño adecuado para el procesamiento de la imagen.
- 7.
- Designar cada marco de este tipo con un código único de identificación.
- 8.
- Seleccionar marcos para el procesamiento mediante la utilización de una tabla de muestreo.
- 9.
- Distribuir los datos de los marcos a los diversos ordenadores de procesamiento de imágenes.
- 10.
- Controlar los sensores ópticos para determinar los parámetros de exposición y verificar el funcionamiento correcto del sistema.
- 11.
- Generar y transmitir al ordenador central un flujo de paquetes de datos, registrando cada uno de ellos toda la información importante referente a un marco en particular de datos de imágenes.
- 12.
- Generar un flujo de datos para permitir visualizar información en un panel LCD para ayudar al conductor del vehículo a conservar la velocidad de inspección dentro de los márgenes óptimos.
La placa CIDD consiste en una placa principal de
circuitos impresos y una placa hija con una CPU. En la placa
principal se encuentran los conectores requeridos para interconectar
la cámara y el registrador de cuadros empleado para alimentar datos
a los ordenadores de procesamiento de imágenes. Los chips del
receptor de la interfaz RS422 estándar aceptan el flujo de datos de
10 bits de la cámara. Los 8 bits bajos, medios o altos de los datos
de 10 bits pueden seleccionarse para el procesamiento. Los datos
deseados de 8 bits se empaquetan en una ruta de 16 bits de ancho, se
vuelven a sincronizar y se transmiten en tres flujos idénticos
empleando controladores diferenciales RS422. La placa hija contiene
un microprocesador que controla el funcionamiento del CIDD, 1 Mbyte
de memoria estática, 1 Mbyte opcional de memoria ROM y un circuito
UART para el soporte de comunicaciones en serie.
Las comunicaciones entre la placa CIDD y el
procesador central de imágenes se llevan a cabo mediante una línea
RS232 en serie que emplea un protocolo de órdenes basado en
paquetes. El microprocesador en la placa hija ejecuta un pequeño
sistema operativo de múltiples hebras para permitir que éste realice
sus diversas funciones de manera eficiente y no limite la velocidad
del rendimiento de los datos. El software del CIDD se escribe en
lenguaje ensamblador para maximizar el rendimiento. Más adelante se
presenta una vista general del software del CIDD.
El núcleo del sistema operativo soporta el
funcionamiento de múltiples hebras utilizando un simple
planificador. El planificador asigna fracciones de tiempo de 1/512
segundos y se invoca empleando una interrupción por parte del
temporizador (PIT) de intervalos periódicos de la CPU. Un esquema de
prioridad se utiliza para seleccionar la siguiente tarea a realizar.
Una tarea puede suspenderse, si se requiere, hasta que se produzca
un estado específico. Una hebra puede liberar los restos de una
fracción de tiempo si ésta no puede proseguirse por algún
motivo.
Las comunicaciones entre hebras se basan en un
simple protocolo de notificación de eventos. Los recursos
compartidos se protegen utilizando semáforos dondequiera que haya un
posible conflicto de acceso.
Las diversas hebras son como sigue:
- 1.
- Cada instrucción entrante desde el ordenador central se almacena en una memoria intermedia de paquetes asignada de manera dinámica que usa un manipulador de interrupción. Los paquetes se almacenan en una cola para el procesamiento. La tarea de alimentación mantiene una reserva a las dos memorias intermedias de paquetes para utilizar por el manipulador dado que no es posible realizar la asignación de memoria sin una interrupción.
- 2.
- La tarea de ejecutar paquetes lleva a cabo la acción específica mediante cada paquete de instrucciones. Un paquete de respuesta, si se requiere, se coloca en una cola de salida. El paquete de instrucciones se modifica entonces para formar un paquete de acuse de recibo y se coloca en la cola par la salida. Adicionalmente, transfiere paquetes de datos de marcos.
- 3.
- La tarea del paquete de envío escribe paquetes en la memoria intermedia de salida a través de una línea en serie al ordenador central.
- 4.
- Las tres tares puerto de lectura, puerto de escritura y evento de informe realizan una función similar al sistema de comunicaciones basado en paquetes, pero están basadas en textos para permitir una depuración conveniente del software a través de una conexión en serie del puerto.
- 5.
- La tarea camera_mon gestiona el ajuste y la verificación de los parámetros de control del software de la cámara. Ésta se ejecuta solamente en una inicialización del sistema o cuando se requiere una alteración de algún parámetro.
- 6.
- La tarea display_mon mantiene una visualización de importante información en una pantalla LCD de visualización para el uso del conductor del vehículo de inspección.
- 7.
- La tarea exposure_mon controla la salida del sensor de exposición y calcula el intervalo de exposición electrónica más adecuado a las características de la superficie de la carretera.
- 8.
- La tarea status_mon proporciona el control automático del sistema de iluminación para evitar daños en la carretera debido al sobrecalentamiento cuando el vehículo se detiene. También observa e informa sobre condiciones anormales tales como el fallo de una lámpara.
Las funciones criticas al tiempo, referentes al
temporizador de la cámara, formateo del marco y distribución de los
datos se llevan a cabo empleando manipuladores de interrupción y la
unidad (TPU) procesadora de tiempo dentro del microprocesador. La
TPU consiste de un bloque de lógica I/O configurable, memoria y una
CPU intercalada que se organizan para proporcionar una amplia
variedad de funcionamientos I/O dependientes del tiempo hasta en 16
canales. La utilización de la TPU para la placa CIDD se describe
posteriormente.
El canal 5 se emplea para producir el impulso
START para la cámara, que inicializa una lectura de una línea de la
imagen. Se emplea la modulación (SPWM) del ancho del impuso
sincronizado de la TPU. El periodo del impulso se controla para
entregar una línea por milímetro de desplazamiento del vehículo.
Este canal se utiliza como la fuente principal de sincronización a
lo largo de casi todo el funcionamiento del CDII.
El canal 6 utiliza la función SPWM para generar
la señal SHUT. El intervalo de exposición electrónica puede
ajustarse desde cero hasta cualquier valor requerido en etapas de
240 nanosegundos (ns) aproximadamente.
Los canales 0, 1 y 2 se configuran para producir
un impulso activador del marco justo antes del inicio de un nuevo
marco. El impulso puede dirigirse fuera de cualquier combinación de
los tres canales. Este impulso indica al registrador de marcos que
el marco siguiente debe almacenarse y procesarse.
Una tabla de distribución de hasta 512 entradas
se emplea para controlar la estrategia de muestreo del marco. Cada
posición de la tabla de 8 bits especifica una acción requerida. Un
puntero a la entrada actual de la tabla aumenta tras cada marco y
retorna al inicio después de que se alcanza la última entrada. Los
bits 0, 1 y 2 indican que el marco debe almacenarse mediante el
registrador de marcos 0, 1 ó 2. El bit 7, si se establece, obliga a
una reinicialización del puntero de acceso. El bit 6 puede emplearse
para detener la distribución de la secuencia después de que la
entrada sea procesada. Este método de distribución permite completa
flexibilidad en la elección de la estrategia de muestreo.
El canal 3 produce una interrupción al inicio de
la primera línea en un marco. El manipulador de interrupciones
escribe entonces la información requerida para el último marco en
una memoria intermedia de paquetes y coloca esa memoria intermedia
en una cola para la salida mediante la tarea de ejecutar
paquetes.
El canal 4 produce una interrupción al inicio de
la última línea de un marco. El manipulador de interrupciones
calcula la velocidad media del vehículo a través de ese marco y
actualiza el periodo START.
El canal 11 produce una interrupción que activa
la generación de impulsos en los canales 0-2 en un
momento apropiado.
Los canales 14 y 15 decodifican las señales en
cuadratura del codificador giratorio para dar una estimación precisa
del movimiento del vehículo.
Los canales 12 y 13 se emplean para sintetizar
las señales de cuadratura similares a aquellas del codificador
giratorio y están destinados para fines de diagnóstico.
El canal 10 se emplea para dar soporte al
control de flujo serial del modo RTS/CTS de interrupción a través de
la interfaz MC68F333 serial interna.
El canal 7 recibe entradas tanto de un sensor
óptico como del interruptor operado por el usuario. Cada entrada
puede inicializar la adquisición de datos de la cámara al inicio de
una inspección, o introducir una señal de referencia en el flujo de
datos de comunicaciones de paquetes.
Los canales 8 y 9 se emplean para dar soporte a
la sincronización de múltiples unidades CIDD.
El control óptimo de la exposición electrónica
de la cámara se facilita mediante el uso de un sistema sensor de luz
independiente. El sistema comprende un sensor con una respuesta
espectral que se adapta a la de la cámara. Se emplea una lente para
permitir que el sensor tome muestras de la luz reflejada por la zona
de la superficie de carretera vista por la cámara. La señal sin
tratar del sensor se amplifica, filtra y transmite a la placa CIDD
en la que se emplean una combinación de técnicas analógicas y
digitales para calcular el intervalo de exposición óptimo para las
características observadas de la carretera.
El software y hardware CIDD pueden soportar la
adquisición fiable de imágenes a velocidades del vehículo de 14 a
105 km por hora cuando la escala de la imagen se define de tal
manera que un píxel corresponde a un milímetro en la superficie de
la carretera.
Según el aspecto del sistema de la invención,
existen dos maneras ideales de procesar datos obtenidos a partir del
CIDD. La primera de éstas consiste en el principio de encauzamiento
y la segunda en la distribución paralela de datos a través de los
ordenadores de procesamiento. Los algoritmos para software empleados
en el procesamiento de estos datos son los mismos independientemente
de cuál de los dos sistemas de procesamiento de datos se adopta.
Según una realización, la funcionalidad de
tareas de hardware/software actúa de manera funcional según las
siguientes etapas:
- a)
- se aceptan los datos de la cámara digital;
- b)
- se generan señales de ajuste de marcos por el CIDD para formar imágenes para el procesamiento de imágenes;
- c)
- se distribuyen los datos de imágenes a cada uno de los ordenadores de procesamiento de imágenes y al ordenador central;
- d)
- el ordenador central emite instrucciones para configurar las funciones requeridas para el procesamiento de imágenes y la generación de datos.
La interacción del hardware entre la obtención
de datos de agrietamiento de la carretera y su asimilación de
almacenamiento y en la que dilución sea aplicable se habilita
mediante el nuevo software escrito especialmente para este
propósito. El sistema operativo y el software residen en un disco
duro central incorporado al ordenador central. El sistema de entrada
y las unidades de procesamiento de imágenes no contienen disco y se
arrancan desde la maquina central a través de un ethernet sin
intervención del usuario. El sistema de entrada muestra una interfaz
de usuario en una pantalla/pantalla sensible al tacto LCD que
permite al usuario controlar el sistema de manera remota desde los
ordenadores de procesamiento y central. El software del sistema
implementado incluye:
- a)
- control del inicio del sistema, parámetros de inicialización y control;
- b)
- comunicación con la interfaz de la cámara y distribuidor de datos-interpretación de instrucciones;
- c)
- comunicación con la interfaz de usuario del ordenador-interpretación de instrucciones;
- d)
- interfaz de usuario para ajustar, controlar y diagnosticar la instrumentación del sistema;
- e)
- procesamiento y adquisición de datos e imágenes;
- f)
- control del registrador de marcos;
- g)
- gestionar la distribución de la carga de procesamiento de datos de imágenes entre los ordenadores de procesamientos de imágenes que operan en paralelo;
- h)
- aplicar los algoritmos apropiados de procesamientos de imágenes a los datos de imágenes;
- i)
- fusionar la información de marco con los resultados del procesamiento y generar archivos de salida de datos.
La figura 4 muestra un diagrama esquemático del
hardware del sistema. La figura 5 muestra la configuración del
hardware clasificada en adquisición de datos, sistema de control y
procesamiento de datos. La figura 6 muestra un diagrama esquemático
de la implementación del software del sistema para una toma de
muestras secundaria en tiempo real. La figura 7 muestra un diagrama
esquemático de la implementación del software del sistema para la
toma de muestras continua en tiempo real. La figura 9 muestra un
diagrama esquemático general adicional de la disposición del
aspecto del sistema de la presente invención.
La primera etapa del algoritmo de procesamiento
de imágenes emplea un "filtro de clasificación separable" para
filtrar la imagen. Se produce una imagen binaria en la que un píxel
está en ON si su valor en la imagen original es menor que el valor
correspondiente en la imagen filtrada.
En la segunda etapa, los candidatos para el
agrietamiento longitudinal y transversal se extraen utilizando un
método del trayecto más corto. Para hallar el candidato para el
agrietamiento longitudinal se halla un trayecto longitudinal más
corto a través de la imagen binaria empleando un algoritmo dinámico
de programación.
Este el trayecto desde arriba hasta abajo con la
mayoría de los valores ON. De este trayecto se selecciona un
segmento contiguo de una longitud fija determinada, maximizando de
nuevo el número de valores ON. Este es el segmento candidato para
agrietamiento longitudinal, y el número de valores ON viene a ser la
"puntuación de agrietamiento longitudinal" de la imagen. Un
segmento candidato de agrietamiento transversal y "una puntuación
de agrietamiento transversal" de la imagen se calculan luego de
la misma manera empleando un trayecto más corto de izquierda a
derecha con la excepción de que "una puntuación de textura
transversal" sea también calculada. Mientras que "la puntuación
de agrietamiento transversal" se basa en el valor máximo en la
columna más a la derecha de la imagen de distancia a la izquierda,
la "puntuación de textura transversal" es igual al mínimo en la
columna más a la derecha de la imagen de distancia a la
izquierda.
En cada píxel en cada segmento candidato, un
hace un cálculo entero del ancho del agrietamiento inspeccionando la
imagen original en la proximidad del píxel correspondiente. Para
cada uno de los segmentos candidatos de agrietamiento, se calcula
una media homogénea de estos cálculos como el cálculo del ancho del
agrietamiento para el segmento candidato.
La presencia de agrietamiento longitudinal se
determina al comparar la "puntuación de agrietamiento
longitudinal" con un umbral.
La presencia de agrietamiento transversal se
determina de una manera más compleja:
- -
- si la "puntuación de agrietamiento transversal" se encuentra por encima de un umbral, entonces se determina que el agrietamiento transversal se encuentra presente.
- -
- De otra manera, si la "puntuación de agrietamiento transversal" se encuentra por debajo del valor de otro umbral, entonces se determina que el agrietamiento transversal no se encuentra presente.
- -
- De otra forma, si la diferencia entre la "puntuación de agrietamiento transversal" y la "puntuación de textura transversal" excede un umbral, se determina que el agrietamiento transversal se encuentra presente.
- -
- De otra forma, se determina que el agrietamiento transversal no se encuentra presente.
Si se detecta agrietamiento longitudinal pero no
se detecta el agrietamiento transversal, el tipo de agrietamiento es
"longitudinal".
Si se detecta agrietamiento transversal pero no
se detecta agrietamiento longitudinal, el agrietamiento es de tipo
"transversal".
Si no se detecta ni agrietamiento longitudinal
ni transversal, el tipo de agrietamiento es "ninguno".
Si se detectan tanto el agrietamiento
longitudinal como el transversal, o se detecta un agrietamiento
longitudinal de alta densidad (véase posteriormente "Medición de
la extensión"), el agrietamiento es de tipo "piel de
cocodrilo".
Existe un algoritmo para calcular el número
medio y la extensión de las grietas en ambas direcciones tanto
longitudinal como transversal dentro de la imagen. Posibles lugares
de agrietamiento se identifican hallando el valor máximo local en la
serie de valores de la distancia que es una imagen intermedia en el
cálculo de la trayectoria más corta. Estos resultados pueden
combinarse para estimar cantidades tales como la densidad y la
extensión del agrietamiento en una secuencia.
Si la extensión de un agrietamiento longitudinal
excede un umbral, entonces se detecta el "agrietamiento
longitudinal de alta densidad".
De manera aproximada, la formación de dientes
transversal se atenúa en la imagen utilizada para la detección de
agrietamiento transversal mediante el empleo de un filtro de
clasificación con una ventana mayor en un píxel. Si no existe
ninguna formación de dientes, puede escribirse el algoritmo
(descrito anteriormente) estándar:
- -
- X1 = tranverse_rank(X0, nx)
- -
- X2 = longitudinal_rank(X1,ny)
- -
- B2 = X0<X2
- -
- Transverse_detect(B2)
- -
- Longitudinal_detect(B2)
en el que X0 es la imagen de entrada, y nx y ny
son respectivamente las dimensiones longitudinal y transversal del
filtro.
Cuando se requiere la eliminación de la
formación de dientes, se altera ligeramente el orden de manera que
la detección transversal se lleva a cabo en una imagen que es
producida mediante mero filtrado transversal:
- -
- X1 = transverse_rank(X0,nx)
- -
- B1 = X0<X1
- -
- Transverse_detect(B1)
- -
- X2 = longitudinal_rank(X1,ny)
- -
- B2 = X0<X2
- -
- Longitudinal_detect(B2)
El acceso del operario al sistema durante las
actividades rutinarias de recopilación de datos se proporciona
mediante un ordenador portátil o un dispositivo del tipo de una
"pantalla sensible al tacto" localizado en la cabina delantera
del vehículo central. Las principales funciones de la interfaz de
usuario son:
- -
- inicialización y control del sistema
- -
- elección de una lista de modos de recopilación de datos
- -
- inicio de la recopilación de datos, en un modo de funcionamiento seleccionado
- -
- referencia a la ubicación de la carretera y entrada de eventos y características especiales
- -
- procesamiento en tiempo real del agrietamiento de la carretera proporcionado como retroalimentación del operario
El funcionamiento del equipamiento Agrietamiento
de Carretera realiza registros de información del agrietamiento del
pavimento de la carretera con respecto a una distancia precisa de
referencia determinada por un transductor de medición. La elección
de un sistema opcional referencial de ubicación de la carretera
origina una lista de desplazamiento de las características del borde
de la carretera que son sincronizadas con el registro de medición de
la distancia. Está previsto un sistema referencial de ubicación
específico a las necesidades de las autoridades de la carretera. El
registro de los datos en intervalos de 10 m o menores, lo que es
menos que el intervalo de registro propuesto de 100 m, permite que
los datos se recopilen en cada dirección de una carretera que van a
transmitirse de manera consistente desde un punto común de
referencia.
El tiempo de intervención del operario se ve
minimizado al proporcionarse peticiones de entrada del menú para
minimizar la subjetividad aplicada al proceso de recopilación de
datos y por lo tanto reduciendo el potencial de error. La
información del sistema se proporciona en la pantalla operativa para
permitir la respuesta directa por parte del operario a condiciones
extraordinarias encontradas durante el periodo de operación. El
interfaz de usuario proporciona retroalimentación al operario, que
incluye una indicación del agrietamiento determinado a partir del
procesamiento en tiempo real. Proporcionar esta información permite
que el operario registre o responda a cualquier tipo de anomalía y
problemas que pueden distorsionar la integridad de los datos durante
el periodo de funcionamiento del sistema Agrietamiento de
Carretera. Se proporcionan un informe resumido y un disco de datos
al final de cada ejecución de la recopilación de datos y no se
requiere ningún procesamiento significativo adicional para producir
más formatos detallados de informes.
El formato de datos sin procesar del sistema de
adquisición consiste de un número de tipos de registro individuales
señalado cada uno mediante un prefijo literal único. Este conjunto
de datos contiene información referente a la velocidad, exposición,
información sobre la ubicación de la carretera, así como resúmenes
sobre el agrietamiento para cada marco de imágenes de 500 mm x 750
mm recogido por el sistema. Para cada marco de imágenes de 500 mm x
750 mm, el sistema informa sobre el tipo de agrietamiento
predominante (transversal, longitudinal, cocodrilo o ninguno), la
severidad del agrietamiento y el ancho de la grieta conjuntamente
con otros varios valores referentes a la temporización de la cámara
y los parámetros de procesamiento.
Estos datos centrales de marco se resumen
entonces en un registro único al combinar marcos que se originan
dentro de cada segmento longitudinal de 10 metros. El método para
resumir los datos se centra en registrar los números de registros
que se encuentran dentro de varias categorías. Al registrar el
número total de marcos de imágenes analizados dentro del segmento de
10 m, el número de marcos que registra cada tipo de agrietamiento
puede reportarse como un porcentaje del total de imágenes
analizadas. Este método de elaboración de informes permite comparar
resultados de inspecciones sucesivas que ocurran, incluso si el
número de módulos o los métodos de muestreo cambian con el
tiempo.
Al resumir los datos en segmentos de 10 metros,
los marcos se clasifican por el tipo predominante de agrietamiento y
por el ancho de la grieta. Con esto se obtiene el archivo intermedio
de datos de formato de Datos de Agrietamiento de Carretera
(RCD).
\newpage
La etapa final de elaboración de informes
implica el resumir adicionalmente el archivo RCD en segmentos de 100
metros, como se muestra en la figura 10. Por cada segmento de 100
metros, se informa sobre el número total de marcos. A continuación
de esto sigue el análisis detallado del número de marcos que
muestran agrietamiento en cada uno de los tres tipos de grietas
conjuntamente con el ancho medio de la grieta. Los datos de la
ubicación de la carretera y/o características misceláneas
introducidas por el operario durante la adquisición se reportan
también en relación a los datos de agrietamiento.
La figura 8 muestra una vista de alzado lateral
y una vista en planta de un vehículo que muestra una distribución
del equipamiento según una realización de la invención.
Expertos en la técnica reconocerán que
modificaciones y variaciones numerosas pueden aplicarse a la
invención como se describe extensamente en el presente documento sin
salir del alcance general de la invención.
Claims (42)
1. Sistema para adquirir, procesar, almacenar,
analizar y reportar datos referentes al estado de una carretera u
otra superficie pavimentada (102) en tiempo real; incluyendo el
sistema: al menos un sistema (104) de adquisición de imágenes
digitales situado con respecto a una superficie (102) pavimentada de
manera que capture imágenes de la superficie (102) pavimentada
mientras el sistema (104) de adquisición de imágenes digitales está
desplazándose con respecto a la superficie (102) pavimentada; un
montaje (100) de iluminación para iluminar la zona en la superficie
(102) pavimentada desde la que se toma una imagen; una interfaz
entre el dispositivo de adquisición de imágenes y al menos un
ordenador; un procesador en dicho al menos un ordenador para
procesar en tiempo real dichas imágenes para detectar y clasificar
grietas y otras características de la superficie pavimenta-
da.
da.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicha interfaz gestiona el modo en el que el sistema (104) de
adquisición de imágenes adquiere las imágenes.
3. Sistema según la reivindicación 2, en el que
dicha interfaz adapta el tiempo de adquisición del sistema (104) de
adquisición de imágenes digitales con respecto a la velocidad a la
que dicho sistema (104) de adquisición de imágenes digitales se
desplaza con respecto a la superficie pavimentada.
4. Sistema según la reivindicación 3, en el que
dicho interfaz adapta también el tiempo de adquisición del sistema
(104) de adquisición con respecto a la reflectividad de la
superficie (102) pavimentada.
5. Sistema según la reivindicación 4, en el que
dicho sistema (104) de adquisición de imágenes digitales es capaz de
recibir al menos una línea de datos de imágenes por cada 1 milímetro
de desplazamiento de dicho sistema (104) de adquisición de imágenes
digitales con respecto a dicha superficie (102) pavimentada.
6. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5, en el que dicha interfaz incluye un
sincronizador para sincronizar la adquisición y procesar imágenes de
más de un sistema (104) de adquisición de imágenes digitales.
7. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicha interfaz gestiona también el flujo de datos a dicho procesador
para permitir el procesamiento de dichos datos en tiempo real.
8. Sistema según la reivindicación 7, en el que
dicho procesamiento en tiempo real de dichos datos incluye
procesamiento continuo en tiempo real, procesamiento continúo en
tiempo real mediante toma de muestras secundarias, y almacenamiento
de dichos datos para permitir el procesamiento posterior en tiempo
real un tiempo des-
pués.
pués.
9. Sistema según la reivindicación 8, en el que
dicha interfaz gestiona el flujo de datos hacia dicho procesador
mediante un número de etapas que incluyen:
- formatear cada imagen adquirida hacia un tamaño adecuado para el procesamiento;
- señalar cada imagen con un código de identificación único; y
- distribuir la imágenes hacia el procesador.
10. Sistema según la reivindicación 9, que
incluye la etapa adicional de seleccionar una toma de muestras
secundaria de las imágenes adquiridas para procesarla.
11. Sistema según la reivindicación 10, en el
que dicha toma de muestras secundaria se selecciona mediante una
tabla de muestreo.
12. Sistema según la reivindicación 9, en el que
dicho código de identificación único contiene información referente
al lugar en el que se adquirió la imagen.
13. Sistema según la reivindicación 12, en el
que dicha información sobre el lugar en el que la imagen se
adquirió, se facilita al menos de manera parcial a dicha interfaz
mediante un Sistema Global de Navegación (GPS) y/o un sistema
referencial de ubicación de carreteras.
14. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicho procesador es capaz de analizar imágenes de al menos un tipo
de superficie (102) de carretera en tiempo real.
15. Sistema según la reivindicación 14, en el
que dicho procesador es capaz de analizar imágenes de más de un tipo
de superficie (102) pavimentada en tiempo real.
\newpage
16. Sistema según la reivindicación 15, en el
que dichos tipos de superficie (102) pavimentada incluyen:
- sello pulverizado;
- asfalto; y
- hormigón.
17. Sistema según la reivindicación 14, en el
que dicho procesador procesa dichas imágenes para detectar y
clasificar grietas y otras características de la superficie
pavimentada realizando un número de etapas que incluye:
- filtrar las imágenes;
- aislar la grieta; y/o
- medir la grieta.
18. Sistema según la reivindicación 14, en el
que dicho procesador emplea un número de algoritmos para detectar y
clasificar grietas y otras características de la superficie
pavimentada que incluye:
- un algoritmo de filtro de clasificación;
- un algoritmo para trayectoria más corta;
- un algoritmo de valoración del agrietamiento;
- un algoritmo de adaptación de la textura; y/o
- un algoritmo de la densidad del agrietamiento.
19. Sistema según la reivindicación 14, en el
que dicho procesador incluye medios para distinguir artefactos y
texturas en la superficie (102) pavimentada.
20. Sistema según la reivindicación 19, en el
que dicho medio para distinguir artefactos y texturas en la
superficie (102) pavimentada incluye medios para la eliminación de o
compensación de la formación de dientes y luminosidad excesiva de
las imágenes.
21. Sistema según la reivindicación 14, en el
que dicho procesador clasifica dichas grietas como:
- grietas transversales;
- grietas longitudinales;
- grietas de tipo piel de cocodrilo; y/o
- características lineales y de no agrietamiento.
22. Sistema según la reivindicación 14, en el
que dicho procesador incluye o un procesador de conducto o bien un
procesador paralelo.
23. Sistema según la reivindicación 22, en el
que dicho procesador de conducto incluye una serie de placas de
circuitos capaces de analizar los datos adquiridos de imágenes de
manera continua en tiempo real.
24. Sistema según la reivindicación 22, en el
que dicho procesador paralelo incluye una pluralidad de unidades CPU
de procesamiento de imágenes dispuestas en paralelo, procesando cada
una de los ellas una toma de muestras secundaria de los datos
adquiridos en tiempo real.
25. Sistema según la reivindicación 1, en el que
dicho montaje (100) de iluminación incluye: una fuente de luz; y
aparato para controlar la intensidad y la dirección de la luz según
el nivel de exposición requerido por dicho dispositivo de
adquisición de imágenes digitales.
26. Sistema según la reivindicación 25, en el
que dicho aparato para controlar la intensidad y la dirección de la
luz incluye al menos un reflector (101,105) que concentra la luz
emitida por la fuente de luz sobre un área de la superficie (102)
pavimentada desde la que se toma la imagen.
27. Sistema según la reivindicación 26, en el
que dicho reflector (101, 105) es un reflector de forma cilíndrica y
dicha fuente de luz es una lámpara de cuarzo-iodo
lineal.
28. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el sistema (104) de adquisición de imágenes digitales es una cámara
digital e incluye un sensor, una exposición electrónica externa
automática controlada por tiempo que captura imágenes de la
superficie pavimentada a una velocidad que es proporcional a la
velocidad a la que el sistema (104) de adquisición de imágenes
digitales se desplaza con respecto a la superficie pavimentada, y
que tiene en cuenta la reflectividad de la superficie (102)
pavimentada.
29. Sistema según la reivindicación 28, en el
que dicho sensor incluye cualquiera de los siguientes:
- un fotodiodo;
- un dispositivo acoplado de carga (CCD); o
- una integración de tiempo de retardo (TDI) de elementos fotosensibles.
30. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el sistema se instala en un vehículo, permitiendo que el sistema
(104) de adquisición de imágenes digitales capture imágenes de la
superficie (102) pavimentada a medida que el vehículo se desplaza a
lo largo del pavimento.
31. Sistema según la reivindicación 30, en el
que dicho vehículo es capaz de desplazarse a velocidades de
autopista.
32. Sistema según la reivindicación 31, en el
que dichas velocidades de autopista incluyen velocidades entre los 5
kilómetros por hora y los 120 kilómetros por hora.
33. Sistema según la reivindicación 30, en el
que dicha información del lugar en el que la imagen se adquirió se
proporciona al menos de manera parcial a dicho interfaz a partir de
información obtenida por un transductor de distancia sujeto a una
parte movible del vehículo.
34. Sistema para la captura en tiempo real y
procesar datos de agrietamiento del pavimento que comprende: un
vehículo capaz de desplazarse a velocidades de autopista, y un
sistema según la reivindicación 1, en el que dicho sistema (104) de
adquisición de imágenes digitales es un captador de imágenes
digitales instalado en o sobre el vehículo para capturar imágenes
digitales de la superficie (102) pavimentada, y en el que dicho
procesador se encuentra en comunicación con dicho captador de
imágenes digitales, el procesador para procesar al menos parte de
dichos datos capturados en tiempo real, y en el que dicho captador
(104) de imágenes digitales incluye una cámara digital y el medio de
procesador incluye hardware y software de ordenadores para procesar
dichas imágenes digitales.
35. Sistema según la reivindicación 34, en el
que dichas velocidades de autopista incluyen velocidades entre los 5
kilómetros por hora y los 120 kilómetros por hora.
36. Sistema para permitir la captura y el
procesamiento de datos en tiempo real referentes al estado del
pavimento (102), incluyendo el sistema un vehículo capaz de
desplazarse a velocidades de autopista y un sistema según la
reivindicación 1, en el que dicho sistema (104) de adquisición de
imágenes digitales es un captador de datos de agrietamiento del
pavimento instalado en o sobre el vehículo para capturar los datos
de agrietamiento del pavimento y en el que dicho procesador es para
procesar datos capturados en tiempo real.
37. Sistema según la reivindicación 36, en el
que el pavimento es una superficie de sello pulverizado, asfalto u
hormigón y dichos medios para procesar y almacenar los datos
capturados incluyen medios de eliminación de datos no deseados.
38. Sistema según la reivindicación 36 ó 37, en
el que dichas velocidades de autopista incluyen velocidades entre
los 5 kilómetros por hora y los 120 kilómetros por hora.
39. Sistema según la reivindicación 34, en el
que dicho sistema (104) de adquisición de imágenes digitales incluye
una cámara digital y en el que dicho procesador se encuentra en o
sobre el vehículo y unido a la cámara para recibir datos capturados
por dicha cámara, y para eliminar todo tipo de datos no deseados
capturados en tiempo real.
40. Sistema según la reivindicación 39, en el
que dichas velocidades de autopista incluyen velocidades entre los 5
kilómetros por hora y los 120 kilómetros por hora.
41. Sistema según la reivindicación 1, en el que
los datos se almacenan en cualquiera de las siguientes maneras:
- ninguna imagen se almacena y solamente se almacenan los resultados de detección y de clasificación;
- solamente se almacenan imágenes;
- se almacenan tanto las imágenes como los resultados de detección y de clasificación; o
- se almacena una toma de muestras de las imágenes y sus correspondientes resultados de detección y clasificación.
42. Método para la captura y procesamiento en
tiempo real de datos de agrietamiento de pavimento, que comprende
las etapas de:
- emplear el sistema (104) de adquisición de imágenes digitales que tiene un control electrónico de exposición y está situado con respecto a la superficie (102) pavimentada para capturar imágenes de la superficie (102) mientras el sistema (104) de adquisición de imágenes digitales se desplaza con respecto a la superficie, conjuntamente con un montaje (100) de iluminación que ilumina la zona en la que se toma la imagen;
- emplear una interfaz entre el sistema (104) de adquisición de imágenes digitales y al menos un ordenador para gestionar la manera en la que el sistema (104) de adquisición de imágenes digitales adquiere imágenes y para gestionar el modo en que los datos adquiridos se transmiten a la CPU de procesamiento de imágenes;
- utilizar software y/o hardware en una CPU de procesamiento de imágenes para procesar dicha(s) imagen(es) del pavimento (102) cargadas en el ordenador mediante un número de etapas que incluye:
- Filtrar las imágenes;
- aislar la grieta; y/o
- medir la grieta; y
- procesar las imágenes en tiempo real y proporcionar informes en tiempo real de los datos de agrietamiento del pavimento.
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