ES2365081A1 - Sistema de deteccion e identificacion de obstaculos en entorno aeroportuario. - Google Patents
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Abstract
Sistema de detección e identificación de obstáculos en entorno aeroportuario, que consta de:- un sistema de búsqueda de las zonas de ubicación preferente de las estaciones de seguimiento (ES);- una estación de seguimiento (ES) programable por cada zona de ubicación preferente; y- una plataforma de gestión (PG) programable dotada de un procesador central.
Description
Sistema de detección e identificación de
obstáculos en entorno aeroportuario.
El objeto del invento es un nuevo sistema de
detección e identificación de obstáculos en entornos
aeroportuarios.
Las servidumbres aeronáuticas establecen
restricciones constructivas en los entornos aeroportuarios con el
objeto de garantizar la seguridad de ciertas operaciones
aeronáuticas. Uno de los grandes problemas que amenazan la seguridad
aeroportuaria es la aparición de obstáculos no controlados que
invaden zonas de seguridad.
Si bien existen diversas metodologías que se
aplican para la identificación de obstáculos, ninguna de ellas
garantiza, con la periodicidad necesaria, la detección de los
mismos. La seguridad de las operaciones aeronáuticas está
condicionada por la integridad de los datos, en este caso, la
relación de obstáculos en las áreas de servidumbres
aeronáuticas.
En el actual estado de la técnica, tanto en el
mercado nacional como en el internacional, se pone de manifiesto la
falta de tecnología de uso comercial que resuelva la necesidad
expuesta por lo que el solicitante ha desarrollado el sistema de
detección e identificación de obstáculos objeto del invento, que
actualiza con periodicidad adecuada la información sobre éstos,
facilitando la toma de medidas oportunas en aquellos casos en los
que el obstáculo no estuviera controlado. Se caracteriza porque,
según el mismo:
- se delimitan una pluralidad de espacios
geográficos en el entorno aeroportuario;
- se disponen una pluralidad de estaciones de
seguimiento ubicadas en puntos singulares del terreno cubriendo
dichos espacios geográficos; yendo dichas estaciones de seguimiento
asociadas a una fuente de alimentación y dotadas tanto de equipos de
medición distanciométrica mediante impulsos láser y medición angular
como de sistemas de telecomunicaciones destinados a la recepción y
emisión de datos; y
- se dispone una plataforma de gestión capaz de
comunicarse con todas las estaciones de seguimiento y de mostrar
información en tiempo real de los diferentes espacios geográficos
cubiertos.
\vskip1.000000\baselineskip
La solución desarrollada contempla las diversas
tipologías de aeropuertos, su densidad de tráfico, zonas de mayor
conflicto y las directrices oficiales establecidas por el Anexo 14
de la OACI y el Anexo 15 de la OACI.
El solicitante ha desarrollado un prototipo del
sistema objeto del invento que ha incluido el desarrollo de los
trabajos numerados a continuación, y pormenorizados más
adelante.
- I.-
- Estudio de campo:
- I.I.-
- Entorno aeroportuario (relieve del terreno, nº de operaciones, presión urbanística y servidumbres aeronáuticas).
- I.II.-
- Estudio de equipos comerciales de escáneres terrestre.
- I.III.-
- Observación de campo con escáner láser.
- I.IV.-
- Enlace de la observación láser con la Red Geodésica Nacional.
- I.V.-
- Análisis de los resultados obtenidos.
- II.-
- Diseño de la lógica de búsqueda de las zonas de máxima sensibilidad.
- III.-
- Diseño de las Estaciones de Seguimiento (ES de aquí en adelante).
- IV.-
- Diseño de la Plataforma de Gestión (PG de aquí en adelante).
\vskip1.000000\baselineskip
Esta solución quedará implementada en cada
aeropuerto y su entorno. En los puntos que, a través de la lógica de
búsqueda de las zonas de máxima sensibilidad y otros criterios
considerados, se implantarán las ES. Las ES llevan a cabo la captura
de la geometría del territorio circundante. En cada aeropuerto se
implantará una PG, que es la encargada de solicitar a las ES los
datos geométricos deseados. Es cada ES la que, una vez capturada
esta geometría, mandará la información a la PG, la cual procesa
dicha geometría y determina cuando ha de saltar una alarma por
posible invasión de una superficie limitadora.
Por ello, el contenido de la presente solicitud
constituye un invento nuevo que implica actividad inventiva, y es
susceptible de aplicación industrial.
\global\parskip0.930000\baselineskip
Para comprender mejor el objeto de la presente
invención, se representa en los planos una forma preferente de
realización práctica, susceptible de cambios accesorios que no
desvirtúen su fundamento.
La figura 1 representa el esquema conceptual del
sistema de detección e identificación de obstáculos en entornos
aeroportuarios, objeto del invento.
La figura 2 representa el diagrama del
subsistema de telecomunicaciones.
La figura 3 representa el diagrama del
subsistema de alimentación eléctrica. La línea de puntos delimita
los elementos ubicados dentro del cuadro de distribución. Las partes
de distinta tensión están separadas por una placa de metal
conductor, y esta unida a tierra, según norma IEC EN
60439-1.
La figura 4 representa un diagrama de bloques de
toda la secuencia de control de cada subsistema.
La figura 5 representa la suma de los mapas
MDAL, MDT, MS, MA, MP, MD y MU que conformará el algoritmo de
búsqueda.
Se describe a continuación un ejemplo de
realización práctica, no limitativa, del presente invento. No se
descartan en absoluto otros modos de realización en los que se
introduzcan cambios accesorios que no desvirtúen su fundamento; por
el contrario, el presente invento abarca también todas sus
variantes.
De conformidad con la invención, el sistema de
detección de obstáculos en entornos aeroportuarios:
- delimita una pluralidad de espacios
geográficos (1) en el entorno aeroportuario;
- dispone una pluralidad de estaciones de
seguimiento (ES) ubicadas en puntos singulares del terreno cubriendo
dichos espacios geográficos (1);
- dispone una plataforma de gestión (PG) capaz
de comunicarse con todas las estaciones de seguimiento (ES) y de
mostrar información en tiempo real de los diferentes espacios
geográficos (1) cubiertos.
\vskip1.000000\baselineskip
Dichas estaciones de seguimiento (ES) van
asociadas a una fuente de alimentación y dotadas tanto de equipos de
medición distanciométrica mediante impulsos láser y medición angular
como de sistemas de telecomunicaciones destinados a la recepción y
emisión de datos.
En el ejemplo de realización descrito, el
estudio de campo preliminar permitió la recopilación de la
información que dio paso al diseño de los elementos que a
continuación se describen, y que conforman en su conjunto el sistema
de detección e identificación de obstáculos en entornos
aeroportuario objeto del invento.
La lógica de búsqueda de las zonas de máxima
sensibilidad es un algoritmo desarrollado para ser incorporado al
sistema de detección e identificación de obstáculos objeto del
invento y que sirva de ayuda a la decisión de la ubicación de las
estaciones de seguimiento (ES), bien en la fase de implantación del
sistema en un entorno aeroportuario o en posteriores fases de
ampliación y/o reestructuración de un sistema ya implantado.
La ubicación de las estaciones de seguimiento
(ES) ha de ser en zonas altas, lo más próximas a los aeródromos y
cubriendo la mayor superficie posible, que sufran el menor
apantallamiento posible (mejor visibilidad), además de otros
constreñimientos. Considerando todo ese conjunto de condicionantes,
que a continuación se explican de forma literal, se ha diseñado este
algoritmo.
Los datos de partida serán:
1. MDAL (Modelo Digital de Alturas Libres), que
será una modelización de las Alturas Libres existentes para cada una
de las servidumbres aeronáuticas, o cualquier otra superficie
limitadora que se considere, para cada uno de los puntos del
terreno. Se entiende como Altura Libre, para un punto del terreno
considerado, como la distancia vertical existente entre el terreno
(o elemento artificial que pudiera existir) y la superficie
limitadora considerada.
2. MDS (Modelo Digital de Superficie), que será
una modelización de las alturas ortométricas del terreno,
edificaciones, vías de comunicación y vegetación.
3. Superficies Limitadoras. Será cualquier
superficie que se considere que no puede ser penetrada por ningún
obstáculo. Entre estas, las más importantes serán las servidumbres
aeronáuticas de aeródromo, los planos del obstáculos del 1% y 1,2%
publicados en el AIP, las servidumbres radioeléctricas y las de
operaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
Este proceso es un cálculo matricial, en el que
cada matriz, materializado a través de un fichero ráster, tiene las
dimensiones de la porción de territorio que representa, y sus
valores corresponden a una discretización de la realidad que quiere
representar: MDAL, MDS, Superficie limitadora... o cualquier otro de
los eventos que a continuación se describen.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Cada una de estas matrices dividirá el
territorio en celdas de un tamaño determinado y fijo para cada
mapa que representa (Ej. 5x5, 1x1 metros...), cuya posición
vendrá determinada por una fila f y una columna c,
tomando como origen la celda superior izquierda. El valor de cada
celda, F(f,c), será el que le corresponda de acuerdo a su
ubicación geográfica.
De manera semejante quedaría representada cada
realidad física que se entre en el algoritmo, el cual se concibe con
carácter general como la suma de operaciones entre ficheros ráster.
Así, en un MDS el valor de celda corresponderá a la altura del
terreno o elemento artificial (edificaciones y comunicaciones,
fundamentalmente) sobre una plano de referencia (nivel del mar en
Alicante, generalmente), en el MDAL el valor de la celda
representará la distancia entre el terreno (o elementos artificiales
que existan sobre él) y la superficie limitadora más restrictiva en
esa vertical, y en un mapa de superficie limitadora el valor de
celda representará la altura de dicha superficie sobre el plano de
referencia.
El barrido a realizar desde tierra con los
escáneres terrestres presentará zonas de apantallamiento o falta de
visibilidad que denominamos "Mapa de Sombras" (no confundir con
el concepto de apantallamiento de obstáculos manejados en la
legislación aeronáutica y tratado en párrafos posteriores), debidas
al relieve natural, a edificaciones, vías de comunicación,
vegetación, etc. Es por esto por lo que es de especial importancia
el disponer de una herramienta que, a partir de un MDS de partida y
de una superficie limitadora (SL), nos permita identificar las
mejores ubicaciones para los escáneres, de forma que no existan
zonas críticas sin controlar. Se entiende este proceso de la
siguiente manera:
Para cada punto posible de estacionamiento
(E_{1}, E_{2}, ... E_{n}) del escáner de tierra (seleccionados
por el usuario o preseleccionado por el algoritmo), se determinarán
las sombras provocadas por apantallamientos, dando lugar a tantos
mapas de sombras como estacionamientos se elijan.
Dado un emplazamiento E_{i}, se determinará la
ecuación de cada una de las rectas visuales que salen de ella, dado
un determinado paso angular (Ej. cada 1º, cada 1'...). La pendiente
de cada línea de visibilidad quedará determinada por aquella de más
valor de entre todas aquellas rectas que unen E_{i} con el resto
de las celdas de la alineación. Así, quedará registrada la ecuación
de la cada una de las rectas representativas de cada una de las
líneas de visualización de que parten de un emplazamiento E_{i}:
LVE_{i1} LVE_{i2}...LVE_{in}.
Coordenadas espaciales de la celda que
corresponda con el punto de estación E_{i}:
- -
- Coordenada X: Xe_{i}
- -
- Coordenada Y: Ye_{i}
- -
- Coordenada Z (valor de la celda): Ze_{i}
\vskip1.000000\baselineskip
Coordenadas espaciales del centro de la celda
correspondiente con el punto que determina la pendiente de la
visual, O_{m}:
- -
- Coordenada X: Xo_{m}
- -
- Coordenada Y: Yo_{m}
- -
- Coordenada Z (valor de la celda): Zo_{m}
\vskip1.000000\baselineskip
Coordenadas espaciales del centro de la celda
correspondiente con el punto objeto, del que se quiere obtener la
cota de la visual, V_{ob}:
- -
- Coordenada X: Xob_{m}
- -
- Coordenada Y: Yob_{m}
- -
- Coordenada Z (valor de la celda): Zob_{m}
\vskip1.000000\baselineskip
Ecuación de la línea de visibilidad y del
estacionamiento E_{i}, EVe_{i}:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Conocidas las coordenadas (Xob_{m},
Yob_{m}) del centro de cada una de las celdas alineadas con
la visual, estas ecuaciones determinarán el valor de la celda,
Zob_{m}
\vskip1.000000\baselineskip
Al mismo tiempo, se habrá calculado la distancia
entre el punto de la estación e y el punto objeto
ob:
\vskip1.000000\baselineskip
A partir de estas cotas y distancias, se podrá
determinar la pendiente de todas las visuales:
\vskip1.000000\baselineskip
Siendo la de mayor valor la que vaya a
determinar si un punto es visible o no desde esa estación. Para
ello, se recorrerán todas las celdas que estén en la alineación de
la visual, seleccionándose aquella que determine una visual de mayor
cota:
- Para cada celda de la alineación = 1 hasta n
- Seleccionar P^{e}_{ob}; Caso > P_{max}
- Fin seleccionar.
\vskip1.000000\baselineskip
Por otro lado, se calculará la distancia entre
el punto de estación e y el punto de mayor cota o:
Si el punto objeto ob está a más
distancia que el punto que determina la pendiente de la línea de
visibilidad o de la estación E_{i}, no tendrá
visibilidad. En el primer caso, se asignará valor 0 a la celda y, en
el segundo, valor 1.
De esta forma, para cada posible ubicación
E_{i}, existirá un Mapa de Sombras (MS), compuesto por celdas de
valor 1, si hay visibilidad y 0, en caso contrario.
Este Mapa de Sombras (MS) se calculará para una
distancia limitada, que vendrá determinada por el alcance efectivo
del escáner empleado.
El Mapa de Sombras (MS) identifica las áreas de
las que no hay visibilidad desde un punto determinado E_{i}. Hay
ciertas áreas de estas zonas que, desde un punto de vista práctico,
son irrelevantes: serán aquellas en las que la cota de la superficie
limitadora sea superior a la cota de la línea de visibilidad del
escáner. Así, estas áreas podrían considerarse como si fuesen áreas
con visibilidad en el Mapa de Sombras. El denominado Mapa de Recorte
de Sombras (MRS) determinará estas zonas que puedan considerarse de
visibilidad, a pasar de que físicamente no lo sean. Se explica a
continuación.
Mapa de Alturas de Visual (MAV). Para cada punto
posible de estacionamiento (E_{1}, E_{2}... E_{n}) del escáner
de tierra, se determinarán las líneas físicas de visibilidad del
escáner a todas las direcciones de su horizonte. Es decir, dado un
emplazamiento E_{i}, se determinará la ecuación de cada una de las
rectas visuales que salen de ella, dado un determinado paso angular
(Ej. cada 1º, cada 1'...). La pendiente de cada línea de visibilidad
quedará determinada por aquella de más valor de entre todas aquellas
rectas que unen E_{i} con el resto de las celdas de la alineación.
Así, quedará registrada la ecuación de la cada una de las rectas
representativas de cada una de las líneas de visualización de que
parten de un emplazamiento E_{i}: LVE_{i1}, LVE_{i2}...
LVE_{in}.
Coordenadas espaciales de la celda que
corresponda con el punto de estación E_{i}:
- -
- Coordenada X: Xe_{i}
- -
- Coordenada Y: Ye_{i}
- -
- Coordenada Z (valor de la celda): Ze_{i}
\vskip1.000000\baselineskip
Coordenadas espaciales del centro de la celda
correspondiente con el punto que determina la pendiente de la
visual, O_{m}:
- -
- Coordenada X: Xo_{m}
- -
- Coordenada Y: Yo_{m}
- -
- Coordenada Z (valor de la celda): Zo_{m}
\vskip1.000000\baselineskip
Coordenadas espaciales del centro de la celda
correspondiente con el punto a obtener la cota de la visual
V_{m}:
- -
- Coordenada X: Xv_{m}
- -
- Coordenada Y: Yv_{m}
- -
- Coordenada Z (valor de la celda): Zv_{m}
\vskip1.000000\baselineskip
Ecuación de la línea de visibilidad i del
estacionamiento E_{i}, EVe_{i}:
\vskip1.000000\baselineskip
Conocidas las coordenadas (Xv_{m}, Yv_{m})
del centro de cada una de las celdas alineadas con la visual, estas
ecuaciones determinarán el valor de la celda, Zv_{m}.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
A partir de estas ecuaciones se desarrollará el
Mapa de Alturas de Visual, que determinará, para cada celda del mapa
de cada emplazamiento posible, el valor de la cota de la línea de la
visual.
Determinación del plano correspondiente a la
superficie limitadora (SL), Mapa de Superficies Limitadoras
(MSL).
Los planos correspondientes a superficies
limitadoras se pueden desarrollar a través de las ecuaciones de uso
general, correspondientes a superficies planas y a superficies
cónicas, con las cuales es se puede determinar, para cada celda, el
valor de su altura.
\newpage
La comparación del Mapa de Superficies
Limitadoras y el Mapa de Alturas de Visual nos permitirá disponer de
la distancia vertical que existe, para cada celda, entre la
superficie limitadora y la el mapa de alturas de visual. Esto se
hará a través de la operación de resta de ficheros vectoriales
Las celdas cuyo valor sea igual o superior a 0
serán aquellas en las que la superficie limitadora está por encima
de la visual. Así, se hará un remuestreado, de forma que las celdas
con valores positivos o iguales a 0 pasaran a tomar valor 0 y las
que tengan valor negativo pasaran a tener valor 1.
- Para cada Fila = 1 hasta n;
- Para cada Columna =1 hasta m
- Seleccionar F_{MRS} (f_{n}, c_{m});
- caso >= 0 F_{MRS} (f_{n}, c_{m})=0;
- caso < 0 F_{MRS} (f_{n}, c_{m})=1
- Fin seleccionar.
\vskip1.000000\baselineskip
El Mapa de Sombras Optimizado (MSO) proviene de
la suma de los archivos ráster correspondientes al Mapa de Sombras y
Mapa de Recorte de Sombras:
Con esta operación se pretende que, los valores
catalogados como Sin Visibilidad en el Mapa de Sombras (valor 0),
pero en los que cota de la superficie limitadora esté por encima de
la visual del escáner, pasen a catalogarse como Con
Visibilidad (valor 1). Sin embargo, esta operación habrá
implicado que algunas celdas pasen a valer 2, con lo que habrá que
hacer una reclasificación, de forma que las celdas con valor
superior a 1 pasen a valor 1.
Según este procedimiento, se dispondrá de un MSO
por cada punto de estacionamiento E_{i}.
Determinación del plano correspondiente a la
superficie limitadora con las sombras del escáner.
La combinación de estos planos con la las
sombras calculadas anteriormente permitirá determinar las áreas
realmente apantalladas para nuestro propósito.
Con este proceso se pretende minimizar el área
de posibles faltas de visibilidad.
Un aspecto importante es el conocimiento de los
posibles apantallamientos de los obstáculos, de acuerdo a la
normativa vigente, que denominamos "Mapa de Apantallamientos"
(MA). En España, la normativa vigente es la recogida en el Decreto
584/1972 de 24 de febrero sobre Servidumbres Aeronáuticas.
El Mapa de Apantallamientos (MA) será un fichero
ráster en el que el valor de la celda será 0 en el caso que ésta
esté en zona considerada como apantallada. En el resto de los casos,
el valor será 1.
Hasta este punto, los Mapas generados tendrán
una componente exclusivamente geométrica, determinada por la
visibilidad desde un punto de observación, por las superficies
limitadoras y por apantallamientos físicos. Estos condicionantes son
los que se consideran de mayor peso, y dentro de ellos, son los dos
primeros los de mayor importancia. Es por esto por lo que el peso
que en el cálculo total deberá ser mayor para estos Mapas.
Por otro lado, en las áreas próximas de cada
aeropuerto, existen zonas con aspectos que condicionan la
importancia en la detección de obstáculos en ellas. Esto puede ser
ocasionado, bien por una actividad importante sobre ese territorio,
que pueda provocar con alta probabilidad la aparición de obstáculos
en muy poco espacio de tiempo, o por proximidad al aeropuerto, de
forma que las áreas más próximas se consideren más sensibles
respecto de las más alejadas.
La presión urbanística se recoge en un Mapa de
Presión (MP) y es, en muchos casos, un elemento muy importante en la
observación minuciosa de la seguridad en las operaciones
aeronáuticas. Esto es debido fundamentalmente a dos factores:
1. Proximidad de estas áreas a los aeropuertos,
con el consiguiente aumento del riesgo por vuelo sobre zonas
altamente pobladas, además del propio de las operaciones
aeroportuarias por la existencia de elementos antrópicos.
2. En muchos casos tienen zonas de expansión
urbanística, que presentan una alta actividad constructiva, lo que
aumenta la posibilidad de invasión de superficies limitadoras por
construcciones y/o instalaciones, ya sean fijas o temporales.
\vskip1.000000\baselineskip
Así, se generará lo que denominamos "Mapa de
Presión" (MP): un mapa que delimite de forma superficial estas
áreas. A cada área limitadora se le asignará un valor, que será
mayor cuanto mayor sea la posibilidad de que aparezcan elementos
constructivos y/o instalaciones que pudiesen invadir una superficie
limitadora.
Los posibles valores serán:
- -
- 2 Muy alta probabilidad. Son zonas en las que se sabe que existen planes de actuación urbanística y en donde la altura de terreno está entorno a los 50 m. de la superficie limitadora que pase por esa área.
- -
- 1 Probabilidad. Son zonas en las que, aun sabiéndose que no existen planes de actuación urbanística, son terrenos urbanos o susceptibles de ser urbanizables y en donde la altura de terreno está entorno a los 50 m. de la superficie limitadora que pase por esa área.
- -
- 0 Improbable actuación urbanística.
\vskip1.000000\baselineskip
El peso de este Mapa se recomienda que sea de
entorno 0,1, de forma que sea un elemento de discriminación ante una
igualdad de los anteriores Mapas, no debiendo en ningún caso pesar
más que estos.
Finalmente, en función de la distancia desde
cada punto del terreno al ARP (Punto de referencia del Aeropuerto)
se generará lo que denominamos "Mapa de Distancias" (MD)
considerando:
Coordenadas espaciales de la celda que
corresponda con el ARP:
- -
- Coordenada X: X_{ARP}
- -
- Coordenada Y: Y_{ARP}
- -
- Coordenada Z: Z_{ARP}
\vskip1.000000\baselineskip
Coordenadas espaciales del dentro de la celda
i de la que se quiere obtener la distancia:
- -
- Coordenada X: X_{i}
- -
- Coordenada Y: Y_{i}
- -
- Coordenada Z (valor de la celda): Z_{i}
Este Mapa se calculará para una distancia
limitada, que vendrá determinada por el alcance efectivo del escáner
empleado. En base a esta distancia máxima, se determinarán diez
tramos iguales:
Por ejemplo: Si Dmax =2.000 m.
- -
- Tramo 10: 0-200 m. Valor de celda = 10.
- -
- Tramo 9: 201-400 m. Valor de celda = 9.
- -
- Tramo 8: 401 -600. Valor de celda = 8.
- -
- ... ...
- -
- Tramo 1: 1.801-2.000 m. Valor de celda = 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Asignando a cada celda el valor que corresponda
de acuerdo a su F_{MD}.
El peso de este Mapa se recomienda que sea de
entorno 0,01, de forma que sea un elemento de discriminación ante
una igualdad de los anteriores Mapas, no debiendo en ningún caso
pesar más que estos.
En este punto, tendremos:
- -
- Mapa de Sombras Optimizado (MSO).
- -
- Mapa de Apantallamientos (MA).
- -
- Mapa de Presión (MP).
- -
- Mapa de Distancias (MD).
\vskip1.000000\baselineskip
Habrá tantos MSO como puntos de estación
posibles. Los Mapas MA, MP y MD se adaptarán a cada MSO de cada
estación, limitando su extensión a la misma de cada MSO
correspondiente, igual a una circunferencia centrada en la estación
y con radio igual al alcance efectivo del escáner que se vaya a
emplear en las Estaciones de Seguimiento. De esta forma, los Mapas
MA, MP y MD quedarán recortados y sus celdas que estén a una
distancia de la estación mayor al alcance del escáner pasarán a
valer Null. Este procedimiento sería:
Coordenadas planimétricas de la celda que
corresponda con el punto de estación E_{i}:
- -
- Coordenada X: XE_{i}
- -
- Coordenada Y: YE_{i}
\vskip1.000000\baselineskip
Coordenadas planimétricas del dentro de la celda
Ci de la que se quiere obtener la distancia:
- -
- Coordenada X: X_{i}
- -
- Coordenada Y: Y_{i}
D_{EiCi}. Distancia del punto de estación a
cada celda Ci del Mapa a recortar.
DE: Distancia de medida efectiva del
escáner.
Para cada Mapa a recortar:
- Para cada Fila = 1 hasta n
- Para cada Columna =1 hasta m
- Si D_{EiCi} (f_{n}, c_{m}) > DE
- C_{i} (f_{n}, c_{m}) = Null
- Fin seleccionar
\vskip1.000000\baselineskip
La suma de todos estos mapas recortados
conformará el Algoritmo de Búsqueda de Máxima Sensibilidad. En el
proceso de cálculo, el usuario podrá asignar a los mapas MA, MP y MD
un factor ponderador, de forma que el cálculo de mayor o menor pero
a cada uno de los constreñimientos, de acuerdo al criterio del
usuario, pero siguiendo las recomendaciones anteriores. Se considera
que el Mapa que ha de tener un peso predominante ha de ser el Mapa
de Sombras Optimizado, seguido del Mapa de Apantallamientos (se
recomienda también con peso 1), por ser su condición geométrica la
que más va a condicionar el emplazamiento. El Mapa de Presión (MP) y
el Mapa de Distancias (MD) deberán tener siempre un peso muy
inferior, con el fin de influir en el resultado solo en aquellos
casos de duda, como forma de orientación subjetiva.
Resulta de todo ello el Mapa de ubicaciones
(MPU). Ver figura 5.
Las estaciones de seguimiento (ES) son unas
instalaciones ubicadas en puntos singulares del terreno, bien sobre
zona rústica (cimas habitualmente) o zona urbana (edificaciones
altas habitualmente), dotadas de suministro eléctrico, montadas
sobre una pequeña construcción de hormigón equipadas con sistemas de
medición distanciométrica mediante impulsos láser y medición
angular, así como sistemas de telecomunicaciones, destinados a la
recepción y emisión de datos entre la estación de seguimiento (ES) y
la plataforma de gestión (PG).
En el diseño de las estaciones de seguimiento
(ES) se han desarrollado e integrado los siguientes elementos:
- -
- Integración de los escáneres láser con los sistemas eléctrico, de telecomunicaciones y de gestión software.
- -
- Diseño de la obra civil: hito de hormigón, pilotaje para paneles solares y caseta para albergue de acumuladores y sistemas eléctricos y de telecomunicaciones.
- -
- Diseño de la arquitectura física y lógica de las telecomunicaciones.
- -
- Diseño de la arquitectura física y lógica del sistema de alimentación eléctrica.
- -
- Diseño del carenado de protección del escáner frente a inclemencias metereológicas.
\vskip1.000000\baselineskip
El escáner quedará guarnecido dentro de un
carenado de PRFV que le protegerá del polvo, la lluvia el sol y el
frío extremo. Al mismo tiempo, ha de permitir que el equipo de
medición tenga un grado de libertar de 360º en horizontal y de
aproximadamente \pm60º en vertical.
Este carenado envolverá completamente al
escáner, dejando fuera solo las lentes del mismo y de la cámara
auxiliar. Unos fuelles elásticos permitirán el movimiento vertical
del escáner. El movimiento horizontal del escáner se ha diseñado
mediante un sistema de coronas de bolas.
Para proteger el sistema óptico mientras el
equipo no esté en funcionamiento, se ha diseñado una puerta
motorizada, que funcionarán a través de unas guías para el
desplazamiento suave y que será accionada a través de un motor. Unos
fines de carrera permitirán controlar el que la puerta ha abierto o
cerrado correctamente.
Va equipado con unos sistemas de calefacción que
permitan calentar el equipo de observación en condiciones de
temperaturas por debajo de los 0ºC. Para su dimensionamiento se hizo
el estudio térmico correspondiente.
Además, el carenado va equipado en su coronación
con una estación meteorológica y de visibilidad. Se ha concebido y
diseñado el carenado para que permita la emisión de los datos
necesarios para su control desde la plataforma de gestión (PG):
temperaturas interiores y exteriores, distancias de visibilidad ante
niebla, lluvia y nieve, información del correcto cierre y apertura
de la ventana de protección del sistema óptico, activación del motor
de apertura y cierre de la misma...
De todo esto se ha realizado el diseño
constructivo y el dimensionamiento térmico y mecánico de los
dispositivos eléctricos (calefactores, motores, fines de
carrera...).
En cuanto a la obra civil, para la implantación
de las estaciones de seguimiento (ES) en el terreno se han
diferenciado dos casos. El primero el correspondiente a ubicación
rústica y el segundo a la ubicación urbana. El hecho de que sea de
un tipo u otro va a afectar al tipo de obra civil a acometer y a la
instalación eléctrica a implantar.
Para el caso de las estaciones rústicas, la obra
civil consistirá en un hito de hormigón armado de 2 m. de altura y 1
m. de lado, coronado por un cilindro de 1,2 m. de altura y unos 30
cm. de diámetro, sobre el que irá montado el equipo de medición,
cubierto por su correspondiente carenado. Anexo a éste, se
construirá una caseta para albergar el aparataje eléctrico, de
computación y de comunicaciones necesarios. En cuanto a la
instalación eléctrica, consistirá en un sistema autónomo de
suministro eléctrico, a través de paneles fotovoltaicos.
En el caso de las estaciones urbanas, el hito
será de menor altura (unos 40 cm.) y la caseta será de muy reducido
tamaño, pues no habrá de albergar el aparataje eléctrico, al estar
pensadas para ser abastecidas de energía eléctrica a través de la
red general de suministro eléctrico de la edificación sobre la que
esté.
Se ha hecho el dimensionamiento funcional y
diseño constructivo de las alternativas comentadas.
\newpage
En cuanto al sistema de alimentación eléctrica,
para el caso de la ubicación urbana, no se considera ningún diseño
específico. Para el caso de la ubicación rústica, es necesario
abastecer al sistema de corriente eléctrica mediante un sistema
autónomo y de acuerdo a unos valores estimados de consumo.
En este caso, se ve como remota la posibilidad
de disponer de corriente eléctrica de la red general de distribución
o transporte. Así, se he llevado a cabo el dimensionamiento y diseño
de la instalación eléctrica necesaria:
- -
- Estudio del campo solar y determinación del número, tipo y distribución de los paneles solares.
- -
- Controlador de carga.
- -
- Bloque de baterías.
- -
- Esquemas de conexión y diagramas lógicos de funcionamiento.
- -
- Determinación de escenarios tipo de consumo.
- -
- Balances energéticos de instalaciones aisladas.
- -
- Diagramas bifilares.
\vskip1.000000\baselineskip
En cuanto al sistema de telecomunicaciones, las
estaciones de seguimiento (ES) son controladas desde cada aeropuerto
a través de un desarrollo específico, materializado a través de la
Plataforma de Gestión (PG). Al mismo tiempo, toda la información
capturada por las estaciones de seguimiento (ES) ha de ser enviada a
la Plataforma de Gestión (PG), para que esta la procese. Así, el
Sistema se compone de un centro de control remoto o Plataforma de
Gestión (PG) y una o varias estaciones de de seguimiento (ES) por
cada Plataforma de Gestión (PG). Los centros remotos podrán
comunicar con un servidor central (SC) formando una arquitectura en
árbol.
El diagrama del sistema de telecomunicaciones se
ha representado en la figura 2.
Para asistir al buen funcionamiento del escáner
(EX), se ha diseñado un sistema de control I/O compuesto de tres
subsistemas: subsistema auxiliar del escáner (S1), subsistema de
alimentación (S2) y subsistema de seguridad (S3), los cuales tendrán
las funciones de:
- -
- Lectura de todos los sensores cableados a cualquiera de sus entradas.
- -
- Realizar actuaciones sobre los dispositivos conectados a él en función del estado de sus señales de entrada.
- -
- Aportar el procesamiento necesario para que en caso de fallo del PC industrial, el sistema retorne a las condiciones de seguridad óptimas.
- -
- Permitir realizar un diagnóstico remoto básico desde el centro de gestión en caso de fallo del PC o el escáner (EX).
\vskip1.000000\baselineskip
El control de todos los subsistemas será
realizado por módulos de control de entradas y salidas. Dichos
módulos, disponen de una conexión Ethernet y capacidad de
comunicación bajo el protocolo ModBus TCP. A través de esa
comunicación informará tanto al PC industrial como al usuario remoto
del estado de todas las señales que están bajo su control.
El subsistema auxiliar del escáner está
compuesto por todos aquellos sensores y actuadores que intervienen
en el proceso de medida: un sensor meteorológico, un sensor
temperatura interno, dos finales de carrera, motor de apertura y
cierre de la trampilla, dos resistencias de caldeo y un ventilador.
Cualquier incidencia en estos dispositivos es transmitida a la
Plataforma de Gestión (PG) para conocimiento del usuario.
El subsistema de alimentación se encarga de
monitorizar el sistema de alimentación eléctrica para informar al
usuario del estado de carga de ésta a través de la Plataforma de
Gestión (PG).
El subsistema de seguridad está formado por una
valla sensora, un control de accesos sencillo y una alarma acústica.
Ante cualquier incidencia en estos dispositivos, el usuario es
informado a través de la Plataforma de Gestión (PG).
Se ha diseñado la arquitectura física y lógica
del sistema de comunicaciones entre las estaciones de seguimiento
(ES) y la Plataforma de Gestión (PG), a través de una red Ethernet
con protocolo TCP/IP. Realizado un estudio de volúmenes de
información a transmitir de las ES a la PG y viendo las capacidades
de las redes de comunicación de propósito general ya implantadas, se
determina que toda la comunicación será a través de las redes UMTS,
dejando la posibilidad del uso de otras tecnologías (GPRS y WiMAX)
en aquellos casos puntuales en los que esta red no esté
disponible.
Se han determinado exactamente los componentes
de cada subsistema: su funcionalidad y su encaje en la lógica global
del sistema, sus especificaciones técnicas de consumo, rangos de
operación, protocolo de comunicación...
Se ha diseñado toda la sentencia de control de
cada subsistema.
Todo el control y la comunicación entre los
diferentes sistemas se harán a través de módulos de control I/O,
cuyos objetivos primordiales serán:
- -
- Operación independiente del PC industrial.
- -
- Control distribuido.
- -
- Diversidad de comunicaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
Todas las entradas y salidas de los módulos
habrán de ser programables y la comunicación será a través de
protocolo Modbus TCP. Los módulos seleccionados dispondrán de
servidor Web propio, de forma que toda la información de los
dispositivos exteriores será emitida directamente a la PG,
independientemente del PC industrial, dando más robustez al
sistema.
Se instalará un PC industrial, encargado de la
operación del escáner, a petición de la PG. Será el repositorio
temporal de los datos de escaneado y el encargado del envío de éstos
a la PG. Se han determinado sus especificaciones técnicas:
- -
- CPU Ultra Low Voltage Celeron M 1,0 GHz.
- -
- 1024 MB de memoria DDR SDRAM.
- -
- Tarjeta de comunicaciones 10/100 Base T.
- -
- 2 interfaces USB, uno utilizado para la comunicación con el escáner y el otro para el disco duro de almacenamiento externo.
- -
- Tarjeta de memoria ICF de 1 GB para almacenar el sistema operativo.
- -
- HDD externo de 160 GB para almacenamiento.
- -
- SO: Windows XP Embedded, con instalación de watchdog.
\vskip1.000000\baselineskip
Todas las comunicaciones presentes están basadas
en TCP/IP. TCP/IP es una suite de protocolos divido en cinco capas
que definen el conjunto de reglas que intervienen en el proceso de
la comunicación.
Nivel físico: La estación de seguimiento (ES) se
concibe como una red de área local en estrella, cuyo nodo central es
un switch industrial. Esta red de área local se comunicará con la PG
a través de un router UMTS. El PC industrial, el escáner y los
módulos de control se consideran los hosts de la red y estarán
conectados al switch central mediante latiguillos de cable cat5e
apantallado. Los latiguillos deben estar certificados de fábrica y
no se permiten conexiones intermedias, unirán directamente los hosts
con el switch.
Nivel de enlace: El equipamiento de red de este
nivel consiste en un switch industrial 10/100 Base T, instalado en
la ES.
Nivel de red: El protocolo utilizado a nivel de
red es IP.
Nivel de transporte. El protocolo utilizado a
nivel de transporte es TCP.
Nivel de aplicación. Se trata de un nivel en el
que se encuentran las aplicaciones que acceden a servicios
disponibles a través del resto de capas. En este nivel se usan
protocolos que han sido determinados para cada caso:
- -
- ModbusTCP para las comunicaciones de datos. Se ha definido cada uno de los campos del mensaje.
- -
- FTP para la transferencia de archivos entre el PC industrial y la PG.
- -
- SMTP para el intercambio de mensajes de correo electrónico. Se concibe como alternativa o complemento al Modbus. Servirá para el envío de alarmas a clientes que no dispusiesen de cliente Modbus.
\vskip1.000000\baselineskip
Se han seleccionado los modelos de módulos de
control y definido todos los esquemas de conexión.
La Plataforma de Gestión (PG) es una aplicación
que será capaz de:
- -
- Comunicarse (mandar órdenes y recibir información) con las ES ubicadas en el entorno aeroportuario, a través de una red de comunicaciones inalámbricas.
- -
- Mostrar información, en diferentes entornos gráficos (2D, 3D y estéreo) al usuario, relativa a las estaciones de seguimiento, datos cartográficos gestionados, alarmas sobre posibles obstáculos...
\vskip1.000000\baselineskip
El flujo de trabajo esperado a través de la
Plataforma de Gestión (PG) es el siguiente:
- -
- Programación de escaneados.
- -
- Lanzamiento de escaneados.
- -
- Transmisión de datos.
- -
- Visualización y análisis de datos.
- -
- Alarmas.
- -
- Emisión de informes para la salida a campo para verificación de datos.
\vskip1.000000\baselineskip
El control en tiempo real de los sensores de
tierra permite al operador de la PG la observación total del
horizonte o selectiva de la zona del espacio que desee. Así, ante
cualquier alarma de presencia de obstáculos podrá volver a observar
la zona, disponer de la geometría del posible obstáculo y una
fotografía del momento exacto de observación.
Para la mejor interpretación del entorno físico,
esta información será coherente con el resto de la información
geográfica base, pues toda la información geográfica estará
compilada en el sistema geodésico oficial nacional y en proyección
UTM y huso correspondiente. La PG dispondrá, además de información
cartográfica base, de imágenes estereoscópicas, lo que permite al
operador la visualización en relieve del espacio físico objeto de
una posible intrusión, gracias a un sistema de visualización
estéreo.
El gestor permitirá el cruce de la información
3D de posibles obstáculos con la geometría de los diferentes planos
limitadores de obstáculos. De esta forma, se generan alarmas por la
aparición de posibles obstáculos no controlados. El resultado será
un informe con toda la información disponible del posible obstáculo:
descripción, imagen panorámica, orto imagen, coordenadas...
Se ha realizado el análisis de requisitos, a
través del cual se ha concebido la PG con los siguientes
módulos:
- -
- Módulo de Visualización y Gestión de los Geodatos (cartografía, orto imágenes, escaneados, fotografías panorámicas...), MVGG.
- -
- Módulo de Gestión del Escáner, MGE. Este estará subdividido en dos submódulos, uno localizado en la Plataforma de Gestión, MGE-1 y otro en le Estación de Seguimiento, MGE-2.
- -
- Módulo de Detección de Obstáculos, MDO.
- -
- Módulo de Servicio de Datos Central, MSDC. a partir de los cuales se han definido los requisitos funcionales.
\vskip1.000000\baselineskip
Se ha diseñado la herramienta para que disponga
de algoritmos específicos, relativos a:
- -
- Corrección de errores en las medidas estereoscópicas.
- -
- Ecuaciones para las medidas estereoscópicas.
- -
- Algoritmos de extracción de objetos a partir del lídar terrestre.
\vskip1.000000\baselineskip
Se ha definido el análisis funcional, a partir
del cual ha quedado definida la arquitectura del sistema y la
estructura y contenido de los archivos de escaneado.
Se han definido los Casos de Uso de todos los
módulos.
Se ha hecho el diseño técnico, estableciéndose
el diagrama de clases.
Se ha diseñado y creado el interfaz de usuario y
se he determinado la tecnología de desarrollo.
Podrán ser variables los materiales,
dimensiones, proporciones y, en general, aquellos otros detalles
accesorios o secundarios que no alteren, cambien o modifiquen la
esencialidad propuesta.
Los términos en que queda redactada esta memoria
son ciertos y fiel reflejo del objeto descrito, debiéndose tomar en
su sentido más amplio y nunca en forma limitativa.
Claims (5)
1. Sistema de detección e identificación de
obstáculos en entorno aeroportuario, caracterizado porque
consta de:
a) un sistema de búsqueda de las zonas de
ubicación preferente de las estaciones de seguimiento (ES),
b) una estación de seguimiento (ES) programable
por cada zona de ubicación preferente que consta de
b_{1}) un escáner de medición distanciométrica
mediante impulsos láser y mediación angular y
b_{2}) medios inteligentes de telecomunicación
para la recepción/emisión de datos con
c) una plataforma de gestión (PG) programable
dotada de un procesador central y que consta de los siguientes
módulos
c_{1}) módulo de gestión (MGE) de las
estaciones de seguimiento (ES),
c_{2}) módulo de servicio de datos central
(MSDC) que consta de un banco de datos cartográficos, geodésicos,
servidumbres aeronáuticas, sombras y apantallamiento del entorno
aeroportuario,
c_{3}) módulo de detección de obstáculos (MDO)
que compara los datos provenientes de las estaciones de seguimiento
(ES) con los datos del módulo de servicio de datos central (MSDC) y
genera alarmas por la aparición de obstáculos ante la no
concordancia en la mencionada comparación de datos del módulo de
gestión (MGE) y del módulo de servicio (MSDC),
c_{4}) módulo de visualización y gestión de
los geodatos (MVGG) que suministra al usuario la información
descriptiva, imagen panorámica, ortoimagen y coordenadas del
obstáculo objeto de la alarma.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de detección e identificación de
obstáculos en entorno aeroportuario, según reivindicación 1,
caracterizado porque cada estación de seguimiento (ES) se
ubica en puntos singulares del terreno y en ella:
a_{1}) el escáner queda guarnecido dentro de
un carenado de PRFV;
a_{2}) el movimiento horizontal del escáner se
ha diseñado mediante un sistema de corona de bolas;
a_{3}) el movimiento vertical del escáner se
ha diseñado mediante unos fuelles elásticos;
a_{4}) dispone una puerta motorizada,
accionada por motor y que funciona a través de unas guías para
proteger al sistema óptico mientras el equipo no está en
funcionamiento.
a_{5}) dispone medios calefactores, que se
activan en condiciones de temperatura ambiental adversa; y
a_{6}) el carenado va equipado con una
estación metereológica y de visibilidad.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Sistema de detección e identificación de
obstáculos en entorno aeroportuario, según una de las
reivindicaciones 1, 2, caracterizado porque cada estación de
seguimiento (ES) se implanta en el terreno sobre un hito de hormigón
armado y dispone una caseta anexa para albergar el necesario
aparataje eléctrico, de computación y de comunicaciones.
4. Sistema de detección e identificación de
obstáculos en entorno aeroportuario, según reivindicación 1,
caracterizado porque el sistema de telecomunicaciones consta
de, al menos, un centro de control remoto (PG) y una o varias
estaciones de medida por cada centro de control remoto (PG); donde
los centros de control remoto (PG) podrán comunicar con un servidor
central formando una arquitectura en árbol.
5. Sistema de detección e identificación de
obstáculos en entorno aeroportuario, según reivindicación 1,
caracterizado porque el sistema de búsqueda de las zonas de
ubicación preferente de las estaciones de seguimiento (ES) consta de
al menos
a_{1}) un banco de datos (BD) que consta, por
cada punto/zona preseleccionado/a (E) del terreno, de datos
dispuestos en celdas de
a_{11}) los datos (modelo digital de alturas
libres) (MDAL) de la modelización de las alturas libres para cada
una de las servidumbres aeronáuticas
a_{12}) los datos de (modelo digital de
superficie) (MDS) de la modelización de las alturas ortométricas
a_{13}) los datos de las superficies
limitadoras que no pueden ser penetradas por ningún obstáculo, para
un mapa de superficies limitadoras (MSL)
a_{14}) datos para un mapa de recorte de
sombras) (MRS) en el que se determina que un punto de sombra tiene
visibilidad si la cota de superficie limitadora es superior a la
cota de la línea de visibilidad del escáner
a_{15}) datos de un mapa de apantallamiento
(MA) de acuerdo con la normativa de servidumbres aeronáuticas, de
modo que si la zona está apantallada tendrá valor 0 y el resto
tendrá valor 1;
a_{2}) un escáner con medios para
a_{21}) localizar las zonas de
apantallamiento, originándose por cada punto/zona un mapa de sobras
compuesto por celdas de valor 1 si hay visibilidad y 0 en caso
contrario
a_{22}) comparar el mapa de superficies
limitadoras (MSL) y el mapa de alturas de visual (MAV) para conocer
la distancia vertical, en cada celda, entre la superficie limitadora
y el mapa de alturas de visual;
a_{3}) un ordenador que recibe los datos del
banco de datos (BD) y del escáner y consta de medios de programa
que
a_{31}) incluyen un fichero ráster para el
cálculo matricial (celdas) de los datos del banco de datos (BD)
a_{32}) comparan el mapa de superficies
limitadoras (MSL) y el mapa de alturas de visual (MAV) para conocer
la distancia vertical, en cada celda, entre la superficie limitadora
y el mapa de alturas de la visual
a_{33}) suman el mapa de sombras y el mapa de
recortes de sombras originando un mapa de sombras optimizado (MSO),
de modo que si una cota de la superficie limitadora está por encima
de la visual del escáner, tendrá valor 1 y las que en la suma pasen
a tener valor 2 pasen a valor 1 y el resto valor 0
a_{34}) suman el mapa de sobras optimizado
(MSO) y el mapa de apantallamiento (MA), determinando que la
ubicación preferente definitiva de las estaciones de seguimiento son
los puntos/zonas de cálculo mayor.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201030332A ES2365081B1 (es) | 2010-03-08 | 2010-03-08 | Sistema de deteccion e identificacion de obstaculos en entorno aeroportuario |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201030332A ES2365081B1 (es) | 2010-03-08 | 2010-03-08 | Sistema de deteccion e identificacion de obstaculos en entorno aeroportuario |
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2010
- 2010-03-08 ES ES201030332A patent/ES2365081B1/es not_active Expired - Fee Related
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2011
- 2011-03-07 WO PCT/ES2011/070144 patent/WO2011110710A1/es active Application Filing
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011110710A1 (es) | 2011-09-15 |
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