ES2800373A1 - Pavimento inteligente, metodo para producirlo y sistema de guiado para un movil por una via que lo comprende - Google Patents

Abstract

Se describe un pavimento inteligente, un método para producirlo y un sistema de guiado para un móvil por una vía que lo comprende. El sistema de guiado comprende etiquetas de RF (102) fijadas sobre la vía (104), donde las etiquetas de RF (102) comprenden información codificada de la posición que ocupan en dicha vía (104), unos medios de lectura (113) instalados en el móvil (110) que comprenden al menos una antena (112) para recibir señales de etiquetas de RF y un lector (114) para estimar la intensidad de una señal recibida de una etiqueta (102); unos medios de procesamiento (116) para analizar la intensidad de una pluralidad de señales, para decodificar información de la posición asociada a la etiqueta (102), estimar la situación del móvil (110) en la vía (104), y decidir si reajustar la trayectoria.

Description

DESCRIPCIÓN

PAVIMENTO INTELIGENTE, MÉTODO PARA PRODUCIRLO Y SISTEMA DE

GUIADO PARA UN MÓVIL POR UNA VÍA QUE LO COMPRENDE

Campo técnico de la invención

La presente invención pertenece al campo de guiado de móviles por una vía empleando materiales propios de la construcción. En particular, se refiere a un pavimento inteligente para una vía, que incorpora etiquetas de radiofrecuencia (RF) con información para el guiado de un móvil. Asimismo, se refiere a un método de producción de dicho pavimento inteligente y a un sistema de guiado para un móvil. Entre otras aplicaciones, es de interés en el desarrollo del vehículo autónomo.

Antecedentes de la invención

En el ámbito de la ingeniería civil y de la construcción en sus diversas variantes, ya sea obra lineal, tanto ferroviaria como de carretera, edificación residencial o industrial, etc., las estructuras han de cumplir con unos requisitos funcionales, económicos o ambientales. Así, es deseable una alta resistencia a compresión para el hormigón, robustez a la degradación por fenómenos meteorológicos en pavimentos (hielo, variación térmica), facilidad de adquisición y bajos costes de producción, etc.

Sin embargo, los materiales empleados en la ingeniería civil y en la construcción son exclusivamente pasivos. Para obtener información de los mismos, es preciso inspeccionarlos como se hace habitualmente en tareas de mantenimiento principalmente de forma visual y con pruebas in situ. La sensorización empleada para estas pruebas se aplica de forma externa y es generalmente superficial. Por ejemplo, la sensorización en las vigas de hormigón de un viaducto, se hace a través de la aplicación de galgas extensiométricas sobre su superficie con el fin de medir deformaciones en el material. Esto requiere de procedimientos concretos que conllevan tiempo y movilizan mayor cantidad de recursos humanos y materiales.

La tecnología RFID (Radio Frequency IDentification) permite la identificación inalámbrica utilizando ondas de radio. Los equipos usados para ello están formados por una etiqueta (tarjeta o tag) y por un lector con antena. La etiqueta incluye la información sobre su identificación que se transmite a través de ondas de radio cuando el lector realiza una petición. Los inicios de esta tecnología se remontan a los años 20, desarrollada por el MIT (Massachusetts Institute of Technology), organización que más tarde logró disminuir los costes asociados, incrementar su alcance y disminuir el tamaño de los dispositivos. Actualmente, continúa su investigación para nuevas aplicaciones.

Actualmente, el coche autónomo se guía haciendo uso de las marcas viales y sensores ópticos. Utilizan cámaras cuya información es procesada por software avanzado que permiten la identificación de señales, peatones y otros vehículos. También hacen uso de radares para determinar la distancia con los agentes involucrados en la conducción. Además de los sistemas redundantes anteriores, se pueden crear mapas tridimensionales con láseres LiDAR (Laser imaging, Detection And Ranging) que contrastan la información que recogen todos los sensores. La mayoría también utilizan geolocalización, generalmente mediante GPS (Global Positioning System). Estas propuestas permiten la conducción autónoma en condiciones óptimas. Sin embargo, la realidad es que su implantación está frenada por la incapacidad de proveer niveles de seguridad aceptables, por ejemplo, en condiciones climáticas adversas o si el pavimento por el que circulan se encuentra en mal estado. Incluso, cuando las condiciones climáticas son favorables la exactitud de posicionamiento que permiten es baja.

Breve descripción de la invención

La presente invención se concibe a la vista de las limitaciones observadas en el estado de la técnica y tiene por objeto un pavimento mejorado con componentes, un método para producirlo y un sistema de guiado que hace uso de éste.

La invención plantea integrar la infraestructura en la solución, lo que se conoce como I2V (Infrastructure to Vehicle). Para ello, se habilita una interacción inalámbrica con la vía. Por vía se entiende aquella zona (carretera, aeropuerto, fábrica, garaje, etc.) por la que circula un móvil. Se propone integrar elementos constructivos en dicha vía capaces de transmitir información por sí mismos. En concreto, se propone realizar la integración en el pavimento de la vía. Para transmitir la información se utilizan etiquetas de radiofrecuencia (RF). Las etiquetas de RF utilizadas son preferiblemente pasivas por razones de coste y mantenimiento (sin descartar que puedan ser activas).

Un aspecto de la invención se refiere al pavimento inteligente para una vía que incluye al menos una región donde están las etiquetas de RF fijadas con una orientación homogénea respecto de la superficie exterior del pavimento lo que facilita una lectura adecuada. La información que contiene cada etiqueta permite determinar al menos la posición de la etiqueta y, en otros casos, también puede contener información adicional del entorno. Preferiblemente, toda la información se protege bajo una contraseña de seguridad.

Para que la lectura de la información distribuida en una infraestructura con pavimento inteligente sea válida deben cumplirse diversos criterios de distancia, permitividad eléctrica del medio, la permeabilidad magnética del medio y el uso de una antena adecuada. La emisión de las etiquetas de RF se elige preferentemente en la banda UHF (Ultra High Frequency) para mejorar su alcance. En concreto, se suele emplear en Europa el rango 865-868 MHz, y en EEUU 902-928 MHz.

Las etiquetas de RF son instaladas en la vía mediante un procedimiento esencialmente mecánico, válido para infraestructuras en un entorno exterior e interior.

Es un aspecto de la invención, un método para producir un pavimento inteligente para una vía que incluye, distribuir etiquetas de RF siguiendo una orientación homogénea, de manera que queden fijadas en la estructura del pavimento. Pueden quedar fijadas a cierta profundidad (sobre la capa intermedia y bajo la capa de rodadura que forman parte del pavimento) o bien, de forma más superficial (después de extender la capa de rodadura del pavimento).

Por otra parte, el móvil que circula por una vía debe disponer para la identificación de etiquetas de RF de al menos una antena asociada a un lector de etiquetas de RF junto con unos medios de procesamiento.

En algunas realizaciones el sistema de guiado por radiofrecuencia posibilita el posicionamiento inequívoco del móvil. No obstante, el sistema permite la posibilidad de trabajar conjuntamente y de forma redundante con otros sistemas de guiado y posicionamiento. Esta colaboración permite mejorar la precisión y seguridad.

Es importante que al integrar etiquetas de RF en la infraestructura no se perjudique la resistencia u otras propiedades deseables del material convencional. Igualmente, debe considerarse el impacto en el coste constructivo. Para cumplir estas condiciones, se han tenido que superar problemas de diversa índole. Entre otros, asegurar la correcta transmisión inalámbrica de los elementos embebidos dentro de un material o evitar que el encapsulado de la etiqueta de RF sufra en el proceso. Ventajosamente, se pueden emplear en diversos materiales de construcción como asfalto u hormigón en el pavimento.

Resulta también crítica una correcta integración de los principales materiales implicados, el material de encapsulamiento y materiales matrices del pavimento asfáltico. También se debe considerar la forma en la que deben ser leídos los datos.

La invención puede ser aplicada satisfactoriamente en múltiples escenarios, como vías, estructuras o aparcamientos. También para el guiado de móviles, como un automóvil autónomo, el mantenimiento o el diseño de infraestructuras.

Descripción detallada de las figuras

FIG. 1: diagrama esquemático de bloques funcionales del sistema.

FIG. 2A: diagrama esquemático de pasos según una realización del método.

FIG. 2B: diagrama esquemático de pasos según otra realización del método.

FIG. 3: diagrama esquemático de radiación de la señal transmitida por una etiqueta de RF.

FIG. 4: diagrama esquemático de diferentes capas en una carretera convencional. FIG. 5: vista de la etiqueta de RF incorporada superficialmente y con orientación paralela en la capa de rodadura de un pavimento inteligente.

FIGs. 6A, 6B: vistas frontal y lateral de la etiqueta de RF incorporada interiormente y con orientación inclinada en la capa de rodadura de un pavimento inteligente.

FIG. 7: vista de la etiqueta de RF incorporada en profundidad y con orientación paralela entre la capa de rodadura y la capa intermedia de un pavimento inteligente. FIGs. 8A, 8B: vistas frontal y lateral de la etiqueta de RF incorporada en profundidad y con orientación inclinada entre la capa de rodadura y la capa intermedia de un pavimento inteligente.

FIG. 9: ejemplo de maquinaria empleada para una carretera con pavimento inteligente. FIG. 10: diagrama esquemático de una regla extendedora secundaria empleada para fijar las etiquetas de RF en profundidad y con orientación inclinada en un pavimento inteligente.

FIG. 11: diagrama esquemático de una compactadora asentando la capa de rodadura en un pavimento inteligente con las etiquetas de RF en profundidad y con orientación inclinada.

FIG. 12A, 12B: gráficas que representa con valores experimentales la relación entre intensidad de señal (dBm) y distancia (m).

FIG. 13: diagrama esquemático de tráfico circulando por una carretera con pavimento inteligente.

FIG.14: diagrama de flujo de un algoritmo de control para un sistema de guiado con una antena en una vía con dos carriles de etiquetas de RF.

FIG. 15: diagrama esquemático de un móvil con una antena circulando por una vía con dos carriles de etiquetas de RF.

FIG. 16: diagrama esquemático de un móvil con dos antenas circulando por una vía con un carril de etiquetas de RF.

FIG. 17: diagrama esquemático de un móvil con una antena circulando por una vía con un despliegue masivo de etiquetas de RF.

FIG. 18: diagrama esquemático de la triangulación para un móvil con una antena en una vía con un despliegue masivo de etiquetas de RF.

FIGs. 19A, 19B: vistas en planta y lateral de un aparcamiento dotado con etiquetas de RF en la vía y en la pared y un sistema de guiado con cuatro antenas.

FIG. 20A, 20B: diagrama esquemático de un móvil con antena orientable.

Descripción detallada de la invención

Para un mejor entendimiento de la invención, se exponen varios ejemplos de realización sin carácter limitante y con referencia a las figuras anteriores.

Pavimento para el guiado del coche autónomo

Mediante el empleo de un pavimento inteligente se crea un camino virtual con una geometría particular. Este camino virtual debe ser captado por el automóvil cuando pase por encima de él. También se capta información sobre el tramo de delante (y detrás) a una distancia determinada. Esto permite anticiparse al trazado de la vía (p.e. curvas).

En general, una aplicación del pavimento inteligente es construir vías (carreteras, garajes, aparcamientos, fábricas, etc.) y dotarlos de capacidad para guiar móviles que las usen para circular. Los móviles (p.e. vehículos) deben estar debidamente preparados para interpretar la información con medios de lectura y procesamiento.

La FIG. 1 ilustra varios bloques funcionales según una realización del sistema de guiado para un móvil 110, donde se aprecian varias etiquetas de RF 102 fijadas en el pavimento de la vía 104. Cada etiqueta de RF 102 almacena información relativa a la posición que ocupa en vía 104. Existe al menos una antena 112 en el móvil 110 para captar señales emitidas por etiquetas de RF 102 y un lector 114 asociado a la antena 112 que estima la intensidad de la señal recibida de una etiqueta 104. Unos medios de procesamiento 116 analizan la intensidad de las señales recibidas y decodifican la información de la posición asociada a cada etiqueta. Con estas operaciones es posible estimar la situación del móvil 110 en la vía 104, y se puede decidir si es necesario reajustar la trayectoria del móvil 110, por ejemplo, cambiando la dirección.

Continuando con el desarrollo de realizaciones de la invención, se establecen las siguientes consideraciones:

A) Requisitos de las etiquetas de RF para el pavimento inteligente.

B) El pavimento inteligente en el proceso constructivo.

C) Captación e interpretación de información para el guiado.

A) Requisitos de las etiquetas de RF para el pavimento inteligente

Etiqueta pasiva/activa de RF: Es preferiblemente pasiva (sin alimentación externa) dado el mantenimiento que requiere actualmente una etiqueta activa y, sabiendo que su duración máxima es menor a la duración de una carretera. Además, el coste de las etiquetas pasivas es considerablemente menor al de las etiquetas activas. No obstante, no se descarta el uso de etiquetas activas en ciertas aplicaciones.

Frecuencia UHF: Se ha seleccionado la utilización de frecuencia UHF debido a su mayor alcance de lectura y sus propiedades de penetración. Se ha tenido en cuenta que la etiqueta tendrá un encapsulamiento para su protección y además no existen partículas metálicas en el material asfáltico.

Encapsulamiento: Se ha experimentado que el encapsulado de la etiqueta de RF ha de resistir un pico de temperatura correspondiente a la temperatura de vertido previa compactación. Se estima un pico de temperatura máxima de 150 °C durante unos 10 minutos. Posteriormente, el pavimento se enfría hasta temperatura ambiente. No obstante, se considera un rango de operación habitual entre 150°C y 50°C para cubrir más regiones geográficas. Sin embargo, existen ciertos pavimentos que en vez de usar betún se hacen con emulsión asfáltica a temperatura ambiente, lo que rebaja los requisitos.

Escritura/Lectura: La etiqueta de RF es de al menos una escritura y múltiples lecturas. Una única escritura aporta seguridad al sistema, pero al mismo tiempo reduce su flexibilidad. También serán aceptadas etiquetas de RF de múltiples escrituras con acceso restringido que podrían utilizarse para señalizar información de carácter temporal como una obra próxima o un carril cortado.

Resistencia a agentes externos: Debido a la posibilidad de que durante el vertido y compactado alguna superficie del encapsulado quede en la capa adyacente la etiqueta de RF ha de soportar un ambiente exterior agresivo, intemperie.

Presión: La etiqueta resiste una presión de hasta 20000 kPa que es presión máxima utilizada durante el proceso constructivo. No obstante, lo habitual es 5000 kPa.

Velocidad de lectura/anticolisión: La velocidad de lectura o protocolos anticolisión se establecen los seguido por los estándares que cumplen la mayoría de las etiquetas de RF disponibles actualmente. A modo de ejemplo, es habitual poder realizar 400 lecturas por segundo, teniendo una distancia de lectura definida anteriormente de 6 metros y circulando a una velocidad de 120 km/h (33 m/s), se obtienen más de 70 lecturas en esos 6 metros. Lógicamente, en otro tipo de vías (garaje, aparcamiento) la velocidad es mucho más reducida y se podrían relajar las especificaciones. Normalmente, basta con cumplir los estándares EPC GEN 1 o 2 generalizados en la mayoría de las etiquetas de RF disponibles en el mercado.

Tamaño: El tamaño límite de la etiqueta de RF puede variar dependiendo de la tipología del material constructivo. Preferiblemente, para el caso del pavimento de una carretera la etiqueta de RF tiene unas dimensiones inferiores a: 100 mm de longitud, 25 mm de ancho y 3,5 mm de espesor.

B) El pavimento inteligente en el proceso constructivo.

Para que esta solución sea viable económicamente y tenga la aceptación del mercado no es aconsejable realizar el proceso manualmente, aunque también es viable.

Mediante numerosas pruebas empíricas y su análisis posterior, se plantea un método para producir un pavimento inteligente de forma automatizada. La instalación de componente inteligentes capaz de transmitir información sobre la superficie de la infraestructura debe llevarse a cabo con medios mecánicos. El componente inteligente designado para realizar las pruebas ha sido una etiqueta de radiofrecuencia UHF comercial. Este dispositivo ha soportado satisfactoriamente una presión de hasta 5000 kPa y temperaturas entre -40 y 150 grados. La etiqueta de RF cumple unas dimensiones inferiores a 100 mm de longitud, 25 mm de ancho y 3,5 mm de espesor. Su masa es menor a 16 gramos y se conforma a partir de la compactación de láminas de PCB (Printed Circuit Board) FR4 (Flame Retardant) con aglutinante de resina epoxi. El material que protege la antena y el chip de la etiqueta de RF es resistente a agentes agresivos con al menos, un índice de protección IP68. Adicionalmente, ha superado números test de inmersión en metanol, etanol, gasolina, diésel, keroseno, aceite, ácido sulfúrico, hidróxido de sodio y disolvente durante 24 horas. Se ha de analizar sus características de emisión dependiendo de la posición y orientación del componente inteligente. Cualquier manipulación mecánica durante los pasos del método para producir un pavimento inteligente que respete los límites establecidos anteriormente se considera adecuada.

La FIG. 2A es un diagrama esquemático de una realización del método de producción de un pavimento inteligente a partir de una capa base ya formada en la capa de pavimento. Generalmente antes de extender una capa, se ha de compactar la anterior. El método incluye un primer paso 202 para extender una capa intermedia y después sigue un segundo paso 204 para extender una capa de rodadura. Seguidamente, tiene lugar un tercer paso 206a para distribuir y fijar varias etiquetas de RF 102 siguiendo una orientación homogénea en la vía 104. Por último, se procede a un cuarto paso de compactación 208 del pavimento inteligente.

La FIG. 2B es una variante de la realización del método de producción anterior. Hay un primer paso 202 para extender una capa intermedia y después (generalmente tras compactarla), tiene lugar un segundo paso 206b para distribuir y fijar varias etiquetas de RF siguiendo una orientación homogénea. A continuación, sigue un tercer paso 204 para una capa de rodadura. La diferencia radica por tanto en el orden seguido, lo que implica dejar las etiquetas de RF 102 a cierta profundidad en la vía 104 y con ello un alcance menor de la etiqueta de RF aunque favorablemente quedan más protegidas.

La FIG. 3 ilustra un ejemplo de diagrama de radiación 300 de la señal transmitida por una etiqueta de RF 102 donde existen diferentes regiones según la magnitud de la intensidad.

La FIG. 4 ilustra esquemáticamente la estructura de diferentes regiones y capas existentes en el caso de que la vía sea una carretera 400. De arriba a abajo, se aprecia el pavimento 402 compuesto por la capa de rodadura 410, la capa intermedia 412 y la capa base 414. El firme 404 que incluye el pavimento 402 y la base granular 416. El firme 404 se apoya sobre la explanada 406 donde se aprecian a su vez varias capas: la capa de coronación de la explanada 418, el núcleo 420 y el cimiento 422. Por último, debajo de la explanada 406 estaría el terreno subyacente 424.

Respecto de la situación de la etiqueta de RF en la carretera 400 se puede realizar de varias maneras, principalmente:

- En la superficie de la capa de rodadura 410 del pavimento 402 según se menciona esquemáticamente en la FIG. 2A. Si se sitúa previamente a la compactación del pavimento, la cara de la etiqueta de RF 102 quedará expuesta paralela a la superficie como se ilustra en la FIG. 5. También es posible que se coloque inclinada como se ilustra en la vista frontal de la FIG. 6A y en la vista lateral de la FIG. 6B.

- Debajo de la capa de rodadura 402, parcialmente enterrada en la capa intermedia 412 del pavimento 402 según se menciona esquemáticamente en la FIG. 2B ya sea paralela a la superficie tal y como se aprecia en la FIG. 7, o bien inclinada como ilustran la FIG. 8A en vista frontal y FIG. 8B en vista lateral.

En total se dispone principalmente de cuatro opciones distintas para la instalación de las etiquetas. Así, la instalación de la etiqueta de RF 102 puede llevarse a cabo en la capa de rodadura 410, o parcialmente en la capa de rodadura 410 y la capa intermedia 412. A su vez, la orientación puede ser bien con la cara de la etiqueta RF 102 paralela a la superficie o bien inclinada formando un ángulo respecto de la superficie (generalmente de 30 ° a 60°, preferiblemente: 45°). Preferiblemente, la orientación de la etiqueta de RF 102 respecto de la superficie del pavimento 402 se elige para maximizar la radiación de energía electromagnética para una lectura adecuada.

En determinadas aplicaciones, es aceptable que la etiqueta de RF 112 se fije pegada a la superficie de la vía.

La FIG. 9 muestra la maquinaria que llevaría a cabo las diferentes tareas de distribución de las etiquetas de RF 102 en el pavimento 402. El proceso general de fabricación del pavimento es sencillo. Típicamente, en una planta asfáltica se mezclan los áridos con su granulometría diseñada y el betún asfáltico o emulsión asfáltica lo que genera el ‘aglomerado asfáltico’. Este aglomerado asfáltico se carga en un camión 902 que se dirige al lugar donde se va a construir la carretera 400. Una vez en el destino, este camión 902 vierte el aglomerado asfáltico sobre la extendedora convencional 904 que lo extiende. Posteriormente, una compactadora 908 le da la consistencia final a cada capa extendida.

Para conseguir un pavimento inteligente, antes de que llegue la compactadora 908, se prevé que una regla extendedora secundaria 906 distribuya, según alguna de las opciones descritas, las etiquetas de RF 102 siguiendo una orientación y a una profundidad determinada. Posteriormente, una compactadora 908 termina el proceso de asentamiento de la etiqueta de RF 102 con el ángulo previsto. De esta manera, se puede mejorar la emisión y recepción de ondas electromagnéticas y anticipar el instante en el que ambas antenas, la del móvil y la embebida en la propia etiqueta de RF, se encuentran con ambas caras paralelas.

La FIG. 10 ilustra un ejemplo no limitante del funcionamiento de la regla extendedora secundaria 906. La regla extendedora secundaria 906 tiene un alimentador donde se almacenan las etiquetas de RF 102 y un mecanismo para disponerlas sobre una capa ya depositada (en este caso, es la capa intermedia 412). Para lograr que la orientación sea homogénea entre etiquetas de RF del mismo tipo, la regla extendedora secundaria 906 dispone de un módulo repartidor 1002 que adquiere las etiquetas RF provenientes desde el alimentador. Después un módulo rotador 1003 (de forma circular en la FIG.

10) sitúa la etiqueta RF sobre 412 con una separación dada por según el mecanismo 1003.

La FIG. 11 muestra esquemáticamente cómo quedarían fijadas las tarjetas de RF 102 en la capa de rodadura 410 con una orientación dada, tras el paso de una compactadora 908.

Respecto de la profundidad de la etiqueta de RF 102, depende directamente de la tipología de la etiqueta de RF 102 enterrada y de la granulometría del pavimento. Ventajosamente, esta opción evita riesgos de vandalismo y reduce la exposición de la etiqueta a entornos agresivos. Aproximadamente, tiene un rango de valores entre 0,5 cm y 5 cm respecto de la superficie del pavimento 402. Se han realizado pruebas empíricas demostrando la posibilidad de lectura de etiquetas RF con estos valores.

La FIG. 12A es una gráfica de valores experimentales obtenidos de RSSI (Received Signal Strength Indicator) donde se aprecia que la intensidad disminuye cuando la distancia a la etiqueta de RF aumenta. El RSSI es un indicador del nivel de potencia de las señales inalámbricas recibidas.

La gráfica muestra la intensidad de la señal recibida para una antena de RF situada a 0,25 metros de altura respecto del suelo y con una inclinación de cero grados, una ganancia de 8,5 dBic y de tipología circular. Se comprueba el comportamiento de la señal cuando el elemento móvil se acerca a la etiqueta de RF situada sobre la vía y, del mismo modo, el comportamiento cuando se aleja de la misma. Se aprecia una fuerte dependencia entre ambas variables, la intensidad y la distancia a la etiqueta de RF. Esta dependencia queda determinada por la bondad del ajuste, siendo este caso para una ecuación polinómica de grado 6 y un ajuste superior a 0,85 %.

Para comprobar que es posible realizar lecturas de las etiquetas RF aún estando embebidas cierta profundidad se han realizado pruebas empíricas. Se ha embebido la etiqueta RF en una matriz asfáltica a distintas profundidades, siendo esta matriz suficientemente grande de modo que representa un pavimento asemejándose a la realidad. Un ejemplo de los resultados obtenidos se muestra en la FIG. 12B que representa en medidas realizadas con la etiqueta de RF a distintas profundidades: Línea continua: medida a 0.5 m, etiqueta en superficie;

Línea discontinua en rayas: medida a 0.5 m, etiqueta a 5 cm;

Línea discontinua punteada: medida a 1.5 m, etiqueta en superficie;

Línea discontinua punto-raya: medida a 0.5 m, etiqueta a 5 cm;

De las medidas, se identifica una ligera disminución de la intensidad de señal cuando la profundidad de la etiqueta RF aumenta. No obstante, hasta una profundidad de 5 cm el sistema realiza una medida efectiva posibilitando el correcto funcionamiento.

Adicionalmente, la regla de extendido estará programada para saber dónde quiere y en qué posición final GPS quedan ubicados finalmente las etiquetas RF. La regla secundaría de extendido podrá verter el sensor en una posición mediante una guía que lo ubique aproximadamente en un rango de cm. Esta información puede codificarse para su uso por el sistema de guiado. Durante el vertido o despliegue de las etiquetas RF podrá ser el momento en el cual se codifique la información relativa que permita su posterior uso para determinar la ubicación de un móvil. A modo de ejemplo, se podría acompañar la regla extendedora secundaria con un GPS de alta precisión que grabe la posición de la etiqueta RF en el momento de su despliegue.

Otra opción para la incorporación es mediante la instalación en la regla extendedora de un brazo robotizado articulado y con pinzas adecuadas para manipular etiquetas.

La información puede estructurarse en campos donde almacenar información relativa al entorno donde se encuentra cada etiqueta de RF (curva a la derecha, cruce, etc.). Esta información puede grabarse con posterioridad por otro dispositivo grabador que cargue en la etiqueta información La organización de la información contenida por las etiquetas RF se realizará por bancos y posiciones de memoria reservando dichos bancos y posiciones dependiendo del tipo de información a almacenar. Se podrán organizar los bloques reservando memoria para información temporal o permanente. La parte de la memoria reservada para esta información temporal podrá ser grabada a posteriori mediante medios de autentificación disponibles para las autoridades competentes.

El resultado final es un pavimento sensorizado que a través de los sistemas de guiado para móviles definidos en la siguiente sección sirve de ayuda a la conducción autónoma de vehículos.

En la FIG. 13 se muestra una realización de una carretera 1300 con pavimento inteligente. Se trata de una carretera de sentido único y doble vía 1302a, 1302b con un carril central de etiquetas de RF 102 para cada vía por la que circulan los móviles 110 (vehículos).

C) Captación e interpretación de información para el guiado.

En esta parte se tratan aspectos del guiado. Existen diferentes estrategias en función de la combinación de antenas existentes en el móvil y de la distribución de etiquetas de RF en la vía tal como se ilustra esquemáticamente en las FIGs. 14 a 19.

1. Móvil con una antena y etiquetas de RF a ambos lados de la vía (FIG. 15):

1.1. Modelo binario con dos carriles de etiquetas y una antena en el móvil.

1.2. Modelo de posicionamiento por el entorno con dos carriles de etiquetas y una antena en el móvil.

1.3. Modelo de geoposicionamiento con dos carriles de etiquetas y una antena en el móvil.

1.4. Modelo de geoposicionamiento e información del entorno con dos carriles de etiquetas y una antena en el móvil.

2. Móvil con dos antenas y tarjetas de RF entre el centro de la vía (FIG. 16):

2.1. Modelo binario con un carril de etiquetas y dos antenas en el móvil.

2.2. Modelo de posicionamiento por el entorno con un carril de etiquetas y dos antenas en el móvil.

2.3. Modelo de geoposicionamiento con un carril de etiquetas y dos antenas en el móvil.

2.4. Modelo de geoposicionamiento e información del entorno con un carril de etiquetas y dos antenas en el móvil.

3. Móvil con una antena y despliegue en malla de etiquetas de RF (FIG. 17):

3.1. Modelo de posicionamiento por el entorno con un despliegue en malla de etiquetas y una antena en el móvil.

3.2. Modelo de geoposicionamiento con un despliegue en malla de etiquetas y una antena en el móvil.

3.3. Modelo de geoposicionamiento e información del entorno con un despliegue en malla de etiquetas y una antena en el móvil.

Todos los modelos anteriores, salvo los modelos binarios 1.1 y 2.1, dependen de la información que contiene la memoria de las etiquetas de RF. Para los modelos binarios basta simplemente con analizar la intensidad con que se recibe la señal para estimar si hay una desviación indebida sobre la trayectoria prevista. En el modelo binario de guiado el vehículo no ha de leer constantemente las etiquetas de radiofrecuencia desplegadas sobre la superficie.

A continuación, se describen en mayor detalle varias configuraciones de vías con pavimento inteligente y los sistemas de guiado aplicables.

La FIG. 14 ilustra un diagrama de flujo 1400 de un algoritmo de control para el sistema de guiado.

Se pueden diferenciar tres variantes en función de la información transmitida por la etiqueta de RF. La primera permite conocer la geoposición del vehículo o móvil. La segunda permite la obtención de la posición de forma relativa en el entorno de las etiquetas RF. La tercera, complemento de las dos anteriores, permite conocer el geoposicionamiento del vehículo y las condiciones de su entorno.

El control más simple implementable se basa en un modelo binario. Se puede conocer la posición del móvil encima del carril virtual de etiquetas de RF. Se actúa sobre la trayectoria del vehículo siempre que cualquiera de las antenas detecte alguna etiqueta de RF con intensidad mayor que un umbral. En este caso, la precisión longitudinal del sistema de guiado dependerá de la separación longitudinal entre etiquetas de RF y, de forma análoga, la precisión transversal que determina la posición del móvil dentro del carril virtual dependerá de la separación entre ambas antenas.

Móvil con una antena y vía con dos carriles de etiquetas de RF.

La FIG. 15 representa una realización del sistema que se compone por un lector con una antena de RF 112 instalada en la parte delantera del móvil 110. El sistema usa dos conjuntos de etiquetas de RF 102 instaladas en la infraestructura (una vía con dos carriles 1502a, 1502b de etiquetas de RF 112 en la proximidad de las bandas de rodadura), con una separación longitudinal y transversal determinada.

El número de lecturas simultáneas necesarias es de al menos dos etiquetas RF 102. Por simultánea se debe entender que, en la práctica, las lecturas se realicen y se procesen por el sistema incluso de forma secuencial con una diferencia temporal del orden de ms.

La separación transversal y longitudinal depende de la ganancia de la antena, el tipo de vehículo, la altura e inclinación de instalación de la antena y la etiqueta de radiofrecuencia que se instale sobre la superficie. También habrá que considerar el tipo de móvil (vehículo), el tiempo sin control que se considera aceptable o la velocidad mínima de la vía. En función de lo anterior, se puede definir la separación mínima entre etiquetas de RF 102.

Volviendo al diagrama 1400 de control de la FIG. 14, se explican las tres alternativas según la información recibida de las etiquetas de RF en el paso de obtención de información 1402 donde se recibe información por RF. Opción a) de una misma etiqueta de RF por dos antenas diferentes; opción b) de dos etiquetas de RF diferentes por una misma antena.

En la primera alternativa, la información de la señal contiene información de geoposicionamiento de la etiqueta de RF con una elevada precisión. Esta información se refiere a la longitud, latitud y, opcionalmente altitud, con una precisión muy elevada. La geoposición puede ser grabada en la etiqueta de RF durante su despliegue sobre la vía, por ejemplo, tomando la información de un GPS de alta precisión apoyado en estaciones base de referencia.

En la segunda alternativa, la información de cada etiqueta codifica la posición relativa de dicha etiqueta de RF sobre la superficie de la infraestructura, por ejemplo la distancia de la etiqueta de RF al arcén de la vía.

Es posible una tercera alternativa donde se combina y complementa la información de las dos anteriores.

La precisión longitudinal del sistema de guiado dependerá de la separación longitudinal entre etiquetas y, de forma análoga, la precisión transversal que determina la posición del vehículo dentro del carril virtual dependerá de la separación entre ambos carriles.

Continuando con el diagrama de control de la FIG. 14, tras la obtención de información 1402 viene un paso de comparación de intensidades 1404 de las etiquetas de RF que recibe la antena 112. La comparación entre la intensidad (I2) de una etiqueta situada en el carril derecho 1502b y la intensidad (I1) de una etiqueta situada en el carril izquierdo 1502a. (Como se verá más adelante, en el caso de la FIG. 15, las dos intensidades provienen de la lectura realizada por dos antenas 112 en el móvil 110 situadas en diferentes posiciones.)

Sigue un paso de estimación de la posición del móvil 1406. Como se ha mencionado ya, se puede relacionar la intensidad de señal con la distancia a ambas etiquetas. La tecnología que permite este posicionamiento se basa en la relación que existe entre la intensidad de señal recibida por la antena 112 del lector y la distancia a la etiqueta instalada en la superficie. A partir de ensayos empíricos y análisis estadísticos es posible caracterizar esta relación.

Debido a la elevada sensibilidad del electromagnetismo por multitud de factores ajenos que modifican el camino que siguen las ondas y, por tanto, su intensidad, el sistema de guiado puede usar tecnología basada en inteligencia artificial con capacidad adaptativa para corregir estas desviaciones. La inteligencia artificial permite la autocorrección de las medidas haciendo uso de análisis estadísticos y parámetros externos al sistema. Los parámetros externos son todos aquellos que modifican el campo electromagnético del entorno y que alteran las medidas.

La capacidad adaptativa de la inteligencia artificial permite controlar el reajuste de la trayectoria del móvil a partir de acciones positivas interpretadas por el sistema que mejoran su funcionamiento y la precisión. Estas acciones que modifican la interpretación de las mediciones de forma positiva pueden incluso tener su origen en información recogida por otros sensores del elemento móvil (Visión, LIDAR, GPS, infrarrojos, radar, dispositivos de conexión inalámbrica, etc..) y externos al sistema de guiado por radiofrecuencia.

En el caso de que el móvil sea un vehículo actual, la colaboración con otros sistemas disponibles mejora los resultados, como el control de velocidad de crucero adaptativa, el sistema de mantenimiento en el carril (LKA), el sistema de aviso de salida de carril (LDW, LKS), el sistema de visión nocturna, el sistema de reconocimiento de señales de tráfico o el sistema de aparcamiento automático posibilitan la capacidad adaptativa de la inteligencia artificial para la interpretación positiva de los datos.

La información que contiene cada etiqueta de RF está preferiblemente protegida y es inalterable. La cantidad de información que puede almacenar habitualmente la etiqueta de RF es de al menos 800 bits. El conjunto de memoria se fragmenta en almacenamientos más pequeños y con diferencias de accesibilidad para alojar la información.

En general, la codificación de la información de la etiqueta de RF se puede realizar indicando la posición que ocupa la información dentro del banco de memoria. A modo de ejemplo, se podría incluir para la primera posición de memoria la información correspondiente con el sentido de la vía, para la segunda posición de memoria el número de carriles de la vía, para la tercera posición de memoria el carril en el que se encuentra el vehículo, para la cuarta posición de memoria el conjunto, izquierdo o derecho, al que pertenece la etiqueta leída dentro de cada carril, para la quinta posición de memoria la velocidad de la vía, para la sexta posición de memoria la proximidad de una curva, para la séptima posición de memoria la naturaleza de la curva próxima y para la octava posición de memoria la información que contienen las señales del tramo de vía al que pertenece la etiqueta. La posibilidad de codificar la información permite aumentar la capacidad de almacenamiento.

Móvil con dos antenas y vía con un carril de etiquetas de RF.

La FIG. 16 muestra un diagrama esquemático de un móvil 112 con dos antenas circulando por una vía con un carril central de etiquetas de RF. En esta realización, se detecta cambio en la trayectoria mediante la lectura de una misma etiqueta de RF 102 por dos antenas 112 en el móvil 110.

El sistema representando en la FIG. 16 sitúa al móvil en la zona central encima del conjunto de etiquetas de RF 102 desplegadas longitudinalmente sobre la vía. Para un control binario, se realiza una comparación entre la intensidad de señal recibida por la antena 112 situada en la posición izquierda y delantera del móvil (I1) y la intensidad de señal recibida por la antena 112 situada en la posición derecha y delantera del móvil (I2). Se relaciona la intensidad de señal (I1 ,I2) que recibe cada antena 112 con la distancia a la que se encuentran de la etiqueta de RF 102, tras la interpretación de estas medidas con el algoritmo de control que efectúa acciones sobre el móvil en tiempo real.

La situación es análoga a la realización anterior puesto que también se emplea la información de dos señales. La diferencia radica en cómo se generan tales señales. Como se ilustra, ahora existen dos antenas 112 y en lugar de dos, solamente un carril de etiquetas de RF 102. A través de la comparación entre las intensidades (I1 e I2) recibidas por cada antena 112 situadas a ambos lados del móvil 102, los medios de procesamiento pueden relacionar la intensidad de señal que recibe cada antena con la distancia a la que se encuentran de la etiqueta de RF 102 y aplicar el algoritmo de control de la FIG. 14 para efectuar acciones sobre el móvil 110 en tiempo real.

Móvil con una antena y vía con una malla de etiquetas de RF.

La FIG. 17 ilustra la vista en planta de un sistema de guiado con un despliegue en malla de etiquetas sobre la superficie con una separación longitudinal y transversal determinada.

Esta realización puede verse como un caso particular de la anterior donde la densidad de etiquetas es mayor. Ahora, se establece una malla de etiquetas de RF 102 para el guiado.

Ventajosamente, la precisión de este sistema de guiado es mayor ya que el número de lecturas simultáneas de etiquetas distintas se incrementa lo que permite la triangulación y así determinar la posición con elevada exactitud.

Al igual que las realizaciones anteriores, las etiquetas de RF 102 pueden contener distinta tipología de información derivando en sistemas de guiado distintos. En primer lugar, la información que contiene la etiqueta hace referencia al entorno. En segundo lugar, la información que contiene la etiqueta hace referencia a la geolocalización. Por último, la información que contiene la etiqueta es una combinación de las anteriores.

La FIG. 18 muestra los conceptos básicos de la triangulación. Se observan tres etiquetas de RF 102a, 102b, 102c, haciendo uso de la relación demostrada entre la intensidad de la señal y la distancia, muestran una primera zona de posicionamiento 1802 en color oscuro desde la cual se está recibiendo la señal de esa etiqueta 102a y otra, en color claro, que muestra una zona de error 1804 donde es posible un error de localización.

La triangulación que muestra la zona de posicionamiento 1802 y la zona de error 1804 según la relación intensidad de señal y distancia.

De acuerdo con la intensidad de señal recibida por la antena 112 de las tres etiquetas de RF 102a, 102b, 102c, y su relación con la distancia, se puede conocer su posición con exactitud.

Si esta posición relativa es comparada con la posición absoluta que contiene las etiquetas se obtiene la geolocalización del elemento móvil. La exactitud de este sistema depende principalmente de la separación entre las etiquetas, pudiendo fácilmente superar la precisión de los sistemas de posicionamiento actuales.

La información de geoposicionamiento contenida por la etiqueta de RF puede ser grabada haciendo uso de GPS de alta precisión con, posiblemente, estación de referencia fija.

La FIGs. 19A, 19B: vistas en planta y lateral de un aparcamiento dotado con etiquetas de RF en la vía y en otras ubicaciones como la pared, columna, etc. El móvil 110 cuenta con un sistema de guiado de cuatro antenas 112. Este sistema permite o disminuir la densidad de etiquetas de RF distribuido sobre la superficie o, en el caso de mantener la densidad de etiquetas constante, aumentar considerablemente la precisión del sistema.

Variación de la orientación y posición de la antena:

Las FIG. 20A, 20B son un diagrama esquemático uno frontal y otro lateral de un móvil con antena orientable.

La posición y orientación de la antena en el vehículo será variada en altura o eje Y y desplazamiento o eje X. Así mismo, su ángulo de ataque variará rotando en el eje X y eje Y.

La variación de altura en el eje Y dependerán de la altura del vehículo, el sistema de guiado establecido, la ganancia de la antena, y demás condiciones de contorno. La variación de posición en el eje X dependerán, entre otras condiciones de contorno, del sistema de guiado establecido, la ganancia de la antena. La variación angular en el eje Y puede variar en 180 grados siguiendo la trayectoria trazada por el giro del volante en una curva similar al funcionamiento de los faros adaptativos. La variación angular en el eje X puede variar en 270 grados dependiendo de la velocidad del vehículo, la ganancia de la antena e incluso diferenciando entre marcha atrás y marcha hacia delante.

Esta realización ilustra las posibilidades de posición y orientación de la antena en el vehículo, en este caso para un sistema de guiado con un carril de etiquetas de RF y dos antenas 112 en el vehículo.

Ganancia de la antena variable:

De igual modo que existen distintas posibilidades de posición y orientación variable para la o las antenas 112 receptoras del vehículo también es posible disponer de antenas con ganancia variable y que esta ganancia aumente de forma proporcional a la velocidad de la vía.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1. Sistema de guiado para un móvil (110) que circula por una vía (104) que comprende:

   - una pluralidad de etiquetas de RF (102) fijadas sobre la vía (104), donde las etiquetas de RF (102) comprenden información codificada de la posición que ocupan en dicha vía (104);

   - unos medios de lectura (113) instalados en el móvil (110) que comprenden

   al menos una antena (112) para recibir señales de etiquetas de RF y un lector (114) configurado para estimar la intensidad de una señal recibida de una etiqueta (102);

   - unos medios de procesamiento (116) configurados para

   analizar la intensidad de una pluralidad de señales,

   para decodificar información de la posición asociada a la etiqueta (102) para estimar la situación del móvil (110) en la vía (104), y

   para decidir si reajustar la trayectoria del móvil (110).

   2. Sistema de guiado según la reivindicación 1, donde la información codificada de la posición en la etiqueta de RF (102) comprende latitud, longitud y altitud geográfica de dicha etiqueta de RF (102) en la vía (104).

   3. Sistema de guiado según la reivindicación 1 o 2, donde las etiquetas de RF (102) son activas.

   4. Sistema de guiado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las etiquetas de RF (102) emiten en el rango de alta frecuencia.

   5. Sistema de guiado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las etiquetas de RF (102) disponen de una memoria almacenamiento para información temporal relativa a circunstancias actuales de la vía, donde las circunstancias actuales comprenden al menos uno de los siguientes datos:

   - accidente,

   - vehículo averiado,

   - obras;

   - condiciones climáticas desfavorables,

   - congestión de tráfico.

   6. Sistema de guiado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la información codificada de la posición en la etiqueta de RF (102) comprende información del entorno de la vía (104) que comprende al menos uno de los siguientes datos:

   - sentido de la vía,

   - número de carriles de la vía,

   - carril de la vía al que pertenece la etiqueta,

   - tipo de vía,

   - velocidad máxima permitida,

   - proximidad de una curva

   - tipo de próxima curva,

   - distancias al arcén y a la mediana

   - punto kilométrico,

   o una combinación de los anteriores.

   7. Sistema de guiado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de lectura disponen de al menos dos antenas (112) para leer simultáneamente una misma etiqueta de RF (102) de forma que los medios de procesamiento (116) determinen si existe desviación lateral en la trayectoria.

   8. Sistema de guiado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de lectura disponen de una antena (112) para leer, en un intervalo de tiempo menor que un umbral, al menos dos etiquetas (102) de forma que los medios de procesamiento (116) determinen si existe desviación lateral en la trayectoria.

   9. Sistema de guiado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de lectura comprenden una pluralidad de antenas (112), ubicadas en los laterales, en el frontal y la parte trasera del móvil (110) configuradas para recibir señales de una pluralidad de etiquetas de RF (102) fijadas verticalmente respecto de la vía (104), de forma que los medios de procesamiento (116) determinen si existe desviación longitudinal y/o lateral en la trayectoria.

   10. Sistema de guiado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la posición de al menos una antena (112) es orientable.

   11. Sistema de guiado según la reivindicación anterior, donde la antena (112) es modificable vertical y/o horizontalmente en función de al menos uno de los siguientes parámetros:

   - velocidad del móvil,

   - ganancia de la antena,

   - cambio de dirección del móvil,

   - sentido de la marcha del móvil.

   - tipología de la vía.

   12. Sistema de guiado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la antena los medios de procesamiento adicionalmente emplean información procedente de al menos uno de los siguientes sistemas suplementarios: GPS, LIDAR, LKS, LKA, LDK para decidir si reajustar la trayectoria.

   13. Sistema de guiado según la reivindicación 12, donde los medios de procesamiento, en función de sensores externos, establecen diferentes tipos de condiciones ambientales desfavorables y ponderan la relevancia de la información procedente de los sistemas suplementarios.

   14. Pavimento inteligente para una vía (104) caracterizado por que comprende una pluralidad de etiquetas de RF (102) fijadas con una orientación homogénea respecto de la superficie exterior del pavimento (404),

   donde la etiqueta (102) comprende información codificada grabada acerca de la posición que ocupan en la vía (104).

   15. Pavimento inteligente según la reivindicación 14, donde el pavimento (402) comprende una capa de rodadura (412) en el exterior donde se embeben las etiquetas de RF (102).

   16. Pavimento inteligente según la reivindicación 14, donde el pavimento (402) comprende una capa de rodadura (410) exteriormente y una capa intermedia (412) debajo y donde las etiquetas de RF (102) se embeben entre ambas capas.

   17. Pavimento inteligente según la reivindicación 15 o 16, donde la orientación de la etiqueta de RF (102) es tal que forma entre 30 y 60 grados respecto de la superficie del pavimento (402).

   18. Pavimento inteligente según la reivindicación 15 o 16, donde la orientación de la etiqueta de RF (102) es paralela respecto de la superficie del pavimento (402).

   19. Pavimento inteligente según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, donde la etiqueta de RF (102) está a una distancia máxima de entre 0.5 cm y 5 cm de profundidad respecto de la superficie del pavimento (402).

   21. Método para producir un pavimento inteligente para una vía (104) que comprende realizar los siguientes pasos:

   sobre una primera capa base (414) existente en el pavimento (402), extender una segunda capa intermedia (412);

   extender seguidamente una tercera capa de rodadura (410);

   caracterizado por que previamente al paso para compactar la capa de rodadura (410), se efectúa un paso para distribuir y fijar una pluralidad de etiquetas de RF (102) siguiendo una orientación homogénea.

   22. Método según la reivindicación 21, donde distribuir la pluralidad de etiquetas de RF (102) se lleva a cabo tras extender la tercera capa de rodadura (410).

   23. Método según la reivindicación 21, donde distribuir la pluralidad de etiquetas de RF (102) se lleva a cabo tras extender y compactar la segunda capa intermedia (412).

   24. Método según la reivindicación anterior, donde distribuir la pluralidad de etiquetas de RF (102) según una orientación dada se lleva a cabo mediante un robot que introduce las etiquetas de RF (102) en la capa de rodadura (410), de forma que la cara de la etiqueta de RF (102) forma un ángulo con la superficie de dicha capa de rodadura (410).

   25. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde distribuir la pluralidad de etiquetas de RF (102) se lleva a cabo mediante una extendedora secundaria (906) que vierte las etiquetas de RF (102) sobre la capa de rodadura (410) o la capa intermedia (412).

   26. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el paso para distribuir y fijar una pluralidad de etiquetas de RF (102) siguiendo una orientación homogénea se realiza en función del diagrama de radiación de energía electromagnética de la etiqueta de RF (102).

   27. Método según la reivindicación 26, donde la profundidad donde se distribuye y fija la etiqueta de RF (102) respecto de la superficie del pavimento depende de su granulometría.

   26. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etiqueta de RF (102) se graba con información codificada relacionada con la posición que ocupa en la vía (104).

   27. Método según la reivindicación 26, donde la etiqueta de RF (102) se graba durante su distribución y fijado en la vía (104).

   28. Método según la reivindicación 27, donde la información relacionada con la posición comprende las coordenadas de latitud, longitud y altitud de la etiqueta de RF (102).

   29. Método según la reivindicación 27 o 28, donde la información relacionada con la posición comprende la posición relativa referida al entorno de la vía (104) donde está la etiqueta de RF (102).

   30. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 28 a 29, donde la etiqueta de RF (102) dispone de una memoria para grabar información temporal.