ES2970323T3 - Método para registrar, procesar y transmitir datos de un activo móvil - Google Patents

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ES2970323T3 ES20199378T ES20199378T ES2970323T3 ES 2970323 T3 ES2970323 T3 ES 2970323T3 ES 20199378 T ES20199378 T ES 20199378T ES 20199378 T ES20199378 T ES 20199378T ES 2970323 T3 ES2970323 T3 ES 2970323T3
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Abstract

Un registrador y transmisor de datos de activos móviles basado en aceleración equipado con una unidad de procesamiento inalámbrico, un registrador de eventos, un grabador de video digital, un sensor de nivel de combustible y una placa de sensor de navegación inercial. La placa del sensor de navegación inercial incluye un giroscopio de 3 ejes, un acelerómetro de 3 ejes, un magnetómetro de 3 ejes y un microcontrolador. El registrador y transmisor de datos permite la orientación automática, la calibración automática de la brújula, la compensación de combustible con cabeceo y balanceo, la aplicación del freno de emergencia con detección de impacto, la detección de condiciones operativas difíciles, la detección de motor en marcha y la navegación inercial de un activo móvil. Los usuarios pueden utilizar el funcionamiento normal de sus activos móviles para localizar y alertar, en tiempo real, áreas donde sus activos se encuentran con entornos operativos difíciles, para proporcionar una respuesta de emergencia más rápida y para validar la efectividad de las reparaciones y el desvío. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método para registrar, procesar y transmitir datos de un activo móvil
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional estadounidense N° de Serie 61/624.142, presentada el 13 de abril de 2012, en la medida prevista por la ley.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere en general a equipos utilizados en activos de alto valor y, en particular, a sistemas de registro de eventos y datos utilizados en activos de alto valor.
DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Los activos de alto valor, tales como locomotoras, vehículos y buques mineros, de carga, marinos y militares, suelen emplear un dispositivo de adquisición y registro de datos a bordo, similar a la "caja negra" de los aviones. Un dispositivo de adquisición y registro de datos de a bordo típico, o un registrador de eventos/datos, consta de entradas digitales y analógicas, así como de presostatos y transductores de presión que registran los datos de varios dispositivos sensores de a bordo. Estos registradores de eventos/datos registran diversos parámetros del sistema utilizados para la investigación de incidentes, la evaluación del rendimiento de la tripulación, el análisis de la eficiencia del combustible, la planificación del mantenimiento y el diagnóstico predictivo. Los datos registrados pueden incluir parámetros tales como la velocidad, la distancia recorrida, la ubicación, el nivel de combustible, las revoluciones por minuto (RPM) del motor, los niveles de fluidos, los controles del operador, las presiones y las condiciones ambientales, además, de los datos básicos de eventos y operativos, en muchos de estos mismos activos móviles también se despliegan capacidades de registro de eventos/datos de vídeo y audio.
El documento US6373403 B1 describe un método para la navegación de un vagón de ferrocarril sobre un conjunto de vías férreas. El sistema de navegación dado a conocer utilizado en el método incluye un sistema de navegación inercial que comprende giroscopios, una pluralidad de acelerómetros y una brújula de rumbo magnético que proporciona a la compañía ferroviaria datos detallados que indican el estado de las vías del tren en cualquier posición a lo largo de las vías.
El documento WO2007111978 A2 describe un sistema que tiene uno o más sensores inerciales en donde uno o más de los ejes de entrada del sensor se modulan en orientación alrededor de un eje prácticamente perpendicular al eje de entrada, o sensible, del sensor. En algunas formas de realización, la precisión de un sistema de este tipo se mejora para proporcionar una relación señal/ruido mejorada y una sensibilidad reducida a los errores de alineación de los ejes del sensor con los ejes de modulación. En una forma de realización, la lectura de un acelerómetro de 3 ejes proporciona los ángulos de Euler de cabeceo y alabeo del comportamiento de un vehículo con respecto al marco de coordenadas vertical local.
Un objeto de la presente invención es el uso de un GPS de alta precisión, un acelerómetro digital de 3 ejes, una brújula digital y un giroscopio digital de 3 ejes combinados para proporcionar notificaciones de llegada y salida basadas en la navegación a estima para activos móviles en condiciones en las que no se dispone de señal GPS, tal como bajo marquesinas o voladizos en estaciones y muelles.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La invención se define en la reivindicación independiente adjunta, a la que ahora debe hacerse referencia. Además, pueden encontrarse características opcionales en las sub-reivindicaciones adjuntas.
La navegación inercial, o navegación a estima, mejora la precisión del posicionamiento. Aumenta el GPS diferencial de alta precisión de la unidad de procesamiento inalámbrica con una sofisticada navegación a estima cuando se encuentra en el interior de edificios comerciales, estaciones, túneles o cualquier lugar en donde no se disponga de señales GPS. Lo que antecede proporciona tiempos de llegada y de salida de la estación altamente precisos, y el posicionamiento y la orientación precisos de la locomotora dentro de las zonas de taller aumentan la eficacia operativa al mejorar la planificación y el flujo de trabajo en el taller.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La presente invención se describe con más detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 es un diagrama de flujo que muestra el funcionamiento del freno de emergencia con sistema de detección de impactos que no está de conformidad con la presente invención;
La Figura 2 es un diagrama de flujo que muestra el funcionamiento de la compensación de combustible mediante cabeceo y alabeo basados en acelerómetros que no está de conformidad con la presente invención;
La Figura 3 es un diagrama de flujo que muestra el funcionamiento de la detección de posibles condiciones operativas irregulares utilizando el acelerómetro, que no está de conformidad con la presente invención.
La Figura 4 es un diagrama de flujo que muestra el funcionamiento del sistema de detección de motor en marcha utilizando un acelerómetro que no está de conformidad con la presente invención;
La Figura 5 es un diagrama de flujo que muestra el funcionamiento de un sistema de navegación inercial, y de navegación a estima, de la presente invención.
La Figura 6 es un diagrama que muestra los componentes del sistema de un ejemplo de registrador y transmisor de datos de activos móviles que no está de conformidad con la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN ILUSTRADAS
En la Figura 6 se muestra un sistema de registro y transmisión de datos de activos móviles que no está de conformidad con la presente invención y sus componentes. El sistema de registro y transmisión de datos de activos móviles 200 consta de diez componentes interrelacionados: un registrador de datos de eventos 38, un grabador de vídeo digital (DVR) de locomotora 52, un sensor de nivel de combustible 210, el software del sensor de nivel de combustible 212, una WPU 202, una placa de sensores de navegación inercial 214, el sistema de posicionamiento global (GPS) 106, el firmware 224, el software del sistema 226 y el propio sistema 200. La instalación de la WPU 202 en un activo, tal como en una locomotora, consiste en montar la WPU 202 y conectarla externamente a un registrador de datos de eventos 38, a un grabador de vídeo digital de la locomotora 208 y a cualquier dispositivo adicional de detección de condiciones disponible.
El registrador de datos de eventos 38, similar a la caja negra de los aviones, es un dispositivo de registro de datos a bordo para locomotoras. Un registrador de datos de eventos 38 típico consta de entradas digitales y analógicas, así como de presostatos y transductores de presión que registran datos de diversos dispositivos de a bordo, tales como la posición del acelerador, la velocidad de las ruedas y la aplicación del freno de emergencia. La WPU 202 recibe y procesa los datos del registrador de datos de eventos 38 una vez por segundo a través de una conexión serie externa.
El grabador de vídeo digital (DVR) 52 de la locomotora, similar a un DVR de televisión, es un dispositivo de grabación de vídeo a bordo. El DVR 52 viene equipado con una cámara frontal y un micrófono. La cámara está montada con una orientación de tal modo que observa y graba lo que observa el operador. La WPU 202 accede al DVR 52 de la locomotora a través de una conexión Ethernet externa para descargar el vídeo del disco duro antes, durante y después de un evento.
El sensor de nivel de combustible 210 es un sensor que se utiliza para medir la cantidad de combustible que existe dentro del tanque de combustible. El sensor de nivel de combustible 210, utilizado en la presente invención, es un sensor de nivel ultrasónico que utiliza ondas acústicas ultrasónicas para determinar la distancia entre el cabezal del sensor y el nivel de combustible. El sensor 210 está montado en la parte superior del tanque de combustible con unas dimensiones y ubicación de montaje conocidas. La WPU 202 accede a estos datos a través de una conexión serie externa.
El software del sensor de nivel de combustible 212 toma la distancia desde el nivel de combustible hasta el sensor 210 con la geometría del tanque de combustible y convierte estos datos en un volumen de combustible final. Lo que antecede se hace aplicando un filtrado matemático para reducir el ruido del chapoteo y los comportamientos ultrasónicos del tanque. El software 226 también utiliza algoritmos inteligentes para determinar los eventos de repostaje y caída de combustible.
La WPU 202 del ejemplo ilustrado es un ordenador de a bordo reforzado que ejecuta Windows XP integrado específicamente para aplicaciones industriales. Tiene muchas características diferentes que pueden instalarse para personalizar el producto según las necesidades específicas del cliente. La WPU 202 tiene la capacidad de comunicarse con una amplia diversidad de sistemas de a bordo, que incluye, sin limitación, los sistemas de control del vehículo, los registradores de datos de eventos, los DVRs, los sensores de nivel de combustible y los controladores del motor. La WPU 202 tiene la capacidad de comunicarse a través de una amplia gama de protocolos, incluyendo, pero no limitándose a, RS 232, RS 422, RS 485, Bus CAN, red LAN, red WiFi, celular y satélite.
La placa del sensor de navegación inercial (placa) 214 es una actualización de hardware para la WPU 202. Se instala a nivel interno y se comunica con la WPU 202 a través de un puerto serie interno. La placa 214 consta de cuatro componentes: un giroscopio de 3 ejes 216, un magnetómetro de 3 ejes 100, un acelerómetro de 3 ejes 20 y un microcontrolador 222. El giroscopio 216 se utiliza para medir las aceleraciones angulares, el magnetómetro 100 se utiliza para medir los campos magnéticos, el acelerómetro 20 se utiliza para medir las aceleraciones y deceleraciones lineales, y el microcontrolador 222 se utiliza para procesar los datos y comunicarse entre los sensores y la WPU 202.
El firmware 224 se ejecuta en el microcontrolador 222 de la placa 214. El firmware 224 calcula constantemente el cabeceo y el alabeo utilizando los datos de aceleración de 3 ejes 20. Al comparar los datos de aceleración de 3 ejes con los umbrales y duraciones definidos mediante programación, el firmware 224 puede determinar si se produce un evento de activación y, si es así, envía un mensaje de evento de activación a la WPU 202. Cada segundo, el firmware 224 envía a la WPU 202 un mensaje de datos periódicos que contiene un conjunto predefinido de valores. Estos datos se utilizan para, pero sin limitación, determinar el rumbo, la temperatura ambiente interna y las aceleraciones angulares.
El software del sistema 226 es una aplicación que se ejecuta en la WPU 202. Esta aplicación se comunica directamente con el GPS 106 y la placa 214 para recopilar datos relacionados, además de estos datos, el software del sistema 226, tal como todas las demás aplicaciones de la WPU 202, utiliza un protocolo estándar de comunicación entre procesos para recopilar datos de otras aplicaciones de software. Estas otras aplicaciones de software se ejecutan en la WPU 202 y se comunican con a otros dispositivos (DVR 52, registrador de datos de eventos 38, etc.) que están físicamente conectados a la WPU 202. Utilizando todos los datos recopilados, el software del sistema 226 puede comparar los datos con umbrales y duraciones predefinidos para determinar si se han producido eventos específicos.
El sistema 200 consta de una WPU 202 con una placa 214, un firmware 224 y un software de sistema 226 instalados y un registrador de datos de eventos 38, un DVR 52 y un sensor de nivel de combustible 210. El software del sistema 226 se ejecuta en la WPU 202, corrigiendo constantemente los niveles de combustible y comprobando si existe mensajes de eventos procedentes de la placa 214 o del registrador de datos de eventos 38 para tomar medidas.
El sistema registrador y transmisor de datos de activos móviles 200 (Figura 6) realiza siete funciones: orientación automática, calibración automática de la brújula, freno de emergencia con detección de impactos, compensación de combustible con cabeceo y alabeo, detección de posibles condiciones operativas irregulares, detección de motor en marcha y navegación inercial (navegación a estima). Cada una de estas siete funciones tiene en cuenta las señales generadas por el acelerómetro de 3 ejes 20.
La orientación automática se utiliza para correlacionar los ejes de la WPU 202 con los ejes de la locomotora, de modo que los valores medidos por los sensores se correspondan con los ejes de la locomotora. Este proceso se consigue mediante el software 226 y el firmware 224. Debido a los diferentes entornos electrónicos de las locomotoras, es necesario calibrar la brújula en cada locomotora. El software utiliza el GPS 106 de la WPU 202 (Figuras 5, 6) para determinar el rumbo de la locomotora. A continuación, toma las mediciones desde el magnetómetro 100 y las almacena en la posición correspondiente de una matriz. La matriz consta de 360 posiciones, una por cada grado de rumbo. Utilizando estos valores, el software 226 de la WPU 202 puede corregir los campos magnéticos propios de la locomotora y detectar solamente el cambio debido al campo magnético terrestre.
La Figura 1 representa un diagrama de flujo de la aplicación de un método para el freno de emergencia con detección de impacto que no está de conformidad con la invención. El software 226 (Figura 6) de la WPU 202 (Figura 6) envía comandos de inicialización al firmware 224 (Figura 6) para establecer las duraciones de aceleración en cada eje (Adx, Ady, Adz) 14 que se utilizarán para la activación de eventos. Estas duraciones se almacenan a bordo en el dispositivo que incorpora el sistema 200. El software 226 de la WPU 202 también envía comandos de inicialización al firmware 224 para establecer umbrales de aceleración en cada eje (Atx, Aty, Atz) 16 que se utilizarán para la activación de eventos. Estas duraciones se almacenan a bordo en el dispositivo que incorpora el sistema 200 (Figura 6). El microcontrolador 222 (Figura 6) extrae los datos de aceleración de 3 ejes en bruto (Ax, Ay, Az) 18 del acelerómetro 20 a una frecuencia de 100 Hz. Se aplica un filtro de paso bajo 22 a los valores de aceleración en bruto (Ax, Ay, Az) 18, lo que da como resultado unos valores de aceleración filtrados (Afx, Afy, Afz) 24. Los ejes de la placa 214 (Figura 6) de los valores de aceleración filtrados (Afx, Afy, Afz) 24 se traducen a ejes de activos (Afx, Afy, Afz) 26. Los valores de la placa 214 de los valores en bruto (Ax, Ay, Az) 18 se traducen a ejes de activos (A'x, A'y, A'z) 28. Los valores filtrados de los ejes de activos (Af'x, Af'y, Af'z) 26 se añaden a los umbrales establecidos para cada eje (Atx, Aty, Atz) 16, y este umbral añadido (Af'tx, Af'ty, Af'tz) 32 se compara entonces continuamente 29 con la aceleración en bruto en los ejes de activos (A'x, A'y, A'z) 28. Cuando los valores en bruto (A'x, A'y, A'z) 28 superan los umbrales 32 en uno o más ejes, se activa un temporizador 30. Cuando un valor en bruto 28 ya no supera los umbrales 32 en un eje específico 30, se evalúa la duración en que el valor en bruto 28 superó los umbrales 32 para determinar si la duración supera la duración especificada para ese eje (Adx, Ady, Adz) 14. Si la duración del evento era más larga 34 que la duración establecida (Adx, Ady, Adz) 14, se almacena un evento de activación 36, incluyendo los datos específicos sobre qué eje, duración del evento y tiempo del evento de activación. En paralelo con esta supervisión, el software de a bordo 226 (Figura 6) recibe mensajes de datos periódicos 40 desde un registrador de datos de eventos de a bordo 38, que supervisa el estado en tiempo real de varios sensores de entrada. El software de a bordo 226 supervisa los mensajes de datos periódicos 40 y detecta cuándo el mensaje de datos periódicos 40 indica que se ha producido una señal discreta de aplicación del freno de emergencia 42. El software de a bordo 226 almacena el tiempo 44 en que tuvo lugar el evento de aplicación del freno de emergencia. Si el software de a bordo 226 almacena bien sea el evento de activación 36 o el tiempo de aplicación del freno de emergencia 44, el software del sistema de a bordo 226 comprobará la marca de tiempo de cada evento para observar si los dos últimos eventos registrados, del evento de activación 36 o de la aplicación del freno de emergencia 44, están en estrecha proximidad 46. Si se detecta que los eventos se produjeron en estrecha proximidad 46, el software de a bordo 226 activará una aplicación del freno de emergencia con alerta de impacto 48 y solicitará una descarga del grabador de vídeo digital 50 que cubra el tiempo del evento al DVR de a bordo 52 y solicitará el archivo de registro de datos que cubra el tiempo del evento 125 al registrador de datos de eventos 38. El software de a bordo 226 recibe el vídeo descargado que cubre el tiempo del evento 54 y el archivo de registro de datos que cubre el tiempo del evento 127 y envía ambos a los servicios internos 56/128.
Los usuarios recibirán alertas indicando la fuerza real de la colisión y si ésta ha causado un vuelco o un descarrilamiento. Lo que antecede, junto con la localización GPS, el vídeo y el acceso inmediato a la información del registrador de eventos, permite a los usuarios retransmitir con precisión la gravedad y el alcance del incidente al personal de respuesta rápida a medida que están en ruta hacia un incidente.
La Figura 2 representa un diagrama de flujo de una aplicación de método para la compensación de combustible mediante cabeceo y alabeo basados en acelerómetro que no está de conformidad con la presente invención. El software 226 (Figura 6) de la WPU 202 (Figura 6) extrae los datos de aceleración de 3 ejes en bruto (Ax, Ay, Az) 18 del acelerómetro 20 a una frecuencia de 100 Hz. Se aplica un filtro de paso bajo 22 a los datos en bruto (Ax, Ay, Az) 18, lo que da como resultado unos valores de aceleración filtrados (Afx, Afy, Afz) 24. Los ejes de la placa 214 (Figura 6) de los valores filtrados (Afx, Afy, Afz) 24 se traducen a ejes del activo (Af'x, Af'y, Af'z) 26. El cabeceo del activo 58 es el arco tangente del eje x filtrado del activo y el eje z filtrado del activo:
/eje x del activo\
arctan (------ —--------- ).
Keje z del activo}
El alabeo del activo 60 es el arco tangente del eje y filtrado del activo y el eje z filtrado del activo:
eje y del activo
arctan
( eje z del activo
Para cada modelo de activo en donde está instalado el sistema, se captura la ubicación específica del montaje del sensor de combustible. En concreto, se registra la distancia a la que el sensor está montado delante del centro del tanque de combustible 62. Además, también se registra la distancia en la que está montado el sensor de combustible a la izquierda del centro del tanque de combustible 64.
La distancia delante del centro 62 se combina con la tangente del cabeceo del activo 58 para obtener un primer ajuste de la distancia del combustible. La distancia a la izquierda del centro 64 se combina con la tangente del alabeo del activo 60 para obtener un segundo ajuste de la distancia del combustible. Los ajustes de distancia de combustible primero y segundo se combinan para obtener un único ajuste de distancia de combustible 66. El sensor de nivel de distancia a bordo registra la distancia desde la parte superior del tanque hasta el nivel de combustible presente en el tanque de combustible a bordo. La distancia bruta al combustible 70 procedente del sensor de combustible 68 se combina con el ajuste de distancia 66 para crear una distancia ajustada 72. La distancia ajustada 72 se combina con un perfil geométrico del tanque de combustible previamente definido 74, que asigna una distancia al valor de combustible a un volumen de combustible 76. Lo que antecede da como resultado un volumen de combustible final 78, que se ajusta a medida que el activo se desplaza por diversos terrenos en los que cambian el cabeceo 58 y el alabeo 60, compensando el movimiento del líquido dentro del tanque de un activo móvil en funcionamiento.
La Figura 3 representa un diagrama de flujo de una aplicación de método para la detección de posibles condiciones operativas irregulares utilizando un acelerómetro que no está de conformidad con la presente invención. El software 226 (Figura 6) de la WPU 202 (Figura 6) envía comandos de inicialización al firmware 224 (Figura 6) para establecer las duraciones de aceleración en cada eje (Adx, Ady, Adz) 14 que se utilizarán para la activación de eventos. Estas duraciones se almacenan a bordo, en el dispositivo. El software 226 también envía comandos de inicialización al firmware 224 para establecer umbrales de aceleración en cada eje (Atx, Aty, Atz) 16 que se utilizarán para la activación de eventos. Estas duraciones se almacenan a bordo, en el dispositivo. El microcontrolador 222 (Figura 6) extrae los datos de aceleración de 3 ejes en bruto (Ax, Ay, Az) 18 desde el acelerómetro 20 a una frecuencia de 100 Hz. Se aplica un filtro de paso bajo 22 a los valores de aceleración en bruto 18, lo que da lugar a valores de aceleración filtrados (Afx, Afy, Afz) 24. Los ejes de la placa 214 (Figura 6) de los valores filtrados 24 se traducen a los ejes de los activos (Af'x, Af'y, Af'z) 26 y los ejes de la placa 214 de los valores en bruto 18 se traducen a los ejes de los activos (A'x, A'y, A'z) 28. Los valores filtrados de los ejes de los activos (Af'x, Af'y, Af'z) 26 se añaden a los umbrales establecidos para cada eje (Atx, Aty, Atz) 16 y, a continuación, este umbral añadido (Af'tx, Af'ty, Af'tz) 32 se compara continuamente 29 con la aceleración en bruto en los ejes de los activos (A'x, A'y, A'z) 28. Cuando un valor en bruto 28 supera el umbral 32 en uno o varios ejes, se activa un temporizador 30. Cuando un valor en bruto 28 ya no supera el umbral 32 en un eje específico, se evalúa la duración en que el valor en bruto 28 supera el umbral 32 para determinar si supera la duración especificada para dicho eje (Adx, Ady, Adz) 14. Si la duración del evento era más larga que la duración establecida para ese eje (Adx, Ady, Adz) 14, se almacena un evento de activación 36, que incluye datos específicos sobre qué eje, la duración del evento y el tiempo del evento de activación.
En paralelo con esta supervisión, el software de a bordo 226 (Figura 6) supervisa la velocidad del activo mediante mensajes periódicos desde el registrador de datos de eventos de a bordo 38 (Figura 1) y/o desde un dispositivo GPS de a bordo 106 (Figuras 5, 6). El software de a bordo 226 supervisa la velocidad del activo 80 y detecta cuándo supera un valor especificado 82. Si, a la vez, la velocidad 80 supera un valor especificado 82 y un evento de activación almacenado 36 se producen al mismo tiempo 84, el software del sistema de a bordo 226 comprobará en qué eje se activó el evento. Si el evento se activó en el eje z 86, el sistema registrará una alerta de posible problema en la vía 88. Si el evento se produjo en el eje x o y, el sistema registrará una alerta de manejo incorrecto del operador 90. Si se produce una alerta de posible problema en la vía 88 o una alerta de manejo incorrecto del operador 90, el software de a bordo 226 solicitará al DVR 52 de a bordo una descarga del grabador de vídeo digital 50 que cubra el tiempo del evento. El software de a bordo 226 recibe el vídeo descargado 54 y lo envía a los servicios internos 56.
Los usuarios pueden ahora utilizar el funcionamiento normal de sus activos móviles para localizar con precisión y alertar, en tiempo real, zonas en las que sus activos se encuentran con un entorno operativo adverso, tal como una pista/interruptor en mal estado, mares agitados y carreteras en mal estado. El usuario recibirá una alerta, una imagen fija o de vídeo y los datos operativos cruciales de la caja negra inmediatamente después de la identificación de un entorno operativo irregular. Los equipos de reparación podrán responder a la ubicación exacta de la carretera o camino en mal estado. Las rutas marítimas podrán ajustarse para evitar corrientes de barra o aguas agitadas. La efectividad de cualquier reparación o cambio de ruta podrá validarse cuando el siguiente activo móvil equipado con un sistema registrador y transmisor de datos atraviese cualquier zona previamente señalada.
La Figura 4 representa un diagrama de flujo de una aplicación de método para la detección de un motor en marcha utilizando un acelerómetro que no está de conformidad con la presente invención. El software 226 (Figura 6) de la WPU 202 (Figura 6) envía comandos de inicialización al firmware 224 (Figura 6) para establecer las duraciones de actividad/inactividad en cada eje (A1dx, A1dy, A1dz) 84 que se utilizarán para la activación de eventos. Estas duraciones se almacenan a bordo, en el dispositivo. El software 226 de la WPU 202 (Figura 6) también envía comandos de inicialización al firmware 224 (Figura 6) para establecer umbrales de actividad/inactividad en cada eje (A1tx, A1ly, A1tz) 86 que se utilizarán para la activación de eventos. Estas duraciones se almacenan a bordo, en el dispositivo. El microcontrolador 222 (Figura 6) extrae los datos de aceleración de 3 ejes en bruto (Ax, Ay, Az) 18 desde el acelerómetro 20 a una frecuencia de 100 Hz. Se aplica un filtro de paso bajo 22 a los valores de aceleración en bruto (Ax, Ay, Az) 18, lo que da como resultado unos valores de aceleración filtrados (Afx, Afy, Afz) 24.
Los ejes de la placa 214 (Figura 6) de los valores filtrados 24 se traducen a los ejes de los activos (Af'z, Af'y, Af'z) 26 y los ejes de la placa 214 de los valores en bruto 18 se traducen a los ejes de los activos (A'x, A'y, A'z) 28. Los valores filtrados de los ejes de activos (Af'x, Af'y, Af'z) 26 se añaden a los umbrales de actividad/inactividad establecidos para cada eje (A1tx, A1ly, A1tz) 86 y, a continuación, este umbral añadido (Af'1tx, Af'1ty, Af'1tz) 88 se compara continuamente con la aceleración en bruto en los ejes de activos (A'x, A'y, A'z) 28. Cuando el valor en bruto 28 supera el umbral 88 en uno o más ejes, se activa un temporizador 90. Si el valor en bruto 28 ya no supera el umbral de actividad/inactividad 88 en un eje específico, la duración en que el valor en bruto 28 superó el umbral 88 se evalúa para determinar si supera la duración especificada para dicho eje (A1dx, A1dy, A1dz) 84. Si la duración del evento era más larga a la duración establecida para ese eje (A1dx, A1dy, A1dz) 84, se almacena 92 un evento de inactividad/actividad de activación 34, que incluye datos específicos sobre qué eje, la duración del evento y el tiempo de activación del evento. El estado de funcionamiento del motor se actualiza 94 cuando se activan eventos de actividad/inactividad.
La Figura 5 representa un diagrama de flujo de una aplicación de un método para la navegación inercial (navegación a estima) según la presente invención. El microcontrolador 222 (Figura 6) extrae los datos de aceleración de 3 ejes en bruto (Ax, Ay, Az) 18 desde el acelerómetro 20 a una frecuencia de 100 Hz. Se aplica un filtro de paso bajo 22 a los valores de aceleración en bruto (Ax, Ay, Az) 18, lo que da como resultado unos valores de aceleración filtrados (Afx, Afy, Afz) 24. Los ejes de la placa 214 (Figura 6) de los valores filtrados 24 se traducen a los ejes del activo (Af'x, Af'y, Af'z) 26. El cabeceo del activo 58 es el arco tangente del eje x filtrado del activo y el eje z filtrado del activo:
/eje x del activo\
arctan (-------—-------- ).
Keje z del activo}
El alabeo del activo 60 es el arco tangente del eje y filtrado del activo y el eje z filtrado del activo:
(eje y del activo^
arctan
\eje z del activo)'
La aceleración en el eje x del activo está integrada 96 para calcular la velocidad del activo 98:
aceleración del activo,eje x
f
En paralelo, el microcontrolador 222 (Figura 6) extrae datos gaussianos de 3 ejes (Gx, Gy, Gz) 102 del magnetómetro 100 a 1 Hz. Utilizando los datos del magnetómetro 102 y el cabeceo 58 y el alabeo 60 del activo, se calcula un rumbo compensado con inclinación 104. También en paralelo, el dispositivo GPS de a bordo 106 proporciona datos de localización actualizados a una frecuencia de 1 Hz. El software de a bordo 226 determina si se dispone de datos GPS válidos 108. Si existe una señal GPS disponible, el software de a bordo 226 analizará los datos 110, en velocidad GPS 126, rumbo 128, la latitud 114 y la longitud 116 cada segundo, y almacenará 118 la latitud 114 y la longitud 116. Si se determina que los datos del GPS no están disponibles, el sistema 200 (Figura 6) entra en el modo de navegación a estima 112. En el modo de cálculo a estima 112, se obtienen la última latitud 114 y longitud 116 conocidas del GPS 106 y se almacenan 118. Utilizando la última latitud 114 y la última longitud 116 conocidas 118, junto con la velocidad 98 del activo, la velocidad de las ruedas a partir de los datos 126 del registrador de eventos, el rumbo 104 con compensación de inclinación y los datos del giroscopio de 3 ejes 129, se calcula una nueva posición 120. Las nuevas posiciones de latitud 122 y longitud 124 se almacenan y se utilizan, y el proceso continúa hasta que se vuelva a disponer de datos GPS válidos.
Los usuarios recibirán alertas y registros precisos de salida y de llegada en entornos en donde las señales GPS estén bloqueadas o parcialmente bloqueadas por salientes y marquesinas. Este sistema 200 (Figura 6) permite a los usuarios definir "cables trampa" virtuales, incluso en zonas en las que los dispositivos GPS quedan inutilizados debido a la pérdida o interferencia de la señal de radiofrecuencia. Las capacidades de navegación inercial automatizan el rendimiento del operador según una matriz de programación alertando y registrando el momento exacto en que un activo cruza un 'cable trampa' virtual de salida y de llegada cuando una señal GPS no puede calcular datos de localización precisos.
La descripción que antecede de una forma de realización ilustrada de la invención se ha presentado con fines ilustrativos y descriptivos, y no pretende ser exhaustiva ni limitar la invención a la forma precisa divulgada. La descripción se seleccionó para explicar mejor los principios de la invención y la aplicación práctica de estos principios para permitir a otros expertos en esta técnica utilizar mejor la invención en diversas formas de realización y diversas modificaciones según se adapten a la utilización particular contemplada. Se pretende que el alcance de la invención no quede limitado por la especificación, sino que quede definido por las reivindicaciones que se exponen a continuación.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un método para registrar, procesar y transmitir datos desde un activo móvil, que comprende las etapas de:
    a. proporcionar al menos una placa de sensor de navegación inercial (214) a bordo del activo móvil, comprendiendo la placa un microcontrolador (222) que se comunica con un acelerómetro de 3 ejes (20) y procesa los datos procedentes del mismo;
    b. la lectura (18) de un valor de aceleración en bruto en el eje x (Ax), un valor de aceleración en bruto en el eje y (Ay) y un valor de aceleración en bruto en el eje z (Az) procedentes del acelerómetro de 3 ejes;
    c. filtrar (22), mediante un filtro de paso bajo, el valor de aceleración en bruto del eje x, el valor de aceleración en bruto del eje y, y el valor de aceleración en bruto del eje z en (24) un valor de aceleración filtrado del eje x (Afx), un valor de aceleración filtrado del eje y (Afy) y un valor de aceleración filtrado del eje z (Afz);
    d. traducir (26) los ejes de la placa del sensor de navegación inercial que comprenden el valor de aceleración filtrado del eje x, el valor de aceleración filtrado del eje y, y el valor de aceleración filtrado del eje z a los ejes del activo móvil, para determinar un valor de aceleración filtrado traducido desde el eje x (Af'x), un valor de aceleración filtrado traducido desde el eje y (Af'y), y un valor de aceleración filtrado traducido desde el eje z (Af'z);
    e. proporcionar al menos un magnetómetro de 3 ejes (100) que se comunique con el microcontrolador (222) de la tarjeta del sensor de navegación inercial (214), procesando dicho microcontrolador una señal de datos magnetométricos del magnetómetro de 3 ejes;
    f. calcular el cabeceo del activo móvil (58), en donde el cabeceo del activo móvil se determina aplicando la ecuación;
    </Valor de aceleración filtrado traducido del eje — x\>
    <a rc ta n l-\V alor de aceleración filtrado traducido del eje — z>}
    g. calcular el alabeo del activo móvil (60), en donde el alabeo del activo móvil se determina aplicando la ecuación:
    /Valor de aceleración filtrado traducido del eje — y
    arctan l
    <Valor de aceleración filtrado trad cido del eje — z>
    h. calcular la velocidad del activo móvil (98), en donde la velocidad del activo móvil se determina> aplicando la ecuación:
    <aceleración del activo>-<,>'<,>valor de aceleración filtrado traducido del eje x
    i. determinar un valor gaussiano en el eje x (Gx), un valor gaussiano en el eje y (Gy) y un valor gaussiano en el eje z (Gz) basándose en la señal de datos del magnetómetro; y
    j. calcular un rumbo con compensación de inclinación (104) utilizando el valor gaussiano del eje x, el valor gaussiano del eje y, y el valor gaussiano del eje z, el cabeceo del activo móvil y el alabeo del activo móvil.
  2. 2. El método según la reivindicación 1, que comprende, además, las etapas de:
    a. proporcionar al menos un registrador de datos de eventos (38) a bordo del activo móvil, supervisando el registrador de datos de eventos el estado en tiempo real de varios sensores de entrada y registrando datos relativos al activo móvil;
    b. proporcionar al menos un sensor GPS (106) a bordo del activo móvil, recibiendo el sensor GPS señales GPS desde un sistema de posicionamiento global;
    c. al menos un giroscopio de 3 ejes (216) que se comunica con el microcontrolador (222) de la tarjeta del sensor de navegación inercial (214), procesando el microcontrolador una señal de datos del giroscopio (129) procedente del giroscopio de 3 ejes;
    d. determinar los datos GPS cuando la señal GPS esté disponible (108) desde el sistema de posicionamiento global; e. determinar una última latitud conocida (114) y una última longitud conocida (116) del activo móvil cuando la señal GPS no esté disponible desde el sistema de posicionamiento global;
    f. analizar (110) los datos GPS del activo móvil en una velocidad (126), un rumbo (128), una latitud (114) y una longitud (116) cuando la señal GPS esté disponible desde el sistema de posicionamiento global
    g. almacenar (118) la latitud y la longitud cuando la señal GPS esté disponible desde el sistema de posicionamiento global;
    h. almacenar la última latitud y la última longitud conocidas cuando la señal GPS no esté disponible desde el sistema de posicionamiento global;
    i. determinar los datos del giroscopio (129) basándose en la señal de datos del giroscopio procedente del al menos un giroscopio de 3 ejes;
    j. calcular una nueva posición (120) basada en la latitud y en la longitud cuando la señal GPS esté disponible desde el sistema de posicionamiento global, comprendiendo la nueva posición una nueva latitud (114) y una nueva longitud (116);
    k. calcular una nueva posición (120) utilizando la última latitud conocida, la última longitud conocida, la velocidad del activo móvil, una velocidad de las ruedas del registrador de datos de eventos, el rumbo compensado por inclinación y los datos del giroscopio cuando la señal GPS no esté disponible desde el sistema de posicionamiento global, comprendiendo la nueva posición una nueva latitud (122) y una nueva longitud (124); y
    l. almacenar (118) la nueva latitud (114, 122) y la nueva longitud (116, 124).
  3. 3. El método según la reivindicación 2, que comprende, además, las etapas de:
    a. registrar una nueva hora de posición de la nueva latitud (114, 122) y la nueva longitud (116, 124); y
    b. enviar una notificación indicando una de entre una salida del activo móvil y una llegada del activo móvil, la salida del activo móvil y la llegada del activo móvil basadas en la nueva latitud y en la nueva longitud.
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