ITMI20130932A1 - Apparecchiatura integrata per la determinazione della luminanza del manto stradale, della quantita' di traffico e delle condizioni meteorologiche. - Google Patents

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione industriale avente per titolo:

"APPARECCHIATURA INTEGRATA PER LA DETERMINAZIONE DELLA LUMINANZA DEL MANTO STRADALE, DELLA QUANTI-TÀ DI TRAFFICO E DELLE CONDIZIONI METEOROLOGICHE"

D E S C R I Z I O N E

Il presente trovato ha come oggetto un'apparecchiatura integrata per la determinazione della luminanza del manto stradale, della quantità di traffico e delle condizioni meteorologiche.

Le norme di illuminazione prescrivono che l'illuminazione di una strada soggetta a traffico veicolare, debba garantire una luminanza del manto stradale che dipende dal traffico a dalle valutazioni di rischio effettuate dal progettista della strada stessa.

La luminanza del manto stradale dipende, inoltre, dalle condizioni del manto stradale, le quali si modificano con l'usura dello stesso, dalle condizioni meteorologiche, di per sé imprevedibili, e dall'efficienza di conversione dell'impianto di illuminazione, ed in particolare dalla tensione di alimentazione e dall'invecchiamento dei corpi illuminanti, cioè dal cosiddetto fattore di manutenzione.

Un sistema di controllo che ottimizzi l'illuminazione deve poter misurare tutte queste quantità ed in base ad algoritmi di scelta opportuni, regolare la luce emessa dall'impianto stesso.

Al giorno d'oggi non sono noti dispositivi che effettuino queste misurazioni e che possano elaborarne i risultati in modo da ottenere la regolazione del flusso luminoso richiesto.

Attualmente è possibile reperire dispositivi che effettuano misure di traffico, dispositivi che rilevano le condizioni meteorologiche e dispositivi in grado di misurare la luminanza, ma eiascuno di questi effettua misure in modo non indirizzato alla regolazione dell'illuminazione, per cui, ad esempio, i sensori di pioggià dicono se il fenomeno piovoso è in corso, senza considerare effetto che questo ha sulle caratteristiche illuminotecniche del manto stradale.

Compito del presente trovato è quello di realizzare un'apparecchiatura integrata in grado di determinare la luminanza del manto stradale, la quantità di traffico e le condizioni meteorologiche.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare un'apparecchiatura in grado di determinare la corretta quantità di luce da applicare ad un sistema di illuminazione in modo da fornire, in base ai dati rilevati ed elaborati in tempo reale, il livello di illuminamento minimo in grado di garantire la sicurezza della circolazione stradale e il minor consumo energetico possibile.

La presente apparecchiatura, per le sue peculiari caratteristiche realizzative, è in grado di assicurare le più ampie garanzie di affidabilità e di sicurezza nell'uso.

Questo ed altri scopi, che meglio appariranno evidenziati in seguito, sono raggiunti da un'apparecchiatura integrata per la determinazione della luminanza del manto stradale, della quantità di traffico e delle condizioni meteorologiche, caratterizzata dal fatto di comprendere uno o più sensori di luce atti a rilevare una pluralità di valori di luminanza, un sistema ottico atto a focalizzare un'immagine di un oggetto su detta pluralità di sensori di luce, ed un'unità di elaborazione elettronica collegata a detta pluralità di sensori di luce ed atta a elaborare le immagini ricevute per ricavare le misurazioni necessarie ad un controllo efficiente dell'illuminazione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'oggetto del presente trovato risulteranno maggiormente evidenziati attraverso un esame della descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:

la figura 1 rappresenta schematicamente i componenti essenziali dell'apparecchiatura integrata, secondo la presente invenzione;

la figura 2 è uno schema funzionale del sistema di misurazione ed elaborazione utilizzato dalla presente apparecchiatura. L'apparecchiatura oggetto della presente invenzione comprende almeno una videocamera, almeno un obiettivo ottico ed almeno una scheda di elaborazione.

La videocamera è preferibilmente del tipo in grado di acquisire immagini sia a colori che in bianco e nero, sia nello spettro della luce visibile che nello spettro delle lunghezze d'onda dell'infrarosso.

La videocamera acquisisce immagini a colori oppure in bianco e nero, con risoluzioni uguali o maggiori a 120 x 160 pixel, con una velocità di acquisizione, espressa in immagini al secondo, maggiore o uguale a 15.

La tecnologia utilizzata per la costruzione del sensore ottico può essere sia CMOS, sia CCD o qualunque altra tecnologia in grado di fornire risultati paragonabili o superiori a quelli ottenuti con sensori CMOS oppure CCD.

Il dispositivo ottico incorporato è in grado di mettere a fuoco correttamente un cubo di 1 m di lato, inquadrato nel centro dell'immagine, posto ad 85 m dal punto di installazione della ideocamera, quando questa viene installata ad una altezza di 4,5 m, rispetto al piano di riferimento stradale, e viene regolata in modo da avere l'asse dell'obbiettivo inclinato di 3° rispetto al piano della strada, con l'obiettivo rivolto verso il cubo da inquadrare.

Nella situazione di installazione descritta sopra, il dispositivo ottico permette di visualizzare alla distanza di 85 m, una larghezza uguale o maggiore di 30 m.

La scheda di elaborazione è in grado di scaricare dal dispositivo di acquisizione, una immagine avente risoluzione uguale o maggiore a 120 x 160 pixel con una velocità di acquisizione, espressa in immagini al secondo, maggiore o uguale a 15.

Tra un'immagine e quella seguente, il sistema di elaborazione è in grado di elaborare i dati secondo quanto realizzato negli algoritmi di calcolo relativi al traffico, alle condizioni metereologiche e alla luminanza.

Inoltre, sempre in questo tempo, è in grado di elaborare le informazioni ricavate in modo da poter fornire su una delle sue uscite hardware, i dati relativi alle decisioni elaborate in merito alla migliore condizione di illuminamento di una strada con traffico veicolare.

Il sistema è in grado di avvisare, mediante le sue uscite hardware, quando è necessario procedere con una manutenzione dell'impianto sotto osservazione.

In particolare, l'apparecchiatura oggetto della presente invenzione determina la corretta quantità di luce da applicare ad un sistema di illuminazione in modo da fornire, in base ai dati rilevati ed elaborati in tempo reale, il livello di illuminamento minimo in grado di garantire la sicurezza della circolazione stradale e il minor consumo energetico possibile.

L'apparecchiatura secondo la presente invenzione permette di determinare i livelli di illuminazione necessari per garantire la sicurezza della circolazione stradale attraverso la misura delle principali grandezze che possono determinare il livello di illuminamento richiesto dalle norme, quali la presenza di traffico, la presenza di condizioni meteorologiche avverse e la misura diretta del livello di illuminamento del manto stradale.

Al fine poi di effettuare misure assolute della luminanza, la presente apparecchiatura è completamente caratterizzata in fase di taratura in modo da ottenere misure di luminanza accurate.

L'apparecchiatura comprende un computer dotato di opportune risorse e programmi di calcolo per l'elaborazione dei dati di misura, in particolare per la visualizzazione ed il calcolo di valori di luminanza.

Per acquisire informazioni in merito alla luminanza a partire da una immagine, la presente apparecchiatura effettua delle misurare relative ad un tratto di strada in assenza di veicoli oppure ricava le stesse informazioni eliminando eventuali disturbi presenti sull'immagine stessa, come per esempio la presenza di veicoli.

È preferibile che il sistema, al momento del suo funzionamento in applicazione, risulti calibrato.

La calibrazione viene eseguita in un apposito laboratorio attrezzato.

Il sistema per la misura di luminanza lavora in simbiosi con il sistema di rilevamento del traffico in modo da potere selezionare in maniera appropriata il momento migliore nel quale andare a rilevare l'immagine per la misura della luminanza.

Il sistema è comunque in grado, mediante opportuno algoritmo, di eliminare i disturbi presenti sulla strada.

La misura della luminanza deve essere realizzata conoscendo sia i parametri geometrici dell'installazione, ovvero angolo di installazione e altezza di installazione del sensore, che i parametri ottici ed i tempi di esposizione relativi all'immagine da acquisire.

Una volta acquisita l'immagine, il sistema, in maniera dinamica oppure utilizzando le informazioni inserite in fase di installazione da un operatore, concentra i calcoli sulla zona dell'immagine in cui è presente la strada.

Applicando opportune correzioni geometriche, ogni singolo pixel viene pesato in modo differente affinché possa esserne normalizzato il valore.

Di ogni singolo pixel vengono poi analizzate le differenti componenti cromatiche, rosso, verde e blu e di luminanza.

A queste, vengono applicati dei valori correttivi in modo da preparare i nuovi dati al processo per l'estrazione della luminanza presente sul manto stradale.

I dati preparati in precedenza vengono passati ad un algoritmo in grado di calcolare, secondo quanto prescritto dalle normative, la luminanza presente sulla strada.

Uno dei problemi da affrontare è quello del conteggio del traffico in condizioni notturne.

La presente apparecchiatura permette di analizzare il traffico di strade a doppio senso di marcia.

Per poter effettuare una corretta analisi della luminanza, il posizionamento del sensore deve essere piuttosto preciso e all'interno di un intervallo di angolazioni prestabilite, rendendo molto probabile l'abbagliamento del sensore da parte dei proiettori anteriori dei veicoli.

Per poter recuperare delle immagini utili al conteggio del traffico, la presente apparecchiatura è in grado di realizzare delle acquisizioni con un tempo di esposizione prestabilito su tutta l'immagine oppure è in grado di realizzare delle acquisizioni applicando differenti tempi di esposizione in differenti zone dell'immagine.

Riuscendo a differenziare i tempi di esposizione in differenti zone dell'immagine, si riescono ad ottenere delle immagini non soggette ad abbagliamento e sulle quali è possibile operare correttamente.

Per il calcolo del traffico, viene realizzata una immagine dello sfondo.

Questa immagine viene aggiornata automaticamente secondo dei parametri pre-impostabili, ad ogni nuovo fotogramma.

Confrontando l'immagine di fondo con quella del nuovo fotogramma, vengono rilevate le differenze.

Su queste differenze, vengono applicati dei filtri correttivi per riuscire a ricondurre l'immagine all'interno dei parametri di valutazione per l'algoritmo di calcolo del traffico.

Vengono analizzate le sagome ed i colori presenti sull'immagine e, ricavandone la posizione all'interno dell'immagine, viene applicato un algoritmo in grado sia di conteggiare i veicoli che di distinguerli in base alla classe di appartenenza, tra pedoni, cicli, motocicli, autovetture, autobus, autocarri, trattori stradali, autoveicoli per trasporti specifici, autoveicoli per uso speciale, autocaravan, mezzi d'opera, autotreni, autoarticolati, autosnodati, autoveicoli, furgoni e autoarticolati.

Analogamente a quanto viene fato per il calcolo del traffico in condizioni notturne, applicando differenti tempi di esposizione, il sistema è in grado di conteggiare il traffico ed analizzarlo in modo da ottenere tutte le informazioni che si ottengono nell'analisi del traffico in condizioni notturne

In base alle condizioni meteorologiche, le informazioni acquisite mediante le immagini cambiano in maniera notevole.

Per il rilevamento delle condizioni meteo, ogni immagine acquisita viene elaborata nel suo insieme, includendo nel calcolo tutti i pixel a disposizione.

Conoscendo la posizione della strada, vengono analizzate le informazioni presenti sulla strada e quelle presenti intorno alla strada.

In una prima fase di installazione, il sistema è in grado di riconoscere in maniera automatica la condizione di asfalto asciutto e assenza di precipitazioni metereologiche.

Oppure viene definita in fase di installazione la condizione di asfalto asciutto ed assenza di effetti metereologici.

Per rilevare la presenza di pioggia, viene analizzato come la luce viene distribuita sull'asfalto.

Con l'acqua, le proprietà riflettenti del manto stradale variano rispetto alle condizioni di asciutto.

La parte di immagine relativa alla strada viene suddivisa in settori sia verticali che orizzontali, formando una scacchiera.

Analizzando ogni singolo componente della scacchiera, si ottengono delle informazioni di luminanza.

Analizzando questi valori ottenuti e verificando come orizzontalmente e verticalmente variano, queste informazioni possono essere confrontate con la situazione di asfalto asciutto. In questa maniera siamo in grado di stabilire in che condizioni di bagnato si trova il manto stradale.

Analizzando tutta la parte dell'immagine che non contiene la strada, il sistema è in grado di capire se vi è presenza di gocce di acqua.

Il confronto viene fatto sempre paragonando la situazione di asciutto rispetto alla situazione sotto analisi.

In questa maniera siamo in grado di rilevare se siamo in presenza o meno di una situazione metereologica di pioggia e di che intensità.

Per il rilevamento della neve, viene fatta una analisi sia sulla luminanza del manto stradale che sulla zona esterna al manto stradale.

Se la luminanza è molto maggiore rispetto alla condizione di asciutto, viene fatta una ulteriore analisi sul colore presente intorno alla strada e presente sulla strada.

Le informazioni acquisite vengono messe in correlazione con il tipo di lampada presente sui corpi luminosi, in modo da legare la temperatura della sorgente luminosa con il colore rilevato sull'immagine.

Incrociando queste informazioni, siamo in grado di stabilire se siamo in presenza di neve sul manto stradale e quanto è diffusa.

Per quanto riguarda la nebbia, anche in questo caso si misura la luminanza presente nella zona dell'immagine della strada e quella relativa al suo intorno.

In presenza di nebbia, ci si trova in una condizione di luminanza maggiore rispetto alla condizione di asciutto, con una tendenza ad aumentare in prossimità dei corpi luminosi, ovvero | verso le parti più alte delle immagini.

Vengono anche realizzati dei filtri per capire quanto le immagini siano dettagliate.

La presenza della nebbia smussa notevolmente le irregolarità delle immagini.

Rilevando dei dettagli delle immagini meno definiti rispetto alla condizione di asciutto e di assenza di precipitazioni metereologiche, il sistema riconosce di essere in presenza di condizioni metereologiche di nebbia.

Incrociando questi parametri e confrontandoli con la condizione di asciutto, il sistema è in grado di rilevare la presenza della nebbia e la relativa intensità.

Il sistema secondo la presente invenzione è in grado di comunicare con una o più unità di elaborazione esterne.

La comunicazione con queste unità di elaborazione esterne può essere effettuato tramite un cavo a due o più fili.

La comunicazione può anche essere effettuata utilizzando il sistema di comunicazione ad onde convogliate, comunemente conosciuto come "Power Line Communication".

È inoltre possibile comunicare con le unità di elaborazione esterne utilizzando la tecnologia ad onde radio.

La presente invenzione offre diversi vantaggi anche in termini di risparmio energetico e di sicurezza.

I sistemi noti finora, regolavano il flusso luminoso dei corpi illuminanti in funzione di una analisi della quantità di traffico effettuata dal progettista della strada.

In base a tali considerazioni, il livello di luminanza veniva fatto variare in base alle considerazioni statistiche, utilizzando dei cicli orari preimpostati.

L'utilizzo dei cicli orari, indipendentemente dal traffico e dalle condizioni metereologiche presenti sulla strada, non rende possibile conoscere le reali condizioni presenti sulla strada.

La luce viene diminuita, ad orari prestabiliti, in modo da ottenere un risparmio energetico, ma non potendo garantire la corretta regolazione in termini di sicurezza stradale e di quanto prescritto dalle normative.

Utilizzando il presente sistema automatico di rilevamento della luminanza, del traffico e delle condizioni meteorologiche, è possibile regolare la luce in base alle reali condizioni presenti in strada, riuscendo a garantire il miglior rapporto tra risparmio energetico e sicurezza stradale.

Potendo erogare il massimo della luce solo quando è effettivamente richiesto dalle condizioni presenti sulla strada, si ottengono notevoli vantaggi in termini di risparmio energetico, anche rispetto a quelle installazioni dove sono già presenti dei sisterni di risparmio energetico funzionanti su cicli orari.

La presente invenzione permette inoltre un recupero dell'eccesso di luminanza di progetto.

Gli impianti di illuminazione pubblica, in fase di progettazione, vengono dimensionati andando a considerare in quanto tempo le fonti luminose che si utilizzano, raggiungono un valore di luce emesso pari all'80%, rispetto al valore nominale di inizio vita.

Una volta raggiunta una emissione luminosa dell'80% rispetto al valore nominale, le fonti luminose o i corpi luminosi vengono considerati essere alla fine del loro ciclo di vita.

Alla fine del ciclo di vita, gli apparecchi luminosi installati devono poter garantire sulla strada un valore minimo di luminanza pari a quello prescritto dalle normative.

Per questo motivo, in fase di progettazione, per poter compensare al decadimento temporale, la potenza erogata in termine di energia luminosa viene maggiorata di un 20%.

In questa maniera si ottengono degli impianti in grado di rientrare nelle normative prescritte anche a fine vita delle lampade o dei corpi luminosi, a discapito di un maggior consumo energetico in tutto l'arco di vita di funzionamento.

Secondo la presente invenzione, utilizzando un sensore in grado di leggere la luminanza realmente presente sull'asfalto, integrato all'interno di un sistema in grado di controllare il livello di attenuazione dei corpi luminosi, è possibile andare a regolare la luce emessa in modo da portarla al minimo richiesto dalla normativa.

In questo modo si ottengono notevoli risparmi in termini di quantità di energia elettrica, durante tutto il periodo di vita dell'impianto di illuminazione.

La presente invenzione permette inoltre un recupero del "fattore di manutenzione".

Gli impianti di illuminazione pubblica vengono caratterizzati da un parametro, detto "fattore di manutenzione", il quale indica con che frequenza i corpi illuminanti devono essere sostituiti.

Questo tempo, stabilito in maniera statistica, indica il momento in cui i corpi luminosi, se mantenuti sempre a piena potenza, raggiungono 80% del flusso luminoso nominale ad inizio vita.

Secondo la presente invenzione, è possibile misurare la luminanza grazie al sensore di luminanza ed è possibile regolare la potenza dei corpi luminosi al minimo consentito dalla norma, ottenendo in tal modo un minore stress del corpo luminoso, consentendo un allungamento della vita utile dello stesso.

Inoltre, potendo misurare la luminanza presente sulla strada, il presente sistema di misura è in grado di capire ed avvisare quando i corpi luminosi devono essere soggetti a manutenzione.

Il sistema automatico oggetto della presente invenzione, che è in grado di allungare la vita utile del corpo luminoso e di avvisare quando è il momento opportuno per una manutenzione, offre un ulteriore risparmio economico in termini di costi di manodopera e materiale illuminotecnico.

Per quanto riguarda il risparmio energetico, il sensore in quanto tale risulterebbe essere una parte essenziale di un sistema complesso.

Il risparmio lo si può ottenere grazie aH'utilizzo di più componenti e non solo grazie alla sonda presa singolarmente.

Si è in pratica constatato che il trovato raggiunge il compito e gli scopi prefissati.

Naturalmente i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze.

Claims (7)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1 . Apparecchiatura integrata per la determinazione della luminanza del manto stradale, della quantità di traffico e delle condizioni meteorologiche, caratterizzata dal fatto di comprendere uno o più sensori di luce atti a rilevare una pluralità di valori di luminanza, un sistema ottico atto a focalizzare un'immagine di un oggetto su detta pluralità di sensori di luce, ed un'unità di elaborazione elettronica collegata a detta pluralità di sensori di luce ed atta a elaborare le immagini ricevute per ricavare le misurazioni necessarie ad un controllo efficiente dell'illuminazione.
2. 2. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che detta unità di elaborazione elettronica è atta a calcolare una serie di valori relativi alle condizioni della strada da controllare e a ricavare da queste misure il livello di illuminamento più opportuno per il tratto di strada controllato.
3. 3. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi di comunicazione che collegano detta apparecchiatura ad una unità di elaborazione esterna.
4. 4. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che detti mezzi di comunicazione che collegano detta apparecchiatura ad una unità di elaborazione esterna, utilizzando un canale di comunicazione, su onde convogliate o su cavo a due o più fili o su onde radio.
5. 5. Apparecchiatura, secondo una o più rivendicazioni pre cedenti, caratterizzata dal fatto che il suddetto sistema ottico comprende una videocamera in grado di acquisire immagini sia a colori che in bianco e nero, sia nello spettro della luce visibile che nello spettro delle lunghezze d'onda dell'infrarosso; la suddetta videocamera acquisisce immagini a colori oppure in bianco e nero, con risoluzioni uguali o maggiori a 120 x 160 pixel, con una velocità di acquisizione, espressa in immagini al secondo, maggiore o uguale a 15; il dispositivo ottico incorporato è in grado di mettere a fuoco correttamente un cubo di 1 m di lato, inquadrato nel centro dell'immagine, posto a 85 m dal punto di installazione della videocamera, quando questa viene installata ad una altezza di 4,5 m, rispetto al piano di riferimento stradale, e viene regolata in modo da avere l'asse dell'obbiettivo inclinato di 3° rispetto al piano della strada, con l'obiettivo rivolto verso il cubo da inquadrare; il dispositivo ottico permette di poter visualizzare alla distanza di 85 m, una larghezza uguale o maggiore di 30 m.
6. 6. Apparecchiatura, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la scheda di elaborazione è in grado di scaricare dal dispositivo di acquisizione, una immagine avente risoluzione uguale o maggiore a 120 x 160 pixel con una velocità di acquisizione, espressa in immagini al secondo, maggiore o uguale a 15; tra un'immagine e quella seguente, il sistema elabora i dati secondo quanto realizzato negli algoritmi di calcolo relativi al traffico, alle condizioni metereologiche e alla luminanza; il sistema elabora inoltre le informazioni ricavate in modo da poter fornire su una delle sue uscite hardware, i dati relativi alle decisioni elaborate in merito alla migliore condizione di illuminamento di una strada con traffico veicolare.
7. 7. Sistema per il controllo dell'illuminazione stradale comprendente un'apparecchiatura, secondo una o più rivendicazioni precedenti.