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Title:
ONBOARD RAIL AUSCULTATION SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/003230
Kind Code:
A1
Abstract:
An onboard rail auscultation system, whose means of measuring the geometry comprise an auscultation computer (E3) with a software containing an enabled actuation algorithm, a microcontroller, (E4), at least one odometry device (E1) and at least one inertial measurement unit (E2); a first artificial vision device (E5) at the lower part of the vehicle, formed by two measurement units (E5.1, E5.2) each respectively associated with a rail, where each unit comprises at least one video camera (E5.1a, E5.2a) and a linear projection laser (E5.1b, E5.2b) and; an electronic control device (E6). A method for auscultating rails, comprising the stages of switching on the auscultation computer and the electronic control device; a request for measurement; the processing (P) of data by means of the algorithm enabled in the software of the auscultation computer and; the successive transmission of the processed data to the electronic control device.

Inventors:
BRIALES PALACIOS EDUARDO (ES)
HERRUZO GARCIA JUAN CARLOS (ES)
VALVERDE GARCIA JUAN S (ES)
Application Number:
PCT/ES2021/070485
Publication Date:
January 06, 2022
Filing Date:
July 02, 2021
Export Citation:
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Assignee:
VIRTUALMECHANICS S L (ES)
FERROCARRIL METROPOLITA DE BARCELONA S A (ES)
International Classes:
B61K9/08; E01B35/12; G01B11/25; G01B21/30; G06T7/593
Domestic Patent References:
WO2018208153A12018-11-15
Foreign References:
US20180339720A12018-11-29
US20180222504A12018-08-09
US20170080960A12017-03-23
US20020077733A12002-06-20
ES1062827U2006-08-01
ES2605796T32017-03-16
US20180339720A12018-11-29
PL399174A12013-11-25
RU2652338C12018-04-25
CN108466635A2018-08-31
US20110181721A12011-07-28
Attorney, Agent or Firm:
HIDALGO CASTRO, Angel Luis (ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1- Sistema embarcado de auscultación de vías, formado por unos medios de medición de la geometría, que comprenden al menos un dispositivo de odometría (E1) y al menos una unidad de medida inercial (E2) formada por un acelerómetro, un giróscopo y un magnetómetro, unos medios de medición del desgaste y unos medios de medición de la corrugación de la vía, caracterizado por que los medios de medición de la geometría comprenden

- un ordenador de auscultación (E3) y un microcontrolador (E4) conectado con el mismo, ambos situados en el interior de una caja electrónica (G4) dispuesta en el vehículo;

- un primer dispositivo de visión (E5) artificial dispuesto en la parte inferior del vehículo y formado por dos unidades de medición (E5.1, E5.2) asociada cada una de ellas a uno de los carriles respectivamente, donde cada unidad de medición comprende al menos una cámara (E5.1.a, E5.2.a) de vídeo, con acceso visual de al menos el lado externo del carril y un láser (E5.1.b, E5.2.b) de proyección lineal y;

- un dispositivo electrónico de control (E6), con una interfaz de actuación del usuario, conectado al ordenador de auscultación (E3) mediante unos medios de conexión; una FPGA para el procesamiento de imágenes con al menos una cámara (E5.1.a, E5.2.a) de vídeo conectada, de cada unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) artificial; donde la al menos una unidad de medida inercial (E2) y el dispositivo de odometría (E1) están conectados al microcontrolador (E4) y, donde dicho ordenador de auscultación (E3) comprende un software con un procedimiento automatizado de actuación implementado en el mismo, para almacenamiento, procesado y combinación de la información recibida y transmisión de los datos.

2- Sistema embarcado de auscultación de vías, según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de medición de la geometría comprenden un segundo dispositivo de visión (E7) formado por una cámara o cámara de eventos (E7.1) para obtención del desplazamiento longitudinal y lateral del vehículo mediante la búsqueda de patrones en la imagen, que son emparejados entre imágenes sucesivas, donde la cámara está dispuesta enfocando al suelo y, conectada al ordenador de auscultación (E3).

3- Sistema embarcado de auscultación de vías, según la reivindicación 2, caracterizado por que la cámara (E7.1) del segundo dispositivo de visión (E7) para obtención del desplazamiento longitudinal y lateral del vehículo, está conectada además al microcontrolador (E4) para una sincronización hardware precisa.

4- Sistema embarcado de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de medición de la geometría comprenden un tercer dispositivo de visión (E8) formado por una cámara de profundidad (E8.1) para medición del ángulo de alabeo y desplazamiento vertical del vehículo, conectada al ordenador de auscultación (E3).

5- Sistema embarcado de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada unidad del medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) está dispuesta en un primer y segundo módulos (G1, G2) cerrados y estancos.

6- Sistema embarcado de auscultación de vías, según la reivindicación 5, caracterizado por que el segundo dispositivo de visión (E7) y/o el tercer dispositivo de visión (E8) está dispuesto en el interior del primer y/o el segundo módulos (G1, G2) cerrados, junto a un primer dispositivo de visión (E5) artificial.

7- Sistema embarcado de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizado por que el dispositivo de odometría (E1) y/o la al menos una unidad de medida inercial (E2) están dispuestos en el interior del primer y/o el segundo módulos (G1, G2) cerrados, al menos junto a un primer dispositivo de visión (E5) artificial.

8- Sistema embarcado de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende un módulo adicional (G5) cerrado y estanco dispuesto en la parte inferior del vehículo de forma exterior al mismo, en cuyo interior está dispuesto el dispositivo de odometría (E1) y/o la al menos una unidad de medida inercial (E2) y/o el segundo dispositivo de visión (E7) y/o el tercer dispositivo de visión (E8).

9- Sistema embarcado de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una cámara (E5.1.a, E5.2.a) de vídeo de cada unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) artificial está conectada al ordenador de auscultación (E3) y al microcontrolador (E4). 10- Sistema embarcado de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una cámara (E5.1.a, E5.2.a) de vídeo de cada unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) artificial está conectada a un FPGA (E9) para procesado de las imágenes.

11- Sistema embarcado de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de odometría (E1) está formado por al menos un sensor magnético conectado al microcontrolador (E4) mediante una conexión de transmisión de datos (C5) y unos imanes acoplados a las ruedas del vehículo para medición de la velocidad angular instantánea de las mismas.

12- Sistema embarcado de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de conexión del dispositivo electrónico de control (E6) con el ordenador de auscultación (E3) están formados por una red inalámbrica mediante wifi (C4).

13- Sistema embarcado de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de conexión del dispositivo electrónico de control (E6) con el ordenador de auscultación (E3) es una conexión por cable mediante un canal Ethernet (C3).

14- Procedimiento de auscultación de vías, mediante los medios de medición de la geometría de un sistema embarcado de auscultación de vías, como el definido en las reivindicaciones 1 a 13, donde la geometría proyectada de la vía tiene unos parámetros geométricos con unos valores conocidos, caracterizado por que comprende las fases

- encendido del ordenador de auscultación (E3) y del dispositivo electrónico de control (E6) y autocalibración de los sensores utilizados;

- solicitud de medición de datos y activación de los sensores del sistema formados al menos por un dispositivo de odometría (E1), al menos una unidad de medida inercial (E2) y, asociado a cada carril, un primer dispositivo de visión (E5) artificial;

- procesado (P) de los datos obtenidos mediante dichos sensores mediante el algoritmo implementado en el software del ordenador de auscultación (E3), que comprende las etapas • obtención de una simulación cinemática (P1) del vehículo mediante una primera combinación (P11) de los valores conocidos de la geometría proyectada (P12) de la vía con los valores obtenidos por el dispositivo de odometría (E1);

• obtención de una posición longitudinal corregida (P2) del vehículo en la vía mediante una segunda combinación (P21) de dicha simulación cinemática (P1) con los valores obtenidos en la al menos una unidad de medida inercial (E2), donde dichos valores obtenidos están formados al menos por el valor de la velocidad angular del vehículo en el eje vertical;

• obtención de unos valores de corrección de la orientación (P3) mediante una tercera combinación (P31) de dicha simulación cinemática (P1) con la posición longitudinal corregida (P2), y;

• obtención de los valores geométricos (P4) de la vía irregular mediante una cuarta combinación (P41) de los valores de la corrección de la orientación (P3), con las mediciones inerciales de la al menos una unidad de medida inercial (E2) y con los datos obtenidos por el primer dispositivo de visión (E5) artificial, y;

- envío sucesivo de los datos procesados al dispositivo electrónico de control (E6).

15- Procedimiento de auscultación de vías, según la reivindicación 14, caracterizado por que los medios de medición de la geometría del sistema embarcado de auscultación comprenden un segundo dispositivo de visión (E7) para la obtención del desplazamiento longitudinal y lateral (P5) y, la tercera fase de procesado (P) de datos comprende la obtención mediante comparativa entre sucesivas imágenes, de dichos valores de desplazamiento longitudinal y lateral (P5) del vehículo de la vía y, donde la última etapa de obtención de los valores geométricos (P4) de la vía irregular comprende además una combinación adicional (P42) de los mismos.

16- Procedimiento de auscultación de vías, según cualquiera de las reivindicaciones 14 y 15, caracterizado por que los medios de medición de la geometría del sistema embarcado de auscultación comprenden un tercer dispositivo de visión (E8) y, la tercera fase de procesado (P) de datos comprende una etapa adicional de obtención de unos valores de posición vertical y del alabeo (P6) del vehículo de forma previa a la tercera etapa de obtención de los valores de corrección de la orientación (P3), donde dicha tercera etapa de obtención de los valores de corrección de la orientación (P3) comprende además una combinación adicional (P33) de los mismos.

Description:
DESCRIPCIÓN

Sistema embarcado de auscultación de vías

Campo técnico de la invención

La presente invención corresponde al campo técnico de los sistemas de medición de vías, en concreto a un sistema de auscultación de vías embarcado en el propio vehículo y a los medios que éste presenta para la medición de la geometría de la vía, donde dicho sistema de auscultación presenta además medios de medición del desgaste y de la corrugación de dicha vía.

Antecedentes de la Invención

En la actualidad, en explotaciones ferroviarias donde se ha incrementado el número de pasajeros pero los costes de operación y mantenimiento deben reducirse es necesario realizar una serie de controles de los valores de la vía, tanto los referentes a su geometría, como al desgaste y corrugación de la misma, que permitan realizar un mantenimiento de la infraestructura más eficaz y económico.

En el estado de la técnica existen sistemas de auscultación de vías ferroviarias con los que se busca la detección de los defectos respecto a dichos valores que puedan existir en las vías de ferrocarril. Con ello se permite abaratar los costes de mantenimiento, así como reducir la probabilidad de accidentes de tren debido a valores de la geometría de la vía por encima de los límites recomendados.

Con estos sistemas se pretende realizar la medición de la vía y comparar los valores de las magnitudes medidas con aquellas que marca la normativa como límites seguros.

Los dispositivos más básicos utilizados con este objetivo consisten en sistemas de auscultación montados sobre un bastidor propulsado a lo largo de la vía, de manera que permite el desplazamiento del mismo mientras éste va realizando las mediciones de las magnitudes de interés. Por otra parte, los dispositivos más sofisticados con este propósito, son, por un lado los trenes instrumentados para efectuar dicha auscultación y, por otro lado, los sistemas de auscultación embarcados en los propios vehículos ferroviarios. Como ejemplo del estado de la técnica pueden mencionarse los documentos de referencia ES1062827, ES2605796, US20180339720, PL399174, RU2652338, CN 108466635 y US20110181721.

El documento de referencia ES1062827 propone un dispositivo de auscultación de vía que comprende un bastidor en forma de T en el que se disponen los medios de auscultación y que presenta en cada extremo del mismo una respectiva pata de longitud predeterminada con una rueda adecuada para circular sobre los carriles de una vía de ferrocarril.

Este sistema corresponde al primer tipo mencionado, cuyo objeto es la medición de las características de la vía mediante un elemento realizado exclusivamente para este fin, diferente a un vehículo ferroviario. Estos sistemas montados en un bastidor, aunque resultan más económicos y los resultados obtenidos con los mismos tienen un elevado nivel de precisión, presentan no obstante, ciertos inconvenientes debidos por una parte, a que son sistemas muy lentos en la obtención de dichos datos y por otra, a que dado que la medición se realiza en un bastidor diseñado a propósito para este objetivo, los valores que éste va a obtener son los referentes a la geometría, desgaste y corrugación de la vía ante el paso del mismo, es decir, de dicho bastidor, pero no van a corresponderse con los que presentará la vía durante el paso de un vehículo comercial, que presenta dimensiones y peso muy diferentes a las del bastidor.

Dado que la propia normativa plantea la recomendación de realizar las mediciones con la vía cargada, aparecen unos nuevos sistemas de medición, construidos como vehículos de auscultación instrumentados realizados expresamente para desplazarlos por la vía y tomar las mediciones correspondientes, como es el caso del documento de referencia ES2605796. Este tipo de dispositivos presenta igualmente una serie de desventajas, como son el hecho de que resultan mucho más caros que los sistemas de medición sobre un bastidor y además, la dinámica obtenida de la medición de las vías, nuevamente no va a corresponderse con la que presenta la misma durante el paso de un vehículo ferroviario, pues las condiciones de ambos vehículos, comercial e instrumentado, no son las mismas.

Con el objeto de solucionar estos problemas aparecen los sistemas embarcados, como los que se plantean en los documentos de referencia US20180339720, PL399174, RU2652338, CN 108466635 y US20110181721. Estos sistemas se instalan directamente en la parte inferior de un vehículo ferroviario comercial, de manera que las mediciones de la vía que se obtienen con ellos sí que se corresponden con los valores que va a presentar la vía ante el paso de un vehículo comercial, pues se obtienen en condiciones similares de cálculo.

No obstante, estos últimos sistemas siguen planteando varios inconvenientes debido a que sólo monitorizan el estado de la vía y no el estado cinemático del vehículo, además de que los sensores que pueden utilizarse en esas condiciones no presentan el grado de precisión que puedan tener los sensores utilizados sobre bastidores de medición, y tienen una deriva muy grande respecto a los mismos.

La mayoría de estos sistemas, utiliza el conocido método de la cuerda para el cálculo de la alineación y nivelación, en el que se necesitan vigas de gran longitud, del orden de 15 m, para medir tres puntos muy alejados entre sí, lo que imposibilita su instalación en cualquier tren, ya que se requiere que éstos presenten unas dimensiones tales que permitan estas mediciones, quedando descartados los trenes ligeros.

Otros sistemas embarcados, utilizan sensores inerciales, que permiten una mayor compacidad, pero son sensores que presentan muchos errores que además se acumulan en el tiempo, por lo que para tratar de reducirlos, los combinan con el método de la cuerda, por lo que sigue existiendo el mismo problema.

No se ha encontrado en el estado de la técnica ningún sistema de auscultación, en concreto un sistema embarcado, en el que sea posible la medición de las características de la vía y el vehículo, para que los valores sí se correspondan con los valores reales de vehículos ferroviarios y, que pueda instalarse en cualquier tipo de vehículo comercial, tanto los de gran envergadura, como los más ligeros, manteniendo unos niveles de precisión aceptables, y que resulte un sistema compacto y preciso.

Descripción de la invención

El sistema embarcado de auscultación de vías que aquí se presenta está formado por unos medios de medición de la geometría, que comprenden al menos un dispositivo de odometría y al menos una unidad de medida inercial formada por un acelerómetro, un giróscopo y un magnetómetro, unos medios de medición del desgaste y unos medios de medición de la corrugación de la vía. En este sistema embarcado de auscultación, los medios de medición de la geometría comprenden un ordenador de auscultación con un microcontrolador y una FPGA conectados con el mismo, ambos situados en el interior de una caja electrónica dispuesta en el vehículo.

Así mismo, dichos medios de medición de la geometría comprenden un primer dispositivo de visión artificial y un dispositivo electrónico de control, con una interfaz de actuación del usuario, conectado al ordenador de auscultación mediante unos medios de conexión.

El primer dispositivo de visión artificial está dispuesto en la parte inferior del vehículo de forma exterior a los carriles. Además, está formado por dos unidades de medición asociado cada una de ellos a uno de los carriles respectivamente, donde cada unidad de medición comprende al menos una cámara de vídeo con acceso visual de al menos el lado externo del carril y un láser de proyección lineal. Cada cámara está conectada a la FPGA de la caja de electrónica, para un eficiente procesamiento de las imágenes adquiridas.

Por su parte, los al menos una unidad de medida inercial y un dispositivo de odometría están conectados al microcontrolador.

Según otro aspecto, el ordenador de auscultación comprende un software con un procedimiento automatizado de actuación implementado en el mismo, para almacenamiento, procesado y combinación de la información recibida y transmisión de los datos.

En esta memoria se propone a su vez un procedimiento de auscultación de vías, mediante los medios de medición de la geometría de un sistema embarcado de auscultación de vías como el definido previamente, que comprende las fases que se indican a continuación.

Así pues, comprende una primera fase de encendido del ordenador de auscultación y del dispositivo electrónico de control, así como de autocalibración de los sensores utilizados, seguida de una segunda fase de solicitud de medición de datos y activación de los sensores del sistema formados al menos por un dispositivo de odometría, al menos una unidad de medida inercial y un primer dispositivo de visión artificial con una unidad de medición, asociada a cada carril.

Una tercera fase consiste en el procesado de los datos obtenidos por dichos sensores mediante el algoritmo implementado en el ordenador de auscultación. Esta tercera fase de procesado comprende una serie de etapas de cálculo. Así pues, la primera etapa de dicha tercera fase de procesado de los datos es la obtención de una simulación cinemática del vehículo mediante la combinación de los valores conocidos de la geometría proyectada de la vía con los valores obtenidos por el dispositivo de odometría.

A continuación se realiza una segunda etapa de obtención de una posición longitudinal corregida del vehículo en la vía mediante la combinación de dicha simulación cinemática con los valores obtenidos en la al menos una unidad de medida inercial, donde dichos valores obtenidos están formados al menos por el valor de la velocidad angular del vehículo en el eje vertical.

Una tercera etapa consiste en la obtención de unos valores de corrección de la orientación mediante la combinación de dicha simulación cinemática con la posición longitudinal corregida y, finalmente una cuarta etapa está formada por la obtención de los valores geométricos de la vía irregular mediante la combinación de los valores de la corrección de la orientación, con las mediciones inerciales de la al menos una unidad de medida inercial y con los datos obtenidos por las unidades de medición del primer dispositivo de visión artificial.

Esta tercera fase de procesado de los datos se realiza de forma repetida todas las veces que se considere necesario para ir obteniendo los valores correspondientes a toda la longitud de vía que se necesite con la precisión adecuada. Las cuatro etapas se han de aplicar de manera escalonada mejorando incrementalmente la calidad de los resultados obtenidos.

El procedimiento presenta una cuarta fase de envío sucesivo de dichos datos procesados al dispositivo electrónico de control. Dicho dispositivo electrónico de control presenta una interfaz de usuario mediante la que el técnico puede controlar los datos recogidos y visualizar imágenes de las cámaras, gráficas de datos... así como calcular la cinemática del vehículo.

Con el sistema embarcado de auscultación de vías, y el procedimiento de auscultación geométrica de las mismas mediante los medios de medición de la geometría de un sistema de auscultación como el definido en esta memoria, y que aquí se propone, se obtiene una mejora significativa del estado de la técnica. Esto es así pues se consigue un sistema de auscultación de vías, dispuesto de forma embarcada en un vehículo ferroviario y con el que es posible caracterizar y monitorizar la calidad geométrica de la vía (ancho de vía, peralte, nivelación y alineamiento), mediante un pequeño número de parámetros geométricos sin necesidad del uso de parámetros dinámicos de rigidez, amortiguamientos o inercias del sistema.

Este sistema puede acoplarse a cualquier componente del vehículo, eje no rotatorio, bogie o coche, y puede ser instalado en vehículos ferroviarios con espacio disponible reducido, como pueden ser metros ligeros o similares, o con espacio disponible amplio, como puede ser los metros convencionales o similares, sin existir una limitación en este sentido, es decir, las dimensiones del vehículo ferroviario no suponen una restricción para la instalación de este sistema.

Con este sistema y procedimiento de auscultación, es posible resolver la problemática actual en cuanto a falta de medidas periódicas en la industria, ya que se permite la toma de medidas de forma continuada durante el desplazamiento del vehículo.

Además, no se requiere de multitud de parámetros, ni de sensores de elevada tecnología y muy alto coste para obtener con precisión la geometría de la vía, pues la medición mediante una serie de sensores determinados y la aplicación de un algoritmo implementado en el software del sistema, permite la conveniente combinación de la información aportada por cada uno de estos sensores para obtener los datos necesarios.

Con las señales que se recibe de cada sensor, se procede a un procesado de las mismas en directo, permitiendo tener conocimiento de cuál es el estado del vehículo y el entorno del mismo. Además, también en directo tiene lugar el envío de dicha información al dispositivo electrónico de control del cliente para visualización de los datos recogidos.

El ordenador de auscultación es la pieza central del sistema, siendo el responsable del control de la auscultación, así como del envío de los datos al dispositivo electrónico del cliente.

Mediante el procedimiento de auscultación aquí propuesto, no es necesario conocer la rigidez, el amortiguamiento o las inercias del sistema a medir. En este caso, se realiza un uso de la cinemática de referencia del vehículo a partir de las medidas de la geometría de la vía para mejorar el cálculo de la orientación del vehículo en el espacio. Por su parte, las medidas inerciales, en particular la del giróscopo, se utilizan para la corrección de la odometría.

Resulta por tanto un sistema y un procedimiento muy eficaces, que permiten la auscultación de la vía y el cálculo de la geometría de la misma, en concreto, mediante unos medios compactos, aplicables de forma embarcada en cualquier tipo de vehículo ferroviario y con un grado de precisión mayor que los que presentan estos equipos embarcados, gracias al tratamiento de los valores obtenidos de los sensores por el algoritmo implementado en el software del sistema.

Breve descripción de los dibujos

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se aporta como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1.- Muestra una vista esquemática de las conexiones del sistema embarcado de auscultación de vías, para una realización preferida de la invención.

La Figura 2.- Muestra una vista esquemática de la fase de procesado del procedimiento de auscultación de vías y las etapas de la misma, para una realización preferida de la invención.

La Figura 3.- Muestra un esquema de los dispositivos de visión del sistema embarcado de auscultación de vías, para una realización preferida de la invención.

Descripción detallada de un modo de realización preferente de la invención

A la vista de las figuras aportadas, puede observarse cómo en un modo de realización preferente de la invención, el sistema embarcado de auscultación de vías que aquí se propone, está formado por unos medios de medición del desgaste de la vía, unos medios de medición de la corrugación de la vía y, unos medios de medición de la geometría, donde estos últimos comprenden al menos un dispositivo de odometría (E1) y al menos una unidad de medida inercial (E2) formada por un acelerómetro, un giróscopo y un magnetómetro. Para un mayor entendimiento de las Figuras, cada equipo, dispositivo, sensor o similar que forma parte del sistema se va a designar con una referencia E, cada conjunto o módulo que engloba más de un elemento, con una referencia G, los tipos de medios de comunicación, con una referencia C y las fases del procedimiento con la referencia P.

En este sistema embarcado de auscultación la novedad se centra en dichos medios de medición de la geometría.

Así pues, en este sistema así formado, los medios de medición de la geometría comprenden un ordenador de auscultación (E3) con un microcontrolador (E4) y una FPGA (E9) conectados con el mismo, ambos situados en el interior de una caja electrónica (G4) dispuesta en el vehículo.

Estos medios de medición de la geometría de este sistema de auscultación comprenden así mismo un primer dispositivo de visión (E5) artificial dispuesto en la parte inferior del vehículo y formado por dos unidades de medición (E5.1, E5.2) asociada cada una de ellas a uno de los carriles de la vía respectivamente.

Cada unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) comprende al menos una cámara (E5.1.a, E5.2.a) de vídeo con acceso visual de al menos el lado externo del carril correspondiente y un láser (E5.1.b, E5.2.b) de proyección lineal. Cada cámara está conectada a la FPGA (E9) de la caja de electrónica, para un eficiente procesamiento de las imágenes adquiridas.

Así pues, como se muestra en la Figura 3, el láser (E5.1.b, E5.2.b) de proyección de cada unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) está dispuesto tal que ilumina perfectamente el perfil del carril correspondiente de la vía a reconstruir, de manera que la cámara (E5.1.a, E5.2.a) de vídeo asociada a dicho carril puede captar perfectamente el mismo. La aplicación del procedimiento automatizado de actuación del software del ordenador de auscultación (E3) del sistema permite la reconstrucción en 3D del carril para conocer la posición de cada uno de los puntos que conforman su perfil.

Como se muestra en la Figura 1, la al menos unidad de medida inercial (E2) está conectada al microcontrolador (E4) con una comunicación digital, que en este modo de realización está formada por un puerto de serie (C2), mientras que el al menos un dispositivo de odometría (E1) está igualmente conectado al icrocontrolador (E4). En este modo de realización, el sistema comprende un dispositivo de odometría (E1) y dos unidades de medida inercial (E2), cada una de ellas asociada a un carril respectivamente.

En este caso, dicho dispositivo de odometría (E1) está formado por al menos un sensor magnético conectado al microcontrolador (E4) mediante una conexión de transmisión de datos (C5) y unos imanes acoplados a las ruedas del vehículo para medición de la velocidad angular instantánea de las mismas.

En otros modos de realización, el dispositivo de odometría (E1) puede estar formado por un tacogenerador, por un codificador rotatorio, un detector de campo magnético que mide presencia de imanes previamente instalados en posiciones conocidas de la rueda o por un dispositivo similar.

Por su parte, el microcontrolador (E4) se encarga de sincronizar (C1) los sensores inerciales de las dos unidades de medida inercial (E2) de este sistema, del dispositivo de odometría (E1) y de las unidades de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) y está a su vez conectado al ordenador de auscultación (E3), cuyo software con un algoritmo de actuación implementado en el mismo, permite el almacenamiento, procesado y combinación de la información recibida, así como la transmisión de los datos.

Por otra parte, los medios de medición de la geometría de este sistema de auscultación comprenden un dispositivo electrónico de control (E6), con una interfaz de actuación del usuario, conectado al ordenador de auscultación (E3) mediante unos medios de conexión. Dicho dispositivo electrónico de control (E6) permite controlar la auscultación, visualizar imágenes de las cámaras o gráficas de datos, así como calcular la dinámica del equipo.

En este modo de realización preferente de la invención, los medios de medición de la geometría comprenden un segundo dispositivo de visión (E7) formado por una cámara o cámara de eventos (E7.1) para obtención del desplazamiento longitudinal y lateral del vehículo mediante la búsqueda de patrones en la imagen, que son emparejados entre imágenes sucesivas, dispuesta enfocando al suelo y, conectada al ordenador de auscultación (E3), mediante un puerto de serie (C2).

Este segundo dispositivo de visión (E7) permite la obtención de señales en posición longitudinal y lateral, medidas directamente por métodos de visión artificial. Para ello se toman una serie de fotografías consecutivas que permiten, a través de la detección de algunas características de cada fotografía tomada y haciendo coincidir estas características entre las fotografías tomadas, apreciar entre una imagen y la siguiente, cuál ha sido el desplazamiento lateral y longitudinal del vehículo con respecto a la vía.

Así mismo, en este modo de realización preferente de la invención, la cámara (E7.1) del segundo dispositivo (E7) de visión para obtención del desplazamiento longitudinal y lateral del vehículo, está conectada además al microcontrolador (E4) para una sincronización hardware precisa. De esta manera es posible la sincronización (C1) de la toma de dichas imágenes con la obtención de datos del resto de sensores.

Igualmente, la al menos una cámara (E5.1.a, E5.2.a) de vídeo de cada unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) artificial está conectada al ordenador de auscultación (E3) y al microcontrolador (E4), con el mismo fin de sincronización de los datos obtenidos en la misma. En algunos casos, el ordenador de auscultación (E3) puede ocuparse tanto del procesado de las imágenes como del almacenamiento de las mismas, no obstante, en este modo de realización preferente de la invención, como se muestra en la Figura 1, la al menos una cámara (E5.1.a, E5.2.a) de vídeo de cada unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) artificial está conectada a un FPGA (E9) del sistema, que en este caso se encarga del procesado de las imágenes que posteriormente almacena el ordenador de auscultación (E3). Dicha conexión al FPGA (E9) en este caso es una conexión por canal de Ethernet (C3), pero en otros modos de realización puede ser por PCI.

En este modo de realización preferida, los medios de medición de la geometría comprenden un tercer dispositivo de visión (E8) formado por una cámara (E8.1) de profundidad para medición del ángulo de alabeo y desplazamiento vertical del vehículo, conectada al ordenador de auscultación (E3), mediante una conexión a internet por cable o canal de Ethernet (C3). En este caso dicho tercer dispositivo de visión (E8) está igualmente conectado al microcontrolador (E4), para una sincronización (C1) de la toma de imágenes en el mismo con la obtención de datos del resto de sensores.

Mediante este tercer dispositivo de visión (E8) es posible mejorar los datos obtenidos de posición y orientación frente a los valores recogidos por las dos unidades de medida inercial (E2). El objetivo de esta cámara (E8.1) es la medición de la orientación relativa del vehículo con respecto a la vía y el desplazamiento vertical del mismo, datos que no es posible obtener a partir del segundo dispositivo de visión (E7).

Según otro aspecto, en este modo de realización preferente de la invención, cada unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) está dispuesta en un primer y segundo módulos (G1, G2) cerrados y estancos respectivamente. Así mismo, en este caso, el segundo dispositivo de visión (E7) y el tercer dispositivo de visión (E8) están ambos dispuestos en el interior de un tercer módulo (G3) cerrado y estanco igualmente. En otros modos de realización pueden estar dispuestos cada uno en el primer y segundo módulos (G1, G2) cerrados, junto al láser y la al menos una cámara de vídeo de una unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5) respectivamente, o incluso los dos juntos en uno de dichos primer o segundo módulos (G1 , G2).

Por otro lado, como se muestra en la Figura 1, en este modo de realización preferida, el sistema comprende un módulo adicional (G5) cerrado y estanco dispuesto en la parte inferior del vehículo de forma exterior al mismo, en cuyo interior está dispuesto el dispositivo de odometría (E1). Las unidades de medida inercial (E2) en este modo de realización están dispuestas cada una de ellas en el primer y segundo módulos (G1, G2) respectivamente, junto a una unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo (E5). En otros modos de realización podría ser que el segundo dispositivo de visión (E7) y/o el tercer dispositivo de visión (E8) también estén dispuestos en este módulo adicional (G5) cerrado junto al dispositivo de odometría (E1), incluso las unidades de medida inercial (E2) también pueden estar dispuestas en dicho módulo adicional (G5). También puede ocurrir que alguno de dichos segundo y/o el tercer dispositivo de visión (E7, E8) estén situados en al menos uno de los primer y segundo módulos (G1, G2) cerrados en los que se encuentran un láser (E5.1.b, E5.2.b) y la al menos una cámara de vídeo (E5.1.a, E5.2.a) de una unidad de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión (E5).

Cualquiera de los primer, segundo y tercer módulos (G1, G2, G3) cerrados, así como el módulo adicional (G5) cerrado deben cumplir unas condiciones de estanqueidad y protección de los elementos electrónicos y sensores dispuestos en su interior, ante suciedad o impacto de cualquier cuerpo de dimensiones reducidas que en el transcurso del viaje pueda modificar la posición relativa de los elementos entre sí o alterar el funcionamiento de los mismos. Para conseguir esto sin mermar la visibilidad de la cámara de cualquiera de los primer, segundo y tercer dispositivos de visión y del láser, se colocan tapas protectoras compuestas de chapa de acero de 1 mm soldadas al conjunto de la cámara, y una placa de metacrilato que permite la captación de imágenes y la emisión del láser. Los cables de dichos elementos se introducen dentro de los perfiles cuadrados y rectangulares para que vayan protegidos.

En este modo de realización preferida, los medios de conexión del dispositivo electrónico de control (E6) con el ordenador de auscultación (E3) están formados por una red inalámbrica mediante wifi (C4). En este caso presenta igualmente una conexión por cable mediante un canal Ethernet (C3), para una mayor seguridad ante un posible fallo de la red inalámbrica. En otros modos de realización puede llevar únicamente uno de estos tipos de medios de conexión, o mediante red inalámbrica o mediante un canal Ethernet.

Los diferentes equipos que forman parte del sistema de medición de la geometría deben tener una determinada alimentación eléctrica según sus características físicas para que tengan disponible una determinada potencia para funcionar adecuadamente. Esta potencia se suministra por un sistema global de potencia (E10), que se encarga de distribuir la alimentación general entre todos los equipos según su conveniencia y puede contar o no con un sistema de alimentación ininterrumpida que evita caídas de tensión ante una potencia de entrada poco estable. Esta potencia de entrada se suministra al sistema global de potencia (E10) a través de la red eléctrica (E11) en este caso, pero en otros modos de realización puede ser a través de las baterías del vehículo.

En esta memoria se propone igualmente un procedimiento de auscultación de vías, mediante los medios de medición de la geometría de un sistema embarcado de auscultación de vías como el definido previamente.

Este procedimiento comprende una primera fase de encendido del ordenador de auscultación (E3) y del dispositivo electrónico de control (E6), así como de autocalibración de los sensores utilizados y una segunda fase de solicitud de medición de datos y activación de los sensores del sistema formados al menos por un dispositivo de odometría (E1), al menos una unidad de medida inercial (E2) y, asociado a cada carril, un unidad de medición (E5.1, E5.2) de un primer dispositivo de visión (E5) artificial, formada por un láser (E5.1.b, E5.2.b) y al menos una cámara de vídeo (E5.1.a, E5.2.a). Como se ha mencionado previamente, este sistema aquí propuesto presenta un dispositivo de odometría (E1) y dos unidades de medida inercial (E2). Seguidamente, se realiza una tercera fase consistente en el procesado (P) de los datos obtenidos mediante dichos sensores mediante el algoritmo implementado en el software del ordenador de auscultación (E3). Esta tercera fase, representada en la Figura 2, comprende unas etapas de ejecución que se determinan a continuación.

Así pues, la primera etapa consiste en la obtención de una simulación cinemática (P1) del vehículo mediante una primera combinación (P11) de los valores conocidos de la geometría proyectada (P12) de la vía con los valores obtenidos por el dispositivo de odometría (E1).

Los valores obtenidos del dispositivo de odometría (E1) por sí solos son imprecisos, pues para su cálculo se realizan ciertas hipótesis no del todo exactas que generan una acumulación de errores en el espacio. Este error acumulado no es asumióle y debe realizarse un ajuste de la odometría (P13) para mejorar su precisión, mediante la información recopilada en otra serie de sensores.

Así pues, tiene lugar la segunda etapa consistente en la obtención de una posición longitudinal corregida (P2) del vehículo en la vía mediante una segunda combinación (P21) de la simulación cinemática (P1) con los valores obtenidos en las dos unidades de medida inercial (E2) de este sistema y un ajuste de la odometría (P13) a partir de los valores obtenidos por el dispositivo de odometría (E1), donde dichos valores obtenidos están formados al menos por el valor de la velocidad angular del vehículo en el eje vertical.

Tradicionalmente, el uso de las unidades de medida inercial (E2) se utiliza para obtener la orientación del vehículo, pero en este procedimiento es posible utilizarlos para mejorar el posicionamiento del vehículo de la vía, pues al combinar los valores obtenidos en la al menos una unidad de medida inercial (E2) con la simulación cinemática (P1), se realiza un ajuste de la odometría que permite obtener la posición longitudinal del vehículo corregida (P2).

La tercera etapa consiste en la obtención de unos valores de corrección de la orientación (P3) mediante una tercera combinación (P31) en este caso, de la simulación cinemática (P1) que da información de la orientación y cinemática de referencia del vehículo, con la posición longitudinal corregida (P2). También se combina en este caso una orientación del vehículo sin corregir (P32) obtenida a partir de las mediciones de la unidad de medición inercial (E2). Finalmente, una cuarta etapa está formada por la obtención de los valores geométricos (P4) de la vía irregular mediante una cuarta combinación (P41) de los valores de la corrección de la orientación (P3), con las mediciones inerciales de las dos unidades de medida inercial (E2) y con los datos obtenidos por las unidades de medición (E5.1, E5.2) del primer dispositivo de visión artificial (E5).

Se observa pues que se hace un uso integral de todos los datos recogidos para mejorar los resultados obtenidos en cada paso.

El procedimiento presenta una cuarta fase consistente en el envío sucesivo de los datos procesados al dispositivo electrónico de control (E6).

En este modo de realización, como se ha indicado previamente, los medios de medición de la geometría del sistema embarcado de auscultación comprenden un segundo dispositivo de visión (E7) para la obtención del desplazamiento longitudinal y lateral (P5) mediante comparativa entre sucesivas imágenes, de dichos valores de desplazamiento longitudinal y lateral del vehículo de la vía.

Además, la cuarta etapa consistente en la obtención de los valores geométricos (P4) de la vía irregular comprende la combinación adicional (P42) de dichos valores de desplazamiento longitudinal y lateral del vehículo de la vía.

Así mismo, en este modo de realización preferente de la invención, los medios de medición de la geometría del sistema embarcado de auscultación comprenden un tercer dispositivo de visión (E8). Con esto, la tercera fase del procesado (P) de datos comprende una etapa adicional de obtención de unos valores de posición vertical y alabeo (P6) del vehículo.

Con ello, la tercera etapa de obtención de los valores de corrección de la orientación (P3) comprende la combinación adicional (P33) de dichos valores de posición vertical y alabeo del vehículo.

La forma de realización descrita constituye únicamente un ejemplo de la presente invención, por tanto, los detalles, términos y frases específicos utilizados en la presente memoria no se han de considerar como limitativos, sino que han de entenderse únicamente como una base para las reivindicaciones y como una base representativa que proporcione una descripción comprensible así como la información suficiente al experto en la materia para aplicar la presente invención.




 
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