PERFILÓMETRO LÁSER

DESCRIPCIÓNEl perfilómetro láser es un equipo basado en la medida de distancias por medio de láser, preparado para registrar los perfiles longitudinales y transversales de las carreteras, así como para tomar simultáneamente datos de textura. Las mediciones se realizan con el vehículo circulando totalmente integrado en el tráfico.

El equipo permite: • Obtener distintos índices de regularidad superficial de los firmes, haciendo posible la auscultación sistemática de la red de carreteras.• Detectar problemas relacionados con la regularidad transversal de los firmes (roderas, zonas de posible formación de charcos, etc.).• Determinar de manera continua la profundidad de textura.

Dispone de una viga extensible de referencia, en la cual están integrados 15 láseres de medida de 32 kHz. Delante de la viga está situada la cámara de textura con un láser de 64 kHz. También dispone de un equipo autónomo de posicionamiento global (GPS).

Con la viga extendida, en la posición de funcionamiento, es capaz de medir un ancho total de 2,90 m de calzada en una sola pasada, gracias a que sus dos láseres externos están inclinados.

El perfil y la profundidad de textura se pueden obtener simultáneamente o cada uno por separado.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

• Velocidad de medida: De 30 a 120 km/h.• Intervalo de medida: A selección del usuario (10 mm o superior).• Principio de medida: Triangulación con láser desde un plano de referencia definido por giróscopos ópticos y acelerómetros.• Frecuencia de muestreo: Para los láseres encargados de medir el perfil: 32kHz.• Para el encargado de obtener la profundidad de textura : 64 kHz.• Frecuencia de respuesta: Plana (±3 dB) desde 0,2 Hz hasta 2 kHz.• Ancho de banda: En términos de longitud de onda, desde 0,01 m hasta 100 m, a 72 km/h.• Resolución: Vertical: 0,05 mm. Horizontal: 3 mm, independientemente de la velocidad.

APLICACIONES

• Medida y registro de perfiles longitudinales y transversales.• Obtención (simultánea o no) de la medida de textura.• Obtención, en el procesado, del Índice de Regularidad Internacional (IRI) y otros índices de regularidad superficial.• Auscultación de grandes redes de carreteras.

AUSCULTACIÓN DE SISTEMAS DECONTENCIÓN MEDIANTE

PERFILÓMETRO LÁSER 3D1. INTRODUCCIÓNLa aplicación de nuevas tecnologías en la auscultación de elementos en la vía pública permite laobtención de información automatizada muy valiosa de cara a la evaluación de parámetrosrelevantes para la seguridad vial.INTEVIA ha desarrollado un equipo de auscultación de alto rendimiento mediante unperfilómetro láser 3D capaz de obtener a través de tratamiento informático la geometría de lossistemas de contención, así como su referenciación por coordenadas y por distancias a hitosKilométricos.El sistema automático de medida de barreras proporciona información objetiva sobre el estadode la bionda, altura y otras dimensiones de la misma así como posición absoluta respecto a lasuperficie de rodadura.Constituye por tanto una herramienta muy potente en la realización de auditorías de sistemas decontención, dado que no sólo se puede inventariar y clasificar los sistemas de contenciónexistentes en la carretera inspeccionada, sino que además pueden establecerse tramos en los queno se cumplen los criterios normativos de disposición de los diferentes sistemas de contenciónde las carreteras en servicio.

2. EQUIPO LASER INTEVÍA3DMediante el equipo de alto rendimiento INTEVIA3D, el cliente está en disposición del equipocon la tecnología más avanzada del mercado para la obtención de la geometría de cualquierelemento (secciones de carretera, intersecciones, taludes, túneles...). INTEVIA3D es un equipoque cuenta con un láser de longitud de onda de 905 nm (clase 1), capaz de mandar 24000 pulsospor segundo, con un campo de visión ajustable por software de 360º x 90º, una resoluciónangular de 0,002º, y un rango de distancias a medir desde 2 a más de 200 metros para elementosde reflectividad normal.El dispositivo de entrada de la aplicación de medida es el sensor láser LMZ 360 cuya principalfuncionalidad es la medida de la distancia. Además, el sensor es capaz de medir parámetroscomo la intensidad y color del objetivo.

Tal como puede observarse en la figura, el LMZ 360 dispone de un espejo plano rotatorio quedesvía el rayo del láser permitiendo barrer un cierto ángulo. Esta técnica permite variar la

dirección del láser con facilidad y rapidez. Además, la resolución del giro del espejo es muyalta, es decir, el motor que lo controla dicho espejo puede moverlo variando su posición unángulo muy pequeño, lo que permite controlar la dirección del láser con mucha precisión. Lavariación del ángulo de dicho espejo posibilita el muestreo de una sección lineal de la escena.La precisión de las medidas telemétricas es centimétrica moviéndose en el rango de ± 10 mm.

2.1. ESQUEMA DEL FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO LÁSER.Las últimas tecnologías en equipos láser 3D permiten la obtención de imágenes telemétricascompuestas por multitud de medidas individuales, cada una consistente en la medida de ladistancia del equipo láser al objetivo, y de dos ángulos, que permiten definir la dirección en laque ha sido medida esa distancia. Posteriormente, se realiza un tratamiento de toda lainformación recogida, permitiendo la visualización y posterior tratamiento del modelo 3Dgenerado.Fu

El principio de medida de la distancia se basa en la emisión de pulsos láser y la recepción de losecos de dichos pulsos al impactar sobre el objetivo. Conocido el intervalo de tiempo entre laemisión del pulso y la recepción del eco y conocida la velocidad de propagación del láser sepuede obtener la distancia. Está técnica implica medir tiempos del orden de nanosegundos (10 9s). Una de las ventajas de este método es que permite la determinación de la distancia incluso encondiciones de iluminación deficiente o en puntos difícilmente accesibles.Montaje del

En el perfil mostrado se puede observar la parte correspondiente a la carretera, el bordillo y lalínea vertical correspondiente a un muro.Este equipo permitiría obtener, en caso necesario, mediciones de anchura de calzada, gálibos detúneles, altura de estructuras, identificación y caracterización geométricas de las márgenes de lacarretera, intersecciones y sus elementos constituyentes, etc.Como ejemplo de aplicación, en la figura siguiente se puede observar el perfil del conjunto viatalúd. Con el uso de esta tecnología y corrigiendo los perfiles resultantes a la verdaderaorientación del terreno por el uso de inclinó metros y giróscopos, se puede evaluar la pendientedel talud de una manera sencilla.

2.2. APLICACIONESLas aplicaciones más destacadas se realizan fundamentalmente en disciplinas tales como laingeniería civil, arquitectura o conservación del patrimonio. De todas ellas se pueden destacar:-Modelado y realidad virtual de edificios singulares, túneles, puentes, obras de fábrica, en definitiva cualquier elemento constitutivo de una infraestructura.-Aplicaciones de topografía, levantamientos taquimétricos puntuales de gran detalle.-Aplicaciones directas en el campo de la Ingeniería Civil:• Aplicaciones en modo estático y/o en modo dinámico• Evolución de infraestructuras, deformaciones, patologías...• Control de obras y movimientos de tierras.• Geometría y gálibo de túneles

AUSCULTACIÓN DE ALTURA DE BARRERAPresentado el gran potencial que posee INTEVIA3D en el apartado anterior, se procede amostrar el equipo desarrollado para la determinación automática de altura de barrera.3.1. TECNOLOGÍA DEL EQUIPOEl esquema de diseño queda básicamente reflejado en la siguiente figura:El proceso de captura de datos se coordina con el software de control SLICE, mediante el cualse realiza los siguientes procesos:• La adquisición está sincronizada con la vía mediante un odómetro montado en la transmisión del vehículo. Según los parámetros de ajuste de SLICE, se ejecuta un ciclo completo de medida que consiste en captura de sección laser, imagen digital, información geométrica y GPS. Se considera suficiente la adquisición de datos cada 10 metros.• El elemento clave del sistema es un laser de precisión de alta velocidad capaz de medir secciones verticales con una apertura máxima de 90º. Cada sección consta de 450 puntos de medida.• Para cada punto de medida se obtienen valores de distancia, color RGB e intensidad.• De forma síncrona y con cada sección laser, se adquiere una imagen digital de la vía que ayuda a interpretar la escena. La imagen se comprime en formato JPG en tiemporeal.• El equipo es de alto rendimiento, dado que se ha probado a velocidades de adquisición con el vehículo circulando a velocidades superiores a los 80 kilómetros/ hora tomando secciones cada 10 metros.• Cabe destacar además que el sistema láser puede trabajar durante la noche.

AUSCULTACIÓN DE ALTURA DE BARRERA 9• El sistema de adquisición almacena imágenes, secciones y otros datos (geometría, GPS,etc.) en el disco duro de un ordenador PC embarcado en el vehículo.

Equipo de Auscultación de barrera3.2. PROCESAMIENTO EN GABINETEEl primer paso de este proceso de consiste en la recopilación de los datos capturados del tramoque se va a analizar. A saber:• Película del tramo. Se obtendrán las imágenes tomadas en perspectiva de la carretera sobre las que se referirán las características geométricas y equipamiento de una sección de la calzada. Las imágenes se realizan con cámaras digitales de alta gama y tienen en cuenta las condiciones especiales que requiere su trabajo.

• Distancia medida desde el inicio de la grabación. Cada sección tomada queda referenciada por una distancia de odómetro, cuyo listado queda volcado en un fichero de texto plano.AUSCULTACIÓN DE ALTURA DE BARRERA 10• Datos de georreferenciación global (GPS). El equipo además introduce las coordenadas geográficas tomadas mediante GPS de cada sección las cuales son volcadas en fichero de texto plano.• Nube de puntos generada por el perfilómetro láser 3D. El perfilómetro capta datos del margen auscultado en cada sección, generando una nube de puntos a partir de la cual se obtendrán los datos de altura máxima de barrera e inclinación del firme en el margen correspondiente.El siguiente paso consiste en procesar los datos tomados con una aplicación creada especialmente para ello.Dicha aplicación consiste en un visor mediante el cual, fotograma a fotograma, podremos conocer la altura máxima de barrera y la inclinación del firme en el margen auscultado.La nube de datos tomada por el perfilómetro en cada sección puede observarse en la aplicación tanto en coordenadas cartesianas como en coordenadas polares, dado que la captura del láser se realiza mediante este último sistema. Dicha nube se puede dividir en dosdirecciones: dirección vertical (de la obtendremos la altura de barrera) y dirección horizontal (de la que obtendremos la inclinación de la calzada). A partir de estos puntos y mediante algoritmos se obtiene:• La recta de referencia de ajuste que representa la superficie de rodadura del firme existente en cada sección e inclinación sobre plano horizontal.• Tipología del sistema de contención: barrera simple, doble, New Jersey o pretil.• Altura del sistema de contención, medida sobre la recta de referencia.

1. Sin barrera.

2. Bionda simple abatida.