Sistemas de adquisición de información de tráfico

71 Pages·2011·6.99 MB·Spanish

Nº 1/2011
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PLATAFORMA TECNOLÓGICA
PLATAFORMA
ESPAÑOLA
DE LA
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información de tráfico:
Estado actual y futuro
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En colaboración con:
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© Plataforma Tecnológica Española de la Carretera (PTC). General Pardiñas, 15 – 1º, 28001
Madrid. Reservados todos los derechos.
ISBN: 978-84-615-3964-2
PLATAFORMA TECNOLÓGICA
PLATAFORMA
ESPAÑOLA
DE LA
CARRETERA
www.ptcarretera.es
Sistemas de adquisición de
información de tráfico:
Estado actual y futuro
Autores:
daniel Sastre García
Juan Torres arjona
José Manuel Menéndez García
(Grupo de aplicación de Telecomunicaciones visuales de la E.T.S. de
Ingenieros de Telecomunicaciones de la universidad Politécnica de Madrid, G@Tv)
Temáticas: Sub-temáticas:
• desarrollo de aplicaciones que
consigan la sinergia de los datos
suministrados por el equipamiento ITS
ya instalado en la infraestructura viaria
en España.
ITS y MovIlIdad
Agenda Estratégica de • Impulso de una movilidad más
sostenible y comprometida con el medio
Investigación de la
ambiente.
Carretera en
España (2011-2025) • Sistemas de tarificación dinámica del
uso de la infraestructura.
SEGuRIdad vIal • análisis estadísticos avanzados.
ENERGía y • Minimización de consumos energéticos
SoSTENIBIlIdad de la carretera.
En colaboración con:
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stado actual y futuro
LA COLECCIÓN “CUADERNOS TECNOLÓGICOS DE LA PTC”
La Plataforma Tecnológica Española de la Carretera (PTC) es el foro de encuentro
apoyado por el Ministerio de Ciencia e Innovación para todos los agentes del sistema ciencia-
tecnología-empresa con un papel relevante en el fomento del empleo, la competitividad y el
crecimiento en el sector de las infraestructuras viarias en España.
Desde su presentación en sociedad en febrero de 2010, la PTC trabaja como una
plataforma transversal que fomenta el intercambio fluido de información y las discusiones a nivel
tecnológico entre los agentes privados y públicos del sector, con el objeto de contribuir a que
España se convierta en el referente mundial en materia de tecnologías asociadas a la
carretera.
La colección de publicaciones “Cuadernos Tecnológicos de la PTC” surge de los convenios
de colaboración que la Plataforma mantiene con un importante número de instituciones aca-
démicas activas en la I+D+i en materia de infraestructuras viarias. Cada Cuaderno se incar-
dina dentro de alguna o varias de las temáticas y sub-temáticas de la vigente Agenda Estra-
tégica de Investigación de la Carretera en España (2011-2025).
Listado de Cuadernos Tecnológicos del año 2011:
01/2011: Sistemas de adquisición de información de tráfico: Estado actual y futuro
02/2011: Firmes permeables
03/2011: Sistema fotogramétrico para la medición remota de estructuras en programas
de inspección de puentes
04/2011: Pago por uso de las infraestructuras viarias: Estudio de los accesos a Madrid
05/2011: Sistema eCall: Situación actual y estándares
06/2011: La velocidad de operación y su aplicación en el análisis de la consistencia de
carreteras para la mejora de la seguridad vial
07/2011: Desarrollo de una metodología de análisis de ciclo de vida integral específica
para carreteras
08/2011: Control pasivo de velocidad: Intervención en tramos de acceso a entornos
urbanos
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istemas de adquisicion de informacion de tráfico:
stado actual y futuro
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN 1
2. ESTADO DEL ARTE SENSORIZACIÓN ITS 2
2.1. Sensores de tráfico autónomos 3
2.1.1. Sensores intrusivos 3
2.1.1.1. Espiras magnéticas 3
2.1.1.2. Tubo Neumático 6
2.1.1.3. Sensores piezo-eléctricos 7
2.1.1.4. Sensores de fibra óptica 8
2.1.1.5. Sensores geomagnéticos 9
2.1.2. Sensores no intrusivos 10
2.1.2.1. Radares microondas 10
2.1.2.2. Sensores láser (infrarrojos activos) 11
2.1.2.3. Sensores ultrasónicos 12
2.1.2.4. Sensores infrarrojos pasivos 13
2.1.2.5. Sensores acústicos 14
2.1.2.6. Cámaras de vídeo 14
2.2. Sensores de tráfico dependientes 18
2.2.1. Identificación de vehículo por RFID 18
2.2.1.1. Equipo embarcado (tag) 19
2.2.1.2. Equipo en infraestructura (TRX) 19
2.2.1.3. Comunicación vehículo-infraestructura 19
2.2.2. Sistemas GNSS 22
2.2.2.1. Sistema GPS (Global Positioning System) 23
2.2.2.2. Sistema Europeo 25
2.2.3. Sensores dentro de los vehículos 28
2.3. Sensores meteorológicos y ambientales 29
2.3.1. Sensores de temperatura 30
2.3.2. Sensores de viento 31
2.3.2.1. Sensores de velocidad de viento 31
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2.3.2.2. Sensores de dirección de viento 32
2.3.3. Sensores de presión atmosférica 33
2.3.4. Sensores de humedad 33
2.3.5. Sensores de visibilidad 34
2.3.6. luminancímetros 34
2.3.7. Sensores de estado de la carretera 35
2.3.7.1. Sensores del estado general del pavimento 35
2.3.7.2. Sensor específico de la temperatura del pavimento 36
3. NUEVAS TECNOLOGÍAS DE SENSORIZACIÓN EN ITS 37
3.1. Sistemas cooperativos 38
3.1.1. Proyectos de investigación en sistemas cooperativos. 39
3.1.2. Ejemplos de servicios empleando sistemas cooperativos. 40
3.2. Nuevos sistemas de sensorización 42
3.2.1. El vehículo como sensor itinerante 42
3.2.1.1. Floating Cellular Data (FCD) 44
3.2.1.2. Sistemas basados en GPS-EGNoS-GalIlEo 45
3.2.1.3. dispositivos ETC (Electronic Toll Collection) 45
3.2.1.4. Sensorización Bluetooth 45
3.2.2. Redes inalámbricas de sensores (motas) 46
3.2.2.1. Sensores de huella magnética 47
3.2.3. Fusión de datos de sensores heterogéneos 48
3.2.3.1. aplicaciones de la fusión de datos 50
3.2.3.2. Metodologías de fusión 52
3.2.3.3. Caso particular oaSIS: fusión vídeo y lIdaR 54
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 57
5. GLOSARIO 60
6. BIBLIOGRAFÍA 62
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1. INTRODUCCIÓN
En este informe se realizará una evaluación exhaustiva de los métodos tradicionales de adqui-
sición de información relacionada con movilidad, seguridad y medio ambiente así como las
tecnologías más emergentes, como son el uso de cámaras de visión artificial, redes de sen-
sores inalámbricos y sistemas lIdaR1.
del mismo modo se estudiarán los métodos de recogida y fusión de datos procedentes de
fuentes heterogéneas, se analizarán las principales dificultades y se realizarán algunas indica-
ciones sobre la mejor forma de afrontar éstas.
El objetivo del informe es conocer los sistemas actuales de recogida de datos, analizar las
tendencias presentes y futuras y facilitar la mejora de los sistemas futuros.
El informe se estructura en tres capítulos principales.
• El capítulo 2 realiza un repaso de las tecnologías empleadas actualmente para la recogida
de datos en los ITS2 . Se distinguen dos grandes grupos de sensores:
– Los sensores de tráfico encargados de medir parámetros relacionados con el tráfico
como la velocidad, la ocupación, el flujo...
– los sensores meteorológicos y ambientales, también importantes ya que miden
parámetros que influyen directamente en la conducción como la lluvia, el viento, la luz
o el estado de la vía.
• Los sensores de tráfico se dividen, a su vez, en dos grandes grupos: sensores dependi-
entes e independientes.
– los sensores independientes, cuyas medidas no requieren ningún equipamiento es-
pecial en los vehículos,
– los sensores dependientes que o bien requieren equipos embarcados en los vehícu-
los o bien son propiamente sensores embarcados en éstos.
1 lIdaR: laser Imaging detection and Ranging. detección y medida a partir de imágenes láser.
2 ITS: Intelligent Transportation Systems o sistemas inteligentes de transporte.
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• una vez repasados las tecnologías actuales, el capítulo 3 se adentra en nuevas tecnologías
de sensorización.
– En primer lugar aborda el concepto de sistemas cooperativos, presentando una se-
rie de proyectos de investigación europeos que han avanzado (o avanzan) en dicha
línea, además de presentar varios ejemplos para intentar aclarar el concepto.
– una vez analizado el concepto de sistemas cooperativos se abordan los nuevos sis-
temas de sensorización en un nivel más tecnológico, distinguiendo entre la utilización
del vehículo como sensor itinerante, la implantación de redes inalámbricas de sen-
sores en los ITS y la fusión de datos.
• Finalmente el capítulo 4 recopila las conclusiones y recomendaciones extraídas a partir del
desarrollo y redacción del informe.
2. ESTADO DEL ARTE SENSORIZACIÓN ITS
la sensorización para ITS tiene multitud de aplicaciones, desde la detección de incidentes,
pasando por la identificación de vehículos, hasta la medición de precipitaciones en la
carretera.
Todas las posibles aplicaciones de los sensores dentro de los ITS pueden incluirse dentro de
uno de los dos siguientes grupos:
• la detección y monitorización de vehículos.
• Medición de condiciones meteorológicas y ambientales.
Partiendo de esta primera clasificación los sensores para ITS se pueden dividir en dos grandes
categorías: los sensores de tráfico y los sensores meteorológicos.
Dentro de los sensores de tráfico se puede realizar una nueva división en base a la colocación
de los sensores y la necesidad, o no de dispositivos embarcados en los vehículos. Por tanto
se diferenciará entre dos tipos:
• Sensores de tráfico autónomos: no requieren un dispositivo embarcado en los vehículos y el
elemento sensor está situado en la infraestructura.
• Sensores de tráfico dependientes: o el elemento sensor está en la infraestructura y requiere
la presencia de un dispositivo embarcado en el vehículo o el/los elementos sensores están
en el vehículo.
En los siguientes apartados se explicarán las principales tecnologías de sensorización dentro
de los grupos descritos previamente.
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2.1. Sensores de tráfico autónomos
Se distinguen 2 tipos de sensores para la detección y monitorización de vehículos [1]: las
tecnologías intrusivas, que están instaladas en o a lo largo del pavimento, y las tecnologías no
intrusivas que se encuentran por encima o a los lados de la carretera causando mínimo efecto
sobre el flujo de tráfico.
2.1.1. Sensores intrusivos
dentro de los sensores intrusivos existen multitud de tipos que se detallarán a continuación:
la espira magnética, el tubo neumático, los sensores piezo-eléctricos, los sensores de fibra
óptica y los sensores geomagnéticos.
Si bien el mecanismo fundamental de todos ellos es similar, detectan el paso de un vehículo
cuando éste pasa sobre los sensores, las dos primeras tecnologías son las más empleadas
en las carreteras.
los sensores intrusivos son, en general, más económicos en términos de instalación, sin em-
bargo presentan una serie de inconvenientes:
• Interrupción del tráfico durante la instalación y la reparación.
• Pueden aparecer errores si las condiciones de la calzada no son las apropiadas o si la
instalación ha sido deficiente.
• El reasfaltado de las autopistas puede exigir la re-instalación de los sensores.
Este tipo de sensores pueden proporcionar información sobre el volumen de tráfico, detección
y clasificación de vehículos, e incluso información sobre la velocidad.
2.1.1.1. Espiras magnéticas
las espiras magnéticas son los sen sores más extendidos en las carreteras españolas ya que
se trata de una tecnología barata y muy desarrollada, con un funcionamiento simple que no se
ve afectado por las condiciones ambientales.
Como el resto de sensores intrusivos tienen en contra la necesidad de obras para su insta-
lación y reparación. además en la práctica son propensas a fallos y errores de funcionamiento,
por lo que, cada vez más, se están buscando nuevas tecnologías que permitan reemplazarlas.
Su funcionamiento se basa en la variación de la impedancia que se registra en la espira al
paso de un vehículo. la espira está formada por cuatro partes:
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• un lazo o bucle3 formado por un cable que da una o más vueltas, enterrado de manera
superficial en el pavimento de la autopista.
• un cable de introducción que une el lazo con una caja de derivación.
• otro cable de unión entre la caja de derivación y el controlador
• una unidad electrónica situada en la cabina de control. Esta unidad contiene un oscilador
y amplificadores que excitan el lazo inductivo.
Unidad de
electrónica
Dispositivo de
Corriente Inducida
calibrado,
por el paso de un Espira magnética Caja de derivación
configuración,
vehículo
operación, etc...
Malla de refuerzo
Señal de salida
Figura 1. Esquema del lazo inductivo
la explicación física de este fenómeno es la siguiente:
• la unidad electrónica transmite corriente al lazo inductivo.
• La corriente que fluye por el lazo produce un campo magnético H alrededor del cable (ver
ecuación (1)). N es el número de vueltas del lazo formado por el cable, I es la corriente en
el cable expresada en amperios y l es la longitud de la espira (o lazo).
(1)
• El campo magnético produce un flujo magnético a través de la espira ø presentado en la
ecuación (2), donde B es la densidad de flujo magnético, A es el área encerrado por el lazo,
µr es la permeabilidad magnética relativa del medio y µo es una constante de valor 4π x 10-7
N/a2.
(2)
3 las espiras también son conocidas como bucles o lazos inductivos
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