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La Plataforma Tecnológica Española de la Carretera (PTC) es el foro de encuentro apoyado por el Ministerio de Economía y Competitividad 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 académicas activas en la I+D+i en materia de infraestructuras viarias. Cada Cuaderno se incardina dentro de alguna o varias de las temáticas y sub-temáticas de la vigente Agenda Estratégica de Investigación de la Carretera en España (2011-2025).

LA COLECCIÓN “CUADERNOS TECNOLÓGICOS DE LA PTC”

Listado de Cuadernos Tecnológicos del año 2012:

01/2012: Análisis del Megatruck en España

02/2012: Conceptualización del transporte sostenible desde el comportamiento prosocial

03/2012: Consideraciones para la modificación de los límites de la velocidad en base a la accidentalidad

04/2012: Extrapolación de materiales viarios

05/2012: Gestión de la mejora de la movilidad a partir de servicios cooperativos

06/2012: Influencia de la meteorología adversa sobre las condiciones operacionales del tráfico y recomendaciones para la localización de sensores de variables atmosféricas

07/2012: Membranas flexibles ancladas al terreno para la estabilización de taludes en carreteras

08/2012: Priorización de actuaciones sobre accidentes de tráfico mediante reglas de decisión

09/2012: Sistemas lidar móvil para el inventario geométrico de carreteras

Listado de Cuadernos Tecnológicos del año 2011:

01/2011: Los retos de “Sistemas de adquisición de información de tráfico: estado actual y futuro”

02/2011: Los retos de “Firmes Permeables”

03/2011: Los retos del “Sistema fotogramétrico para la medición remota de estructuras en programas de inspección de puentes”

04/2011: Los retos de “Pago por uso de las infraestructuras viarias: Estudio de los accesos a Madrid”

05/2011: Los retos del “Sistema eCall: Situación actual y estándares”

06/2011: Los retos de “La velocidad de operación y su aplicación en el análisis de la consistencia de carreteras para la mejora de la seguridad vial”

07/2011: Los retos de “Desarrollo de una metodología de análisis de ciclo de vida integral específica para carreteras”

08/2011: Los retos de “Control pasivo de velocidad: intervención en tramos de acceso a entornos urbanos”

Para cualquier información adicional, contacte con [email protected] o visite www.ptcarretera.es.

Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 09/2012

Autores: H. González-Jorge, I. Puente, J. Martínez-Sánchez, M. Varela-González, M. Álvarez, P. Arias, B. Riveiro

Escuela Superior de Ingenieros de Minas - Universidad de Vigo

Sistemas LiDAR Móvil para el inventario geométrico de carreteras

En colaboración con:

Agenda Estratégica de Investigación de la Carretera

en España (2011-2025)

Temáticas: Sub-temáticas:

ITS y movilidad Optimización del uso de las infraestructuras de carreteras existentes

1. Introducción ...................................................................................................1

2. Fundamento teórico LiDAR ...........................................................................9

3. El sistema Lynx Mobile Mapper - Universidad de Vigo ..............................17

4. Gestión de los datos ....................................................................................25

5. Conclusiones ...............................................................................................35

6. Agradecimientos ..........................................................................................37

7. Referencias .................................................................................................39

Índice

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Los inventarios de carreteras son una pieza clave en los sistemas de gestión de las mismas y tienen como objetivo fundamental conocer de forma exacta la Red. Este tipo de trabajos se llevan realizando en España desde los años 60 y los vehículos utilizados para los mismos han ido evolucionando paulatinamente con el avance tecnológico.

En este Cuaderno Tecnológico se muestra el sistema LiDAR móvil desarrollado por la Universidad de Vigo y las empresas Ingeniería Insitu, Enmacosa, Extraco, Misturas y Lógica, dentro del marco del proyecto Sitegi, financiado por el CDTI. Dicho sistema se muestra como una alternativa clara y contundente a los vehículos de inventario utilizados en la actualidad, ya que la calidad de su sistema de navegación y sensores LiDAR, permite la obtención de información geométrica de forma rápida y precisa. Los resultados muestran una precisión LiDAR de 7 mm, con un rango de trabajo de 200 m. Además el sistema de navegación GPS/INS muestra una precisión de 3 cm.

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1. Introducción

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Autores

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Los inventarios geométricos de carretas tienen el objetivo fundamental de conocer de la forma más exacta posible la Red, tanto en lo que se refiere a sus características más permanentes como puede ser la plataforma, el radio de las curvas y las pendientes, así como otras características más temporales como las señales, balizamientos, semáforos, etc. Otro objetivo importante consiste en que el inventario geométrico de carreteras sirva como base para la referenciación del resto de inventarios particulares (firmes, puentes, etc) (Ministerio de Fomento, 2008).

Los trabajos de inventario geométrico se suelen dividir en tres fases principales. La primera es la de preparación y planificación, que incluye la tramificación de la red, la referenciación y la descripción de los criterios que se han aplicado en la obtención de datos. La segunda es la obtención de datos mediante un vehículo de alto rendimiento para el inventario y su complementación con el trabajo de gabinete. En la tercera fase se realiza la implementación de los datos en una aplicación informática para su explotación, con una explicación de las tres bases de datos que la alimentan (usuario, datos cartográficos y datos de inventario).

Dado que uno de los productos directamente obtenidos del inventario es el conocimiento exacto de la red, se muestra a continuación una tabla resumen a fecha 31 de diciembre de 2008 con dicha información. A esta fecha la red de carreteras españolas tenía una longitud de 25.390 km, lo que supone un 11 % más que la longitud del inventario de 1994 y un 20% más que los datos del inventario de 1985.

La Figura 2 representa las características básicas que debe tener todo inventario que debe incluir: objetivo, contenido, soporte, otras características y sistema de referenciación.

El origen de los inventarios de la Red de Carreteras se sitúa en la década de los 60 en los que despega el número de vehículos en España, lo que propició la realización de dos planes, el inventario de 1960 y el de 1967. El primero es un plan general de obras públicas con una longitud inventariada de 80.000 km. El segundo completa al primero con 5.000 km más. Después de la realización de estos primeros inventarios no se vuelve a realizar ningún otro hasta el año 1984, que coincide con el comienzo del Plan General de Carreteras 1984 – 1993, actualizado en 1987 con aquellos tramos en que había actuado integralmente el Plan. La diferencia básica entre el inventario de los años 60 y 80, es que el primero empleaba procedimientos totalmente manuales en las fases de captura y tratamiento de datos, mientras que en el de 1980 se automatizan una gran parte de estos procesos, añadiéndose la ayuda de imagen en soporte vídeo.

En la década de los 90 se realiza un nuevo inventario que deriva del realizado en

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Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 09 / 2012

1987 e introduce mejoras importantes en cuanto a información como la distancia de visibilidad, equipamiento, denominaciones, Pks, referenciación UTM y explotación a través de una Base de Datos con posibilidad de conexión desde las Unidades de Carreteras. El inventario de 1987 obligaba a un tratamiento informático centralizado.

El inventario de 2008 supone un salto adelante respecto al anterior. Se introducen imágenes digitales panorámicas en detrimento de las cintas de vídeo. Además se realizan mejoras desde el punto de vista de la explotación de la BBDD. El programa de consulta supone un avance a tener en

cuenta ya que permite explotar toda la información desde una única herramienta informática de forma bastante rápida. Además dispone de cartografía digitalizada y permite realizar consultas

gráficas sobre las carreteras inventariadas.

Si se toma como referencia la Red de Carreteras de Estado, se puede decir que el vehículo utilizado, explotado por la empresa Geocisa SA, es el denominado VMG –

1. INTRODUCCION

Los inventarios geométricos de carretas tienen el objetivo fundamental de conocer de la forma más exacta posible la Red, tanto en lo que se refiere a sus características más permanentes como puede ser la plataforma, el radio de las curvas y las pendientes, así como otras características más temporales como las señales, balizamientos, semáforos, etc. Otro objetivo importante consiste en que el inventario geométrico de carreteras sirva como base para la referenciación del resto de inventarios particulares (firmes, puentes, etc) (Ministerio de Fomento, 2008).

Los trabajos de inventario geométrico se suelen dividir en tres fases principales. La primera es la de preparación y planificación, que incluye la tramificación de la red, la referenciación y la descripción de los criterios que se han aplicado en la obtención de datos. La segunda es la obtención de datos mediante un vehículo de alto rendimiento para el inventario y su complementación con el trabajo de gabinete. En la tercera fase se realiza la implementación de los datos en una aplicación informática para su explotación, con una explicación de las tres bases de datos que la alimentan (usuario, datos cartográficos y datos de inventario).

Dado que uno de los productos directamente obtenidos del inventario es el conocimiento exacto de la red, se muestra a continuación una tabla resumen a fecha 31 de diciembre de 2008 con dicha información. A esta fecha la red de carreteras españolas tenía una longitud de 25.390 km, lo que supone un 11 % más que la longitud del inventario de 1994 y un 20% más que los datos del inventario de 1985.

Fig. 1.Tamaño de carreteras gestionado por tipo de administración y comunidad autónoma.

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Figura 1.Tamaño de carreteras gestionado por tipo de administración y comunidad autónoma.

La Figura 2 representa las características básicas que debe tener todo inventario que debe incluir: objetivo, contenido, soporte, otras características y sistema de referenciación.

Figura 2.Características básicas de todo inventario.

El origen de los inventarios de la Red de Carreteras se sitúa en la década de los 60 en los que despega el número de vehículos en España, lo que propició la realización de dos planes, el inventario de 1960 y el de 1967. El primero es un plan general de obras públicas con una longitud inventariada de 80.000 km. El segundo completa al primero con 5.000 km más. Después de la realización de estos primeros inventarios no se vuelve a realizar ningún otro hasta el año 1984, que coincide con el comienzo del Plan General de Carreteras 1984 – 1993, actualizado en 1987 con aquellos tramos en que había actuado integralmente el Plan. La diferencia básica entre el inventario de los

Fig. 2.Características básicas de todo inventario.

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años 60 y 80, es que el primero empleaba procedimientos totalmente manuales en las fases de captura y tratamiento de datos, mientras que en el de 1980 se automatizan una gran parte de estos procesos, añadiéndose la ayuda de imagen en soporte vídeo.

Figura 3.Vehículos utilizados en los inventarios del año 1960 y 1984.

En la década de los 90 se realiza un nuevo inventario que deriva del realizado en 1987 e introduce mejoras importantes en cuanto a información como la distancia de visibilidad, equipamiento, denominaciones, Pks, referenciación UTM y explotación a través de una Base de Datos con posibilidad de conexión desde las Unidades de Carreteras. El inventario de 1987 obligaba a un tratamiento informático centralizado.

Figura 4.Vehículo utilizado en el inventario del año 1992.

años 60 y 80, es que el primero empleaba procedimientos totalmente manuales en las fases de captura y tratamiento de datos, mientras que en el de 1980 se automatizan una gran parte de estos procesos, añadiéndose la ayuda de imagen en soporte vídeo.

Figura 3.Vehículos utilizados en los inventarios del año 1960 y 1984.

En la década de los 90 se realiza un nuevo inventario que deriva del realizado en 1987 e introduce mejoras importantes en cuanto a información como la distancia de visibilidad, equipamiento, denominaciones, Pks, referenciación UTM y explotación a través de una Base de Datos con posibilidad de conexión desde las Unidades de Carreteras. El inventario de 1987 obligaba a un tratamiento informático centralizado.


Fig. 3.Vehículos utilizados en los inventarios del año 1960 y 1984.

Fig. 4.Vehículo utilizado en el inventario del año 1992.

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Vehículo de Medidas Geométricas. Este vehículo se desplaza a los distintos tramos de carretera y recorre cada itinerario procediendo a la adquisición de todos los datos del mismo. Las características de las mediciones realizadas con este vehículo son las siguientes:

-Velocidad media: 65 km/h.

- Sentido de recorrido: En kilometración creciente, excepto los de doble calzada en los que se efectúa en ambos sentidos.

- Inicio de las medidas: 150 m antes del nudo inicial.

El inventario de 2008 supone un salto adelante respecto al anterior. Se introducen imágenes digitales panorámicas en detrimento de las cintas de vídeo. Además se realizan mejoras desde el punto de vista de la explotación de la BBDD. El programa de consulta supone un avance a tener en cuenta ya que permite explotar toda la información desde una única herramienta informática de forma bastante rápida. Además dispone de cartografía digitalizada y permite realizar consultas gráficas sobre las carreteras inventariadas.


Figura 6. Presentación de resultados.

Si se toma como referencia la Red de Carreteras de Estado, se puede decir que el vehículo utilizado, explotado por la empresa Geocisa SA, es el denominado VMG – Vehículo de Medidas Geométricas. Este vehículo se desplaza a los distintos tramos de carretera y recorre cada itinerario procediendo a la adquisición de todos los datos del mismo. Las características de las mediciones realizadas con este vehículo son las siguientes:

El inventario de 2008 supone un salto adelante respecto al anterior. Se introducen imágenes digitales panorámicas en detrimento de las cintas de vídeo. Además se realizan mejoras desde el punto de vista de la explotación de la BBDD. El programa de consulta supone un avance a tener en cuenta ya que permite explotar toda la información desde una única herramienta informática de forma bastante rápida. Además dispone de cartografía digitalizada y permite realizar consultas gráficas sobre las carreteras inventariadas.


Figura 6. Presentación de resultados.

Si se toma como referencia la Red de Carreteras de Estado, se puede decir que el vehículo utilizado, explotado por la empresa Geocisa SA, es el denominado VMG – Vehículo de Medidas Geométricas. Este vehículo se desplaza a los distintos tramos de carretera y recorre cada itinerario procediendo a la adquisición de todos los datos del mismo. Las características de las mediciones realizadas con este vehículo son las siguientes:

Fig. 5.Vehículo utilizado en el inventario del año 2008.

Fig. 6. Presentación de resultados.

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- Final de las medidas: 150 m después del nudo final.

- Trayectoria del vehículo: La rueda izquierda se aproxima lo más posible al eje de la calzada, tanto en carreteras convencionales como en carreteras con doble calzada.

- Cuenta con cuatro cámaras de alta definición. Tres delanteras que componen la imagen panorámica y una cámara trasera para la recogida de la imagen inversa, que permite en carreteras convencionales visualizar el sentido contrario a la marcha.

- Los soportes utilizados para la recogida de los datos geométricos y de las cuatro imágenes digitales son discos duros externos de gran capacidad. Estos discos son entregados en gabinete y verificados para su uso posterior.

- Se realiza un estático del vehículo antes y después de la realización de la toma de datos para que las medidas georeferenciadas tengan una exactitud elevada.

La Figura 7 muestra una tabla con los diferentes sensores integrados en el vehículo y el propósito de los mismos.

Aunque el Vehículo de Medidas Geométricas presenta un gran avance respecto a los anteriormente utilizados no incorpora tecnologías como las basadas en LiDAR que facilitan en gran medida la obtención de datos geométricos y permitirían la realización de inventarios de gran calidad. En este trabajo se muestra como sería el funcionamiento de un vehículo con sensores de estas características y que ventajas presentaría.

-Velocidad media: 65 km/h.

- Sentido de recorrido: En kilometración creciente, excepto los de doble calzada en los que se efectúa en ambos sentidos.

- Inicio de las medidas: 150 m antes del nudo inicial.

- Final de las medidas: 150 m después del nudo final.

- Trayectoria del vehículo: La rueda izquierda se aproxima lo más posible al eje de la calzada, tanto en carreteras convencionales como en carreteras con doble calzada.

- Cuenta con cuatro cámaras de alta definición. Tres delanteras que componen la imagen panorámica y una cámara trasera para la recogida de la imagen inversa, que permite en carreteras convencionales visualizar el sentido contrario a la marcha.

- Los soportes utilizados para la recogida de los datos geométricos y de las cuatro imágenes digitales son discos duros externos de gran capacidad. Estos discos son entregados en gabinete y verificados para su uso posterior.

- Se realiza un estático del vehículo antes y después de la realización de la toma de datos para que las medidas georeferenciadas tengan una exactitud elevada.

La Figura 7 muestra una tabla con los diferentes sensores integrados en el vehículo y el propósito de los mismos.

Figura 7. Diferentes sensores integrados en el vehículo.

Aunque el Vehículo de Medidas Geométricas presenta un gran avance respecto a los anteriormente utilizados no incorpora tecnologías como las basadas en LiDAR que facilitan en gran medida la obtención de datos geométricos y permitirían la realización de inventarios de gran calidad. En este trabajo se muestra como sería el funcionamiento de un vehículo con sensores de estas características y que ventajas presentaría.

2. FUNDAMENTO TEORICO LiDAR

Fig. 7. Diferentes sensores integrados en el vehículo.

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2. Fundamento teórico LiDAR

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Los sistemas de medición dimensional sin contacto han sufrido un gran desarrollo durante los últimos años fundamentalmente debido a los equipos basados en LiDAR o laser escáner. Esto se debe a que, aunque con menor precisión que las técnicas basadas en contacto como las máquinas de medición por coordenadas o los brazos de medición, presentan mayores rangos de trabajo, mayor rapidez y evitan la necesidad de contacto físico con el objeto a medir. Además la densidad de puntos que se puede obtener por minuto de trabajo es mucho más elevada que la que podría obtener con una estación total. Los campos en los que ha mostrado un mayor despliegue son en la industria de la construcción e ingeniería civil, conservación de patrimonio, salud, aseguramiento de la calidad e ingeniería inversa en los sectores automoción, naval y aeroespacial e incluso en industrias como la del entretenimiento (Langer 2000).

Los laser escáner basados en tiempo de vuelo obtienen la posición de un punto en el objeto basándose en su sistema local de coordenadas esféricas, es decir mediante una distancia y dos ángulos (Marschall 2004). Para la medida de la distancia el sistema emite un pulso laser y mide el lapso de tiempo que transcurre entre el momento de la emisión y la detección del haz reflejado. La velocidad de la luz se conoce para un índice de refracción determinado, que depende a su vez de las condiciones de temperatura, humedad, presión y concentración de CO2 (ecuación de Elden) y permite calcular directamente la distancia a la que se encuentra dicho objeto. Uno de los elementos fundamentales para medir con exactitud la distancia es la calidad en la medición del tiempo, ya que la luz tarda solamente 3.3 ps en recorrer una distancia de 1 mm. Cabe mencionar que existe también una tecnología para la medición de la distancia que se basa en la variación de la diferencia de fase entre el haz emitido y reflejado y su relación con la distancia. Esta tecnología permite precisiones y exactitudes superiores a los laser escáner de tiempo de vuelo, pero su rango de trabajo es inferior (decenas de metros frente a centenas de metros).

La determinación de la distancia no es suficiente para realizar la medición completa de un objeto y se fuerzan dos giros del haz laser por medio de espejos de acuerdo a los ángulos acimutal y cenital. Dos encoders de alta resolución estiman el ángulo que se desplaza el haz respecto al sistema local de coordenadas. Los sistemas basados en tiempo de vuelo permiten medir entre 1.000 y 10.000 puntos por segundo y obtener una nube de puntos de un objeto en pocos minutos. Estos equipos tienen precisiones y exactitudes del orden de mm y si rango de trabajo es muy elevado (centenas de metros). Esto hace que sean muy adecuados para aplicaciones en ingeniería civil como las que se pretenden en este proyecto.

Los sistemas basados en laser escáner tienen errores sistemáticos asociados, igual

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que cualquier sistema de medición, como por ejemplo errores lineales y periódicos en la medición de la distancia, errores de colimación del haz, errores en la medición de los ángulos, errores de posicionamiento del origen local de coordenadas, etc que deben ser modelados y corregidos vía software para mejorar la calidad en la medición.

Todos los sistemas basados en laser escáner obtienen como primer producto de la medición una nube de puntos que representan las coordenadas espaciales del objeto estudiado. Para completar el trabajo, se necesita procesar estos datos eliminando puntos erróneos si los hubiese, uniendo nubes de puntos adyacentes y triangulándolos para obtener un modelo en base a superficies. Esta fase es además la idónea para texturizar el modelo añadiendo información que provenga por ejemplo de fotografías del objeto en diferentes rangos del espectro, termografías, radiografías, medidas por ultrasonidos, etc.

Los sistemas laser escáner basados en tiempo de vuelo se subdividen en tres grandes grupos: aerotransportados, terrestres o móviles (Vosselmann 2010).

Los sistemas aerotransportados se fundamentan en un sistema de medición basado en coordenadas polares (distancia más un ángulo) o escáner 2D que se combina con el cambio de posición del sistema local de referencia debido al movimiento del avión o helicóptero. Este cambio en el sistema de referencia se instrumenta empleando un sistema GPS ayudado con sensores inerciales. Estos sensores incluyen subsistemas compuestos a su vez por acelerómetros, giróscopos y magnetómetros. Los primeros miden la aceleración lineal del sistema, los giróscopos la velocidad angular y los magnetómetros dan información acerca del norte magnético. La resolución del sistema depende de características intrínsecas del escáner como la apertura del haz o la calidad de sus

encoders y de aspectos extrínsecos a él como la altura y velocidad del vuelo.

Estos sistemas son especialmente adecuados para obtener datos tridimensionales de zonas muy extensas como áreas urbanas, polígonos industriales, carreteras, bosques, etc. La

figura 8 muestra dos ejemplos de aeronaves que pueden emplearse para portar estos sistemas, destacando las posibilidades que ofrecen desde hace algunos años los

texturizar el modelo añadiendo información que provenga por ejemplo de fotografías del objeto en diferentes rangos del espectro, termografías, radiografías, medidas por ultrasonidos, etc.

Los sistemas laser escáner basados en tiempo de vuelo se subdividen en tres grandes grupos: aerotransportados, terrestres o móviles (Vosselmann 2010).

Los sistemas aerotransportados se fundamentan en un sistema de medición basado en coordenadas polares (distancia más un ángulo) o escáner 2D que se combina con el cambio de posición del sistema local de referencia debido al movimiento del avión o helicóptero. Este cambio en el sistema de referencia se instrumenta empleando un sistema GPS ayudado con sensores inerciales. Estos sensores incluyen subsistemas compuestos a su vez por acelerómetros, giróscopos y magnetómetros. Los primeros miden la aceleración lineal del sistema, los giróscopos la velocidad angular y los magnetómetros dan información acerca del norte magnético. La resolución del sistema depende de características intrínsecas del escáner como la apertura del haz o la calidad de sus encoders y de aspectos extrínsecos a él como la altura y velocidad del vuelo.

Estos sistemas son especialmente adecuados para obtener datos tridimensionales de zonas muy extensas como áreas urbanas, polígonos industriales, carreteras, bosques, etc. La figura 8 muestra dos ejemplos de aeronaves que pueden emplearse para portar estos sistemas, destacando las posibilidades que ofrecen desde hace algunos años los vehículos aéreos no tripulados. Estos sistemas permiten abaratar los costes del levantamiento geométrico del terreno y pueden funcionar sin peligro en lugares en los que sería complicado o peligroso con un sistema convencional tripulado (entornos con cables de alta tensión, pilas y subestructuras de puentes de grandes dimensiones, etc).

Figura 8. Laser escáner RIEGL CP560-XS en avión y RIEGL LMS Q160 en un pequeño helicóptero autónomo.

Los sistemas denominados terrestres se fundamentan en el principio de medición basado en coordenadas esféricas (distancia más dos ángulos). El sistema de referencia local se encuentra fijo durante todo el proceso de medición. En ocasiones,

Fig. 8. Laser escáner RIEGL CP560-XS en avión y RIEGL LMS Q160 en un pequeño helicóptero autónomo.

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vehículos aéreos no tripulados. Estos sistemas permiten abaratar los costes del levantamiento geométrico del terreno y pueden funcionar sin peligro en lugares en los que sería complicado o peligroso con un sistema convencional tripulado (entornos con cables de alta tensión, pilas y subestructuras de puentes de grandes dimensiones, etc).

Los sistemas denominados terrestres se fundamentan en el principio de medición basado en coordenadas esféricas (distancia más dos ángulos). El sistema de referencia local se encuentra fijo durante todo el proceso de medición. En ocasiones, si se desea ampliar el rango de medición se pueden unir varias nubes de puntos obtenidas a partir del laser estacionado en zonas diferentes (distinto sistema de coordenadas locales). Para realizar dicha unión se emplean puntos comunes entre los dos escaneos que normalmente se obtienen con dianas retroreflectoras. La Figura 9 muestra diferentes sistemas basados en laser escáner terrestre y la Figura 10 sistemas de tipo terrestre portados sobre vehículos como lanchas y quads que permiten acceder a zonas de toma de datos complicadas

si se desea ampliar el rango de medición se pueden unir varias nubes de puntos obtenidas a partir del laser estacionado en zonas diferentes (distinto sistema de coordenadas locales). Para realizar dicha unión se emplean puntos comunes entre los dos escaneos que normalmente se obtienen con dianas retroreflectoras. La Figura 9 muestra diferentes sistemas basados en laser escáner terrestre y la Figura 10 sistemas de tipo terrestre portados sobre vehículos como lanchas y quads que permiten acceder a zonas de toma de datos complicadas

Figura 9. Diferentes sistemas laser escáner terrestre. De izquierda a derecha están el TRIMBLE GX 3D, RIEGL VZ400 y FARO LS.

Figura 10. Sistemas laser escáner terrestre. Sobre lancha (izquierda) y quad (derecha).

Fig. 9. Diferentes sistemas laser escáner terrestre. De izquierda a derecha están el TRIMBLE GX 3D, RIEGL VZ400 y FARO LS.

si se desea ampliar el rango de medición se pueden unir varias nubes de puntos obtenidas a partir del laser estacionado en zonas diferentes (distinto sistema de coordenadas locales). Para realizar dicha unión se emplean puntos comunes entre los dos escaneos que normalmente se obtienen con dianas retroreflectoras. La Figura 9 muestra diferentes sistemas basados en laser escáner terrestre y la Figura 10 sistemas de tipo terrestre portados sobre vehículos como lanchas y quads que permiten acceder a zonas de toma de datos complicadas

Figura 9. Diferentes sistemas laser escáner terrestre. De izquierda a derecha están el TRIMBLE GX 3D, RIEGL VZ400 y FARO LS.

Figura 10. Sistemas laser escáner terrestre. Sobre lancha (izquierda) y quad (derecha).

Fig. 10. Sistemas laser escáner terrestre. Sobre lancha (izquierda) y quad (derecha).

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Los sistemas móviles tienen un sistema de funcionamiento similar a los aerotransportados ya que se basan en escáners 2D y también necesitan sensores inerciales (Ballock 1998) para compensar el cambio de posición en el sistema de referencia local. La principal diferencia radica en que en este caso el espejo giratorio que fuerza el movimiento angular del laser se desplaza 360º a diferencia de los sistemas aerotransportados donde el desplazamiento no suele ser superior a 60º. Esto se debe a que de esta forma se pueden obtener nubes de puntos de estructuras como túneles o edificios altos sin dificultad. Estos sistemas pueden ensamblarse a diferentes tipos de vehículos como se muestra en la Figura 11.

Muchos de los daños presentes en las estructuras de las carreteras muestran información geométrica que está dentro de las precisiones y exactitudes de los sistemas laser escáner que, aunque altamente dependientes del fabricante, están entorno a los pocos milímetros. Además, los sistemas laser escáner muestran información radiométrica sobre la relación entre la intensidad emitida y recibida por el sistema, que es fuertemente dependiente de la reflectancia superficial del objeto medido y que también puede ser aplicado para la detección de patologías en estructuras (Yoon 2009; Armesto 2010). También se pueden combinar con sistemas basados en termografía (Clarck 2003) u otros sistemas de imagen.

A continuación se detallan los diferentes daños a los que se podrían aplicar sistemas escáner de tipo móvil o terrestre y en los cuales sería interesante obtener información a partir de sus coordenadas geométricas y reflectancia superficial.

Pavimentos

Surcos y baches (geometría)

Agregados superficiales (intensidad)

Roderas (geometría)

Los sistemas móviles tienen un sistema de funcionamiento similar a los aerotransportados ya que se basan en escáners 2D y también necesitan sensores inerciales (Ballock 1998) para compensar el cambio de posición en el sistema de referencia local. La principal diferencia radica en que en este caso el espejo giratorio que fuerza el movimiento angular del laser se desplaza 360º a diferencia de los sistemas aerotransportados donde el desplazamiento no suele ser superior a 60º. Esto se debe a que de esta forma se pueden obtener nubes de puntos de estructuras como túneles o edificios altos sin dificultad. Estos sistemas pueden ensamblarse a diferentes tipos de vehículos como se muestra en la Figura 11.

Figura 11. Laser escáner móvil RIEGL VMX 250

Muchos de los daños presentes en las estructuras de las carreteras muestran información geométrica que está dentro de las precisiones y exactitudes de los sistemas laser escáner que, aunque altamente dependientes del fabricante, están entorno a los pocos milímetros. Además, los sistemas laser escáner muestran información radiométrica sobre la relación entre la intensidad emitida y recibida por el sistema, que es fuertemente dependiente de la reflectancia superficial del objeto medido y que también puede ser aplicado para la detección de patologías en estructuras (Yoon 2009; Armesto 2010). También se pueden combinar con sistemas basados en termografía (Clarck 2003) u otros sistemas de imagen.

A continuación se detallan los diferentes daños a los que se podrían aplicar sistemas escáner de tipo móvil o terrestre y en los cuales sería interesante obtener información a partir de sus coordenadas geométricas y reflectancia superficial.

Pavimentos

Surcos y baches (geometría)

Agregados superficiales (intensidad)

Roderas (geometría)

Fig. 11. Laser escáner móvil RIEGL VMX 250

13


Agrietamientos pronunciados (geometría)

Puentes (Ludowiecka ; Park 2007)

Humedades (intensidad)

Vegetación (geometría e intensidad)

Nidos de grava (geometría)

Juntas degradadas (geometría)

Desconchones (geometría)

Desplazamiento de dovelas (geometría)

Pérdida de planitud de elementos metálicos (geometría)

Rotura completa de elementos (geometría)

Fisuras de elevada dimensión (fisuras de tamaño elevado)

Armaduras vistas (geometría e intensidad)

Deformación de las barras de armado (geometría)

Corrosión (intensidad)

Pérdida de tornillos (geometría)

Deformación estructural (geometría)

Asientos (geometría)

Descalces (geometría)

Deterioro en apoyos (geometría)

Daños en juntas de dilatación (geometría e intensidad)

Pérdida de piezas en aceras (geometría)

Deterioro de pintura (intensidad)

Rotura por corrosión (geometría e intensidad)

Golpes y altura inadecuada (geometría)

Daños en desagües (geometría e intensidad)

Cauces obstruidos (geometría)

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Túneles

Acumulación de polvo en túneles, aceite o combustible (intensidad)

Estado de revestimiento estético de túneles (geometría e intensidad) (Davis 2005; Haack 1995).

Contraste pavimento – señalización horizontal (intensidad)

Convergencias (geometría)

Otros elementos

Estabilidad de taludes (geometría) (Park 2007; Pernito 2008; Sturzenegger 2009)

Vegetación de taludes (geometría e intensidad)

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Autores

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3. El sistema Lynx Mobile Mapper - Universidad de Vigo

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La Universidad de Vigo, en colaboración con las empresas Ingeniería Insitu, Extraco, Misturas, Lógica y Enmacosa, dentro del marco del proyecto Sitegi, ha desarrollado un vehículo de inspección que permite la obtención de información geométrica de carreteras para la realización de inventarios.

La plataforma móvil seleccionada para la integración de los sensores fue un furgón Mercedes Vito. La ubicación de los sensores en el vehículo ha requerido la modificación del mismo. Lo trabajos llevados acabo incluyeron la instalación de un gancho de remolque con toma de corriente, que sirve para soportar el perfilómetro láser, instalación de batería auxiliar de gel con aislador y toma de corriente en la caja posterior del vehículo preparada para 12 V - 100 A, instalación de una segunda toma de corriente auxiliar preparada para 12 V – 15 A, forrado del vehículo con chapas de madera para instalación de equipos e instalación de plataforma para la ubicación de sensores GNSS, LiDAR y cámaras. La figura 12 muestra una foto del vehículo con la plataforma GNSS, LiDAR y cámaras. También muestra el interior del mismo.

Las figuras 13 y 14 muestran un CAD de la plataforma ubicada en la parte superior del vehículo y que sirve para la integración de los sistemas de navegación, LiDAR y cámaras RGB. Dicha plataforma fue específicamente desarrollada para este proyecto conjuntamente con la empresa canadiense Optech, fabricante del sistema LiDAR. La plataforma integrada en el proyecto Sitegi toma como punto de partida la plataforma LiDAR desarrollada previamente por la empresa, pero sobre la que se han realizado una serie de adaptaciones específicas para este proyecto. La primera ha consistido en diseñar un soporte que se adapte a la normativa española de tráfico donde se prohíbe que los vehículos tengan salientes laterales que puedan provocar daños añadidos a un peatón en caso de atropello. Los sistemas comerciales existentes no cumplían dicha normativa y ha resultado fundamental la colaboración de las empresas del proyecto y de la Universidad de Vigo con la empresa Optech para el desarrollo de una nueva plataforma. La segunda adaptación realizada sobre la plataforma Optech ha consistido en el desarrollo en integración de una carcasa protectora de fibra de vidrio que protege los sensores de las condiciones meteorológicas (especialmente lluvia) y de golpes provocados por arenas o pequeñas piedras en la carretera.

La plataforma aquí presentada integra tres sensores básicos para la unidad móvil de inspección (sistema de navegación, LiDAR y cámaras RGB).

Sistema de navegación

El sistema de navegación es el sistema de mayor importancia de los integrados en todo el vehículo, ya que en el cálculo de su trayectoria se basan todos los otros datos

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generados. Una mala evaluación de la trayectoria conllevaría el mal geoposicionamiento del resto de mediciones. El sistema de navegación adquirido para el sistema de inspección ha

sido el Applanix POS LV 520 (Figura 16). Consta de dos antenas GPS Trimble R4 para la evaluación precisa de la orientación del vehículo, sensor inercial basado en anillos

láser y encoder (ubicado en el vehículo sobre la rueda trasera izquierda). El sensor

Estado de revestimiento estético de túneles (geometría e intensidad) (Davis 2005; Haack 1995).

Contraste pavimento – señalización horizontal (intensidad)

Convergencias (geometría)

Otros elementos

Estabilidad de taludes (geometría) (Park 2007; Pernito 2008; Sturzenegger 2009)

Vegetación de taludes (geometría e intensidad)

3. EL SISTEMA LYNX MOBILE MAPPER – UNIVERSIDAD DE VIGO

La Universidad de Vigo, en colaboración con las empresas Ingeniería Insitu, Extraco, Misturas, Lógica y Enmacosa, dentro del marco del proyecto Sitegi, ha desarrollado un vehículo de inspección que permite la obtención de información geométrica de carreteras para la realización de inventarios.

La plataforma móvil seleccionada para la integración de los sensores fue un furgón Mercedes Vito. La ubicación de los sensores en el vehículo ha requerido la modificación del mismo. Lo trabajos llevados acabo incluyeron la instalación de un gancho de remolque con toma de corriente, que sirve para soportar el perfilómetro láser, instalación de batería auxiliar de gel con aislador y toma de corriente en la caja posterior del vehículo preparada para 12 V - 100 A, instalación de una segunda toma de corriente auxiliar preparada para 12 V – 15 A, forrado del vehículo con chapas de madera para instalación de equipos e instalación de plataforma para la ubicación de sensores GNSS, LiDAR y cámaras. La figura 12 muestra una foto del vehículo con la plataforma GNSS, LiDAR y cámaras. También muestra el interior del mismo.

Figura 12. Vista interior y exterior del vehículo de inspección durante la puesta a punto.

Las figuras 13 y 14 muestran un CAD de la plataforma ubicada en la parte superior del vehículo y que sirve para la integración de los sistemas de navegación, LiDAR y cámaras RGB. Dicha plataforma fue específicamente desarrollada para este proyecto conjuntamente con la empresa canadiense Optech, fabricante del sistema LiDAR. La plataforma integrada en el proyecto Sitegi toma como punto de partida la plataforma LiDAR desarrollada previamente por la empresa, pero sobre la que se han realizado una serie de adaptaciones específicas para este proyecto. La primera ha consistido en

Fig. 12. Vista interior y exterior del vehículo de inspección durante la puesta a punto.

diseñar un soporte que se adapte a la normativa española de tráfico donde se prohíbe que los vehículos tengan salientes laterales que puedan provocar daños añadidos a un peatón en caso de atropello. Los sistemas comerciales existentes no cumplían dicha normativa y ha resultado fundamental la colaboración de las empresas del proyecto y de la Universidad de Vigo con la empresa Optech para el desarrollo de una nueva plataforma. La segunda adaptación realizada sobre la plataforma Optech ha consistido en el desarrollo en integración de una carcasa protectora de fibra de vidrio que protege los sensores de las condiciones meteorológicas (especialmente lluvia) y de golpes provocados por arenas o pequeñas piedras en la carretera.

Figura 13. Plataforma para ubicación de sensores Fig. 13. Plataforma para ubicación de sensores

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inercial y el encoder permiten la navegación cuando se pierde la cobertura de la señal GPS. El sistema de navegación permite la georreferenciación en coordenadas geográficas de todo el levantamiento y facilitará la posterior integración de los datos en herramientas GIS. El sistema inercial actúa como el origen de coordenadas de todo el vehículo y la posición y orientación del resto de sensores debe estar calibrada respecto a este sistema.

diseñar un soporte que se adapte a la normativa española de tráfico donde se prohíbe que los vehículos tengan salientes laterales que puedan provocar daños añadidos a un peatón en caso de atropello. Los sistemas comerciales existentes no cumplían dicha normativa y ha resultado fundamental la colaboración de las empresas del proyecto y de la Universidad de Vigo con la empresa Optech para el desarrollo de una nueva plataforma. La segunda adaptación realizada sobre la plataforma Optech ha consistido en el desarrollo en integración de una carcasa protectora de fibra de vidrio que protege los sensores de las condiciones meteorológicas (especialmente lluvia) y de golpes provocados por arenas o pequeñas piedras en la carretera.

Figura 13. Plataforma para ubicación de sensores

Fig.14. Integración de plataforma en vehículo.

Figura 14. Integración de plataforma en vehículo.

Figura 15. Plataforma Optech de ancho superior al permitido por la legislación española (izquierda) y nueva plataforma desarrollada conjuntamente con los miembros del consorcio Sitegi.

La plataforma aquí presentada integra tres sensores básicos para la unidad móvil de inspección (sistema de navegación, LiDAR y cámaras RGB).

Sistema de navegación

El sistema de navegación es el sistema de mayor importancia de los integrados en todo el vehículo, ya que en el cálculo de su trayectoria se basan todos los otros datos generados. Una mala evaluación de la trayectoria conllevaría el mal geoposicionamiento del resto de mediciones. El sistema de navegación adquirido para el sistema de inspección ha sido el Applanix POS LV 520 (Figura 16). Consta de dos antenas GPS Trimble R4 para la evaluación precisa de la orientación del vehículo, sensor inercial basado en anillos láser y encoder (ubicado en el vehículo sobre la rueda trasera izquierda). El sensor inercial y el encoder permiten la navegación cuando se pierde la cobertura de la señal GPS. El sistema de navegación permite la georreferenciación en coordenadas geográficas de todo el levantamiento y facilitará la posterior integración de los datos en herramientas GIS. El sistema inercial actúa como el origen de coordenadas de todo el vehículo y la posición y orientación del resto de sensores debe estar calibrada respecto a éste sistema.

Fig. 15. Plataforma Optech de ancho superior al permitido por la legislación española (izquierda) y nueva plataforma desarrollada conjuntamente con los miembros del consorcio Sitegi.

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Figura 16. Antena y GPS y sistema inercial ubicado sobre plataforma de vehículo.

LiDAR

Los sistemas LiDAR utilizados son fabricados por la empresa Optech (Figura 17), al igual que la plataforma que soporta los sensores de la parte superior del vehículo. Los modelos integrados en el vehículo permiten obtener 500.000 puntos por segundo a una frecuencia de 200 Hz. El rango máximo de trabajo es de 200 m y permiten obtener información de los diferentes retornos de la señal laser, así como de la intensidad reflejada por los objetos. Se integran dos sistemas en el vehículo para obtener una nube de puntos lo más completa posible. Estos sistemas se pueden sincronizar con relativa facilidad con el sistema de navegación. En el momento de su compra (octubre de 2011) esta instrumentación es la de más alta gama presente en el mercado.

Fig. 16. Antena y GPS y sistema inercial ubicado sobre plataforma de vehículo.

Figura 16. Antena y GPS y sistema inercial ubicado sobre plataforma de vehículo.

LiDAR


Fig. 17. Sistema LiDAR del fabricante Optech.

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LiDAR


Cámaras RGB

Para complementar la imagen nube de puntos, se ha decidido la implementación de cuatro cámaras digitales, de forma que se cubran las cuatro esquinas del vehículo y se tenga un campo de visión elevado. Las cámaras utilizadas fueron adquiridas a la empresa Jai y tienen una resolución de 5 Mpx con una velocidad máxima de adquisición de 3 imágenes por segundo (Figura 18). Poseen además librerías de desarrollo que permiten su sincronización vía software con otros sistemas. Se ha optado por cámaras industriales en vez de cámaras réflex debido a la necesidad de contar con sistemas de respuesta rápida y fácilmente programables via software.

Perfilómetro Óptico

Se ha buscado una ubicación en el vehículo que haga su utilización compatible con los otros sensores. El sistema perfilométrico empleado permite además la utilización en otros vehículos y su transporte independiente del vehículo de inspección, en caso que fuese necesaria su utilización de tal forma. Los láseres utilizados en el sistema pertenecen al fabricante Greenwood, que resulta ser uno de los sistemas más fiables del mercado.

Figura 17. Sistema LiDAR del fabricante Optech.

Cámaras RGB

Para complementar la imagen nube de puntos, se ha decidido la implementación de cuatro cámaras digitales, de forma que se cubran las cuatro esquinas del vehículo y se tenga un campo de visión elevado. Las cámaras utilizadas fueron adquiridas a la empresa Jai y tienen una resolución de 5 Mpx con una velocidad máxima de adquisición de 3 imágenes por segundo (Figura 18). Poseen además librerías de desarrollo que permiten su sincronización vía software con otros sistemas. Se ha optado por cámaras industriales en vez de cámaras réflex debido a la necesidad de contar con sistemas de respuesta rápida y fácilmente programables via software.

Figura 18. Cámara Jai.

Perfilómetro Óptico

Se ha buscado una ubicación en el vehículo que haga su utilización compatible con los otros sensores. El sistema perfilométrico empleado permite además la utilización en otros vehículos y su transporte independiente del vehículo de inspección, en caso que fuese necesaria su utilización de tal forma. Los láseres utilizados en el sistema pertenecen al fabricante Greenwood, que resulta ser uno de los sistemas más fiables del mercado.

Fig. 18. Cámara Jai.

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Figura 19. Perfilómetro Greenwood empleado en el proyecto Sitegi trabajando de forma sincronizada al sistema LiDAR.

4. GESTIÓN DE LOS DATOS

A continuación se presentan los principales aspectos a considerar durante la adquisición y procesado del os datos de los sistemas LiDAR, con sus correspondientes sensores accesorios (GPS y cámaras) y el perfilómetro óptico.

Fase I: Adquisición de la Información

Fig. 19. Perfilómetro Greenwood empleado en el proyecto Sitegi trabajando de forma sincronizada al sistema LiDAR.

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4. Gestión de los datos

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A continuación se presentan los principales aspectos a considerar durante la adquisición y procesado del os datos de los sistemas LiDAR, con sus correspondientes sensores accesorios (GPS y cámaras) y el perfilómetro óptico.

Fase I: Adquisición de la Información

La fase de adquisición de la información geoespacial del sistema móvil de inspección debe simultanear el uso de diferentes sensores sincronizados a través de la marca de tiempo e información GPS del sistema de navegación. Dichos sensores tienen software propietarios de los diferentes fabricantes que corren de forma simultánea en el ordenador ubicado en el vehículo para el trabajo de campo. Además los sensores se deben arrancar en el siguiente orden: sistema de navegación, LiDAR, cámaras y perfilómetro.

El sistema de navegación Applanix POS 520 emplea el software LV-POSView (Figura 20). Este sistema debe ser el primero en comenzar a funcionar ya que es el encargado de enviar el sincronismo al resto de equipos. Esto se realiza a través de los puertos COM de salida del sistema (formato NMEA – GGA) y la señal PPS. Este software permite seleccionar los parámetros que se desea almacenar (datos de GPS primario, datos de GPS secundario, datos de sensor inercial, PPS, solución GAMS, datos encoder, etc). Además permite seleccionar la frecuencia de adquisición de los datos, típicamente 200 Hz para el sistema inercial y 1 Hz para el GPS.

El software que controla los sistemas LiDAR se denomina Lynx Survey (Figura 21). Para su correcto funcionamiento necesita que el sistema Applanix esté previamente conectado y enviando datos. Permite configurar la frecuencia de adquisición de datos LiDAR entre 75 kHz y 500 kHz por cada uno de los escáner. Permite también configurar el número de revoluciones por segundo del espejo LIDAR entre 80 y 200. En este software se ha integrado una librería que permite también la adquisición de las fotografías obtenidas a partir de las cámaras fotográficas integradas en el sistema de inspección. Esta librería permite configurar la velocidad de obturación de las cámaras de forma que esta oscile entre 1/60 s y 1/1000 s. Además también permite la selección de las cámaras activas, ya que dependiendo del tipo de medición puede resultar o no necesario la utilización de todas las cámaras fotográficas.

La adquisición de datos con el perfilómetro óptico (IRI y MPD) se realiza empleando el software Profile Recorder del fabricante Greenwood. Este software se debe configurar además para adquirir los datos GPS exportados por el sistema Applanix y sincronizar los dos equipos. Para ello se utiliza el protocolo NMEA GGA a través del puerto serie y la señal PPS.

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La fase de adquisición de la información geoespacial del sistema móvil de inspección debe simultanear el uso de diferentes sensores sincronizados a través de la marca de tiempo e información GPS del sistema de navegación. Dichos sensores tienen software propietarios de los diferentes fabricantes que corren de forma simultánea en el ordenador ubicado en el vehículo para el trabajo de campo. Además los sensores se deben arrancar en el siguiente orden: sistema de navegación, LiDAR, cámaras y perfilómetro.

El sistema de navegación Applanix POS 520 emplea el software LV-POSView (Figura 20). Este sistema debe ser el primero en comenzar a funcionar ya que es el encargado de enviar el sincronismo al resto de equipos. Esto se realiza a través de los puertos COM de salida del sistema (formato NMEA – GGA) y la señal PPS. Este software permite seleccionar los parámetros que se desea almacenar (datos de GPS primario, datos de GPS secundario, datos de sensor inercial, PPS, solución GAMS, datos encoder, etc). Además permite seleccionar la frecuencia de adquisición de los datos, típicamente 200 Hz para el sistema inercial y 1 Hz para el GPS.

Figura 20. Software de adquisición del sistema de navegación.

El software que controla los sistemas LiDAR se denomina Lynx Survey (Figura 21). Para su correcto funcionamiento necesita que el sistema Applanix esté previamente conectado y enviando datos. Permite configurar la frecuencia de adquisición de datos LiDAR entre 75 kHz y 500 kHz por cada uno de los escáner. Permite también configurar el número de revoluciones por segundo del espejo LIDAR entre 80 y 200. En este software se ha integrado una librería que permite también la adquisición de las fotografías obtenidas a partir de las cámaras fotográficas integradas en el sistema de inspección. Esta librería permite configurar la velocidad de obturación de las cámaras de forma que esta oscile entre 1/60 s y 1/1000 s. Además también permite la selección de las cámaras activas, ya que dependiendo del tipo de medición puede resultar o no necesario la utilización de todas las cámaras fotográficas.

Figura 21. Software para adquisición de datos LiDAR Lynx Survey.


Figura 22. Software PROFILE RECORDER.

Fase II: Procesado de la información

Fig. 20. Software de adquisición del sistema de navegación.

Fig. 21. Software para adquisición de datos LiDAR Lynx Survey.

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En lo que concierne a la unidad móvil de inspección el primer paso referido al procesado de la información consiste en la generación de una trayectoria precisa sobre la que se monten los datos del resto de sensores. Para ello se utiliza el software POSPac de Appanix (Figura 23). Este software permite la importación de los ficheros Rinex correspondientes a las bases cercanas al levantamiento para corregir los datos GPS. Además, aplicando algoritmos basados en filtro de Kalman permite la integración de los diferentes sensores de navegación (sistema GPS, sistema incercial y encoder). El resultado obtenido es un fichero SBET en el que se encuentra la información precisa de la trayectoria, así como la marca de tiempo GPS que corresponde a cada coordenada calculada.

Una vez generada la trayectoria el siguiente paso consiste en fusionar los datos de navegación con los datos LiDAR. El sistema LiDAR es un sistema de medición 2D que necesita el archivo de navegación para la generación de la nube de puntos 3D. Además, como el origen de ambos sistemas de coordenadas es diferente es también fundamental la utilización de un archivo de calibración que implementa la matriz de traslación y rotación entre dichos sistemas de coordenadas. Esta fusión de datos se realiza utilizando el software DASHMap (Figura 24), desarrollado por la empresa Optech y que provee con el escáner LiDAR.

Este software permite además realizar filtrado de puntos en base a la intensidad del laser, eco o rango. El fichero de salida se encuentra en formato LAS, que es el que se emplea típicamente para datos LiDAR y puede abrirse por diferente software para la edición de nubes de puntos.

Para el presente proyecto se utiliza el software QT Modeler y el software Autocad 3D Civil (Figura 25 – 28). Este software permite la visualización de la nube de puntos, medición de parámetros sencillos en la nube de puntos y exportación a otros formatos como ASCII o SHP para GIS.

Figura 21. Software para adquisición de datos LiDAR Lynx Survey.


Figura 22. Software PROFILE RECORDER.


Fig. 22. Software PROFILE RECORDER.

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En lo que concierne a la unidad móvil de inspección el primer paso referido al procesado de la información consiste en la generación de una trayectoria precisa sobre la que se monten los datos del resto de sensores. Para ello se utiliza el software POSPac de Appanix (Figura 23). Este software permite la importación de los ficheros Rinex correspondientes a las bases cercanas al levantamiento para corregir los datos GPS. Además, aplicando algoritmos basados en filtro de Kalman permite la integración de los diferentes sensores de navegación (sistema GPS, sistema incercial y encoder). El resultado obtenido es un fichero SBET en el que se encuentra la información precisa de la trayectoria, así como la marca de tiempo GPS que corresponde a cada coordenada calculada.

Figura 23. Software POSPac para la generación del archivo de trayectoria y reporte final donde se muestran los errores.

Una vez generada la trayectoria el siguiente paso consiste en fusionar los datos de navegación con los datos LiDAR. El sistema LiDAR es un sistema de medición 2D que necesita el archivo de navegación para la generación de la nube de puntos 3D. Además, como el origen de ambos sistemas de coordenadas es diferente es también fundamental la utilización de un archivo de calibración que implementa la matriz de traslación y rotación entre dichos sistemas de coordenadas. Esta fusión de datos se

Fig. 23. Software POSPac para la generación del archivo de trayectoria y reporte final donde se muestran los errores.

realiza utilizando el software DASHMap (Figura 24), desarrollado por la empresa Optech y que provee con el escáner LiDAR.

Figura 24. Software DASHMap para la generación de la nube de puntos 3D.



Figura 25. Autovía A52 entre Ponteareas y A Cañiza.

Fig. 24. Software DASHMap para la generación de la nube de puntos 3D.

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realiza utilizando el software DASHMap (Figura 24), desarrollado por la empresa Optech y que provee con el escáner LiDAR.

Figura 24. Software DASHMap para la generación de la nube de puntos 3D.



Figura 25. Autovía A52 entre Ponteareas y A Cañiza.

Figura 26. Autovía A52. Túnel de O Folgoso.

Figura 27. Puente en Castelo de Paiva (distrito de Porto – Portugal).

Figura 28. Nacional 120 a su paso por Ourense.

Fig. 25. Autovía A52 entre Ponteareas y A Cañiza.

Fig. 26. Autovía A52. Túnel de O Folgoso.

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Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 09 / 2012Figura 26. Autovía A52. Túnel de O Folgoso.



Figura 26. Autovía A52. Túnel de O Folgoso.



Fig. 27. Puente en Castelo de Paiva (distrito de Porto – Portugal).

Fig. 28. Nacional 120 a su paso por Ourense.

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Los ficheros LAS obtenidos se pueden cargar en programas GIS Open Source como por ejemplo gvSIG o Quatum GIS, bien directamente o previo paso por un software que convierta los ficheros LAS en SHP. En la Figura 29 se muestra un fichero SHP cargado en Quatum GIS.

El procesado de las imágenes obtenidas por las cámaras fotográficas se realiza empleando el software gratuito RGBExtract (Figura 30). Este software utiliza las imágenes adquiridas durante la adquisición, las orientaciones internas y externas de las cámaras y el archivo de trayectoria.


Figura 29. Carretera N120 a su paso por Ourense cargado en el software Quantum GIS.


Figura 30. Software RGBExtract.

La Figura 31 muestra un conjunto de imágenes una vez extraídas y que resultan sin duda de gran utilidad para la realización de inventarios.


Figura 29. Carretera N120 a su paso por Ourense cargado en el software Quantum GIS.


Figura 30. Software RGBExtract.


Fig. 29. Carretera N120 a su paso por Ourense cargado en el software Quantum GIS.

Fig. 30. Software RGBExtract.

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Los datos obtenidos por el perfilómetro láser se procesan utilizando el software Profilograph de Greewood (Figura 32). El procesado es inmediato, así como la generación de los parámetros

de IRI y MPD.

Figura 31. Imágenes tomadas por las cámaras JAI integradas en la unidad móvil de inspección.

Los datos obtenidos por el perfilómetro láser se procesan utilizando el software Profilograph de Greewood (Figura 32). El procesado es inmediato, así como la generación de los parámetros de IRI y MPD.

Figura 32. Software Profilograph para el procesado de los datos obtenidos por el perfilómetro Greenwood.

Figura 31. Imágenes tomadas por las cámaras JAI integradas en la unidad móvil de inspección.

Los datos obtenidos por el perfilómetro láser se procesan utilizando el software Profilograph de Greewood (Figura 32). El procesado es inmediato, así como la generación de los parámetros de IRI y MPD.

Figura 32. Software Profilograph para el procesado de los datos obtenidos por el perfilómetro Greenwood.

Fig. 31. Imágenes tomadas por las cámaras JAI integradas en la unidad móvil de inspección.

Fig. 32. Software Profilograph para el procesado de los datos obtenidos por el perfilómetro Greenwood.

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5. Conclusiones

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En este trabajo se muestra el vehículo desarrollado en la Universidad de Vigo para la realización de inventarios de carreteras basado en la tecnología LiDAR. Debido a las características metrológicas de este tipo de sensores, permite la obtención de datos geométricos con una precisión muy elevada, superior a 8 mm, con un rango de trabajo hasta 200 m. Además la resolución espacial es muy elevada, debido a la frecuencia de giro de los espejos (200 Hz) y la tasa de adquisición de datos (500 kHz). La precisión absoluta también es muy elevada, 3 cm, debido al sistema GPS/INS Applanix POS 520. Este sistema está operativo al 100 % y se muestra como una alternativa clara a los sistemas típicamente utilizados en la actualidad.

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6. Agradecimientos

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Los autores quieren agradecer el soporte económico del Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial (Proyecto: IDI-20101770), el Ministerio de Economía y Competitividad (Proyecto: BIA BIA2009-08012) y el programa de recursos humanos IPP055-EXP44 de la Xunta de Galicia y BES-2010-034106 . Además quieren agradecer a las empresas socias de dicho proyecto: Ingeniería Insitu, Enmacosa, Lógica, Extraco y Misturas su colaboración en las actividades desarrolladas.

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7. Referencias

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Con el apoyo de:

En colaboración con:

PLATAFORMA TECNOLÓGICA ESPAÑOLA DE LA CARRETERA (PTC)Goya 23 - 3º, 28001 Madrid (España)

Web: www.ptcarretera.esE-mail:[email protected]

nº 09 / 2012 ecnológicos de la ptc · 02/2011: los retos de “firmes permeables” ... estos...

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