Sistema de monitoreo de condición superficial de infraestructura vial rural

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"El uso de LabVIEW y el Single-Board RIO nos han permitido un ahorro del orden del 30% en los costos por materiales y simplificación en los procesos. "

- Willians Mertz Villa, HOB Consultores SA

The Challenge:
Mejorar el proceso de relevamiento de información para evaluar la condición superficial de la infraestructura vial rural no pavimentada, remplazando el uso de métodos y equipos de medición manuales ya obsoletos por su bajo rendimiento, múltiples fuentes de error y resultados inconsistentes.

The Solution:
Desarrollar un dispositivo de medición basado en acelerómetros de alta precisión para medir valores de IRI (mm/m o m/Km) sin requerir de ecuación de correlación, eliminando la incertidumbre asociada al sistema de amortiguación del vehículo (modelo cuarto de carro), quedando solo expuesta a la dinámica de la rueda.

Author(s):
Willians Mertz Villa - HOB Consultores SA
Franck Vásquez Pérez - HOB Consultores SA

Introducción:

El uso de perfilómetros para medir el perfil longitudinal y el IRI (International Roughness Index), de la infraestructura vial rural no pavimentada, son parte del proceso de control de calidad, y sirven también para el desarrollo de estrategias de gestión de mantenimiento y rehabilitación. Si no se satisfacen los valores exigidos en las especificaciones, los contratistas son sometidos a penalidades, adicionalmente el riesgo de ocurrencia de accidentes y deterioro de los vehículos aumenta. Se exige el uso de equipos de alto rendimiento y certificados en su operación en el campo con alto grado de precisión y exactitud de sus mediciones. El IRI es un indicador de la condición funcional del pavimento, estando directamente relacionado con el nivel de confort del usuario al transitar la vía, el tiempo de vida remanente y el nivel de seguridad del usuario al transitarla.

 


Descripción de la Aplicación: 

El HOB-ROUGH es un sistema de auscultación electrónica de carreteras. Su función principal es adquirir información de perfil longitudinal, almacenarla, procesarla y finalmente visualizar los resultados en reportes configurables por el usuario. Está diseñado para proveer datos georreferenciados del perfil longitudinal e IRI para la evaluación de la condición funcional o confort de los caminos. Sistematiza el proceso de recolección de información, haciéndola no manipulable, reproducible, georreferenciada y fácil de exportar a otras plataformas como extensión de uso y válida para los sistemas de gestión de la infraestructura vial.

Emplea una combinación de sensores: un acelerómetro que registra la aceleración vertical del vehículo, un dispositivo medidor de distancia (DMI) en la rueda, que registra la longitud recorrida por el vehículo, un sensor de posicionamiento global (GPS), un dispositivo para inicio automático de las mediciones y por último el software de interfaz gráfica a la medida GUI-ROUGH que permite monitorear los datos obtenidos y generar reportes de los mismos. El equipo de medición está ajustado a la realidad de Perú: costa, selva y el ande de caminos sinuosos y más de 5,000 m sobre el nivel del mar; aspecto importante a considerar en la electrónica de sensores a utilizar. El sistema sigue la norma ASTM E 950-98 y las recomendaciones del World Bank TECHNICAL PAPER N°46.(Ver Figura 1)

 

En tal sentido, se ha desarrollo un sistema de adquisición y pre-procesamiento de datos; y un módulo de software para la generación de reportes especializados.

I.- Sistema de adquisición y pre-procesamiento de datos.

Este módulo está compuesto por hardware de adquisición de datos, utilizando la plataforma Single-Board RIO de National Instruments, y el módulo de control a través de la interfaz de usuario desarrollado utilizando LabVIEW y el módulo LabVIEW Real-Time (Figura 2).

El hardware permite sincronizar y adquirir datos del perfil longitudinal del pavimento, GPS, giro, entre otros dispositivos; sincronizados con un instrumento de medición de distancia (DMI) a través de un encoder conectado al eje de la rueda posterior del vehículo.

La figura 3 muestra las partes del sistema de adquisición de datos instalados en la plataforma móvil.

 

II.- Módulos de software para la generación de reportes especializados.

El GUI-ROUGH (Graphical User Interface - Rough) es el software de interfaz gráfica de usuario del sistema de adquisición multisensor usado para la auscultación de carreteras. Tiene como funciones: verificar, y configurar los sensores, adquirir y almacenar datos, realizar post-procesamiento y presentar los resultados de los cálculos en Microsoft Excel. De esta manera se obtienen valores que hacen referencia a las propiedades de la vía tales como el Perfil, el Slope y el IRI (International Roughness Index).

Permite ejecutar las funciones principales como son: Configuración y Pruebas, Adquisición, Inspección y Generación de Reportes. El software se desarrolló utilizando LabVIEW. (Ver figura 4)

 

II.- Características generales del sistema.

  • Sistema moderno, eficiente, de fácil uso y altamente portable, el sensor es colocado en el eje trasero del vehículo para medición del perfil longitudinal y cálculo del IRI.
  • Alta repetitividad y precisión de las mediciones.
  • Reporte del perfil longitudinal cada 25 cm.
  • Información de marcas. Información de GPS / DGPS, vinculada a cada muestra del perfil medido.
  • Cálculo del IRI estadístico cada 10m, 100m, 200m, etc.
  • Acelerómetro de alta precisión y rango ±5G, adecuado para mediciones en caminos rurales o no pavimentados (altos valores de IRI), así como caminos pavimentados y urbanos.
  • Velocidad optima de operación entre 20 Km/h y 60 Km/h.
  • Dispositivo medidor de distancia (DMI) para monitorear el recorrido del vehículo con error menor al 0.1%.
  • Dispositivo de geo posicionamiento (GPS), para referenciar y ubicar rápidamente el punto donde se realizó la medición. Permite el uso de GPS Diferencial para una precisión submétrica.
  • Configurable para reconocimiento de singularidades en carretera como: puente, badén, gibas, rompe muelle, buzones, etc.
  • Sigue la norma ASTM E 950-98 y las recomendaciones del World Bank TECHNICAL PAPER N°46

 

Conclusión: 

  1. Metodología adecuada, otorga fiabilidad a la información y consistencia a sus resultados, con alto régimen de producción y seguridad (100 km/día). Se pueden intervenir caminos no pavimentados, rurales, pavimentados y urbanos, de día y de noche.
  2. Generación de reportes ajustados a los requerimientos del usuario. Datos verificables, reproducibles y exportables a otras plataformas como extensión de su uso. Cuenta con información de GPS o DGPS, pudiéndose importar imágenes de Google Maps.
  3. Mejora en la calidad de la información como insumo de los sistemas de gestión de pavimentos, mejores y oportunas decisiones de intervención en la vía.
  4. Certificado en su operación por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones- MTC (Lima-Perú).
  5. Ahorro del 30% en los costos por materiales y simplificación en los procesos con el uso de LabVIEW y Single-Board RIO para el desarrollo.

 

Author Information:
Willians Mertz Villa
HOB Consultores SA
Av. Santiago de Surco N°4321
Santiago de Surco Lima 33
Peru
Tel: + (51) 1 7199212

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