MONITORIZACIÓN DE LOS PARÁMETROS CLIMÁTICOS Y MEDIOAMBIENTALES RELACIONADOS CON EL TRÁFICO DE VEHÍCULOS. SENSORES CLIMÁTICOS Y MEDIOAMBIENTALES INALÁMBRICOS PARA SISTEMAS INTELIGENTES DE TRANSPORTE

Abstract

[EN] Road security is an actual issue because vehicular accidents are present when traffic conditions are unfavorable. Security in roads may be augmented if drivers could have the means to know potential traffic dangers beyond their relative position, for example, wether the driver is close to a region where the weather may cause to loose control of the vehicle.

The systems presented as solutions to solve vehicle traffic problems and those presented as solution for the drivers needs have in common the simultaneous attention to the vehicle and to the road. These systems are known as Intelligent Transportation Systems-ITS. The final purpose of the ITS is to build a fast, secure, convenient and comfortable transportation system that helps to guarantee the security of drivers in roads, the soustened social economics development and to coordinate the environment conservation whith the human life style.

Environmental surveillance is a fundamental factor to manage a safe vehicle conduction. Rain, wind, snow, fog, etc. are environmental conditions with high probability to cause traffic accidents. These dangers could be diminished or eliminated if drivers may know the road conditions in real time due to weather conditions.

Then, it is necessary to implement weather sensors in order to obtain reliable information about factors modifying road conditions and alter vehicle security. The communication technology and the data aquisition system implemented in these instruments are to be small and easy to interface to a microcontroller, in order to have portable instruments for long time operation. Besides the instrument communications must be in a wireless way, they must be autonomous and, therefore, the consumption must be low. Clearly, the final design is to be of low cost.

This work shows the design of weather sensor for ITS applications that met the above mentioned characteristics. A two case study is proposed and it has been able to introduce design innovations. The main objectives are:

a) To design and test the prototype of a visibilimeter using an universal frequency-to-digital converter and to validate his ITS application. b) To design and test the prototype of a didrometer using an universal frequency-to-digital converter and to validate his ITS application

Visibilimeters and pluviometers have been used in ITS applications, nevertheless, the new proposed instruments introduce a design innovation given that they use the frequency-to- digital code metrologic paradigm. This new data convertion has many advantages over the data acquisition conventional techniques, consisting of sampling and quantifying analog signals from sensors.

The study presents two specific results:

The design, construction and test of a visiblimeter with the following characteristics:

- visibility measurement range: 41 to 662.5 m, - Bluetooth transmission range: 100 m, - application of a universal frequency-to-digital converter as data conversión system, - innovative optical interference supression techniques, - calibration from an auto-calibrated transmisometer, and - characteristics in accordance with ITS standards.

The design, construction and test of an optical disdrometer with the following characteristics:

- resolution: 1 mm·hr-1 - measurement range: 250 mm·hr-1 - Bluetooth transmission range: 100 m, - application of a universal frequency-to-digital converter as data conversión system - original algorithm to estimate pluvial precipitation index, - a design methodology to make possible the fusion of variables in a frequency-to-digital code scheme and - characteristics in accordance with ITS standards.

The design and test experiences prove the posibility of using universal frequency-to-digital code devices to implement weather instruments for ITS applications. Beside, the new fusion variable and interference supression techniques are destacable issues in the design of a new weather instruments generation for ITS applications.

[ES] Los sistemas que se han presentado como soluciones para resolver los problemas relacionados con el tráfico de vehículos, así como los sistemas que responden a las necesidades de los conductores, tienen en cuenta al vehículo y a la vía simultáneamente y se conocen como Sistemas de Transporte Inteligente (ITS-Intelligent Transportation Systems). El propósito final de los ITS es construir un sistema de transporte rápido, seguro, conveniente y cómodo para garantizar la seguridad de los conductores en las autovías, el desarrollo sostenido de la economía social y coordinar la conservación del ambiente con el modo de vida humano.

Por lo que se acaba de indicar, resulta necesario contar con sensores climáticos que proporcionen información completa y exacta de los factores que puedan incidir en la seguridad vial. Puesto que este tipo de sensores deben ser portátiles y capaces de funcionar durante largos periodos de tiempo, es necesario que la tecnología de comunicación y el acondicionamiento de la señal del sensor sean lo suficientemente compactos para poderse interconectar con microcontroladores sencillos y de bajo coste. Un sensor inteligente inalámbrico es autónomo y, por lo tanto, su diseño ha de optimizarse para que su consumo de energía sea mínimo. Claramente, la solución material final no debe representar un coste excesivo.

En concreto, se propone el diseño, la construcción y la validación de dos instrumentos de medición medioambiental inalámbricos para sistemas inteligentes de transporte, con características innovadoras de funcionamiento. Estos instrumentos estarían orientados a la seguridad de los automovilistas que circulan en autovías donde el peligro potencial de conducir un vehículo aumenta cuando ocurren condiciones climáticas adversas. Los objetivos planteados son:

a) Diseñar, construir y probar el prototipo de un visibilímetro que utilice un convertidor de frecuencia a código binario y validar su uso en aplicaciones ITS. b) Diseñar, construir y probar el prototipo de un disdrómetro que utilice convertidores de frecuencia a código binario y validar su uso en aplicaciones ITS.

El trabajo presenta los siguientes resultados concretos:

Diseño, pruebas y construcción de un visibilímetro con las siguientes características: - rango de medición de la visibilidad: 41 a 662.5 m, - transmisión Bluetooth de la información hasta 100 m, - uso de un convertidor universal de frecuencia a código digital como órgano de conversión numérica, - técnicas originales de supresión de interferencias ópticas, - calibración por intercomparación con un transmisómetro auto-calibrado y - autónomo, robusto, compacto y de bajo coste, de acuerdo al estándar ITS. Diseño, pruebas y construcción de un disdrómetro óptico con las siguientes características: - resolución: 1 mm·hr-1 - límite superior del rango de medición: 250 mm·hr-1 - transmisión Bluetooth de la información hasta 100 m, - uso de convertidores universales de frecuencia a código digital como órgano de conversión numérica, - algoritmo original de la estimación de la IPP, - directrices de diseño para instrumentos de medición con fusión de variables físicas bajo el paradigma de la conversión frecuencia-código digital y - autónomo, robusto, compacto y de bajo coste, de acuerdo al estándar ITS.

La experiencia en el diseño de los instrumentos medioambientales propuestos en este trabajo, ha demostrado que es posible cumplir con los estándares exigidos por la aplicación ITS cuando se incorpora el paradigma metrológico de la conversión frecuencia-código digital junto con adaptaciones no convencionales de supresión de interferencias, con lo cual se ha contribuido al diseño de una nueva generación de instrumentos medioambientales inalámbricos útiles en la seguridad en autovías

[CA] La vigilància de les condicions climatològiques és un factor bàsic per aconseguir una conducció segura. Condicions de clima adverses (pluja, vent, neu, boira, etc.) augmenten les probabilitats que es produïsquen accidents de trànsit. Si es disposa de sistemes d'informació a l'usuari que proporcionen l'estat del clima en les carreteres en temps real, es poden reduir considerablement els riscos.

Pel que s'acaba d'indicar, resulta necessari comptar amb sensors climàtics que proporcionen informació completa i exacta dels factors que puguen incidir en la seguretat vial. Ja que aquest tipus de sensors han de ser portàtils i capaços de funcionar durant llargs períodes de temps, és necessari que la tecnologia de comunicació i el condicionament del senyal del sensor siguen prou compactes per poder-se interconnectar amb microcontroladors senzills i de baix cost. Un sensor intel·ligent sense fil és autònom i, per tant, el seu disseny ha d'optimitzar-se perquè el seu consum d'energia sigua mínim. Clarament, la solució material final no ha de representar un cost excessiu.

En concret, es proposa el disseny, la construcció i la validació de dos instruments de mesurament mediambiental sense fils per a sistemes intel·ligents de transport, amb característiques innovadores de funcionament. Aquests instruments estarien orientats a la seguretat dels conductors que circulen en autovies on el perill potencial de conduir un vehicle augmenta quan ocorren condicions climàtiques adverses. Els objectius plantejats són:

a) Dissenyar, construir i provar el prototip d'un 'visibilímetre' que utilitze un convertidor de freqüència a codi binari i validar el seu ús en aplicacions ITS. b) Dissenyar, construir i provar el prototip d'un 'disdrómetre' que utilitze convertidors de freqüència a codi binari i validar el seu ús en aplicacions ITS.

Els instruments de mesura de visibilitat i precipitació pluvial ja s'han utilitzat en aplicacions ITS, no obstant això, els proposats en aquest treball resulten innovadors, ja que s'han dissenyat segons el paradigma meteorològic de la conversió de freqüència a codi digital. Aquest tipus de conversió numèrica posseeix diversos avanços sobre la tècnica convencional de la conversió de senyals analògiques a senyals digitals mitjançant dispositius electrònics que guarden els valors i els donen sentit.

El treball presenta els següents resultats concrets:

Disseny, proves i construcció d'un visibilímetre amb les següents característiques:

- Rang de mesurament de la visibilitat: 41 a 662.5 m. - Transmissió 'Bluetooth' de la informació fins a 100 m. - Ús d'un convertidor universal de freqüència a codi digital com a òrgan de conversió numèrica. - Tècniques originals de supressió d'interferències òptiques. - Calibratge per comparar amb un transmisómetre ja calibrat I autònom, robust, compacte i de baix cost, d'acord a l'estàndard ITS.

Disseny, proves i construcció d'un disdrómetre òptic amb les següents característiques:

- Resolució: 1 mm·*hr-1. - Límit superior del rang de mesurament: 250 mm·*hr-1. - Transmissió 'Bluetooth' de la informació fins a 100 m. - Ús de convertidors de freqüència a codi digital com a òrgan de conversió numèrica. - Algorisme original de l'estimació de la IPP. - Directrius de disseny per a instruments de mesurament amb fusió de variables físiques segons el paradigma de la conversió freqüència-codi digital i autònom, robust, compacte i de baix cost, d'acord a l'estàndard ITS.

L'experiència en el disseny dels instruments mediambientals proposats en aquest treball, ha demostrat que és possible complir amb els estàndards exigits per l'aplicació ITS quan s'incorpora el paradigma metrológico de la conversió freqüència-codi digital juntament amb adaptacions no convencionals de supressió d'interferències, amb la qual cosa s'ha contribuït al disseny d'una nova generació d'instruments mediambientals sense fil