e Infraestructuras de Acciona

S.A. de Obras y Servicios COPASA

SISTEMA INTELIGENTE AUTÓNOMO DE SEÑALIZACIÓN Y APOYO DE OPERACIONES EN CARRETERA “SIAS”

I+D+i COPASA 1

ÍNDICE

1. PRESENTACIÓN DE LA CANDIDATURA .................................................................................. 2

2. OBJETIVO .............................................................................................................................. 2

3. ALCANCE ............................................................................................................................... 2

4. COMPONENTES DEL SISTEMA SIAS....................................................................................... 3

4.1. Sistema de detección de obstáculos y posicionamiento. ............................................... 3

4.2. Sistema de guiado y desplazamiento. ............................................................................. 5

4.3. Sistema de señalización .................................................................................................. 6

4.4. Sistema de depósito de conos ........................................................................................ 6

5. FUNCIONAMIENTO ............................................................................................................... 7

5.1. Interfaz de control ........................................................................................................... 7

5.3. Operación ........................................................................................................................ 9

6. PRESUPUESTO Y FINANCIACIÓN COMO PROYECTO DE I+D ................................................. 9

7. PROPIEDAD INDUSTRIAL ....................................................................................................... 9

8. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 10

9. INFORMACIÓN ADICIONAL ................................................................................................. 10

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1. PRESENTACIÓN DE LA CANDIDATURA S.A. de Obras y Servicios, COPASA cumpliendo uno de sus compromisos, que es el de la seguridad

de su personal y de los usuarios de las carreteras, presenta el proyecto “SISTEMA INTELIGENTE

AUTÓNOMO DE SEÑALIZACIÓN Y APOYO DE OPERACIONES EN CARRETERAS (SIAS)”, desarrollado

mediante un proyecto de I+D+i y que presenta a la XVII Edición del Premio Nacional ACEX a la Seguridad

en Conservación tal y como se establece en las bases publicadas.

Se trata de un sistema que complementará el conjunto de operaciones de mantenimiento y

conservación de infraestructuras viarias, urbanas e interurbanas. El Sistema permite reducir el riesgo

tanto para trabajadores como para usuarios de la vía, así como disminuir las afectaciones al tráfico, los

tiempos de operación y minimizar las emisiones contaminantes.

El desarrollo se basa en los principios de la industria 4.0, más concretamente dentro del marco

de la robótica. Así, y mediante la implementación de las tecnologías integradas de: Visión Artificial,

Sensórica, GPS, Láser y Robótica se desarrolla el Sistema Inteligente Autónomo de Señalización y apoyo

de operaciones en carreteras, abreviadamente SIAS.

SIAS está diseñado para la señalización y /o depósito automático de conos mediante el

desplazamiento autónomo de un vehículo eléctrico sensorizado lo cual permite maximizar la seguridad

en tareas de conservación tales como la de señalización a vehículos que circulan a velocidad reducida o la

colocación de conos para la realización de un corte de carril, todo ello de manera autónoma. Con ello se

consigue aumentar las distancias de seguridad en las labores de señalización y se evita la necesidad de la

exposición de operarios en la zona de riesgo durante la colocación de conos en los cortes de carril, entre

otras funcionalidades.

De esta forma el SIAS proporcionará una sustancial mejora de la seguridad en el desarrollo de las

tareas mencionadas, que suelen tener un desenlace trágico en caso de accidente, al reducir de forma

efectiva la intervención humana y con ello la potencial accidentabilidad.

2. OBJETIVO El objetivo es reducir los accidentes en tareas de señalización de vehículos y colocación de conos

en un corte de carril, teniendo en cuenta y enfocándose en los siguientes puntos:

• Reducir el número de accidentes y/o minimizar la gravedad de los mismos durante las

operaciones de mantenimiento y/o construcción de carreteras.

• Diseñar, desarrollar y establecer nuevos protocolos de trabajo y operación basados en el uso de

vehículos autónomos autoguiados.

• Aumentar la seguridad de los conductores en los tramos de carretera en los cuales se efectúen

labores de conservación, mejora, etc.

• Reducir el impacto medioambiental de las operaciones mediante la implementación de

vehículos eléctricos.

3. ALCANCE Para lograr los objetivos establecidos, COPASA ha implementado una serie de subsistemas que

integrados conforman el sistema SIAS:

• Prototipo de plataforma móvil eléctrica para el soporte de elementos de señalización.

• Implementación de elementos/diseños que reducen los daños en caso de impacto, tanto para

el propio prototipo de vehículo como para el otro implicado.

• Desarrollo e integración de un sistema de señalización para seguridad vial, según normativa,

integrado en el propio vehículo.

• Integración en el prototipo de un sistema automático de colocación de conos de señalización.

• Sistemas de detección y aviso que garantizan la seguridad en los movimientos del prototipo de

vehículo autónomo.

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• Desarrollo e integración de sistemas inteligentes de control y autoguiado.

El resultado final es el sistema SIAS, un vehículo eléctrico sensorizado, con capacidad para transportar y

situar conos para señalización y cortes de carril que funciona de forma autónoma.

Figura 1. Vehículo SIAS operando en pruebas de funcionamiento

4. COMPONENTES DEL SISTEMA SIAS

4.1. Sistema de detección de obstáculos y posicionamiento. Está formado por una serie de sensores que garantizan el sistema de guiado y desplazamiento,

con un correcto seguimiento de la trayectoria marcada, y con los dispositivos que proporcionan la

seguridad de evitar alcances a personas u objetos situados en la vía.

• Sensor láser:

Este sensor permite la localización de cualquier elemento situado en una distancia de operación

de al menos 40 metros con un ángulo de detección de hasta 190º. Se localiza en la parte delantera

del vehículo.

Figura 2 . SICK escáner

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• Sensor GPS:

El vehículo dispone de un Sistema GPS 3DR uBlox NEO-7P_XL, que permite una localización

geoespacial de precisión

• Antenas WIFI:

Sistema de comunicaciones que permite comunicación Wifi de más alcance que el router

convencional. El sistema consiste en dos estaciones con antenas omnidireccionales

Figura 3. Antenas de UbiquitiRocket, una en el vehículo (izquierda) y otra para el

vehículo auxiliar

• Cámara:

Cámara de color Logitech C920 para seguimiento de vídeo desde el frontal del vehículo para la

detección de líneas de delimitación de carril.

Figura 4. Cámara de Logitech y carcasa protectora

La integración de todos estos elementos permite obtener toda la información necesaria de la

escena, de cara a la navegación, medición o detección de obstáculos.

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4.2. Sistema de guiado y desplazamiento. El sistema utiliza los datos obtenidos mediante la detección de obstáculos y posicionamiento. El

sistema de guiado es capaz de identificar las líneas de delimitación de carril, y un algoritmo indica al

vehículo si ha de mantener la dirección o ajustarla a izquierda o derecha para no abandonar el carril

detectado.

Figura 5. Imágenes del proceso de detección de líneas e identificación de carril

Figura 6. Joystick de control remoto de guiado del vehículo

Además, se dispone de una pantalla táctil de control remoto y portátil que permite que el

operario pueda controlar sus funciones a distancia y de forma segura. En todo caso se refuerza la

seguridad del sistema con un mando de paro de emergencia remoto y un botón de paro ubicado en el

exterior del vehículo.

Figura 7. Equipo de radiocontrol de parada remota y botón de parada sobre vehículo.

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4.3. Sistema de señalización

Se trata de un sistema de señalización inteligente acoplado a la estructura del vehículo y

totalmente integrado en el sistema autónomo. Se despliega previamente a su operativa y es capaz de

señalizar aquellas operaciones, obras o actuaciones en la vía en la que se encuentre.

Figura 8. Panel de señalización y mando.

4.4. Sistema de depósito de conos

Se instala en la parte posterior del vehículo y permite realizar el proceso de depósito de conos de

señalización. Se ha desarrollado una completa programación de mando que controla subprocesos de

almacén, depositor y colocación de conos, totalmente integrado con el sistema de guiado del vehículo.

Figura 9. Esquema del desarrollo eléctrico - electrónico.

• Almacén de conos de señalización:

Sistema mecánico que permite el desplazamiento de conos apilados mediante actuadores

mecánicos y rodillos en un ciclo cerrado de interpretación de órdenes, hasta la zona de

deposición. Disponen de sistemas anti retroceso y de alineación que evitan el vuelco.

• Depositor de elementos de señalización:

Permite disponer la columna de conos cargada en el vehículo sobre el vial en que esté operando

en cada momento. Está dotado de un grupo de actuadores de retención primaria para la

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columna de conos y otro de retención secundaria que realiza la retención de un único cono

previo a la disposición final sobre el firme.

• Colocador de conos:

Se trata de un orientador del cono sobre el vial, cumpliendo las especificaciones o

requerimientos del proceso. Permite disponer de forma vertical en la orientación concreta de

forma secuencial los conos de señalización.

Figura 10. Sistema de depósito de conos.

5. FUNCIONAMIENTO 5.1. Interfaz de control

Para poder activar o desactivar la deposición de conos, así como la navegación autónoma, se

dispone de una interfaz de control con pantalla táctil donde se pueden seleccionar las opciones de:

• Modo: conos y/o señalización.

o Conos: deposición de conos activada.

o Señalización: deposición de conos desactivada.

o Señalización y conos: Con este modo, se realizan las operaciones de deposición de

conos y señalización de forma simultánea.

Figura 11. Escenarios de posicionamiento de conos.

• Control: manual, joystick o automático.

o Manual: conducción manual de SIAS, como un vehículo normal. o Joystick: control

operado con el mando.

o Auto: navegación autónoma hacia delante cuyo movimiento se realizará según las

opciones seleccionadas. El control del SIAS se realiza por software bajo la arquitectura

ROS. Gracias al SICK se detectarán los obstáculos que se encuentren delante del coche

en su plano de escaneo 2D (en torno a la altura de los tobillos de un adulto) y el coche

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actuará según la distancia a la que se encuentren para evitar de forma autónoma un

accidente. Los parámetros pueden ser configurados.

▪ El SIAS se moverá de forma autónoma a velocidad 0,5 m/s (1,8 km/h) si no hay

ningún obstáculo delante a menos de 2 metros del escáner SICK, en un rango de

285º-855º del escáner.

▪ El SIAS reducirá su velocidad a 0,25 m/s (0,9 km/h) si detecta un objeto entre 1 y

2 metros delante, en un rango de 285º-855º del escáner.

▪ El coche se parará si detecta un objeto a menos de 1 m delante, en un rango de

285º-855º del escáner.

▪ Una vez que no hay obstáculo, el SIAS vuelve a ponerse en funcionamiento de

forma autónoma a la velocidad correspondiente según haya obstáculo cerca o

nada.

• Opciones de navegación automática: si se selecciona la opción de AUTO en el desplegable

anterior se activarán los siguientes botones.

o GPS: activado el movimiento si y solo si el vehículo guía (donde se tiene el dispositivo

con la interfaz y GPS) se mueve. Este movimiento se detecta gracias al GPS que tiene

incorporada el dispositivo de control con interfaz. SIAS se moverá a 0,25 m/s (0,9 km/h)

si el vehículo guía va por debajo de 2,5 m/s (9 km/h) y 0,5 m/s (1,8 km/h) si el vehículo

guía va por encima de esa velocidad. SIAS se detendrá, si el vehículo guía si va por

debajo de 0,25 m/s (0,9 km/h).

o Línea: activado que se detecten las líneas delimitadoras de los carriles de la carretera

con la cámara a color que se encuentra en la parte delantera del SIAS y que, gracias a

esa detección, el sistema se mueva de forma autónoma manteniéndose dentro del

carril de carretera donde comience su funcionamiento.

o Cuña: activado realizar cuña, es decir, según se pone en movimiento realizará un

movimiento asociado a una cuña (línea recta, diagonal, línea recta) para luego seguir

su movimiento según el resto de las opciones marcadas.

• Por tanto, en modo AUTO según se seleccionen ninguno, uno, dos o tres botones, el

desplazamiento es el siguiente:

o Ninguna opción seleccionada: el SIAS se moverá en línea recta de forma autónoma.

o GPS: SIAS se pondrá en movimiento en línea recta si detecta que el vehículo guía (donde

se tiene el dispositivo con la interfaz y GPS) se mueve.

o Línea: el SIAS se moverá de forma autónoma manteniéndose dentro del carril de

carretera donde comience su funcionamiento.

o Cuña: según se pone en movimiento realizará un movimiento asociado a una cuña (línea

recta, diagonal, línea recta) para luego seguir su movimiento en línea recta.

o GPS + Línea: SIAS estará en movimiento mientras el vehículo guía se mueva y se moverá

manteniéndose dentro del carril donde comienza su movimiento.

o GPS + Cuña: SIAS estará en movimiento mientras el vehículo guía se mueva, realizando

primeramente una cuña y luego manteniéndose en línea recta.

o Línea + Cuña: según se pone en movimiento realizará un movimiento asociado a una

cuña para luego mantenerse dentro del carril donde comienza su funcionamiento.

o GPS + Línea + Cuña: SIAS estará en movimiento mientras el vehículo guía se mueva,

realizando primeramente una cuña y luego manteniéndose dentro del carril donde

comienza su funcionamiento.

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Figura 12. Escenarios de posicionamiento de conos.

5.3. Operación Antes de situar el vehículo en la zona de trabajo, se realiza la carga de pila de conos de

señalización en el depósito.

Una vez situado el vehículo en el tramo o zona de trabajo y por medio de la pantalla táctil se

seleccionan los modos de operación:

• En la pantalla táctil se despliegan las opciones de depósito de conos y/o señalización, así como

el sistema de seguimiento, autónomo, seguimiento de vehículo guía o manual.

• Se seleccionan la señalización que aparece en el panel situado en la parte superior del vehículo.

• Al iniciar la marcha, SIAS reconoce las líneas de delimitación de carril y si no existe ningún

obstáculo comienza a una velocidad constante a 1.8 km/h, depositando conos.

• En caso de necesitar generar una cuña de inicio o de fin, se selecciona desde la pantalla táctil, y

partiendo de un lateral del carril, con el panel desplegado e indicando los mensajes previamente

establecidos, el sistema autónomo realizará el corte del mismo disponiendo los conos en forma

de cuña, y continuará su función de deposición de forma longitudinal.

Todas estas operaciones se realizan sin la necesidad de que ningún operario esté situado sobre

la zona o carril adyacente por el que discurre el tráfico, eliminando el peligro de arrollamiento y

disminuyendo el riesgo para los conductores.

6. PRESUPUESTO Y FINANCIACIÓN COMO PROYECTO DE I+D SIAS se ha desarrollado en el marco del Proyecto de I+D: Proyecto 00100830/IDI-20170659,

financiado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial del Ministerio de Economía Industria y

Competitividad, cofinanciada por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

La inversión total del Proyecto ha sido de 653.622,00 €.

Para el desarrollo de este proyecto se ha contado con la colaboración del Centro Tecnológico IDONIAL.

7. PROPIEDAD INDUSTRIAL El sistema SIAS, cuenta con un título de Modelo de Utilidad, expedido por la Oficina Española de

Patentes y Marcas.

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8. CONCLUSIONES El SIAS, como desarrollo, profundiza en la relación entre la conducción autónoma y la seguridad

de los trabajadores de conservación y mantenimiento de carreteras.

Por tanto, el sistema consigue reducir la accidentabilidad, disminuyendo la intervención humana

en operaciones de señalización y cortes de carril, minimizando riesgos innecesarios en tareas que

entrañan peligro y que suelen tener un trágico desenlace en caso de accidente.

Por otro lado, el diseño especialmente ligero del vehículo, minimiza las consecuencias para los

usuarios de la vía en caso de alcance durante las labores de señalización.

9. INFORMACIÓN ADICIONAL Se adjuntan enlaces con las fotografías representativas del proyecto y un vídeo de presentación

de la candidatura, además de un código QR para visualización en dispositivo móvil.

• Enlaces:

Pulse aquí para acceder a las Fotografías

Pulse aquí para acceder al Vídeo

• Códigos QR para acceso con dispositivo móvil:

Fotografías Vídeo