Análisis de imágenes para el diagnóstico de carreteras

Especialistas pertenecientes al grupo de Análisis de Imágenes del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), unidad Querétaro, del Instituto Politécnico Nacional (IPN), desarrollaron un sistema que permite la identificación y diagnóstico previo de fallas en carreteras y caminos que contribuye a hacer más eficiente su mantenimiento preventivo y correctivo.

El investigador del CICATA, Francisco Javier Ornelas Rodríguez, detalló que este proyecto surgió ante las necesidades de la empresa Servicios de Consultoría en Infraestructura Vial, S.A. de C.V. (Scvial), del estado de Guanajuato, que trabaja para instancias gubernamentales relacionadas con caminos y puentes federales, así como la iniciativa privada.

“Ellos inspeccionan un camino o carretera para después redactar un informe de su estado respecto a desgaste o daños, con la idea de programar los servicios y restauraciones que necesite la carretera. Esto lo realizaban a través de cuadrillas de entre seis y ocho trabajadores, que caminaban en estas carreteras tomando nota en sus cuadernos respecto a las fallas que veían y su localización. El problema radica en que, al ser los recorridos a pie, son demasiado tardados”.

Debido a ello, Ornelas Rodríguez explicó que un equipo multidisciplinario de especialistas de las áreas de análisis de imágenes, óptica, mecatrónica, software y algoritmos, diseñó un sistema que, mediante una cámara con un dispositivo de carga acoplada (CCD, por sus siglas en inglés) instalada en una camioneta, realiza la captura milimétrica de imágenes de los caminos o carreteras a una velocidad de 50 kilómetros por hora, señalando la ubicación de las fallas o defectos a través de un sistema de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés).

“Ellos habían comprado una cámara con un CCD lineal, que en lugar de un cuadro provee solo una línea de imagen, como de un milímetro de ancho, mil 80 pixeles por uno. La ventaja de esas cámaras es que son más rápidas porque capturan poca información, por lo que diseñamos algoritmos, sistemas de cómputo y de iluminación para sincronizar la cámara y que pudiera tomar imágenes de un milímetro de carretera a 50 kilómetros por hora. A partir de las imágenes obtenidas y fuera de línea es posible detectar la grieta de manera automática, marcarla con GPS y completar un estudio para establecer una base de datos que indica en qué kilómetro se encuentra la falla o defecto”.

Subrayó que este sistema indica también la categoría de grieta o defecto que fue detectada, con lo que la empresa ya cuenta con la información necesaria para redactar un informe más preciso a los responsables del mantenimiento de caminos y carreteras para programar su restauración.

“Es importante destacar el trabajo multidisciplinario de varios investigadores, como Juan Hurtado y un servidor, de la parte óptica; Joel González, en software y algoritmos, así como Eduardo Castillo, de mecatrónica, que apoyó con un sistema que sincroniza el giro de las ruedas con el disparo de la cámara a través de un codificador de posición que está directamente conectado en la llanta de la camioneta”.

Análisis de imágenes para sistemas de inspección

Otra de las líneas de investigación del grupo de análisis de imágenes del CICATA, unidad Querétaro, es el desarrollo de tecnología aplicada a sistemas de inspección de difícil acceso.

El investigador Juan Bautista Hurtado Ramos destacó que este grupo de especialistas diseñó un interferómetro que, a través de un sistema de iluminación láser, es capaz de detectar defectos micrométricos en espacios muy pequeños, como tuberías.

“En este grupo nos hemos inclinado mucho al desarrollo de instrumentos para inspección y la metrología óptica, utilizando cámaras y fuentes de iluminación. En el caso del interferómetro se está utilizando láser para encontrar defectos muy pequeños. Esta versión está trabajando en tubos a partir de 30 centímetros de diámetro. Sirve para pronosticar defectos que puedan, en un futuro, provocar un problema; estamos hablando de inconsistencias en materiales o grietas pequeñas, lo que podría apoyar al control de calidad de estos materiales antes de instalados”.

Explicó que este interferómetro consta de una fuente de iluminación láser, así como un sistema de visión panorámica que toma fotografías del área que está iluminando, lo que implica que en un solo cuadro de imagen se puede observar todo el panorama en 360 grados. “A través de la luz láser generamos franjas de interferencia uniformes. Si alguna de ellas presenta un borde o protuberancia, quiere decir que existe un defecto en la estructura que se está analizando. Lo interesante de este sistema, que funciona con láser, es que es muy sensible, lo que permite identificar deformaciones en el orden de las micras”.

Análisis de imágenes para la planeación urbana

El investigador del grupo de análisis de imágenes del CICATA, unidad Querétaro, José Joel González Barbosa, indicó que otra línea de investigación se enfoca en la utilización de LIDAR, instrumento capaz de digitalizar tridimensionalmente los objetos que se encuentran a partir de tres metros hasta 60 metros, con aplicaciones de planeación urbana y reconocimiento de obstáculos para vehículos autónomos.

“Hemos trabajado desde hace algunos años con este dispositivo; lo montamos sobre un auto y el sistema va adquiriendo imágenes de diferentes posiciones que vamos juntando. Para calcular el desplazamiento utilizamos GPS, dispositivos inerciales y odómetros en el automóvil. Al final construimos un mapa tridimensional de la zona urbana”.

Destacó que, además, se hace uso de una cámara panorámica con la que se obtiene información del color y textura, que complementa la obtención de información 3D e información métrica.

“Fusionamos ambos datos y al final tenemos una reconstrucción de un ambiente urbano de gran escala con un mapa colorido e información métrica. Estamos trabajando en el reconocimiento de señales viales, peatones, bicicletas, árboles, mientras el auto se desplaza, para hacer un inventario de la flota en un ambiente urbano. Hablando de los vehículos autónomos, esta tecnología es importante para la detección de obstáculos, que se complementa a través del GPS, el medidor inercial y el odómetro», expresó.

Fuente: CONACYT.