INICIO (2B) Efectuar lecturas (cadenas de barrera de luz) (2A

INICIO
(1) Efectuar lecturas
(3 láser)
(2A) Efectuar lectura
(Distanciometro)
(2B) Efectuar lecturas
(cadenas de barrera de luz)
(3) Correlacionar cortes
de todos los sensores
mediante la variable tiempo
(4) Detectar inicio y fin
del vehículo
(5) Detección calidad de
lectura por análisis de
grosor de cortes
(7) Detección de fin de
cabina e inicio de carga
2
(6) Aviso de velocidad
excesiva
1
(8) Validación de inicio y fin
del vehiculo mediante
sensores laterales
(9) Detección de tipo de
vehículo (con/sin acoplado;
rampla larga; tractor)
(11) Detección del tipo y
orientación de la carga
(longitudinal; transversal,
astilla)
(12) Determinación de la
altura suelo carga
(13) Determinación de inicio
y fin de cada banco para
vehículos con carga
longitudinal
(14) Determinación de
diámetro de troncos
exteriores para cada banco
3
(10) Detección fin de camión e inicio
de acoplado cuando corresponda
2
(15) Integración de
dimensiones de cada corte
hacia un volumen estereo
(16) Sumatoria de volumen
estereo para cortes válidos
(17) Determinación de
volumen sólido sin corteza
(18) Generación de
archivos de resultados
(representación gráfica en
tres dimensiones y análisis
numérico de la calidad del
cálculo
(20) FIN
(1) Efectuar lecturas (3 láser ubicados estructura metálica tipo portal, ver
figura N°1):
•
•
•
Activar los laseres y verificar aptitud para la lectura
• Alternativa A: Activación manual por acción de usuario.
• Alternativa B: Activación semiautomática por uso de TAG, traspaso de
barrera de luz por parte del vehiculo o similar (ver figura N°2).
Proceso de lectura :
• Lectura sucesiva a medida que el vehiculo avanza: generación de “cortes”
• Cada corte es descrito por múltiples puntos en el espacio, resultantes del
impacto y rebote del rayo laser sobre la superficie del vehiculo: cada
punto es descrito mediante coordenadas polares ( distancia más ángulo
del rayo)
• Para cada corte de cada laser se registra el instante en el tiempo en que
ocurre.
Finalización de lectura
• Alternativa A: Por acción de usuario
• Alternativa B: Semiautomático por traspaso de barrera de luz (ver figura
N°2)
Figura N°1
Figura N°2
(2A) Efectuar lectura (Distanciometro):
•
•
•
•
•
Activar laser y verificar aptitud para lectura
Iniciar lectura en sincronía con los otros tres laser
Proceso de lectura con idénticas características a las descritas para los tres laseres
instalados en la estructura del portal. Unica excepción: el sensor laser barre la proa
del vehiculo
Finalización en sincronía con los otros tres laser.
Este proceso es alternativo al (2B)
Figura N°3
(2B) Efectuar lecturas (cadenas de barrera de luz, ver figura N°4):
• Activar cadena de barreras de luz y verificar aptitud para efectuar lecturas (que no haya
ninguna barrera inactiva)
• Permitir acceso de vehículos mediante semáforo o dispositivo similar.
•Alternativa A: mediante acción manual del usuario
•Alternativa B: mediante TAG u otro mecanismo accionado por el conductor del
vehículo
• Registro del avance del vehículo: se registra el instante del tiempo en el cual el vehículo
interrumpe el haz luminoso de cada barrera, unido a la identificación de dicha barrera.
• Las barreras están instaladas con una separación que es múltiplo de los intervalos
entre cortes de los laseres de la estructura del portal, a una velocidad constante,
previamente determinada como optima (depende del tipo de laser a utilizar pero
fluctúa alrededor de los 2 km/hr).
• Para asegurar que la velocidad del vehículo se mantenga constante se
retroalimenta al conductor del mismo, mediante señalética luminosa, si está
manteniendo una velocidad óptima o si está por encima o debajo del umbral
adecuado. La señalética luminosa es un derivado del semáforo. Ver figura N° 5
• Interrupción de la lectura cuando el vehículo interrumpe el haz de luz de la última
barrera.
Figura N°4
Figura N°5
(3) Correlacionar cortes de todos los sensores mediante la variable tiempo:
• Los laseres montados en la estructura del portal operan todos a la misma velocidad.
Sin embargo su activación puede iniciarse con desfases debido a las características
técnicas de la electrónica involucrada. Por lo tanto se requiere sincronizarlos mediante
la variable tiempo, de modo de asegurar que las lecturas de los tres laseres
correspondan efectivamente a la misma posición a lo largo del eje longitudinal del
vehículo.
• Al utilizar el método (2A) de detección del avance, el distanciometro opera a la misma
velocidad que los laseres de la estructura del portal, por lo tanto en este caso bastará
efectuar lo siguiente:
• Determinar un promedio de distancia de los puntos leídos por el laser que
corresponden a la proa del vehículo.
• Correlacionar dicho promedio de distancia con los cortes de los laseres de la
estructura del portal mediante la variable tiempo.
• Al utilizar el método (2B) de detección del avance, se deben interpolar distancias
intermedias entre una barrera de luz y la siguiente, utilizando para ello los intervalos de
tiempo entre los cortes de los laseres de la estructura del portal, ubicados en el tiempo
al interior del intervalo configurado por el avance del vehículo entre una barrera de luz
y la siguiente (ver figura N°6).
Figura N°6
(4) Detectar inicio y fin del vehículo:
• Se recorren todos los cortes del laser superior de la estructura del portal, examinando
los valores de altura de los puntos ubicados en las cercanías del eje longitudinal del
vehículo (ver figura N° 7).
• Como la altura del laser superior respecto de la calle es un dato conocido, se detectan el
primer y último corte en los cuales las alturas medidas por el laser son al menos 50
centímetros superiores al nivel de la calle (ver figura N°8).
Figura N° 7
Figura N° 8
(5) Detección calidad de lectura por análisis de grosor de cortes:
• Al utilizar el método (2A) no se conoce a priori la velocidad a la cual el vehículo hizo su
ingreso a través de la estructura del portal. Por lo tanto es necesario efectuar un análisis
de las distancias entre los distintos promedios de avance registrados mediante el
método (2A).
• Si la distancia entre los diferentes cortes supera los 5 centímetros ello se debe a que el
conductor utilizó una velocidad excesiva en su trayecto. La consecuencia de lo anterior
es un mayor margen de error en la determinación del volumen de los cortes ubicados al
comienzo y al final de cada volumen de madera. Por esta razón el cálculo debe ser
interrumpido .
(6) Aviso de velocidad excesiva:
•
Si la distancia entre cortes supera los 5 centímetros (ver lámina anterior) el sistema
descrito en este método emitirá una señal de advertencia al operador, indicándole
que la medición debe ser repetida desde un comienzo.
(7) Detección de fin de cabina e inicio de carga
• Se recorren los cortes del laser superior a partir del inicio de cabina determinado en el
punto (4) en dirección hacia el fin del vehículo, buscando un patron de aumento inicial de la
altura, mantención de altura mientras el laser recorre el techo de la cabina y posterior
descenso de altura hasta el nivel de chasis del vehículo (ver figura N°9).
• A partir del punto de fin de cabina así encontrado, se utiliza un análisis similar para
detectar el comienzo de la carga, lo que puede involucrar la detección y descarte del “cubre
cabina” (pared metálica que impide que troncos se deslicen hacia la cabina en caso de
frenadas bruscas).
• Si el método antes descrito no produce resultados positivos se repite el análisis utilizando
los laseres laterales.
Figura N° 9
Aumento
inicial de
altura
Inicio de la
carga
Traslación
manteniendo
altura
Descenso
hasta nivel
chasis
Cubrecabina
(8) Validación de inicio y fin del vehículo mediante sensores laterales
• Con el fin de verificar que la correlación entre los cortes del laser superior y los laseres
laterales, ubicados en la estructura del portal, efectuada como se describe en el punto
(3), se repite el método descrito en el punto (4) pero esta vez para cada laser lateral.
• Acto seguido se verifica que el comienzo y fin del camión coinciden para los tres
laseres. Si la discrepancia en la cantidad de cortes supera un umbral de 5 centímetros
se rechaza la medición.
(9) Detección de tipo de vehículo (con/sin acoplado; rampla larga; tractor)
•
Mediante un análisis de los puntos detectados por el laser superior en la vecindad
del eje longitudinal del vehículo (ver figura N° 7), se identifica las posibles caídas de
altura entre el comienzo y el final del vehículo:
–
–
–
–
Si la caída se produce aproximadamente en la mitad del largo total, ello es indicativo de un
vehículo consistente de un camión que transporta carga sobre su estructura más un
acoplado (también llamado remolque), ver figura N° 10.
Si por el contrario no existe tal caída y el largo total del vehículo no supera los 12 metros,
ello es indicativo de un vehículo compuesto solamente por un camión, ver figura N° 11.
Si no se cumple ninguno de los dos supuestos anteriores y la longitud del vehículo supera
los 18 metros, ello es indicativo de un vehículo compuesto por camión corto (unidad motriz
que no transporta carga sobre su estructura) más un remolque largo, ver figura N° 12.
Si no se cumple ninguna de las condiciones anteriores se trata de un tractor de baja
velocidad (tipo agrícola) más remolque, ver figura N° 13.
Figura N° 10
Figura N° 11
Figura N° 12
Figura N° 13
(10) Detección fin del camión e inicio de acoplado cuando corresponda:
• Si el resultado del paso precedente fue “camión con acoplado” se requiere identificar el
fin del camión y el comienzo del acoplado.
• Para tales fines se examinan los cortes del laser superior desde el inicio de la carga
(determinada en el punto (7)) hasta el fin del vehículo:
• En analogía al método descrito bajo el punto (4) se examina cada corte buscando la
presencia de suficientes puntos con altura cero.
• Debido a que el camión esta unido al acoplado mediante un mecanismo de
remolque (que en Chile se denomina “lanza”), se examinan los puntos ubicados en
cercanía a los costados del vehículo (ver figura N°14)
Figura N° 14
(11) Detección del tipo y orientación de la carga (longitudinal; transversal,
astilla):
• Mediante un análisis de los cortes generados por el laser superior, en el cual es posible determinar
patrones característicos identificables matemáticamente, se puede discriminar el tipo de estiba:
• Camiones cargados con troncos estibados en forma transversal: presentan un perfil tipo “hoja
de serrucho” (ver figura N°15).
• Camiones cargados con troncos estibados en forma longitudinal.: presentan un perfil en el cual
es posible identificar puntos máximos y puntos de inflexión entre curvas de forma circular u
ovalada (ver figura N° 16).
• Camiones cargados con material particulado (astillas, aserrín, partículas de corteza, etc.) :
presentan un perfil con curvas suaves, carentes de inflexiones (ver figura N° 17).
• Las características matemáticas a utilizar en cada caso son los máximos y los puntos de inflexión de
las curvas: la rápida alternancia de máximos y puntos de inflexión, con pocas variaciones de altura,
permite identificar la “hoja de serrucho”. Igual raciocinio vale para los otros dos tipos de estiba.
Figura N° 15
Figura N° 16
Figura N° 17
(12) Determinación de la altura suelo carga:
•
•
•
Para obtener el volumen neto de la carga se hace necesario descontar el “volumen
tara” correspondiente a las ruedas, chasis y restante estructura del vehículo.
Para ello se analiza el perfil de los costados del vehiculo, correspondiente a los
cortes generados por los laseres laterales.
El análisis contempla la búsqueda de patrones característicos según sea el tipo de
estiba (determinada en el punto precedente):
–
–
–
Camiones cargados con troncos estibados transversalmente siempre poseerán una
estructura que incluye plataforma. Dicha plataforma tiene características abordables
mediante técnicas matemáticas: una cara superior rectilínea y paralela al suelo y una cara
lateral igualmente rectilínea y perpendicular al suelo, seguida de una diagonal producida por
el hecho que el siguiente punto impactado por el laser se encuentra a la altura del suelo (ver
figura N° 18).
Camiones cargados con troncos estibados longitudinalmente: pueden presentar una estiba
idéntica a la descrita en el párrafo precedente (sobre plataforma). En tal caso el método será
idéntico y será intentado como opción a descartar: si no se descubre un patrón de caras
rectilíneas y perpendiculares entre sí, se operará sobre la hipótesis del segundo método de
estiba: los troncos se encuentran estibados sobre una estructura de vigas horizontales y
postes verticales. En tal caso el método consistirá en descubrir el punto inferior del tronco
más bajo, lo que es abordable matemáticamente dada la característica circular u ovalada del
perfil de los troncos (ver figura N° 19)
Camiones cargados con material particulado: en tal caso el costado lateral del vehículo
presentara una apariencia relativamente lisa, perpendicular al suelo y de longitud
apreciablemente superior a la descrita en el párrafo anteprecedente, seguida de una
diagonal de iguales características a las ya descritas (ver figura N° 20).
Figura N° 18
Estiba transversal de troncos
Figura N° 19
Estiba longitudinal de troncos, sin plataforma
Figura N° 20
Vehículo cargado con material particulado
En la práctica muchos cortes presentan anomalías que obligan a descartar su uso
(ej. postes verticales y su engaste) y otros presentan estructuras tales como
estanques de bencina, ruedas de repuesto, etc., debiendo ser procesados mediante
algoritmos derivados de las reglas generales descritas precedentemente.
Por esta razón el valor final de la altura suelo-carga es el resultado del análisis
compuesto de todos los cortes disponibles a lo largo del vehículo.
(13) Determinación de inicio y fin de cada banco para vehículos con carga
longitudinal.
• Como requisito previo al paso (14) es necesario determinar el largo real de los trozos de
madera. La industria maderera clasifica los troncos en largos estandarizados: 1,22 – 1,95 – 2,44
-3,0 -3,20 – 3,5 – 4 - 4,5 – 5 - 6 y 7 metros. Por lo tanto el vehículo puede ser estibado con
diversos “bancos”. Ej.: 3 bancos de 2,44 metros de largo cada uno, 2 bancos de 3,5 metros de
largo cada uno.
• El método para detectar el largo de los bancos emplea tres técnicas:
• Parte de datos conocidos: El punto de inicio de la carga (obtenido en el paso (7)), el
punto de fin de la carga (obtenido en el paso (4)) y el fin del camión e inicio de acoplado
cuando corresponde (obtenidos en el paso (10))
• Entre dichos puntos se efectúa un análisis corte-a-corte, por los tres costados visibles a
los láseres:
• Si la altura medida por los láseres se vuelve igual a la del chasis, ello es indicador
que la carga fue estibada en bancos con separaciones visibles entre ellos (ver
figura N° 21). Una vez conocido el primer corte con altura “cero”, se suman los
grosores de los cortes precedentes con alturas “no cero”, obteniendo así el largo
del primer banco y así sucesivamente con los restantes.
• Si se produce una alteración significativa en el “patrón de curvatura” entre un corte
y el siguiente, ello es indicativo se está llegando al cambio entre un banco y el
siguiente. (ver figuras N° 22a hasta 22f). El tratamiento matemático se hace
mediante la comparación de la ubicación de máximos y de puntos de inflexión
entre curvas: Si se produce una fuerte alternancia entre máximos y puntos de
inflexión, ello es indicativo seguro del término de un tronco y comienzo del
siguiente (ver figuras 22c, d y e)
Figura N° 21
Figura N° 22a
Transición entre un banco y el siguiente
Figuras N° 22b a la f: Cortes durante la transición entre un banco y el siguiente
Máximos
Puntos
de
inflexión
b
c
d
e
f
(14) Determinación de diámetro de troncos exteriores para cada banco
• El método comienza por la identificación de los máximos de cada segmento de curva (ver figura 23).
El cambio de pendiente de la tangente a los puntos vecinos por la izquierda y la derecha permite
identificarlos
• Acto seguido se identifica a los puntos de inflexión: son aquellos en que la pendiente cambia de
signo, además de ser los más inferiores dentro de un cierto tramo de la curva.
• Luego se verifica que la secuencia de máximos y puntos de inflexión sea coherente: se eliminan o
añaden puntos según reglas de plausibilidad
• En base a dichos puntos se insertan diámetros de troncos, según la ecuación general de la
circunsferencia, sujeta a restricciones de calidad: Los puntos deben estar suficientemente
separados entre sí, para evitar impresiciones gruesas en la determinación del diametro. Las
diámetros encontrados son ajustados a la curva formada por los puntos determinados por los
laseres.
• Por último se agrupan los diámetros de cada tronco mediante la teoría de clusters, llegando a así a
un diámetro promedio final para cada banco.
Figura N° 23
(15) Integración de dimensiones de cada corte hacia un volumen estereo
• Una vez conocido el contorno del camión en cada corte y la altura-suelo carga se
procede a la integración de los valores de ancho, alto y grosor de cada corte,
generando el volumen estereo (madera más aire de los intersticios entre los troncos)
• Dicha integración debe respetar la regla definida por la industria maderera para estos
efectos: Se debe cubicar la envolvente de los troncos delimitados por los postes que
los sujetan. Para ello se aprovecha el conocimiento de los centros y los radios de los
troncos, constituyendo así un promedio ponderado de los máximos (ver figura N°
23).
• Si el vehículo es portador de grúa auto-transportada se resta el volumen de
la grúa, luego de determinar el nivel promedio de los troncos ubicados a su
derecha e izquierda.
(16) Sumatoria de volumen estereo para cortes válidos
• Se recorre el camión desde el inicio de la carga hasta el final.
• Se suma el volumen de los cortes válidos.
• No son válidos los siguientes cortes
• Aquellos ubicados a comienzo y fin de cada banco que no reunan
características de homogeneidad de su contorno y por lo tanto sean
considerados como de “volumen incompleto” (ver figuras 22c, d y e)
• Los cortes que, estando dentro del espacio reservado a la carga,
correspondan a la estructura del camión, como por ejemplo el pedestal
de la grúa autotransportada. Dichos cortes son eliminados en base a
sus características específicas: El corte presenta una inclinación
característica, abordable matemáticamente y es de diferente ancho
que aquellos correspondientes a la madera.
(17) Determinación de volumen sólido sin corteza
• Se utilizan fórmulas logarítmicas de conversión desde el volumen estereo
determinado según el punto anterior, en base a los siguientes parámetros:
• diámetro promedio de cada banco (determinado según el punto 15)
• largo promedio de cada banco (determinado según el punto 13)
• especie (pino, eucaliptus nitens, globulus u otra subespecie, dato
aportado por el operador del sistema
• presencia o ausencia de corteza (dato aportado por el operador del
sistema)
• Esto implica que para cada largo tipo, especie y presencia/ausencia de
corteza se utilice una fórmula diferente. La figura N° 24 muestra un ejemplo.
• Las fórmulas fueron construidas en base a experiencia empírica: se midió
separadamente el volumen estéreo y luego el volumen sólido sin corteza,
construyendo así una base de factores de conversión, representada
posteriormente por la formula logarítmica, la que cumple adecuadamente
con requisitos estadísticos de representatividad (método de R cuadrado)
Figura N° 24
EGG-3,5-Con
FCV P3D
y = 0,3742Ln(x) + 0,3465
EGG-3,5-Con
2
R = 0,7021
2,0
1,9
1,8
1,7
FCV
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Diametros
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
(18) Generación de archivos de resultados (representación gráfica en tres
dimensiones y análisis numérico de la calidad del cálculo
• Como los datos recabados por los laseres constituyen una malla tridimensional
(cada punto posee coordenadas x,y,z), es factible construir archivos y software
visualizadores de la información, los que permiten rotaciones, acercamientos,
etc. (Ver figura N° 25)
• Asimismo, como los datos de origen pueden almacenarse magnéticamente, es
posible guardar la información correspondiente a cada vehículo, para
posteriormente auditarla matemáticamente: Si existen dudas sobre la calidad de
la medición se puede demostrar que ella obedece a características anómalas,
tales como, por ejemplo, troncos faltantes en la cara superior (ver figura N° 26)
Figura N° 25
Figura N° 26
Cálculo del volumen perdido
por anomalías en la estiba
Troncos faltantes
en cara superior