ITCS20130010A1 - METHOD AND SYSTEM FOR DETECTION OF ANOMALIES AND DISCONNECTIONS OF THE ROAD SURFACE - Google Patents

Description

Translated fromItalian

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DAL TITOLO:DESCRIPTION OF THE INVENTION TITLE:

Metodo e sistema per il rilevamento di anomalie e disconnessioni della superficie stradale.Method and system for detecting anomalies and disconnections of the road surface.

Descrizione generale del campo di intervento dell'invenzioneGeneral description of the field of intervention of the invention

La presente invenzione riguarda un sistema in grado di rilevare in modo automatico e continuo eventuali anomalie e/o disconnessioni presenti lungo un tracciato stradale, mediante l'utilizzo combinato di un misuratore di vibrazioni, un misuratore di emissione sonora e di uno strumento di localizzazione.The present invention relates to a system capable of automatically and continuously detecting any anomalies and / or disconnections present along a road layout, through the combined use of a vibration meter, a sound emission meter and a localization tool.

Sul mercato risultano già presenti alcune applicazioni per smartphones per il rilievo automatico e continuo delle anomalie stradali (dossi, buche, giunti ecc.),attraverso l'accelerometro integrato negli stessi dispositivi mobile. Tale sistema di monitoraggio delle caratteristiche superficiali della pavimentazione stradale è brevettato come European Patent EP2291608 B1 – ͞Navigation device & method for determining road surface features͟.On the market there are already some applications for smartphones for the automatic and continuous detection of road anomalies (bumps, holes, joints, etc.), through the accelerometer integrated in the mobile devices themselves. This system for monitoring the surface characteristics of the road pavement is patented as European Patent EP2291608 B1 - ͞Navigation device & method for determining road surface features͟.

L'invenzione qui di seguito descritta, invece, permette di ottimizzare la procedura di rilevamento delle anomalie della pavimentazione stradale sfruttando l'acquisizione combinata di due tipi di sollecitazioni che insorgono quando gli pneumatici impattano su una superficie irregolare: i) sollecitazioni di natura dinamica quali le accelerazioni verticali; ii) vibrazioni di natura sonora. Le prime vengono acquisite mediante un accelerometro triassiale; le seconde possono essere misurate mediante un rilevatore di livello sonoro (microfono).The invention described below, on the other hand, allows to optimize the procedure for detecting anomalies in the road pavement by exploiting the combined acquisition of two types of stresses that arise when the tires impact on an irregular surface: i) stresses of a dynamic nature such as vertical accelerations; ii) vibrations of a sound nature. The former are acquired by means of a triaxial accelerometer; the latter can be measured by means of a sound level detector (microphone).

Il sistema può funzionare anche nella forma di dispositivi quali smartphone, tablet, PDA, PC o qualsiasi altro device appositamente predisposto per tale scopo che disponga della componentistica di cui alla Tavola 1.The system can also work in the form of devices such as smartphones, tablets, PDAs, PCs or any other device specially prepared for this purpose that has the components referred to in Table 1.

Il dispositivo principale deve essere vincolato all'interno dell'abitacolo del veicolo, in modo da garantire il corretto funzionamento dell'accelerometro(coincidenza fra gli assi cartesiani dei frame veicolo-dispositivo). I dati accelerometrici, inoltre, possono essere correttamente ri-orientati mediante una procedura analitica di ri-orientamento effettuata in fase di post-elaborazione dal processore del sistema [3].The main device must be constrained inside the passenger compartment of the vehicle, in order to guarantee the correct functioning of the accelerometer (coincidence between the Cartesian axes of the vehicle-device frames). Furthermore, the accelerometric data can be correctly re-oriented by means of an analytical re-orientation procedure carried out in the post-processing phase by the system processor [3].

Il guidatore prima di iniziare il proprio percorso dovrà accendere il dispositivo mediante il tasto [1], avviando il dispositivo che verrà alimentato dal sistema [2]. Iniziato il percorso la sensoristica [4], [5] e [6] inizia a registrare i dati che vengono letti dalla CPU [3], la quale continuamente interroga la stessa sensoristica [4], [5] e [6], e memorizza i dati mediante la memoria [7]. Nello stesso tempo il processore [3] determina in tempo reale le caratteristiche della pavimentazione mediante l’analisi combinata del segnale accelerometrico e sonoro, identificando e memorizzando tramite la memoria [7] le possibili anomalie.Before starting his journey, the driver must turn on the device using key [1], starting the device that will be powered by the system [2]. Once the path has started, the sensors [4], [5] and [6] begin to record the data that are read by the CPU [3], which continuously interrogates the sensors [4], [5] and [6], and stores data via memory [7]. At the same time, the processor [3] determines the characteristics of the pavement in real time by means of the combined analysis of the accelerometric and sound signal, identifying and storing possible anomalies via the memory [7].

Il criterio di identificazione è basato sul calcolo del differenziale dell'accelerazione verticale e dell'emissione sonora; il superamento di specifiche soglie per entrambe le tipologie di dati acquisiti consente di discriminare l'evento "anomalia" lungo il tracciato.The identification criterion is based on the calculation of the differential of the vertical acceleration and of the noise emission; exceeding specific thresholds for both types of acquired data allows to discriminate the "anomaly" event along the route.

Il sistema, inoltre, consente la visualizzazione dei dati mediante un monitor o display opzionale [11], collegabile al dispositivo mediante specifica porta [10]. Nello stesso tempo, al superamento delle suddette soglie prefissate, è possibile ricevere avvisi audio-visivi mediante il sistema video [11] e quello audio [12] di cui è dotato il dispositivo. Laddove sia possibile un sistema di trasmissione dati [13] con un server centrale [14], il dispositivo consente di inviare allo stesso server [14] i dati elaborati dal processore [3], nonché di ricevere informazioni sulle anomalie rilevate in precedenza dagli utenti che hanno già utilizzato il sistema.The system also allows data to be displayed via an optional monitor or display [11], which can be connected to the device via a specific port [10]. At the same time, when the aforementioned predetermined thresholds are exceeded, it is possible to receive audio-visual warnings through the video [11] and audio [12] system with which the device is equipped. Where a data transmission system [13] with a central server [14] is possible, the device allows the data processed by the processor [3] to be sent to the same server [14], as well as to receive information on anomalies previously detected by users who have already used the system.

VantaggiBenefits

Il vantaggio derivante dall'utilizzo di tale sistema riguarda principalmente la possibilità di identificare le anomalie della superficie stradale in maniera automatica e continua; l'impiego combinato dell'accelerometro e del microfono consente di ridurre la percentuale di falsi negativi (anomalie non identificate), soprattutto laddove vi siano particolari condizioni di assenza o di scarsa qualità del dato acquisito da uno dei due dispositivi. La componentistica del sistema, inoltre, consente di geo-localizzare i dati fonometrici acquisiti; la possibilità di predisporre un collegamento con un server centrale consente, infine, di offrire agli utenti che utilizzano il dispositivo di ottenere informazioni in real-time sulla qualità della superficie stradale. L’utente in tal modo è in grado di adeguare la propria velocità di marcia, nonché il proprio stile di guida alle reali condizioni del tronco stradale che si trova a percorrere.The advantage deriving from the use of this system mainly concerns the possibility of identifying anomalies of the road surface automatically and continuously; the combined use of the accelerometer and the microphone allows to reduce the percentage of false negatives (unidentified anomalies), especially where there are particular conditions of absence or poor quality of the data acquired by one of the two devices. Furthermore, the components of the system allow the geo-localization of the acquired sound level data; the possibility of setting up a connection with a central server allows, finally, to offer users who use the device to obtain real-time information on the quality of the road surface. In this way, the user is able to adapt his driving speed, as well as his driving style to the real conditions of the road section he is traveling on.

Claims (1)

Translated fromItalian

Rivendicazioni1. Dispositivo (principale), fisso e/o asportabile in grado di rilevare e geo localizzare in modo continuo ed automatico le eventuali anomalie o disconnessioni presenti sul manto stradale, mediante l'analisi combinata delle sollecitazioni registrate per mezzo di due dispositivi: un accelerometro (o altro dispositivo in grado di misurare vibrazioni) ed un microfono (o altro dispositivo in grado di misurare il suono) comprendente:� tasto di accensione e spegnimento [1] del dispositivo principale (I/O device);� sistema di alimentazione [2];� processore dati [3], adatto a correlare i dati accelerometrici, sonori e di posizione, connesso alla sensoristica [4], [5], [6](di seguito descritta), nonché a periferiche e dispositivi esterni;� dispositivo ricevitore di onde radio per la geo-localizzazione [4] (GPS o altro dispositivo analogo in grado di geo-localizzare il dispositivo principale) che permetta di determinare la posizione delle varie anomalie e che sia accessibile dal processore;� dispositivo per la misura delle sollecitazioni verticali [5] subite dal veicolo a causa dell'impatto tra gli pneumatici e la superficie (accelerometro o qualsiasi altro strumento di misura) accessibile dal processore;� dispositivo [6](microfono) per la misura del livello sonoro geneƌato dall’ impatto tra gli pneumatici e l'anomalia, accessibile dal processore;� sistema di archiviazione dati [7] (memoria interna e/o esterna) per la memorizzazione e il trasferimento verso altri dispositivi (computers, server ecc.), accessibile dal processore; � scheda video [8] (GPU), accessibile dal processore [3], per la creazione di immagini in un frame buffer destinato all'output di un display, schermo o qualsiasi altro dispositivo per la visualizzazione dei dati [11] (GPU e monitor opzionali);� scheda audio [9], accessibile dal processore [3], che elabora il flusso dati digitali in input e li converte in un segnale da inviare in uscita ad una periferica audio [12] (altoparlanti o cuffie audio collegate mediante Jack) per la riproduzione dei suoni (scheda audio e altoparlanti opzionali).� ingressi e uscite analogici e/o digitali [10] (I/O ports come USB, HDMI, VGA, RGB, DVI, Jack audio e altri sistemi);� sistema di trasmissione dati [13] (connessione Wi-Fi, LAN, Bluetooth, infrarossi, connessione dati o qualsiasi altro sistema) in grado di scambiare (inviare e ricevere) i dati con il server centrale [14], accessibile dal processore [3] (opzionale);� server centrale (14) per la raccolta, l'elaborazione e lo scambio dei dati con il dispositivo principale (opzionale);2. Una metodologia che comprende i seguenti step:� acquisizione in tempo reale delle vibrazioni e delle emissioni sonore generate dal contatto dei pneumatici del veicolo con la pavimentazione, mediante strumenti dedicati [5], [6](accelerometro, microfono, ecc.);� geo localizzazione in tempo reale dei precedenti segnali mediante sistema di localizzazione [4] (GPS o altri);� memorizzazione delle accelerazioni, delle emissioni sonore e della relativa localizzazione [7];� determinazione, in tempo reale, delle caratteristiche della pavimentazione mediante l'analisi combinata del segnale accelerometrico e di quello sonoro (identificazione delle possibili anomalie mediante il superamento di specifiche soglie dei due valori principali e/o dei valori derivati o applicando ogni altra tecnica di filtraggio conosciuta in matematica ed analisi dei segnali);� memorizzazione delle anomalie rilevate e della relativa posizione geografica (latitudine, longitudine e altitudine) [7];3. Una metodologia che secondo la rivendicazione 2,in aggiunta, permette all'utente di:� visualizzare i dati elaborati dal processore [3] e forniti dal dispositivo principale mediante un display [11] (opzionale), attraverso una GPU [8];� ricevere segnali sonori mediante un altoparlante [12] (opzionale), collegato ad una scheda audio [9], laddove venga rilevata un'anomalia;� inviare i dati elaborati dal processore [3] ad un server centrale [14] mediante un sistema di trasmissione dati [13];� ricevere dati sulle anomalie rilevate dai vari utenti in una area prescelta da un server centrale [14] mediante un sistema di trasmissione dati [13];� visualizzare su monitor [11] e/o ricevere avvisi sonori attraverso il sistema audio [12] le informazioni sulle anomalie presenti nell'area prescelta e quindi in tempo reale durante il tragitto.4. Una metodologia che secondo le rivendicazioni 2 e 3, in aggiunta o in alternativa, permette all'utente di visualizzare ed avere maggiori informazioni (in tempo reale) relative ai percorsi effettuati (geo localizzati), attraverso i dati scambiati con il server centrale [14].Claims1. Device (main), fixed and / or removable capable of continuously and automatically detecting and geo-locating any anomalies or disconnections present on the road surface, through the combined analysis of the stresses recorded by means of two devices: an accelerometer (or other device capable of measuring vibrations) and a microphone (or other device capable of measuring sound) comprising: � on / off button [1] of the main device (I / O device); � power supply system [2]; � data processor [3], suitable for correlating accelerometric, sound and position data, connected to sensors [4], [5], [6] (described below), as well as to peripherals and external devices; � radio wave receiver device for geo-localization [4] (GPS or other similar device capable of geo-localizing the main device) which allows to determine the position of the various anomalies and which is accessible by the processor; � device for measuring the vertical stresses [5] suffered by the vehicle due to the impact between the tires and the surface (accelerometer or any other measuring instrument) accessible by the processor; � device [6] (microphone) for measuring the sound level generated by the impact between the tires and the anomaly, accessible by the processor; � data storage system [7] (internal and / or external memory) for storage and transfer to other devices (computers, servers, etc.), accessible by the processor; � video card [8] (GPU), accessible from the processor [3], for creating images in a frame buffer intended for the output of a display, screen or any other device for displaying data [11] (GPU and optional monitors); � sound card [9], accessible by the processor [3], which processes the input digital data stream and converts it into a signal to be sent out to an audio device [12] (speakers or audio headphones connected via Jack) for sound reproduction (sound card and optional speakers). � analog and / or digital inputs and outputs [10] (I / O ports such as USB, HDMI, VGA, RGB, DVI, Audio jack and other systems); � data transmission system [13] (Wi-Fi connection, LAN, Bluetooth, infrared, data connection or any other system) capable of exchanging (sending and receiving) data with the central server [14], accessible by the processor [ 3] (optional);Central server (14) for the collection, processing and exchange of data with the main device (optional);2. A methodology that includes the following steps: � acquisition in real time of the vibrations and noise emissions generated by the contact of the vehicle's tires with the pavement, by means of dedicated instruments [5], [6] (accelerometer, microphone, etc.); � geo localization in real time of previous signals by means of a localization system [4] (GPS or others); � memorization of accelerations, noise emissions and relative location [7]; � determination, in real time, of the characteristics of the pavement by means of the combined analysis of the accelerometric and sound signals (identification of possible anomalies by exceeding specific thresholds of the two main values and / or of the derived values or by applying any other filtering known in mathematics and signal analysis); � storage of detected anomalies and relative geographical position (latitude, longitude and altitude) [7];3. A methodology which according to claim 2, in addition, allows the user to: � view the data processed by the processor [3] and supplied by the main device through a display [11] (optional), through a GPU [8]; � to receive sound signals through a loudspeaker [12] (optional), connected to a sound card [9], where an anomaly is detected; � send the data processed by the processor [3] to a central server [14] through a data transmission system [13]; � receive data on the anomalies detected by the various users in a selected area from a central server [14] by means of a data transmission system [13]; � display on the monitor [11] and / or receive sound alerts through the audio system [12] the information on the anomalies present in the chosen area and therefore in real time during the journey.4. A methodology that according to claims 2 and 3, in addition or alternatively, allows the user to view and have more information (in real time) relating to the paths taken (geo-localized), through the data exchanged with the central server [14].