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Diseno e implementacion de unsistema de medicion y analisis de
iluminancia para vıas
Angelica Vargas Chavarro
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingenierıa, Departamento de Electrica y Electronica.
Bogota, Colombia
2014
Diseno e implementacion de unsistema de medicion y analisis de
iluminancia para vıas
Angelica Vargas ChavarroCodigo: 822398
Tesis o trabajo de grado presentado para optar al tıtulo de:
Magister Automatizacion Industrial
Director(a):
Ing. Francisco Javier Amortegui Gil
Lınea de Investigacion:
Alumbrado Publico
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingenierıa, Departamento de Electrica y Electronica.
Bogota, Colombia
2014
Design and implementation of asystem for measuring and analysis of
illuminance in roads
Angelica Vargas Chavarro
Tesis o trabajo de grado presentado para optar al tıtulo de:
Magister Automatizacion Industrial
Director(a):
Ing. Francisco Javier Amortegui Gil
Lınea de Investigacion:
Alumbrado Publico
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingenierıa, Departamento de Electrica y Electronica.
Bogota, Colombia
2014
Dedicatoria
A las personas que han hecho importantes con-
tribuciones a mi vida: Mis padres y hermano.
A mi prima Sandra Chavarro por su dedi-
cacion y asesorıa.
ix
Agradecimientos
Al Laboratorio de Ensayos Electricos Industriales LABE.
xi
Resumen
En Colombia, la iluminancia es el principal criterio de evaluacion para los sistemas de alum-
brado publico en vıas. Sin embargo, esta verificacion con mediciones en campo solo se realiza
en un tramo comprendido entre dos luminarias y generalmente para la inauguracion o pues-
ta en marcha del sistema de iluminacion vial. Este trabajo se enfoca en el desarrollo de un
sistema movil de medicion de iluminancia continuo denominado “Light Land”.
Se diseno un soporte adaptable al capo de un vehıculo, con tres sensores de iluminancia
distribuidos longitudinalmente para cubrir el ancho de un carril, dando cumplimiento a la
metodologıa de medicion de la CIE140, adicionalmente se incorporo un sistema de posicio-
namiento global (GPS) para reportar la posicion de la vıa evaluada.
Se utilizaron los sensores de iluminacion OPT101 los cuales fueron calibrados para dar res-
puesta de niveles de iluminacion en luxes con fuentes luminosas de Sodio, Led y Fluorescen-
tes. Al tener los sensores sobre el capo del carro, la medida se realiza a una altura entre 0,8
y 1,2 metros. Entre los parametros de ajuste del software se realiza una correccion de las
medidas obtenidas para dar cumplimiento a la norma CIE140 de mediciones a nivel del suelo.
El software se desarrollo en la plataforma de programacion QT, permitiendo compatibi-
lidad con los sistemas operativos Mac, Linux y Windows. La visualizacion de la posi-
cion geografica obtenida por el receptor GPS se visualiza en los mapas de GoogleMaps
(https : //developers.google.com/maps/).
El sistema se evaluo en el campus de la Universidad Nacional de Colombia, logrando medir
la iluminancia de los dos carriles en la totalidad de la vıa en 12 minutos, generando un
reporte de fallos por niveles de iluminacion y uniformidad. La velocidad de desplazamiento
del carro es de hasta 54 km/h. El sistema tambien fue probado en una de las principales
vıas de Bogota, la “avenida caracas”, 40 km de vıa con 8 carriles.
La implementacion de este sistema de medicion en los planes de mantenimiento de alumbra-
do publico vial, es una solucion para asegurar el cumplimiento de los niveles a lo largo de la
vida util de la luminaria y resulta util para hacer las mediciones sin tener que cerrar la vıa
ni afectar el flujo vehicular.
Palabras clave: iluminancia, alumbrado publico, luxometro, medicion..
xii
Abstract
In Colombia, illuminance is the main measure of public lighting systems on the roads. Ho-
wever, on field verification this is only measured between two luminaries and it is usually
completed for the opening or launching of the street lighting system. This paper focuses on
the development of a mobile continuous illuminance measuring device called “Light Land”.
The device was designed to be attached to the hood of a car. The support has 3 illuminance
sensors distributed lengthways to cover the width of a lane. This is in compliance with the
methodology CIE 140. In addition, a global positioning system receptor (GPS) has been
added to track the exact position of the evaluated street.
OPT101 illumination sensors were used, with previous calibration in response to illumination
levels (Luxes) with Sodium, LED and fluorescent sources of light. Due to the location of the
sensors (on the hood of the car), the measurement is made from a height between 0.8 and
1.2 meters. In the software adjustment parameters, there is a correction of the measurements
obtained, fulfilling the CIE140 rules of ground level measurements.
The software was developed in the programming platform QT, allowing compatibility with
Mac, Linux and Windows operative systems. Geographic position obtained from the GPS re-
ceptor is presented in the maps from GoogleMapsb (https : //developers.google.com/maps/).
The system was tested on the campus of the National University of Colombia., The illu-
minance was measured in the two lanes of the University in 12 minutes and it generated a
report of failures in the lighting system, including light levels and uniformity. The car could
travel with a speed of up to 54 km/h. The system was also tested in one of Bogota’s main
streets, the Caracas Avenue.
The implementation of this system in road maintenance lighting is a solution to ensure
compliance of required lighting levels throughout the life of the luminaire. It is also useful
for measuring lighting without having to close roads or affect the traffic flow.
Keywords: illuminance, street lighting, lux meter, measures.
Contenido
Agradecimientos IX
Resumen XI
Contenido I
Lista de Figuras III
Lista de tablas 1
Lista de sımbolos 2
1. Introduccion 1
1.1. Iluminancia de una superficie en vıas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1. Clasificacion de niveles por tipo de vıa . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2. Mantenimiento alumbrado vial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Marco teorico 5
2.1. Receptor GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1. Segmentacion GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.2. Principios de funcionamiento del sistema GPS . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.3. Programas de navegacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.4. Protocolo de comunicacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.5. Conversion de latitud y longitud en distancia . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2. Sensor de iluminancia (luxometro) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3. Plataforma de programacion de interfaz de usuario . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4. Tarjeta de adquisicion de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3. Pruebas 21
3.1. Calibracion de distancia GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2. Sensores de iluminancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.1. Altura de montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.2. Calibracion con diferentes fuentes luminosas . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.3. Correccion de coseno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
ii Contenido
3.2.4. Velocidad de circulacion del automovil . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3. Medicion de iluminacion en la Universidad Nacional . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3.1. Repeticion de mediciones en una cuadra . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4. Evaluacion de mediciones en campo con metodo tradicional vs propuesto . . 34
4. Light Land analizador de iluminancia vial 37
4.1. Casos de uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5. Manual del usuario 42
5.1. Menu Principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.1.1. Barra de herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.1.2. Menu desplegable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2. Configuracion de puertos USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.2.1. GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.2.2. Sensores de iluminancia (fotometros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.3. Area de visualizacion de mapas por GoogleMaps . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.4. Area de visualizacion grafica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.5. Configuracion de proyecto y calibracion de sensores . . . . . . . . . . . . . . 54
5.5.1. Datos generales de contacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.5.2. Datos de vıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.5.3. Calibracion GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.5.4. Calibracion Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.6. Visualizacion numerica de los valores obtenidos en la medicion . . . . . . . . 60
5.7. Reporte de fallos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6. Conclusiones y recomendaciones 65
6.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.2. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
A. Anexo: Reporte de iluminacion de las vıas en la UN - Sede Bogota. 66
Bibliografıa 79
Lista de Figuras
1-1. Malla de medicion de los nueve puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1-2. Malla de medicion luminancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1-3. Esquema de mantenimiento en alumbrado publico . . . . . . . . . . . . . . . 4
2-1. Segmentacion GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2-2. Constelacion GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2-3. Estaciones de monitoreo terrestre GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2-4. Triangulacion de los satelites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2-5. Open Street Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2-6. Google Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2-7. Ley de Harvesine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2-8. Respuesta normalizada fotodiodo OPT101 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2-9. Respuesta relativa del fotodiodo al angulo de incidencia . . . . . . . . . . . . 17
2-10.Qt Developer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3-1. Diagrama conexion fotodiodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3-2. Montaje de sensores en el automovil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3-3. Perfil de vıa en Dialux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3-4. Adaptacion de sensores en el vehıculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3-5. Comparativo en alturas de montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3-6. Variacion de altura de montaje y fuentes luminosas . . . . . . . . . . . . . . 26
3-7. Calculo de la iluminancia horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3-8. Ajuste de senal por altura de montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3-9. Variacion de intensidad lumınica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3-10.Respuesta de los fotometros filtrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3-11.Respuesta normalizada de la incidencia en diferentes angulos . . . . . . . . . 29
3-12.Ejemplo de medicion de los fotometros en vıa . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3-13.Rotonda medida en repetidas ocasiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3-14.Resultado de iluminancia por cada uno de los fotometros . . . . . . . . . . . 33
3-15.Parametros de diseno de la carrera 40 en UN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3-16.Medicion de iluminancia en vıa con Light Land . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3-17.Grafica de mediciones tomadas en capo de iluminancia . . . . . . . . . . . . 36
iv Lista de Figuras
4-1. Esquema del sistema de analisis de iluminancia . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4-2. Diagrama UML de casos de uno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5-1. Areas de trabajo en software Light Land . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5-2. Barra de herramientas rapida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5-3. Ventana para guardar reporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5-4. Menu desplegable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5-5. Ventanas de abrir y guardar archivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5-6. Configuracion de puertos USB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5-7. Receptor GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5-8. Asignacion de puerto de comunicacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5-9. Ejemplo de datos de configuracion de puerto . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5-10.Tarjeta de adquisicion de datos TEENSY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5-11.Conexion de la tarjeta de adquisicion de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5-12.Mapa de ruta de recorrido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5-13.Mapas en Google Street view . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5-14.Vista de la calle con Google Street view . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5-15.Recorrido de medicion con reporte de fallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5-16.Lectura de fotometros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5-17.Grafica de iluminancias medidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5-18.Configuracion de proyecto y calibracion sensores . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5-19.Datos generales contacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5-20.Datos vıa en medicion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5-21.Menu de fecha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5-22.Menu desplegable de clasificacion de iluminacion por tipo de vıa . . . . . . . 56
5-23.Calibracion de la posicion del receptor GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5-24.Datos generales contacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5-25.Calibracion de los fotometros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5-26.Seleccion de fuente luminosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5-27.Altura de montaje de las luminarias y sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5-28.Resultados numericos de las mediciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5-29.Datos generales y de contacto del reporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5-30.Localizacion de la vıa medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5-31.Resumen de las mediciones por cuadra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5-32.Reporte de la cuadra con fallos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Lista de Tablas
1-1. Clases de iluminacion para vıas vehiculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1-2. Niveles de iluminancia y luminancia por tipo de vıa . . . . . . . . . . . . . . 4
2-1. Estandar de comunicacion del receptor GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2-2. Caracterısticas Arduino UNO vs Tenssy 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3-1. Coordenadas para pruebas de distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3-2. Errores en distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3-3. Resultados de iluminancia obtenidos en 3 recorridos . . . . . . . . . . . . . . 32
3-4. Resultados de iluminancia promedio obtenidos en las mediciones en campo . 36
5-1. Niveles de iluminancia y uniformidad segun tipo de vıa . . . . . . . . . . . . 57
5-2. Presentacion de las mediciones en el area numerica . . . . . . . . . . . . . . 62
Lista de sımbolos
Abreviaturas
Abreviatura Termino
DAQ Tarjeta de Adquisicion de Datos
Emax Iluminancia maxima
Emed Iluminancia media
Emin Iluminancia mınima
GPS Global Positioning System
GPL Licencia Publica General
IDE Entorno Integrado de Desarrollo
NMEA National Marine Electronics Association
PPS Servicio de Posicionamiento Preciso
RETILAP Reglamento tecnico de iluminacion y alumbrado publico
SPS Servicio de Posicionamiento Estandar
UTC Tiempo universal coordinado
1. Introduccion
La iluminacion urbana se utiliza para ayudar a los conductores y peatones en la extraccion de
la informacion visual del entorno nocturno. La iluminacion vial agiliza el trafico vehicular y
promueve el uso general de los sistemas de iluminacion durante la noche. Lo mas importante
de su implementacion es que puede ser un medida efectiva en la reduccion de accidentes
viales [1].
Los sistemas de iluminacion han experimentado una gran evolucion en las dos ultimas deca-
das, apoyados en el uso de la electronica en los procesos de encendido y de conduccion,
ası como el uso de fuentes luminosas con eficacias superiores a los 100lm/w (lumenes/vatio),
esto con el objetivo de tener sistemas energeticamente eficientes [2]. Cada sistema de ilu-
minacion esta disenado para adaptarse a los requisitos establecidos en el reglamento vial,
de iluminacion vial cuyo objetivo es proporcionar condiciones de iluminacion que generen
sensacion de seguridad, comodidad y velocidad, permitiendo a los automovilistas circular
durante la noche de forma similar a como pueden hacerlo en el dıa.
1.1. Iluminancia de una superficie en vıas
La iluminancia o nivel de iluminacion de una superficie es la relacion entre el flujo luminoso
que recibe la superficie y su area. Se simboliza por la letra E, y su unidad es el lux (lx). La
formula que expresa la iluminancia es:
E =Φ
S(lx = lm/m2)
Donde Φ representa el flujo luminoso de la fuente es decir la cantidad total de luz emitida o
irradiada en un segundo, en todas las direcciones.
Los niveles de iluminacion en la carretera se clasifican segun el tipo de vıa, dada por la
velocidad de circulacion y la cantidad de flujo vehicular. En vıas con velocidad media de 60
km/h se debe garantizar la percepcion de obstaculos a una distancia de 100 m y en veloci-
dades superiores a 100 km/h para distancias entre 100− 200m [3].
2 1 Introduccion
Para validar la calidad del alumbrado publico y el cumplimiento de los niveles de ilumina-
cion exigidos por cada paıs, se realizan mediciones en campo. Los criterios de iluminancia
promedio (Em) en luxes y uniformidad (U) en porcentaje, definen la calidad del alumbrado
publico vial. La medida de iluminancia se realiza por medio de un sensor de luz conocido
como luxometro. En las carreteras el nivel de iluminancia se realiza acorde al sistema europeo
de los nueve puntos como se describe en la figura 1-1.
w
S/2
1 4 7
2 5 8
3 6 9
S/2
Figura 1-1.: Malla de medicion de los nueve puntos. Donde Em =1
16[(E1 + E3 + E7 + E9) + 2x (E2 + E4 + E6 + E8) + 4xE5] y Uo =
Emın
Em
.
El criterio de luminancia mide la cantidad de luz emitida o reflejada por una superficie. La
medicion de estos niveles en vıas se basa en la metodologıa establecida por la norma CIE-
140:2000. Las mediciones se realizan con un luminancimetro como se describe en la figura
1-2 para luminancia promedio Lm y uniformidad longitudinal Ul
w
s
D=S/N
D/2D/2 D/2
wr W /3r
60 metros
Observador
Figura 1-2.: Malla de medicion luminancia. Donde Lm =∑
n
i=1Li
ny Ul =
Lmın
Lm
.
Los puntos de calculo se deben espaciar uniformemente en el campo de calculo en direccion
longitudinal. El espaciamiento se determina a partir de la interdistancia entre los postes con
la ecuacion D = S/N , donde:
D es el espaciamiento entre los puntos en la direccion longitudinal (metros).
S es el espaciamiento entre luminarias (metros).
N es el numero de puntos de calculo en direccion longitudinal.
1.2 Mantenimiento alumbrado vial 3
Para S menor o igual a 30 metros N debe ser igual a 10 y para S mayor a 30 metros, N debe
ser el entero mas pequeno de tal manera que D sea menor o igual a 3 metros.
En direccion transversal se toman tres puntos por cada carril de circulacion.
El reglamento tecnico de iluminacion y alumbrado publico Colombiano (RETILAP), reso-
lucion No. 180540 DE Marzo 30 de 2010 numeral 540.2.2, reglamenta utilizar la malla de
medicion de la CIE-140 para mediciones tanto de luminancia como iluminancia en vıas tipo
M1 y M2.
1.1.1. Clasificacion de niveles por tipo de vıa
La iluminacion en las vıas se clasifica segun el uso de la vıa y esta dado por la velocidad de
circulacion y el flujo vehicular. Se clasifican desde M1 hasta M5 como se presenta en la tabla
1-1.
Clase de Descripcion vıa Velocidad de Transito de
Iluminacion circulacion (km/h) vehıculos T (V eh/h)
M1 Autopista V > 80 T > 1000
M2 Vıas rapidas 60 < V < 80 500 < T < 1000
M3 Vıas principales 30 < V < 60 250 < T < 500
M4 Vıas primarias V < 30 100 < T < 250
M5 Vıas Secundarıas Al paso T < 100
Tabla 1-1.: Clases de iluminacion para vıas vehiculares. RETILAP 510.1.1
Segun la clasificacion de iluminacion de la vıa, RETILAP tiene unas exigencias de niveles de
luminancia, iluminancia, uniformidad general, uniformidad longitudinal y deslumbramiento
los cuales se presentan en la tabla 1-2.
1.2. Mantenimiento alumbrado vial
El servicio de alumbrado publico debe ser prestado con calidad, lo cual implica el cumpli-
miento de unos niveles mınimos de iluminacion y que todas las luminarias instaladas en un
municipio o ciudad funcionen correctamente, lo que conlleva a realizar acciones de manteni-
miento predictivo, preventivo y correctivo.
Con el objeto de garantizar los niveles de iluminacion adecuados en el mantenimiento preven-
tivo se deben programar trabajos de limpieza de las luminarias para recuperar las condiciones
4 1 Introduccion
Tipo de vıa Luminancia Iluminancia
Clase de Lprom Uo Ul TI Eprom Uo (%)
Iluminacion cd/m2 ≥ % ≥ % ≤ % Luxes Emin/Eprom
M1 2 40 50 10 28 40
M2 1,5 40 50 10 21 40
M3 1,2 40 50 10 17 34
M4 0,8 40 NR 15 12 25
M5 0,6 40 NR 15 9 18
Tabla 1-2.: Niveles de iluminancia y luminancia por tipo de vıa.
de flujo emitido, sustitucion masiva de bombillas cuando el flujo luminoso de esta se ha re-
ducido en un 30%.
El mantenimiento correctivo se presenta en caso de falla de las luminarias.
El RETILAP en su numeral 530.4, plantea utilizar un esquema de mantenimiento de alum-
brado publico con limpieza de luminarias y reemplazo de lamparas con cierta periodicidad
como se muestra en figura 1-3. Los tiempos del esquema de mantenimiento deben ser es-
tablecido por el disenador, cumplidos por el operador del servicio de alumbrado publico y
verificados por la interventoria.
Ilum
inanci
a [%
]
Tiempo de funcionamiento
Lim
pie
za d
e lu
min
arias
Lim
pie
za d
e lu
min
arias
Lim
pie
za d
e lu
min
arias
Reem
pla
zo d
e la
mpara
s
100
0
CB
Iluminancia Mantenida
Figura 1-3.: Esquema de mantenimiento de una instalacion de alumbrado publico. Donde
B =Perdida de flujo luminoso por deterioro de la lampara y C = perdida de
flujo luminoso por ensuciamiento de la luminaria.
2. Marco teorico
2.1. Receptor GPS
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) es un sistema de navegacion basado en sateli-
tes que fue desarrollado por el departamento de defensa de Estados Unidos a principios de
1970. Inicialmente, el GPS fue desarrollado como un sistema militar para proveer capacidad
de navegacion a las fuerzas militares de los Estados Unidos en aire, mar y tierra bajo cual-
quier condicion climatica. El GPS es un sistema de un solo sentido (pasivo), es decir que
los usuarios solo pueden recibir las senales del satelite[4]. Un beneficio del sistema ha sido
su aplicacion en el area civil; incluyendo recreacion, control vehicular, navegacion aerea y
marıtima y levantamientos topograficos. Aplicaciones mas sofisticadas incluyen el monitoreo
del movimiento de las placas de la corteza terrestre en areas de alta sismicidad y la agricul-
tura de precision.
2.1.1. Segmentacion GPS
El GPS es un sistema de posicionamiento por radio y de transferencia de tiempo basado
en el espacio. Esta conformado por tres segmentos basicos (figura2-1): espacial (satelites),
control (estaciones terrenas) y usuario (receptores) [4].
Segmentaciónespacial
Segmentacióncontrol
Segmentaciónusuario
SeñalGPS
DescargaBanda L
SubidaBanda S
Figura 2-1.: Segmentacion GPS.
6 2 Marco teorico
La segmentacion espacial consiste en una constelacion de mınimo 24 satelites operativos que
transmiten en varias frecuencias (figura2-2). Cada satelite GPS transmite una senal por la
banda L (L1:1575.42 MHz y L2:1227.6 MHz), que tiene dos ondas sinusoidales (tambien
conocidos como frecuencias portadoras), dos codigos digitales, y un mensaje de navegacion.
Los codigos y el mensaje de navegacion se anaden a la portadora como modulacion del tipo
BPSK (Binary Phase Shift Key) la cual es una tecnica que consiste en adicionar una senal
binaria a una onda sinusoidal. Las portadoras y los codigos se utilizan principalmente para
determinar la distancia entre el receptor del usuario a los satelites GPS. El mensaje de na-
vegacion contiene las coordenadas (ubicacion) de los satelites como una funcion de tiempo.
Las senales transmitidas son controladas por relojes atomicos de alta precision a bordo de
los satelites [5].
Los satelites de la constelacion GPS estan dispuestos en seis planos orbitales igualmente es-
paciados alrededor de la Tierra. Cada plano contiene cuatro “slots.ocupadas por los satelites
de la lınea de base. Esta disposicion 24-slot garantiza que los usuarios pueden ver al menos
cuatro satelites desde practicamente cualquier punto del planeta. [6]
En junio de 2011, la Fuerza Aerea completo con exito una ampliacion de la constelacion GPS
conocida como la configuracion “expandible 24”. Tres de los 24 slots se ampliaron, y seis
satelites fueron reposicionados, por lo que tres de los satelites adicionales se convirtieron en
parte de la lınea de base de la constelacion. Como resultado, el GPS ahora opera efectiva-
mente como una constelacion de 27-slots generando una mejor cobertura en la mayor parte
del mundo[6].
Panelessolares
Antenabanda S
Antenabanda L
Figura 2-2.: Constelacion GPS. Los satelites estan distribuidos en seis orbitas con una
inclinacion de 55◦ con respecto al ecuador y con cuatro satelites por orbita.
Fuente: Enge y Misra, 1999.
La segmentacion de control del sistema GPS consiste en una red mundial de estaciones de
seguimiento continuo de todos los satelites. La tarea principal es determinar y predecir la ubi-
cacion de los satelites, la integridad del sistema y el comportamiento de los relojes atomicos
del satelite. Esta informacion se envıa a la estacion maestra, donde se calculan las efemerides
y los coeficientes de correccion de reloj para cada uno de los satelites y envıa estos datos a
2.1 Receptor GPS 7
las demas estaciones, que se encargan de transmitirlos a los satelites, mediante senales en
Banda S (2.227,5 MHz).
El segmento de control actualmente incluye una estacion de control maestra, una estacion
de control maestra suplente, 12 de mando y control de antenas, y 16 sitios de monitoreo. La
ubicacion de estas instalaciones se ve en figura 2-3.
Antena en tierra
Estación de control maestra
Estación de control Fuerza Aérea
Estación de control maestra alterna
Estación de Red de Control de Satélites a distancia de la Fuerza Aérea
Estación de control de National Geospatial-Intelligence Agency
Tahiti
Alaska
Vandenberg AFBCalifornia
Greenland
Schriever AFBColorado
Hawaii
New Hampshire
USNO Washington
Ecuador
Argentina
Ascension
Sur Africa
Diego Garcia
AustraliaNueva
Zelanda
KwajaleinGuam
Sur Korea
Bahrain
Reino Unido
Figura 2-3.: Estaciones de monitoreo terrestre del sistema GPS a enero de 2014. Fuente:
http://www.gps.gov/.
La segmentacion de usuario incluye todos los usuarios militares y civiles, esta conformado
por los diferentes tipos de receptores GPS. Con un receptor de GPS un usuario puede recibir
las senales del GPS, que pueden ser utilizados para determinar su posicion, velocidad y
tiempo en cualquier lugar del mundo. Para ello, los receptores deben realizar las siguientes
operaciones:
1. Determinar cuales son los satelites visibles.
2. Adquirir las senales de los satelites visibles.
3. Procesar los datos de navegacion de los satelites.
4. Medir los pseudorangos por codigo y/o por fase.
La posicion es dada bien sea en coordenadas geograficas o bien en un sistema de proyeccion
como por ejemplo sistema de coordenadas transversal de Mercator UTM (por sus siglas en
ingles Universal Transversal Mercator).
8 2 Marco teorico
2.1.2. Principios de funcionamiento del sistema GPS
El sistema GPS tiene por objetivo calcular la posicion de un punto cualquiera en un espacio
de coordenadas(x,y,z), los receptores GPS mas sencillos estan preparados para determinar
con un margen mınimo de error la latitud, longitud y altura desde cualquier punto de la tie-
rra donde nos encontremos situados. Receptores mas completos muestran tambien el punto
donde hemos estado e incluso trazan de forma visual sobre un mapa la trayectoria seguida
o la que vamos siguiendo en esos momentos.
Los satelites GPS estan a una altura de 20.180 Km y la informacion que emiten en su senal
es simplemente la hora y la identificacion del satelite. Esta senal es retransmitida mil veces
por segundo, en tierra el receptor GPS toma esas senales, sincroniza su reloj con estas y lee
la informacion que envıan los satelites (su identificacion) y ası sabe de que satelites esta re-
cibiendo informacion.
Una vez que se sabe a que satelites esta conectado, se puede medir el tiempo que tarda en
llegar la senal. La velocidad a la que se desplazan estas ondas por el aire es la velocidad de
la luz, aproximadamente a 300 mil Km/s (299.792.458 m/s). Con estos dos datos se conoce
la distancia a la que el receptor GPS esta de cada uno de los satelites (distancia = velocidad
* tiempo) y con la informacion de tres satelites se puede estimar la posicion del receptor en
tierra mediante el metodo llamado triangulacion figura 2-4.
B
C
A
1
2
3
Figura 2-4.: Triangulacion de los satelites GPS para determinar la posicion exacta de un
vehıculo.
Este modo no es recomendado ya que errores de menos de 5 metros en elevacion pueden oca-
2.1 Receptor GPS 9
sionar errores de posicion de hasta 100 metros. En el modo de uso mas frecuente el receptor
recibe senales de al menos 4 satelites visibles desde la posicion del receptor. Adicionalmente
con tres satelites podemos conocer la latitud y la longitud, pero si queremos saber la altitud
nos harıa falta un cuarto satelite.
2.1.3. Programas de navegacion
Una vez que conocemos las coordenadas de latitud y longitud, viene la siguiente eleccion: el
software de navegacion.
Los programas de navegacion funcionan asignando a cada punto su coordenada geografica
por medio de una lınea imaginaria de puntos (recorrido), de esta forma dispositivo visualiza
el camino por donde se desplaza el dispositivo GPS. Los programas de navegacion los hay
online y offline.
Online
Los programas de navegacion online son aquellos que tienen que descargar los segmentos
de mapa por donde circula a medida que va moviendose por el territorio y/o navega en la
pantalla. Esto lo hacen mediante la conexion de datos del terminal movil, con sus ventajas
y desventajas:
Ventajas
Suelen ser gratuitos.
Faciles de manejar.
Al descargarse los mapas en tiempo real normalmente estan actualizados.
No ocupan mas espacio en la memoria del dispositivo que la de la propia aplicacion
que suele ser muy ligera.
Desventajas
Necesitan conexion a Internet para descargar el mapa.
Si la cobertura de datos es lenta el mapa bajara mas despacio.
Si perdemos la cobertura de movil no podremos descargar el mapa y estaremos sin
GPS.
Dentro de los Online tenemos:
10 2 Marco teorico
OpenStreetMap
Open Street Map tambien conocido como OSM (http://www.openstreetmap.org/) es un
proyecto para construir una base de datos geograficos libres del mundo. Su objetivo es llegar
a tener un registro de cada caracterıstica geografica en el planeta. Si bien esto comenzo con
mapeo de calles, ya ha ido mucho mas alla incluyendo caminos, edificios, canales, tuberıas,
bosques, playas, buzones de correos e incluso los arboles individuales [7]. Esta cartografıa,
tanto las imagenes creadas como los datos vectoriales almacenados en su base de datos, se
distribuye bajo licencia abierta. La Open Database License (ODbL) y la cartografıa poseen
licencia Creative Commons Reconocimiento-Compartir Igual 2.0 (CC BY-SA).
La base de datos esta construida por los contribuyentes, generalmente llamados “map-
pers”dentro de Open Street Map. Los contribuyentes recogen la informacion al conducir,
montar en bicicleta, o caminar a lo largo de calles y caminos, y alrededor de las areas de
grabacion de todos sus movimientos utilizando informacion geografica capturada con dispo-
sitivos GPS moviles[7].
Figura 2-5.: OpenStreetMap. Derecha: Mapa estandar, izquierda: Mapa de transporte.
El proyecto Open Street Map comenzo en agosto de 2004, cuando el programador britanico
Steve Coast querıa experimentar con un receptor GPS USB que habıa comprado y su portatil
basados en Linux. El utilizo un software llamado GpsDrive, que tenia mapas de Microsoft
MapPoint, rompiendo las condiciones de la licencia. Como no querıa violar derechos de au-
tor en esos mapas, miro a su alrededor una alternativa y descubrio que no habıa fuentes de
datos cartograficos disponibles que se podrıa incorporar en el software de codigo abierto sin
romper las condiciones de concesion de licencias o el pago de grandes cantidades. En enero
de 2013 el proyecto contaba con cerca de 1.000.000 de usuarios registrados de los cuales
mensualmente al rededor de 12.000 usuarios realizan alguna edicion en la base de datos. El
numero de usuarios crece un 10% por mes, siendo Alemania y el Reino Unido los paıses
2.1 Receptor GPS 11
con la mayor comunidad de usuarios contribuyentes, no obstante hay grupos de usuarios por
todo el mundo. Fuente http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Statistics.
Existen diferentes servicios en sitios web que hacen uso de los datos de Open Street Map
para mostrar la cartografıa mediante mapas en lınea con diferentes estilos de renderizado y
visualizacion imagen 2-5.
Google Maps
Google Maps es un servidor de aplicaciones de mapas en la web que pertenece a Google.
Ofrece imagenes de mapas desplazables, ası como fotografıas por satelite del mundo e incluso
la ruta entre diferentes ubicaciones o imagenes a pie de calle Google Street View [8].
Google Maps se introdujo en un blog de Google en febrero de 2005, revoluciono la forma de
ver los mapas en las paginas web, al permitir que el usuario pudiera arrastrar el mapa para
navegarlo, siendo una novedad en ese momento. Las soluciones de mapas que se utilizaban
eran caras y requerıan de servidores especiales para los mapas aunque no ofrecıan el mismo
nivel de interactividad[8].
Google Maps fue desarrollado originalmente por dos hermanos Daneses Lars y Jens Ras-
mussen. Ellos cofundaron una empresa dedicada a la creacion de soluciones de mapeo. La
companıa fue adquirida por Google en octubre de 2004, y los dos hermanos entonces crearon
Google Maps[8].
Figura 2-6.: GoogleMaps. Derecha: Mapa estandar; izquierda: Mapa satelital.
Antes de que hubiera una API (Interfaz de programacion de aplicaciones) publica, algunos
desarrolladores encontraron la manera de hackear Google Maps para incorporar los mapas
en sus propios sitios web [8].
12 2 Marco teorico
Durante la conferencia Google I/O en mayo de 2009 la version 3 de la API de Google Maps
fue anunciada. Y mayo de 2010 dejo de ser una version de prueba. Ahora es la opcion
recomendada para nuevas aplicaciones de Google Maps imagen2-6.
Offline
Los programas de GPS off line tienen la posibilidad de poder leer sus mapas desde la me-
moria del dispositivo, bien la interna o la tarjeta SD1 (Secure Digital).
Ventajas
Son rapidos.
No necesitan conexion ni plan de datos para funcionar.
Si tenemos plan de datos y licencia podemos obtener informacion de trafico en tiempo
real y el propio software calcula la ruta teniendo en cuenta las incidencias del trafico
incluidas la calles cortadas y demas gracias a los aportes de la comunidad de usuarios.
Suelen tener muchas opciones y ser muy configurables.
Los mapas se pueden adquirir por ciudades, paıses o continentes siendo lo mas habitual
la segunda forma.
Desventajas
Normalmente son de pago.
Cada actualizacion de mapa se paga aparte.
Los mapas ocupan espacio en la memoria del dispositivo (y no poca).
Muchas veces no existe el mismo software para varias plataformas (Android, Black-
berry, Windows, etc.).
Los mapas son diferentes entre plataformas distintas (los mapas de Android no son
compatibles con Windows Mobile, por ejemplo).
Como ejemplo tenemos Sygic Mobile, Tomtom, Route 66, iGo, NDrive y Copilot entre otros.
1SD: Formato de tarjeta de memoria para dispositivos portatiles tales como camaras fotograficas digitales,
telefonos moviles, computadoras portatiles entre otros.
2.1 Receptor GPS 13
2.1.4. Protocolo de comunicacion
Los receptores GPS manejan el protocolo de comunicacion NMEA 0183. Este protocolo es
un estandar de comunicacion de los instrumentos marıtimos y tambien de la mayorıa de
los receptores GPS. Ha sido definido y esta controlado por la organizacion estadounidense
NMEA (por sus siglas en ingles National Marine Electronics Association)[9].
Un ejemplo de informacion entregada por el receptor GPS es:
$GPGGA, 170834, 0441,0126, N, 07404,8912,W, 1, 10, 0,8, 2570,9,M, 3,3,M, , 0000 ∗ 43
En la tabla 2-1 se describe detalladamente el significado de cada uno de los valores.
Nombre Ejemplo de datos Descripcion
Encabezado $ GPGGA Informacion fija.
Tiempo 170834 17:08:34
Latitud 0441.0126,N 4d 41’ 126 ”N
Longitud 07404.8912,W 74d 4’ 8912 ”W
Fijar Calidad:
- 0 = no valido 1 Los datos son de un punto de GPS
- 1 = GPS fijo
- 2 = DGPS
Numero de Satelites 10 10 satelites estan a la vista
Precision horizontal 0.8 La precision relativa de
la posicion horizontal
Altitud 2570.9, M Sobre el nivel del mar 2570.9 metros.
Altura del geoide sobre 3.3, M 3.3 Metros
el elipsoide WGS84
Checksum * 43 Utilizado por el programa para
comprobar si hay errores de transmision
Tabla 2-1.: Estandar de comunicacion del receptor GPS segun el protocolo NMEA 0183
El receptor utilizado en este proyecto es el BU-353S4 de la empresa GlobalSat, con comuni-
cacion por interface USB 2.0 y estandar NMEA 0183. El receptor BU-353S4 tiene un tiempo
de muestreo de 1 segundo, permitiendo resolucion de cambio de posicion desde 10 cm.
14 2 Marco teorico
2.1.5. Conversion de latitud y longitud en distancia
Conocidas las coordenadas correspondientes a latitud y longitud de dos puntos, es posible
determinar la distancia d entre ambas posiciones GPS. Entonce surge la pregunta ¿cual es
la mejor forma de calcular la distancia ortodromica (que ignora deliberadamente diferencias
de elevacion) entre 2 puntos?.
Si la distancia es menos de 20 km (12 millas) y las ubicaciones de los dos puntos en coorde-
nadas cartesianas son X1, Y 1 y X2, Y 2 entonces el teorema de pitagoras :
d =√
((X2−X1)2 + (Y 2− Y 1)2)
dando lugar a un error de:
a menos de 30 metros (100 pies) para latitudes de menos de 70 grados
a menos de 20 metros (66 pies) para latitudes inferiores a 50 grados
menos de 9 metros (30 pies) para latitudes de menos de 30 grados
Estas declaraciones de error reflejan tanto la convergencia de los meridianos como la curva-
tura de los paralelos.
Por otra parte, si tomamos la tierra esferica de radio R , y las ubicaciones de los dos puntos
en coordenadas esfericas (longitud y latitud) son long1, lat1 y long2, lat2 entonces a partir
de la formula de Haversine [10]:
dlong = long1− long2
dlat = lat1 − lat2
a = sin2
(
dlat
2
)
+ cos(lat1) ∗ cos(lat2) ∗ sin2
(
dlong
2
)
c = 2 ∗ arcsin(mın(1,√a))
d = R ∗ c
donde R representa el valor del radio de la tierra. Es necesario emplear los valores decimales
tanto de la latitud como de la longitud. Para utilizar dichos valores con las funciones trigo-
nometricas, deben ser convertidos a radianes. Lo que dara de forma matematica y compu-
tacionalmente resultados exactos. El resultado intermedio c es la distancia ortodromica en
2.1 Receptor GPS 15
radianes. La distancia d estara en las mismas unidades que R.
La funcion mın protege contra posibles errores de redondeo que podrıan alterar la compu-
tacion de la funcion arcoseno si los dos puntos son antıpodas (es decir, en lados opuestos de
la Tierra).
uw
v
a
b
c
C
Figura 2-7.: Para deducir la ley del haversine, se parte de la ley esferica de coseno.
El problema de determinar la distancia ortodromica en una esfera ha existido durante cientos
de anos, de igual manera ha sucedido para la ley de los cosenos y la Formula Haversine.
La aproximacion de Pitagoras a la Tierra plana asume que los meridianos son paralelos, que
los paralelos de latitud son indistinguibles de los grandes cırculos, y que los grandes cırculos
son indistinguibles de las lıneas rectas. Cerca de los polos, los paralelos de latitud son no
solo mas cortos que los grandes cırculos, sino tambien curvados. Teniendo esto en cuenta se
conduce a la utilizacion de las coordenadas polares y la ley de los cosenos para el calculo de
distancias cortas cerca de los polos.
Coordenada polar Tierra-Plana:
a =π
2− lat1
b =π
2− lat2
c =√
a2 + b2 − 2ab cos(long2− long1)
d = R ∗ c
Dando errores maximos mas pequenos que el Teorema de Pitagoras para latitudes mas altas
y mayores distancias.
Los errores maximos, que dependen de acimut, ademas de la distancia de separacion, son
iguales a los 80 grados de latitud, cuando la separacion es de 33 km (20 mi), 82 grados a
16 2 Marco teorico
18 kilometros (11 mi), 84 grados a 9 km (5.4 mi ). Pero incluso en 88 grados el error polar
puede ser tan grande como 20 metros (66 pies) cuando la distancia entre los puntos es de 20
kilometros (12 millas).
Una manera informal de calcular la distancia en una Tierra esferica es la ley de los cosenos
para trigonometrıa esferica:
a = sin(lat1) ∗ sin(lat2)b = cos(lat1) ∗ cos(lat2) ∗ cos(long2− long1)
c = arc cos(a+ b)
d = R ∗ c
2.2. Sensor de iluminancia (luxometro)
Los niveles de luxes sobre una superficie se miden mediante un luxometro el cual esta com-
puesto por un sensor de luz. Existe en el mercado variedad de sensores variando en el tiempo
de respuesta, el tipo de senal generada y la sensibilidad en el espectro electromagnetico.
El fotodiodo OPT101 de la empresa Texas Instrument tienen una respuesta espectral entre
los 400 y 1100 manometros como se puede ver en la figura 2-8, con tiempo de respuesta de
8µ sec.
El OPT101 incluye un amplificador de transimpedancia, generando una senal analoga de
salida la cual aumenta linealmente con la intensidad de luz.
El angulo de incidencia de la fuente de luz afecta la sensibilidad aparente de irradiancia
uniforme. Para pequenos angulos de incidencia, la perdida de la sensibilidad se debe sim-
plemente a la zona efectiva de captacion de luz mas pequena del fotodiodo (proporcional
al coseno del angulo). En un angulo de incidencia mayor, la luz es refractada y dispersa-
da por el empaquetado del integrado. Estos efectos se muestran en la grafica de la figura 2-9.
El fotodiodo OPT101 esta disenado para reducir el efecto coseno producido por el angulo
de incidencia de la fuente luminosa, en la seccion 3.2.3 se presentan las pruebas realizadas
al integrado para verificar el efecto de correccion de coseno.
2.2 Sensor de iluminancia (luxometro) 17
Azu
l
Verd
e
Am
arillo
Rojo
Sa
lida
de
co
rrie
nte
o v
olta
je n
orm
aliz
ad
a
Longitud de onda (nm)
RESPUESTA ESPECTRAL NORMALIZADA
Ultravioleta Infrarojo
650nm(0.45A/W)
25 ºC
70 ºC
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Figura 2-8.: Respuesta espectral normalizada fotodiodo OPT101
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
00 ±20 ±40 ±60 ±80
Circuitointegrado
RESPUESTA vs ÁNGULO INCIDENTE
Resp
uest
a r
ela
tiva
Ángulo de incidencia (°)
Figura 2-9.: Respuesta relativa del fotodiodo al angulo de incidencia
18 2 Marco teorico
2.3. Plataforma de programacion de interfaz de usuario
En el desarrollo del presente trabajo se creo una interfaz grafica de usuario, es decir el
software donde interactua el usuario con los datos adquiridos, por lo que se necesito de un
Entorno Integrado de Desarrollo (IDE) que contara con licencia de desarrollo de software
libre, compatible con los sistemas operativos Windows, Android, Linux y Mac OSX.
Qt Creator es una IDE multiplataforma disenada para hacer desarrollos en lenguaje de pro-
gramacion C++, cuenta con una version de Licencia Publica General (GPL), permitiendo
la libre distribucion del software desarrollado.
Figura 2-10.: Qt Developer, entorno de desarrollo grafico.
Qt Creator esta integrado con Qt Developer (figura: 2-10), lo que permite creacion de
interfaces graficas de usuario dinamicas y visualmente amigables con el usuario.
2.4 Tarjeta de adquisicion de datos 19
2.4. Tarjeta de adquisicion de datos
La adquisicion de datos o senales analogicas del mundo real para generar senales digitales
que se puedan manipular en un computador, se realiza mediante una interfaz de hardware
capaz de interpretar los datos y permitir la comunicacion entre el computador y las senales
externas. Para este trabajo las senales analogicas a manipular son los nivel de iluminancia
emitida por los fotodiodos OPT101.
Arduino UNO Tenssy 2
6.3
cm
7.6 cm
Dimensiones 7,6 x 6,3 cm 3 x 1,7 cm
Microcontrolador ATMEGA328 ATMEGA32U4
8 bit AVR 8 bit AVR
16 MHz 16 MHz
Memoria Flash 32Kb 32Kb
Memoria RAM 2560 2560
EEPROM 1024 1024
Voltaje de entrada 7- 12 volt 25,5 volt
Digital I/O 12 12
Entradas Analogas 6 12
Salidas PWM 6 7
Puertos UART UART, I2C, SPI
Interfaz de programacion Arduino Arduino
Precio (Dolares) $ 28.oo $ 16.oo
Tabla 2-2.: Caracterısticas Arduino UNO vs Tenssy 2.
Los micro-controladores (circuitos integrados programables) permiten la creacion de tarjetas
de adquisicion de datos (DAQ) ya que cuentan con puertos de entrada y salida de senales
digitales, puertos de entrada de conversion analogo/digital, salida PWM (modulacion por
ancho de pulso), comunicacion por puerto serial RS232 o USB. Este desarrollo requiere de
una electronica de acople de las senales de entrada y salida como de puerto de comunicacion.
20 2 Marco teorico
En el mercado existen DAQ a bajo costo que integran todas las necesidades de comunicacion
entre el mundo real y el computador aplicables al desarrollo de este trabajo, ejemplo de esto
tenemos Arduino UNO y Teensy 2 como se muestra en tabla 2-2.
Para este trabajo se hicieron pruebas iniciales con Arduino UNO y Teensy 2. Aunque los
resultados obtenidos por las dos tarjetas fueron similares, se decidio trabajar con Teensy 2
por sus dimensiones y bajo costo.
3. Pruebas
En el desarrollo de este proyecto se realizaron pruebas de calibracion de posicion del sistema
de posicionamiento y de los sensores de iluminancia los cuales se describen a continuacion.
3.1. Calibracion de distancia GPS
El receptor GPS entrega las coordenadas de latitud y longitud del punto en que se encuentra
posicionado, para realizar el calculo de la distancia recorrida entre 2 puntos se realizaron
pruebas en campo posicionando dos puntos a una distancia de una cuadra 102 metros,
distancias cortas de 4,3 y 1,6 metros como se presenta en tabla 3-1, se tomaron las respectivas
coordenadas geograficas. Utilizando los metodos descritos en la seccion 2.1.4 se determino
el de menor error como se describe en la tabla 3-2.
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
Latitud 1 4,71006583 4,71036333 4,70606583
Longitud 1 74,07768167 -74,07590333 -74,07614542
Latitud 2 4,71022167 4,71037000 4,70606750
Longitud 2 74,07677583 -74,07586500 -74,07615958
Distancia 102 metros 4,3 metros 1,6 metros
Tabla 3-1.: Coordenadas geograficas para las pruebas de distancia.
Porcentaje de error
Metodo Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
Pitagoras 0,060% 0,346% 1,163%
Haversine 0,016% 0,391% 1,129%
Coordenadas polares 2,271% 3,727% 26,611%
Trigonometrıa esferica 0,016% 0,391% 1,137%
Tabla 3-2.: Porcentaje de error con diferentes calculos de distancia entre coordenadas GPS.
El metodo de coordenadas polares presento el mayor error por lo que fue el primer des-
cartado. El metodo de calculo de Pitagoras, aunque se tiene el menor porcentaje de error,
22 3 Pruebas
requiere la transformacion de las coordenadas geograficas a coordenadas cartesianas lo que
implica un mayor calculo computacional. El metodo de Haversine y de trigonometrıa esferica
presentaron porcentajes de error iguales.
Aunque dado el arc sen de la formula de trigomometrıa esferica este metodo se hace poco
fiable para distancias pequenas:
cos(5◦) = 0, 996194698
cos(1 punto) = 0, 999847695
cos(1 minuto) = 0, 9999999577
cos(1 segundo) = 0, 9999999999882
cos(0,05 segundos) = 0, 999999999999971
En calculos con siete cifras significativas no se pueden distinguir los cosenos de cualquier
distancia de menos de un minuto de arco.
En conclusion el metodo que aplica en el desarrollo del proyecto es el de Harvesine.
3.2. Sensores de iluminancia
En el desarrollo del proyecto se utilizaron 3 sensores de iluminancia OPT101. Para cada uno
de los sensores se diseno un circuito impreso con las conexiones como se muestran en la figura
3-1. Los sensores se ubican sobre el capo de un carro y se alinean a lo ancho de este para
cubrir longitudinalmente el ancho de un carril. La separacion entre sensores varia segun
el ancho del capo del automovil utilizado y la separacion entre sensores se debe mantener
simetrica como se muestra en figura 3-2.
3.2 Sensores de iluminancia 23
OPT 101
VB
-
-
12
V+
3pF
4
5
38
7.5mV
8pF
1MΩ
λ
Figura 3-1.: Diagrama basico de conexion integrado OPT101
X=Ancho capó del carro
X/2
Tarjeta de adquisición de datos
Sensor1 Sensor2 Sensor3
Figura 3-2.: Montaje de sensores en el automovil.
Mediante el software de calculo de iluminancia Dialux version 4.11 se simulo una vıa de 7
metros de ancho con 2 carriles, iluminada con luminarias Calima II de la empresa RoyAlpha
con fuente lumınica sodio de 150w, simuladas a una interdistancia de 30 metros y altura de
montaje de 10 metros, como se muestra en el perfil de vıa en la figura 3-3.
24 3 Pruebas
30m
10m
7m
Figura 3-3.: Perfil de vıa utilizado en la simulacion de Dialux.
3.2.1. Altura de montaje
La altura de los sensores sobre el capo del carro tienen variacion entre 0,6 - 1,4 metros de-
pendiendo del vehıculo utilizado para hacer las pruebas como se observa en la figura 3-4. El
reglamento tecnico de iluminacion y alumbrado publico RETILAP solicita tomar las medi-
das de iluminancia en una vıa a nivel de piso.
0.8 m
Figura 3-4.: Adaptacion de sensores en el vehıculo
3.2 Sensores de iluminancia 25
Con la simulacion de la vıa en el software de iluminacion Dialux, se utilizo una malla de
calculo para iluminacia simulando la malla de la CIE 140 como se realizan las mediciones
en campo, variando la altura de montaje entre 0 y 1,4 metros, se creo una metodologıa de
correccion de los niveles de iluminancia que se miden con los sensores sobre al capo del carro
y no a nivel del piso, como se presenta en la figura 3-5.
El ajuste realizado en las medidas de iluminancia tienen e cuenta la altura de montaje de
las luminarias y la altura de montaje de los sensores, con una incertidumbre de menor el 5%
el software entrega resultados de iluminancia media y uniformidad como si las mediciones
fueran realizadas a nivel de piso.
0 10 20 30 40 50 6010
15
20
25
30
35
40
45
Distancia (metros)
Ilum
ina
nci
a (
luxe
s)
Niveles de iluminancia variando altura malla cálculo
0.0m0.2m0.4m0.6m0.8m1.0m1.2m1.4m
Figura 3-5.: Comparativo alturas de montaje de los sensores en el vehıculo
La variacion en los niveles de iluminancia se ven en la zona de niveles mas altos, es decir en
los lugares mas proximos al poste o bajo la luminaria. Para determinar el ajuste correcto de
la senal tomada se realizaron simulaciones con varias fuentes luminosas como se presenta en
la figura 3-6.
26 3 Pruebas
0 10 20 30 40 50 600
10
20
30
40
50
60
70
Ilum
ina
nci
a (
luxe
s)
SON 150W
0 10 20 30 40 50 600
10
20
30
40
50
60
70SON 250W
0 10 20 30 40 50 600
5
10
15
20
25
30
Distancia (metros)
Ilum
inanci
a (
luxe
s)
LED 53W
0 10 20 30 40 50 600
5
10
15
20
25
30
Distancia (metros)
LED 101W
0.0m0.8m1.4m
0.0m0.8m1.4m
0.0m0.8m1.4m
0.0m0.8m1.4m
Figura 3-6.: Variacion altura de montaje diferentes fuentes
La ganancia en los picos de la senal se deduce de la formula de calculo de iluminancia hori-
zontal, la cual esta dada por:
Eh =Iαd2
cosα
Donde: Iα es la intensidad luminosa de la fuente en el punto P , d separacion entre la fuente
y el punto P y α el angulo entre la fuente y el punto P , como se muestra en la figura 3-7.
Fuenteluminosa
h
P
Iluminanciahorizontal
Iα
α
d
α
Figura 3-7.: Calculo de la iluminancia horizontal.
3.2 Sensores de iluminancia 27
A medida que el punto de calculo P se ubica bajo la fuente luminosa, el angulo α se hace 0
y la ganancia en el pico es mayor ya que cos(0) = 1 y en el valle la ganancia por la altura se
hace despreciable.
El sistema identifica la separacion entre luminarias con los valores picos de la iluminancia
promedio leıda por los sensores, por software se ingresan los valores de altura de montaje de
los luminarias en el vıa medida, ası como la altura de montaje de los sensores en el vehıculo,
para realizar el ajuste como se presenta en la imagen ??.
EL metodo de ajuste implementado en el sistema consiste en identificar los picos y valles de
la senal que representan el α mas pequeno y el mayor respectivamente. Se saca la media y
se ajusta la senal superior como se muestra en figura 3-8
10 20 30 40 50
Distancia (metros)
Ajuste de señal a altura 0 metros
20%
16%
0 6010
15
20
25
30
35
40
45
Ilu
min
an
cia
(lu
xe
s)
Figura 3-8.: Ajuste de senal en los picos a altura 0 metros de calculo.
Al ajustar la senal de los picos el Emax (iluminancias maximas) no afecta la Em (iluminancia
media) ni la Uo (uniformidad general), con lo que obtendremos resultados mas cercanos a la
realidad como si se tomaran las mediciones a una altura de 0 metros a nivel del piso.
3.2.2. Calibracion con diferentes fuentes luminosas
El comportamiento de la senal emitida por los sensores es directamente proporcional a la
cantidad de luz que recibe el sensor OPT101. La respuesta generada por el sensor es una
senal de 0-5 VDC, los cuales son entregados por la tarjeta de adquisicion de datos DAQ
como una senal digital de 10 bits con lo que se tiene un rango de 0-1024. Para determinar el
valor en luxes de la senal emitida se realizaron pruebas en el laboratorio de iluminacion de la
Universidad Nacional LABE con cuatro fuentes lumınicas: LED, incandescente, fluorescente
compacta, fluorescente de balasto electromagnetico, mercurio y sodio.
Con las fuentes de balasto electronico y las fuentes que no requieren de balasto se obtuvo
una senal lineal como se muestra en la figura 3-9.
28 3 Pruebas
0 50 100 150 200 2500
50
100
150
Calibración SODIO
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
50
100
150
I l u
m i n
a n
c i a
(l u
x e
s )
- L
u x
ó m
e t
r o
p
a t
r ó
n
Calibración LED
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
50
100
150
Señal digital respuesta sensor OPT 101
Calibración FLUORESCENTE
CFL
y=1.2123x
LED
y=1.2572x
SON
y=0.4137x
Figura 3-9.: Respuesta del sensor a la variacion de intensidad de una fuente lumınica.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000100
150
200
250
300
350
400
Tiempo milisegundos (ms)
Respuesta
sensor
OP
T101
Lampara Fluorescente T12x4
Muestreo de 100 ms
Muestreo de 10 ms
Señal filtrada
Figura 3-10.: Respuesta filtrada del sensor con fuente de balastro electromagnetico.
Al realizar las pruebas de las luminarias con balasto electromagnetico, las cuales tienen una
3.2 Sensores de iluminancia 29
frecuencia de 60 Hz, se obtuvo una senal oscilatoria ante una misma intensidad lumınica
de periodo de 0,016666 seg. Para filtrar la senal se implemento un filtro digital en la DAQ
como se muestra en la figura 3-10. La implantacion del filtro digital se realizo para todas
las fuentes lumınicas.
3.2.3. Correccion de coseno
El reglamento Reglamento Tecnico de Iluminacion y Alumbrado Publico RETILAP en su
seccion 230.2 referente a las caracterısticas del medidor de iluminancia cita: “La correccion
coseno significa que la respuesta del medidor de iluminancia a la luz que incide sobre el desde
direcciones diferentes a la normal sigue la ley de coseno”.
Para verificar la correccion realizada por el fotodiodo OPT 101, sensor utilizado en este
proyecto. En el laboratorio de iluminacion de la Universidad Nacional LABE se midio la
intensidad lumınica en diferentes angulos de incidencia.
Con una bombilla de Mercurio de 150 Watts instalada a 4 metros de altura, el fotodiodo
se adapto en un mecanismo giratorio que permitio medir la intensidad luminosa en angulos
desde −45◦ hasta 90◦ en pasos de 15◦. La respuesta normalizada se presenta en la figura
3-11, donde se puede evidenciar que la respuesta del sensor sigue la ley del coseno.
-50 0 50 1000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Angulo [º]
Inte
nsid
ad
no
rma
liza
da
Comportamiento del COSENO del sensor OPT101
OPT 101
Coseno
Figura 3-11.: Respuesta del fotodiodo OPT 101 normalizada, de diferentes angulos de in-
cidencia de la fuente de luz.
30 3 Pruebas
3.2.4. Velocidad de circulacion del automovil
La DAQ envıa 3 valores digitales en el rango de 0-1024 (10 bits) cada 200ms, correspon-
dientes a la lectura de los 3 sensores de iluminacion OPT101. Dado que el sistema requiere
tomar mediciones de niveles de iluminacion mınimo cada 3 metros, tenemos una velocidad
maxima de circulacion del vehıculo de 3m/200ms equivalente a 54 km/h.
Con esta velocidad podemos asegurar que la malla de calculo utilizada para reportar el es-
tado de la vıa no superara longitudinalmente los 3 metros de distancia entre puntos, en el
caso contrario cuando el vehıculo se detiene o se desplaza a una velocidad V ≤ 17 km/h, lo
que implica que cada 200ms la distancia entre puntos de calculo sea inferior a 1 metro.
El sistema tiene en cuenta para el reporte vial los niveles con una separacion superior a 1
metro como se presenta en la figura 3-12. En esta grafica se observa una medicion real en
un tramo de 260 metros, se encuentra la medida de los 3 sensores cubriendo diagonalmente
el ancho de un carril y longitudinalmente se ve la variacion del ancho de muestreo debido a
la variacion de velocidad del carro como se observa en la grafica 2 de la misma figura.
500 520 540 560 580 600 620 640 6600
10
20
30
40
50
Ilu
min
an
cia
(lu
xe
s)
Niveles de iluminancia en una vía
500 520 540 560 580 600 620 640 6605
10
15
20
25
30
35
Distancia (metros)
Ve
locid
ad
(km
/h)
Velocidad de desplazamiento del vehículo
Sensor1
Sensor2
Sensor3
3 1
Figura 3-12.: Respuesta del sistema en medicion en vıa
3.3. Medicion de iluminacion en la Universidad Nacional
El sistema de mediciones moviles de iluminancia Light Land, se probo en el campus de la
Universidad Nacional de Colombia sede Bogota. Se realizaron las medicion de los niveles de
3.3 Medicion de iluminacion en la Universidad Nacional 31
iluminancia en los dos carriles que componen la vıa interna de la universidad.
La vıa esta restringida a una velocidad de circulacion no mayor a los 30 km/h. Con este
parametro de velocidad de circulacion el reglamento de iluminacion RETILAP clasifica la
iluminacion de la vıa como tipo M4, con iluminancia media Emed > 25 lx y uniformidadEmin
Em
≥ 25%.
Los 4900 metros de vıa en la universidad se recorrieron en 12 minutos, a una velocidad
promedio de 24 km/h. Se realizaron mediciones de iluminancia en 49 cuadras, encontrando:
problemas de uniformidad en 27 cuadras de las cuales 6 adicionalmente presentaron proble-
mas de iluminancia media menor a 12lx. El reporte completo generado por Light Land se
encuentra en el anexo A.
3.3.1. Repeticion de mediciones en una cuadra
El dıa 10 de junio de 2014, se realizaron 3 mediciones de iluminancia por el carril interno
de la rotonda que se encuentra frente a la facultad de Biologıa, tal como se presenta en
figura 3-13. La vıa de 130 metros de distancia cuenta con 6 postes de 8 metros de altura
con luminarias de fuente luminosa Sodio 70 vatios.
Los resultados obtenidos en las 3 mediciones presentaron variacion en los resultados de ilu-
minancia media de 2%, iluminancia maxima de 4% e iluminancia mınima de 0%, como se
presenta en la tabla 3-3.
De las 6 luminarias presentes en la vıa una se encontraba apagada, reduciendo la Emin a
0,83 luxes generando problemas de uniformidad. Los resultados obtenidos en las mediciones
se pueden observar en la grafica de la figura 3-14.
32 3 Pruebas
Figura 3-13.: Rotonda frente a facultad de Biologıa donde se realizaron mediciones de ilu-
minancia en repetidas ocasiones.
Iluminancia Recorrido 1 Recorrido 2 Recorrido 3 Variacion
Promedio Em 29,27 29,59 29,90 2%
Maximo Emax 63,71 63,3 61,23 4%
Mınima Emin 0,83 0,83 0,83 0%
Uniformidad Emin
Em
2.8% 2.8% 2.8% 0%
Tabla 3-3.: Resultados de iluminancia obtenidos en 3 recorridos de una misma cuadra.
3.3 Medicion de iluminacion en la Universidad Nacional 33
Mediciones con Sensor 1
0 20 40 60 80 100 120 1400
50
100
Ilu
min
an
cia
(lu
xe
s) Mediciones con Sensor 2
0 20 40 60 80 100 120 1400
50
100
Distancia (metros)
Mediciones con Sensor 3
1ra vez
2da vez
3ra vez
1ra vez
2da vez
3ra vez
0 20 40 60 80 100 120 1400
50
100
1ra vez
2da vez
3ra vez
Figura 3-14.: Resultados de iluminancia obtenidos por cada uno de los 3 sensores de ilu-
minancia o fotometros del sistema, en tres mediciones de una misma cuadra.
34 3 Pruebas
3.4. Evaluacion de mediciones en campo con metodo
tradicional vs propuesto
En la Universidad Nacional de Colombia sede Bogota por la entrada de la carrera 40 se ins-
talo un piloto de 13 luminarias de fuente luminosa Led, como parte de trabajo de grado de la
Especializacion de iluminacion del Ing. Jairo Rodriguez. Se realizo mediciones de iluminancia
y luminancia de este piloto, con la metodologıa tradicional basados en los lineamientos de
la CIE140 (como se presenta en la seccion 1.1).
La vıa se compone de 2 carriles, con un ancho de 7,2 metros, poste con ubicacion lateral
sencilla y separacion de 25 metros, altura de montaje de la luminaria de 10,2 metros y brazo
de 1,35 metros. La luminaria instalada es el piloto es una luminaria de tecnologıa Led con
40 diodos de emisores de luz, 700mA, de la marca Schreder y referencia TECEO.
Con los parametros de diseno, se simulo en el software ULYSES el sistema de iluminacion,
para determinar teoricamente los valores de iluminancia y luminancia en la vıa como se
presenta en la figura 3-15. El software de iluminacion se basa en la misma norma con que
se realizaron las mediciones (CIE140).
Fixture
Height
Setback10,200
TECEO 1 40 LEDS 700mA NW
-2,350
Inclination
Overhang
Surface type Surface typeSpacing
7,0
-0.5
R300725,000
#lanes Lane width Road width
2 3.600 7.200
Figura 3-15.: Vista del reporte del calculo de iluminacion utilizando los parametros de
diseno de la carrera 40 en la UN.
3.4 Evaluacion de mediciones en campo con metodo tradicional vs propuesto 35
En septiembre de 2014, cuatro meses despues de realizadas las mediciones en campo con el
metodo tradicional, se realizo la medicion con el sistema propuesto en el presente trabajo,
la evaluacion en la vıa se hizo en dos dıas diferentes para determinar la reproducibilidad de
las mediciones, adicional se realizo variacion en la velocidad del vehıculo para determinar
la repetibilidad de los resultados y su posible afectacion por el cambio de puntos leıdos, ya
que a mayor velocidad mas distancia entre punto y punto de medida, con este perfil de vıa
se requiere tomar niveles de luz maximo cada 2.5 metros, se tiene velocidad maxima del
vehıculo 45 kmh.
Figura 3-16.: Medicion de iluminancia en vıa con el sistema propuesto Light Land.
En la grafica 3-17 se presenta la iluminancia promedio de la vıa longitudinalmente, con las
mediciones por el sistema tradicional versus el sistema objeto de este trabajo. Las mediciones
por el metodo tradicional se realizan con la toma de datos entre 2 luminaria mientras que
con el sistema propuesto se tomaron datos de 3 luminarias, ya que no se tiene limite del
numero de puntos de luz para realizar las mediciones.
Los resultados obtenidos en el diseno y las mediciones de campo se presentan el la tabla 3-4,
con estos resultados se ratifica la validez de los datos obtenidos con el sistema de medicion
propuesto. El reglamento tecnico de iluminacion en Colombia RETILAP especifica una to-
lerancia del 5% en los instrumentos de medicion de iluminancia.
Adicional mente se presenta la ventaja de no requerir la interrupcion del trafico normal en la
vıa para realizar las mediciones y con la obtencion de medidas entre dos postes en un rango
de tiempo de un segundos versus una hora con el metodo tradicional.
36 3 Pruebas
40 50 60 70 80 90 1000
5
10
15
20
25
30
Distancia (metros)
Ilu
min
an
cia
(lu
xe
s)
31 km/h
21 km/h
13 km/h
Tradicional
Figura 3-17.: Resultado de las mediciones realizadas en campo con el metodo tradicional
y el propuesto.
Medidas segun RETILAP Em (lx) Emin (lx) Unif.
19.37 11.5 59%
Muestra Velocidad Em (lx) Emin (lx) Unif.
1 19 km/h 19.22 12.08 63%
2 21 km/h 19.08 12.08 63%
3 19 km/h 19.34 12.08 62%
4 31 km/h 18.99 12.08 64%
5 13 km/h 19.04 12.08 63%
Desviacion Estandar 0.16 0.23 0.015
Nivel de Confianza 95% 2.00 2.00 2.00
Incertidumbre repeticion 0.20 0.30 2%
Tabla 3-4.: Resultados de iluminancia promedio obtenidos en las mediciones en campo,
donde Medicion A representa el metodo tradicional y Medicion B el propuesto.
4. Light Land analizador de
iluminancia vial
Durante el desarrollo de este proyecto se diseno, programo y depuro un software que inte-
grara las mediciones de iluminancia tomadas por tres sensores y transmitidas por una tarjeta
de adquisicion de datos Teensy 2, con una posicion geografica reportada por un receptor GPS,
con el objeto de generar un reporte grafico con los niveles de iluminacion y uniformidad de
las vıas, y reportar zonas en que se presentan fallos en la iluminacion, los cuales se deben
a niveles de iluminancia media (Em) por debajo de los niveles exigidos por el reglamento
Colombiano RETILAP o a problemas de uniformidad en la iluminacion como se presenta en
la figura 4-1. El software desarrollado toma el nombre de Ligth Land, siguiendo el nombre
de la empresa de su disenadora.
Software LIGHT LAND
analizador de iluminancia vial
Lectura de sensores
en DAQ
Sensor
Iluminancia 1
Sensor
Iluminancia 2
Sensor
Iluminancia 3
Posición geografica
por receptor GPS
Reporte de fallos por bajos niveles de iluminación
y uniformidades menores a las exigidad por RETILAP
Figura 4-1.: Esquematico del sistema de analisis de iluminancia vial.
38 4 Light Land analizador de iluminancia vial
4.1. Casos de uso
En lenguaje unificado de modelado UML (por sus siglas en ingles Unified Modeling Langua-
ge), el diagrama de casos de uso representa la forma en como un operario(Actor) opera con
el sistema en desarrollo, ademas de la forma, tipo y orden en como los elementos interactuan.
En la figura 4-2 se presenta el diagrama de casos de uso de Light Land.
Operario
Realizar
operación
Configurar
puertos USB
Identificación
del proyecto
Caracterización
de la vía
Realizar
mediciones
Generar un
reporte
Calibrar receptor GPS
Calibrar fotómetros
Figura 4-2.: Diagrama UML de casos de uso.
El sistema tiene como actor primario el operador del sistema que tiene el rol de interactuar
con el sistema y realizar la tarea de medir los niveles de iluminacion en las vıas.
Configuracion de sensores
El operario conectara al puerto USB del computador un receptor GPS y debe seleccionar
el puerto al que se ha conectado. Por defecto el sistema carga los datos mas comunes para
estos sensores, esta informacion es suministrada por cada fabricante de receptores GPS.
Requisitos:
Puerto: Numero de puerto de comunicacion que se le asigna al receptor GPS.
4.1 Casos de uso 39
Bits por segundo: Indica el numero de bits por segundo que se transfieren, y se mide
en baudios (bauds).
Bits de datos: Se refiere a la cantidad de bits en la transmision. Por defecto 8.
Paridad: Es una forma de verificar si hay errores en la transmision serial. Puede ser
ninguna, par e impar. Por defecto ninguna.
Bits de parada: Usado para indicar el fin de la comunicacion de un solo paquete. Los
valores tıpicos son 1, 1.5 o 2 bits.
De igual manera se conectara por puerto USB la tarjeta de adquisicion de datos Tennsy
donde esta llegando la medida de los sensores de luz y se tienen los mismos requisitos que el
receptor GPS.
Calibrar GPS
La calibracion del GPS se realiza en tiempo y posicion, para el tiempo se debe configurar la
zona horaria que por defecto se encuentra posicionada en Bogota con GMT (meridiano de
Greenwich) en −5, quedando abierta la opcion de cambio en caso de hacer mediciones fuera
de Colombia. El ajuste en latitud y longitud se hace en el momento de tener informacion
GPS de referencia y tener una variacion en la posicion.
Requisitos:
Latitud: Valor a sumar o restar a la latitud medida para ser igual al valor de la latitud
obtenido con el GPS referencia.
Longitud: Valor a sumar o restar a la longitud medida para ser igual al valor de la
longitud obtenido con el GPS referencia.
Zona horaria: Factor del huso horario en relacion al tiempo universal coordinado (UTC)
sobre el meridiano de Greenwich. Por defecto en −5.
Identificacion del proyecto
Esta informacion es opcional y hace referencia a los datos generales de contacto de la em-
presa que esta realizando las mediciones. La informacion se presenta en el reporte final del
estado de la vıa.
Requisitos:
40 4 Light Land analizador de iluminancia vial
Empresa: Razon social de la companıa.
Direccion de la empresa.
Telefono de la empresa.
Email: correo electronico de contacto.
Contacto: Nombre de la persona que realiza las mediciones.
Caracterizacion de la vıa
Aquı el operador ingresa la informacion general de la vıa y la fecha en que esta realizando
las mediciones. La clasificacion del tipo de iluminacion de la vıa se basa en el reglamento
Colombiano RETILAP y es el parametro para reportar fallos por bajos niveles de ilumina-
cion y/o problemas de uniformidad.
Requisitos:
Fecha: Dıa es que se realizan las mediciones (por defecto se carga la fecha del sistema).
Paıs: Ubicacion general de las mediciones.
Tipo de vıa: Se tiene la clasificacion por RETILAP o un valor personalizado con va-
riacion en:
• Iluminancia media en luxes.
• Uniformidad en porcentaje, dado por: Emin/Em.
Observaciones: Espacio para dejar alguna aclaracion sobre la vıa en el reporte.
Realizar mediciones
Una vez configurados y calibrados los sensores de iluminancia y el GPS, el operador puede
dar inicio a la toma de mediciones, los niveles de iluminancia solo se tomaran con el vehıcu-
lo en movimiento, las medidas deben hacerse despues de las 6 pm o cuando los niveles de
iluminacion natural esten por debajo de 1 lux correspondiente a un noche de luna llena y se
haya activado el alumbrado publico vial.
Requisitos:
Disponer de los sensores de iluminancia sobre el capo del carro.
Conectar sensores por puerto USB.
4.1 Casos de uso 41
Conectar y calibrar el receptor GPS por puerto USB.
Poner en movimiento el vehıculo procurando ir siempre por el mismo carril a una
velocidad no mayor a 54km/h.
Una vez terminado el recorrido, guardar el archivo de medicion.
Generar reporte
Con la generacion del reporte el inspector de la vıa podra identificar lo lugares donde se
identificaron problemas de iluminacion. El reporte se genera como un archivo pdf.
Requisitos:
Cargar un archivo.
Tener en la tabla de datos la informacion correspondiente a 100 metros de mediciones
o lo correspondiente a una cuadra.
5. Manual del usuario
El software Light Land esta compuesto de seis areas como se presenta en la grafica 5-1, las
cuales se explicaran detalladamente en este manual:
Figura 5-1.: Areas de trabajo en software Light Land
Areas de trabajo:
1. Menu principal.
2. Configuracion de puertos para GPS y sensores.
3. Area de visualizacion de mapas por GoogleMaps.
4. Area de visualizacion grafica de resultados de iluminancia vs. desplazamiento.
5. Configuracion del proyecto y calibracion de sensores.
6. Area de visualizacion numerica de los valores obtenidos en la medicion.
5.1 Menu Principal 43
5.1. Menu Principal
El menu principal de Light Land cuenta con una barra de herramientas rapida y un menu des-
plegable presentes en el area de trabajo 1.
5.1.1. Barra de herramientas
El menu principal en la barra de herramientas cuenta con 4 iconos de acceso rapido para:
nueva medicion, conexion, reporte y ayuda como se presenta en la figura 5-2.
Figura 5-2.: Barra de herramientas rapida
1.1Nuevo
Esta opcion permite limpiar toda la informacion que se tenga en los
modulos de visualizacion de datos e informacion del proyecto, con el objeto de comenzar
una nueva medicion.
1.2Conexión
Este boton se activa en el momento que esten los puertos configurados
con el receptor GPS y los sensores de iluminancia. Tenga en cuenta que para dar inicio
a las mediciones el vehıculo con el sistema debe estar desplazandose por la vıa a una
velocidad no mayor de 54 km/h, esto con el fin de asegurar que se tomaran datos de
iluminancia mınimo cada 3 metros y se cumple con la malla de calculo estipulada por
RETILAP.
1.3Reporte
Este boton se activa cuando se carga un archivo con mediciones previas o
cuando se toman mediciones a partir de una cuadra o 100 metros de distancia.
Se abre una ventana emergente de guardar archivo donde debemos dar la ruta donde
queremos almacenar el archivo y se asigna el nombre del mismo tal y como se presenta
en figura 5-3.
Se crea un archivo de formato .pdf donde se presenta la informacion correspondiente
a las mediciones realizadas y un reporte de las zonas con fallas de iluminacion.
44 5 Manual del usuario
Es necesario que el computador tenga conexion a Internet para poder acceder a los
mapas de Google y tener las direcciones catastrales de los lugares con reporte de fallas
en la medicion.
1.4Ayuda
Esta opcion carga el manual del usuario donde se tendra la informacion
detallada de cada parte del software Light Land.
Figura 5-3.: Ventana para guardar reporte
5.1.2. Menu desplegable
Light Land cuenta con los menus desplegables Archivo y Ayuda como se presenta en la
figura 5-4, los cuales permite acceder a todas las funciones del software.
Figura 5-4.: Menu desplegable
Archivo
Dentro del menu archivo encontramos las opciones de:
5.1 Menu Principal 45
1.5.1 Nuevo Alt+N De la misma forma que el icono de la barra de herramientas
Nuevo, esta opcion alista el sistema para poder iniciar una nueva medicion, se elimina
toda la informacion y/o datos que se tenga en los modulos de visualizacion. Comando
rapido de teclado Alt + N.
1.5.2 Abrir Esta opcion carga una ventana emergente para abrir archivos
de extension .xml como se ve en la figura 5-5, estos archivos deben corresponder a
mediciones previamente hechas y guardadas en Light Land para conservar el formato
y ser legibles por el software.
1.5.3 Guardar Esta opcion permite salvar la informacion de que se tenga en
los modos de visualizacion y configuracion que se tengan en el software. Se almacena la
informacion en un archivo de formato .xml con el nombre de archivo que previamente
se le habıa asignado con el comando Guardar como.
1.5.4 Guardar como Alt+G Se abre una ventana emergente para guardar archivos de
extension .xml como se ve en la figura 5-5. Se le debe indicar la ruta donde se alma-
cenara el archivo y el nombre que se le asigna al mismo.
El software automaticamente guardara en la misma ruta y con el mismo nombre un
archivo de extension .info donde se almacena la informacion de la empresa que realiza
las mediciones, tipo de vıa, ajuste de sensores y GPS correspondiente al proyecto.
Comando rapido de teclado Alt + G.
1.5.5 Reporte Esta opcion al igual que el icono Reporte de la barra de
herramientas, accede a una ventana emergente para guardar el reporte. Debemos in-
dicar la ruta en la que queremos almacenar el archivo y el nombre del mismo como se
presenta en figura 5-3.
Se crea un archivo de formato .pdf donde se presenta la informacion correspondiente
a las mediciones realizadas y un reporte de las zonas con fallas de iluminacion.
Se requiere que el computador tenga acceso a Internet para poder acceder a los mapas
de Google y tener las direcciones catastrales de los lugares con reporte de fallas en la
medicion.
1.5.6 Salir Alt+S Esta opcion cierra y sale del software. Si el usuario no ha
guardado las mediciones se le preguntara antes de salir del software si desea salvar los
cambios. Comando rapido de teclado Alt + S.
46 5 Manual del usuario
Figura 5-5.: Ventanas emergentes para abrir y guardar archivos respectivamente.
Ayuda
Dentro del menu archivo encontramos las opciones de:
1.6.1Ayuda F1
Esta opcion carga el manual del usuario donde se tendra la
ayuda detallada de cada parte de Light Land. Comando rapido de teclado F1.
1.6.2 Acerca de Light Land Se activa una ventana emergente donde se informa al usuario
la version del software.
1.6.3 Créditos Se activa una ventana emergente donde se presenta a los cola-
boradores y patrocinios del desarrollo de este trabajo.
5.2. Configuracion de puertos USB
En la zona lateral derecha superior de Light Land encontramos el area de configuracion de
puertos como se presenta en el figura 5-6.
5.2 Configuracion de puertos USB 47
Figura 5-6.: Configuracion de puertos de comunicacion por USB.
5.2.1. GPS
Se debe conectar el receptor GPS a un puerto USB del computador. Si es la primera vez
que se conecta al computador tomara de 3 a 5 minutos la instalacion y configuracion del
controlador del dispositivo. De no hacerse la instalacion automaticamente al conectar el re-
ceptor GPS al puerto USB,debemos instalar el controlador que trae el dispositivo GPS en
CD como se presente en figura 5-7 o descargar el controlador de la pagina web del fabricante.
Una vez instalado el controlador del GPS, cada vez que se conecte el receptor GPS se le
asignara automaticamente un puerto de comunicacion COM , en nuestro caso el puerto asig-
nado es COM11 y debe ser seleccionado manualmente de la lista de puertos disponibles en
el menu de puerto GPS como se presenta en la figura 5-8.
Figura 5-7.: Receptor GPS.
48 5 Manual del usuario
Selección de puerto COM
Figura 5-8.: Al conectar el receptor GPS al puerto USB del computador se asigna un puerto
de comunicacion COM .
Seguidamente se debe configurar los bits de datos, paridad y bit de parada del puerto. Estos
datos se encuentran disponibles en el manual del usuario del receptor GPS, en nuestro caso
se utilizo el receptor GPS-USB marca GlobalSat y los datos de configuracion de puerto que
entrega el manual se presentan en la figura 5-9.
Figura 5-9.: Ejemplo de datos de configuracion de puerto del manual de usuario del receptor
GPS.
Para verificar la conexion del receptor GPS en el area de calibracion de sensores dirıjase a
la pestana Calibracion GPS y siga las instrucciones que se indican en la seccion 5.5.4 de
este manual.
5.2 Configuracion de puertos USB 49
5.2.2. Sensores de iluminancia (fotometros)
Se debe conectar la tarjeta de adquisicion de datos TEENSY con los sensores de iluminan-
cia a un puerto USB del computador, si es la primera vez que se conecta al computador
tomara de 3 a 5 minutos la instalacion y configuracion del controlador del dispositivo. De no
hacerse la instalacion automaticamente al conectar el receptor GPS al puerto USB, figura
5-10. Debemos instalar el controlador que trae el instalador de Light Land o descargar el
controlador de la pagina web de TEENSY 1.
Figura 5-10.: Tarjeta de adquisicion de datos TEENSY con los tres fotometros.
Una vez instalado el controlador de la tarjeta de adquisicion de datos, cada vez que se conec-
te la tarjeta se le asignara automaticamente un puerto de comunicacion COM . En nuestro
caso el puerto asignado es COM9 y debe ser seleccionado manualmente de la lista de puertos
disponibles en el menu de puerto de los fotometros como se presenta en la figura 5-11.
Seguidamente se debe configurar los bits de datos, paridad y bit de parada del puerto,
estos datos se encuentran disponibles en el manual del usuario de la tarjeta de adquisicion
de datos, la configuracion por defecto de los valores del puerto corresponden aun tarjeta
TEENSY 2++.
1Pagina TEENSY: https://www.pjrc.com/teensy/loader.html
50 5 Manual del usuario
Selección de puerto COM
Figura 5-11.: Al conectar la tarjeta de adquisicion de datos TEENSY que tiene los senso-
res de luz (fotometros) al puerto USB del computador asigna un puerto de
comunicacion COM .
Para verificar la conexion de los fotometros en el area de calibracion de sensores dirıjase a
la pestana Calibracion Sensores y siga las instrucciones que se indican en la seccion 5.5.3
de este manual.
5.3. Area de visualizacion de mapas por GoogleMaps
En la zona central superior de Light Land encontramos el area visualizacion de mapas de
GoogleMaps como se presenta en el figura 5-12.
Figura 5-12.: Mapa de ruta de recorrido.
5.3 Area de visualizacion de mapas por GoogleMaps 51
Una vez que hemos terminado un recorrido de medicion de iluminancia, pulsando el botonRuta y si el computador tiene acceso a Internet veremos en el area de visualizacion
de mapas de GoogleMaps, un mapa con el recorrido de la medicion representado por una
poli-linea de color roja, adicional con unos iconos de globos los cuales indican:
Punto donde se iniciaron las mediciones.
Corte de cuadra, dado por cada 100 metros de recorrido.
Utilizando el boton de GoogleStreet , el cual se encuentra en la esquina superior izquierda
del mapa, podemos realizar acercamiento a las vıas como se muestra en la figura 5-13 y
tener imagenes de Google Street con la localizacion general de sitio en que se realizaron
las mediciones como se muestra en la figura 5-14.
Figura 5-13.: Utilizando Google Street view.
52 5 Manual del usuario
Figura 5-14.: Vista de la calle con Google Street view
Al momento que generamos el reporte de fallos el sistema analizara los problemas de Ilumi-
nancia media (Em) y uniformidad (U) por debajo de niveles exigidos por la norma RETILAP
y segun la clasificacion del tipo de iluminacion de vıa.
El mapa con el reporte de fallas se presenta en la figura 5-15 y los sımbolos de globos sobre
la ruta del recorrido de medicion representa:
Punto donde se iniciaron las mediciones.
Cuadra sin fallos de iluminacion.
Cuadra con problemas de iluminancia media (Em) por debajo de lo exigido en la
norma para el tipo de vıa seleccionado.
Cuadra con problemas de uniformidad (U) por debajo de lo exigido en la norma
para el tipo de vıa seleccionado.
Cuadra con problemas de iluminancia media (Em) y uniformidad (U) por debajo
de lo exigido en la norma para el tipo de vıa seleccionado.
5.4 Area de visualizacion grafica 53
Figura 5-15.: Recorrido de medicion con reporte de fallas
En el reporte se puede ver el detalle de las fallas en la iluminacion medida, para mayor
informacion dirigirse a la seccion 5.7 de este manual.
5.4. Area de visualizacion grafica
En la zona central inferior de Light Land encontramos el area visualizacion grafica de los
valores obtenidos en GoogleMaps como se presenta en el figura 5-16.
Ilu
min
an
cia
(lu
xe
s)
125
100
75
50
25
0
150
Distancia (metros)
500 510 520 530 540 550 560 570 580
Figura 5-16.: Grafica de los valores de iluminancia leıdo por los fotometros.
En la grafica los valores de iluminancia en luxes de los tres sensores versus la distancia en
metros del recorrido realizado, se realiza una separacion cada 100 metros correspondiente a
una cuadra como se presenta en 5-17. Adicional se cuenta con una barra de desplazamiento
para ver la totalidad del recorrido.
54 5 Manual del usuario
Ilu
min
an
cia
(lu
xe
s)
150
120
90
60
30
0
Distancia (metros)
795 810 825 840 855 870 885 900
Separación por cuadras
Barra de desplazamiento
Figura 5-17.: Grafica de los valores de iluminancia leıdo por los fotometros.
5.5. Configuracion de proyecto y calibracion de sensores
En la zona lateral superior izquierda de Light Land encontramos el area de configuracion de
proyecto y calibracion de sensores como se presenta en el figura 5-18.
Figura 5-18.: Opciones de configuracion de proyecto y calibracion de sensores.
5.5.1. Datos generales de contacto
En la pestana de Datos generales de contacto se deben ingresar la informacion referente
a la empresa que realiza las mediciones y el personal encargado de las mismas, como se
presenta en figura 5-19
5.5 Configuracion de proyecto y calibracion de sensores 55
Datos generales de contacto
Figura 5-19.: Datos generales contacto.
Esta informacion se utiliza en los datos de contacto del reporte.
5.5.2. Datos de vıa
En la pestana de Datos de vıa se deben ingresar la informacion referente a la fecha de
medicion, ubicacion general de la vıa, clasificacion de la iluminacion por el tipo de vıa y
observaciones referentes a la vıa como se presenta en la figura 5-20.
Datos de la vía
Figura 5-20.: Datos vıa en medicion.
56 5 Manual del usuario
Fecha
El software toma por defecto la fecha del computador al iniciarse las mediciones. De ser
necesario la modificacion de la fecha se cuenta con un calendario desplegable para cambiar
la facha como se presenta en la figura 5-21.
Figura 5-21.: Menu desplegable de calendario para modificacion de fecha.
Ubicacion general
Se solicita escribir el paıs y ciudad o municipio donde se realizan las mediciones. Estos datos
son informativos para el reporte ya que el receptor de GPS entrega una localizacion de latitud
y longitud de cada punto de iluminacion medido en la vıa.
Clasificacion de iluminacion por tipo de vıa
Se cuenta con un menu desplegable como se muestra en la figura 5-22, donde se tiene la
clasificacion de iluminacion dado por el reglamento tecnico de iluminacion y alumbrado
publico RETILAP como se presenta en la tabla 5-1, los valores de iluminancia media Em
y uniformidad U se modifican automaticamente dando cumplimiento a los requerimientos
de la norma. Se cuenta con la opcion Otro la cual permite la modificacion manual de los
valores de iluminancia media Em y uniformidad U .
Figura 5-22.: Menu desplegable de clasificacion de iluminacion por tipo de vıa
5.5 Configuracion de proyecto y calibracion de sensores 57
Tipo de vıa Iluminancia
Clase de Eprom Uo (%)
Iluminacion Luxes Emin/Eprom
M1 28 40
M2 21 40
M3 17 34
M4 12 25
M5 9 18
Tabla 5-1.: Niveles de iluminancia y uniformidad segun tipo de vıa
Observaciones
En la zona de observaciones se puede escribir todo lo referente a aclaraciones y observaciones
que se tengan de la vıa e iluminacion, esta informacion queda consignada en el reporte de
medicion y fallas de la iluminacion vial.
5.5.3. Calibracion GPS
En la pestana de Calibracion GPS se puede verificar la conexion del receptor GPS y de-
terminar la posicion actual del sistema. El puerto debe ser configurado previamente como se
explica en la seccion 5.2.1.
De encontrarse correctamente configurado el puerto y con senal de satelite el GPS 2, al pul-
sar el boton Detectar en los cuadros de texto de: Latitud y Longitud en posicion actual, se
mostrara la posicion del sistema como se presenta en la figura 5-23.
2Al realizar la calibracion del receptor GPS al interior de una edificacion, se corre el riesgo de no tener
senal de los satelites y reportar posicion latitud: 0 y longitud: 0, se recomienda hacer la calibracion en
una zona externa (fuera de edificaciones)
58 5 Manual del usuario
Calibración receptor GPS
Figura 5-23.: Calibracion de la posicion del receptor GPS
Si se cuenta con un receptor GPS patron y los valores de posicion divergen de los presentados
por el software en Posicion actual, se puede aplicar un valor de correccion tanto en latitud
como longitud, este valor se debe ingresar en los cuadros de texto de Latitud y Longitud en
Factor de Calibracion respectivamente y sera sumado a la posicion reportada en Posicion
actual, para verificar pulse nuevamente el boton Detectar y el valor de Latitud y Longitud
tendra el incremento de la correccion como se presenta en la 5-24, de esta forma el receptor
GPS esta correctamente configurado y calibrado.
Posición calibrada
Figura 5-24.: Datos generales contacto
5.5 Configuracion de proyecto y calibracion de sensores 59
5.5.4. Calibracion Sensores
En la pestana deCalibracion Sensores se puede verificar la conexion de la tarjeta TEENSY
y determinar la lectura actual de los sensores de iluminancia (fotometros), el puerto debe
ser configurado previamente como se explica en la seccion 5.2.2.
Calibración Sensores
Figura 5-25.: Calibracion de los fotometros
De estar correctamente configurado el puerto de la tarjeta de adquisicion de datos TEENSY,
al pulsar el boton Detectar en los cuadros de texto de la seccion Valor actual sensores
se mostrara los valores de iluminancia en luxes que esta detectando cada uno de los tres
sensores, como se presenta en la figura 5-25.
En el area de Ecuacion de calibracion seleccione el tipo de fuente lumınica que va a
medir, en el menu desplegable de Fuente como se presenta en la figura 5-26. Se tiene el
factor de calibracion para las fuentes de sodio (valor que toma el sistema pode defecto),
led, fluorescente y otros, en esta ultima podemos ingresar manualmente cualquier valor de
calibracion que se requiera aplicar a la lectura de los sensores.
Figura 5-26.: Seleccion de la fuente luminosa a medir en el alumbrado vial.
Si se cuenta con un luxometro calibrado se puede ajustar el factor de calibracion comparando
60 5 Manual del usuario
los resultados obtenidos en el software con los sensores y el valor entregado por el luxometro.
Por ultimo se debe indicar la altura de montaje de los sensores en el capo del carro y la altura
de montaje de las luminarias en el poste como se muestra en la figura 5-27. El objeto de estos
valores es realizar el ajuste de la iluminancia medida sobre el capo del carro a una lectura a
nivel de piso como lo indica el reglamento RETILAP que se deben hacer las mediciones de
iluminancia vial.
Sensores
Luminaria
Figura 5-27.: Altura de montaje de los sensores en el carro y altura de montaje de las
luminaria.
5.6. Visualizacion numerica de los valores obtenidos en la
medicion
En la zona lateral inferior izquierda de Light Land encontramos el area de visualizacion
numerica donde se tienen los valores leıdos por los sensores de iluminancia y el receptor
GPS, como se presenta en la figura 5-28.
La informacion que se presenta en esta tabla se guarda en un archivo de extension .xml con
el comando Guardar como, tal como se explico en la seccion 5.1.2. El archivo que resulta
es compatible con excel.
5.6 Visualizacion numerica de los valores obtenidos en la medicion 61
Figura 5-28.: Resultados numericos de las mediciones.
En el area de visualizacion numerica tenemos la informacion que se presenta en tabla 5-2 y
se define por:
- Tiempo: Representa el instante de tiempo en que se tomo las mediciones de iluminan-
cia. Esta informacion la entrega el receptor GPS y esta dada en horas:minutos:segundos.
- Distancia: Representa la distancia recorrida por el vehıculo con el sistema de medi-
ciones, el punto 0 se toma en el momento en que activamos el botonConexión
y el
vehıculo se encuentra en movimiento es decir con velocidad > 0.
La variacion de la posicion entre punto y punto de toma de iluminancia debe ser mayor
a 1 metro, esto con el objeto de no redundar con los niveles de luz en un mismo punto
cuando el vehıculo se detiene por condiciones de trafico, semaforo en rojo o cualquier
situacion que se presente en la vıa. La posicion esta dada en metros.
- Velocidad: Con la informacion obtenida de posicion y tiempo obtenemos calcula-
mos la velocidad de circulacion del vehıculo con el sistema de medicion. La velo-
cidad del vehıculo no debe superar los 54 Km/h. Esta informacion esta dada en
kilometros/hora.
- Latitud: Representa el angulo de elevacion del punto sobre el ecuador.
- Longitud: Representa el angulo del punto a lo largo del ecuador.
- Sensor 1: Valor leıdo por el sensor de iluminancia en luxes.
- Sensor 2: Iluminancia del sensor 2 en luxes.
62 5 Manual del usuario
- Sensor 3: Iluminancia del sensor 3 en luxes.
1 2 3 4
Tiempo[hh:mm:ss] 07:47:05 07:47:06 07:47:07 07:47:08
Distancia[m] 6,202 7,842 9,936 11,865
Velocidad[km/h] 7,81 10,17 10,37 10,22
Latitud 4,63990786 4,63989 4,63986595 4,63984095
Longitud -74,0822405 -74,0822476 -74,0822562 -74,0822621
Sensor 1[lx] 16,5927 87,0105 29,5431 44,1123
Sensor 2[lx] 16,5927 96,7233 32,376 48,1593
Sensor 3[lx] 17,4021 106,8408 38,8512 50,5875
Tabla 5-2.: Modelo de la informacion entregada por Light Land en el area numerica.
5.7. Reporte de fallos
El reporte de fallos se puede genera al terminar una medicion o cargando en el sistema un
archivo de extension .xml correspondiente a medicion realizadas y guardadas previamente.
Presionando el botonReporte
de menu principal se activa una ventana emergente de guar-
dar archivos. En esta ventana se debe especificar la ruta de almacenamiento del reporte de
fallos. El reporte es un archivo en formato de documento portatil PDF (por sus sigla en
ingles portable document format) donde se presenta el resultado de las mediciones.
Cada reporte de fallos se compone de 4 partes, las cuales se describen a continuacion:
1. Informacion de contacto y datos de la vıa como se presenta en la figura 5-29.
2. Mapa de GoogleMaps con la ubicacion del recorrido realizado durante la medicion,
como se presenta en figura 5-30.
3. Tabla con los resultados por cuadra (cada 100 metros) de Em, Emin/Emed por cada
uno de los fotometros y reporte de falla en: niveles de iluminacion, y/o uniformidad,
como se presenta en figura 5-31.
4. Detalle de las mediciones en cada cuadra que presento fallos, como se presenta en la
figura 5-32.
5.7 Reporte de fallos 63
LIGHT LAND -REPORTE DE ESTADO DE ILUMINACIÓN EN VÍAS
2014
Datos de contacto:
Datos de la vía:
Empresa: Light Land Ltda
Dirección: Calle No. G -
Bogotá, Colombia
Teléfono:
E-mail: [email protected]: Angelica Vargas
Fecha:
Tipo de vía: M Iluminancia Media: lx. Uniformidad:
Observaciones: Mediciones en la Universidad Nacional
120 70 61
4722102
03/05/2014
3. 17 34%
Figura 5-29.: Ejemplo de datos generales y de contacto en el reporte de estado de ilumina-
cion de la vıa.
Ubicación de recorrido:
Bogotá, Colombia.
Figura 5-30.: Ejemplo de la localizacion de la vıa medida.
64 5 Manual del usuario
Resumen de resultados por cuadras:
Figura 5-31.: Ejemplo del resumen de los resultados de Em, Emin/Emed en las mediciones
por cuadra.
Resultados cuadra 15 de 1401.00 a 1500.63 metros
Gráfica iluminancia:
Ubicación de la falla:
Dirección aproximada:Latitud: 4.63407667 Longitud: -74.08086625
No se encuentra dirección
Resultados fotométricos:
Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 16.32 lx 62.73 lx 2.02 lx 0.12Sensor 2: 16.53 lx 63.13 lx 1.62 lx 0.10Sensor 3: 15.86 lx 63.54 lx 0.40 lx 0.03
Nivel de iluminancia y uniformidadProblema de:
Figura 5-32.: Ejemplo del reporte de la cuadra con fallos.
6. Conclusiones y recomendaciones
6.1. Conclusiones
La implementacion de este sistema de medicion en los planes de mantenimiento de
alumbrado publico vial, es una solucion para asegurar el cumplimiento de los niveles a
lo largo de la vida util de la luminaria.
Se han desarrollado rutinas de analisis que facilitan la evaluacion del sistema de alum-
brado publico.
Resulta util para hacer las mediciones sin tener que cerrar la vıa ni afectar el flujo
vehicular.
La evaluacion del sistema en campo definio las fuentes de error que son inevitable.
6.2. Recomendaciones
Implementar el metodo de nueve puntos para reporte para vıas de trafico reducido.
Buscar equipos de alta velocidad de respuesta con la sensibilidad del ojo.
Desarrollar un detector automatico de altura de montaje de las luminaria en cam-
po, para reducir errores humanos al ingresar al software la altura de montaje de las
luminarias.
Disminuir las fuentes de error.
A. Anexo: Reporte de la medicion de
iluminancia en las vıas de la
Universidad Nacional de Colombia.
Sede Bogota.
LIGHT LAND - 2014REPORTE FOTOMÉTRICO ANÁLISIS VIAL
Datos de contacto: Empresa: Angélica VargasDirección: Bogotá Teléfono: 320305993E-mail: [email protected]: Ing. Angélica VargasFecha: 04/07/2014Datos de la vía: Tipo de vía: M3. Iluminancia Media: 17lx. Uniformidad: 34%Observaciones: Medición en circuito UN- Sede Bogotá2.15 kmUbicación de recorrido:
Bogotá-Colombia__
1
_Resumen de resultados por zonas, cada 100 metros: Donde Sensor1, Sensor2 y Sensor3 representan los sensores de izquierda a derecha en el ancho del carril.Em= Iluminancia media en luxes, U = Uniformidad = Iluminancia mínima sobre media en porcentaje.
No. Recorrido[metros] Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 General Fallas Em [lx] U [%] Em [lx] U [%] Em [lx] U [%] Em [lx] U [%]
1 De 0.00m a102.31m
16.1 0 16.6 0 16.3 0 16.3 0 Nivel de iluminancia y uniformidad
2 De 102.31m a202.00m
6.2 0 6.6 0 6.5 0 6.4 0 Nivel de iluminancia y uniformidad
3 De 202.00m a300.03m
40.2 32 39.3 32 38.0 29 39.2 35
4 De 300.03m a401.57m
32.8 15 31.3 14 28.8 6 31.0 7 Uniformidad
5 De 401.57m a502.00m
40.9 18 38.0 19 34.5 18 37.8 20 Uniformidad
6 De 502.00m a601.56m
16.6 18 15.2 15 13.4 12 15.1 13 Nivel de iluminancia y uniformidad
7 De 601.56m a700.64m
12.8 3 12.1 5 11.1 3 12.0 3 Nivel de iluminancia y uniformidad
8 De 700.64m a802.28m
18.9 0 17.5 2 16.8 0 17.7 0 Uniformidad
9 De 802.28m a900.51m
27.0 13 25.5 14 24.4 11 25.6 13 Uniformidad
10 De 900.51m a1000.62m
25.1 12 24.6 13 23.6 10 24.4 12 Uniformidad
11 De 1000.62m a1101.00m
37.0 12 37.2 12 37.0 11 37.1 13 Uniformidad
12 De 1101.00m a1200.00m
25.9 18 27.7 20 28.9 15 27.5 19 Uniformidad
13 De 1200.00m a1300.15m
16.5 8 15.9 10 14.9 7 15.8 8 Nivel de iluminancia y uniformidad
14 De 1300.15m a1401.00m
23.1 14 22.4 12 21.5 11 22.3 13 Uniformidad
15 De 1401.00m a1500.63m
14.7 11 14.9 9 14.3 2 14.6 3 Nivel de iluminancia y uniformidad
16 De 1500.63m a1602.00m
10.7 0 12.1 0 13.4 0 12.1 0 Nivel de iluminancia y uniformidad
17 De 1602.00m a1701.99m
15.9 2 15.9 0 15.8 0 15.8 0 Nivel de iluminancia y uniformidad
18 De 1701.99m a1801.11m
13.6 12 13.6 10 13.6 10 13.6 12 Nivel de iluminancia y uniformidad
19 De 1801.11m a1900.56m
29.9 20 29.9 21 29.2 20 29.6 25 Uniformidad
20 De 1900.56m a2001.06m
22.0 9 22.7 3 22.3 3 22.4 4 Uniformidad
21 De 2001.06m a2100.01m
25.0 9 25.6 10 25.6 8 25.4 10 Uniformidad
__
2
_Resultados zona 1 de 0.00 a 102.31 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63985417 Longitud: -74.08308833Dirección aproximada: Universidad Nacional de Colombia, Cuidad Universitaria, Unnamed Road, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
0 20 40 60 80 100 120Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 16.09 lx 73.09 lx 0.00 lx 0.00Sensor 2: 16.58 lx 81.25 lx 0.00 lx 0.00Sensor 3: 16.27 lx 89.75 lx 0.00 lx 0.00General: 16.31 lx 89.75 lx 0.00 lx 0.00
Resultados zona 2 de 102.31 a 202.00 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.64005167 Longitud: -74.084055Dirección aproximada: Universidad Nacional de Colombia, Cuidad Universitaria, Unnamed Road, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
100 120 140 160 180 200 220Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 6.24 lx 44.19 lx 0.00 lx 0.00Sensor 2: 6.63 lx 48.61 lx 0.00 lx 0.00Sensor 3: 6.45 lx 51.67 lx 0.00 lx 0.00General: 6.44 lx 51.67 lx 0.00 lx 0.00__
3
_Resultados zona 4 de 300.03 a 401.57 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.639125 Longitud: -74.08572611Dirección aproximada: Universidad Nacional de Colombia, Carrera 45 # 44C-2, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
300 320 340 360 380 400 420Distancia (metros)
0153045607590
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 32.85 lx 89.41 lx 6.07 lx 0.15Sensor 2: 31.31 lx 91.45 lx 5.26 lx 0.14Sensor 3: 28.81 lx 93.15 lx 2.02 lx 0.06General: 30.99 lx 93.15 lx 2.02 lx 0.07
Resultados zona 5 de 401.57 a 502.00 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63840667 Longitud: -74.08625833Dirección aproximada: Calle 44 # 2, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
400 420 440 460 480 500 520Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 40.92 lx 79.89 lx 9.31 lx 0.18Sensor 2: 38.02 lx 70.71 lx 8.90 lx 0.19Sensor 3: 34.48 lx 60.17 lx 7.69 lx 0.18General: 37.81 lx 79.89 lx 7.69 lx 0.20__
4
_Resultados zona 6 de 502.00 a 601.56 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63748208 Longitud: -74.08654583Dirección aproximada: Universidad Nacional de Colombia, Cuidad Universitaria, Unnamed Road, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
500 520 540 560 580 600 620Distancia (metros)
0153045607590
105
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Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 16.58 lx 36.71 lx 3.64 lx 0.18Sensor 2: 15.22 lx 33.99 lx 2.83 lx 0.15Sensor 3: 13.45 lx 31.28 lx 2.02 lx 0.12General: 15.08 lx 36.71 lx 2.02 lx 0.13
Resultados zona 7 de 601.56 a 700.64 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.6365925 Longitud: -74.08659333Dirección aproximada: Universidad Nacional de Colombia, Calle 26 # 39-2 a 39-100, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
600 620 640 660 680 700 720Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 12.81 lx 25.16 lx 0.40 lx 0.03Sensor 2: 12.09 lx 26.52 lx 0.81 lx 0.05Sensor 3: 11.07 lx 26.52 lx 0.40 lx 0.03General: 11.99 lx 26.52 lx 0.40 lx 0.03__
5
_Resultados zona 8 de 700.64 a 802.28 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63563208 Longitud: -74.08630625Dirección aproximada: Universidad Nacional de Colombia, Calle 26 # 38-2 a 38-100, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
700 720 740 760 780 800 820Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 18.93 lx 52.01 lx 0.00 lx 0.00Sensor 2: 17.48 lx 47.93 lx 0.40 lx 0.02Sensor 3: 16.80 lx 46.23 lx 0.00 lx 0.00General: 17.74 lx 52.01 lx 0.00 lx 0.00
Resultados zona 9 de 802.28 a 900.51 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63466458 Longitud: -74.0858125Dirección aproximada: Universidad Nacional de Colombia, Calle 26 # 38-2 a 38-100, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
800 820 840 860 880 900 920Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 26.97 lx 74.45 lx 4.45 lx 0.13Sensor 2: 25.54 lx 74.11 lx 4.45 lx 0.14Sensor 3: 24.38 lx 69.35 lx 3.24 lx 0.11General: 25.63 lx 74.45 lx 3.24 lx 0.13__
6
_Resultados zona 10 de 900.51 a 1000.62 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63390458 Longitud: -74.085215Dirección aproximada: No se encuentra direcci�nGráfica iluminancia:
900 920 940 960 980 1000 1020Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 25.11 lx 84.31 lx 3.64 lx 0.12Sensor 2: 24.56 lx 87.37 lx 4.05 lx 0.13Sensor 3: 23.56 lx 89.07 lx 2.83 lx 0.10General: 24.41 lx 89.07 lx 2.83 lx 0.12Problema de: Uniformidad
Resultados zona 11 de 1000.62 a 1101.00 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.633325 Longitud: -74.08444333Dirección aproximada: No se encuentra direcci�nGráfica iluminancia:
1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 37.00 lx 98.24 lx 5.26 lx 0.12Sensor 2: 37.21 lx 96.55 lx 5.67 lx 0.12Sensor 3: 37.00 lx 91.11 lx 4.86 lx 0.11General: 37.07 lx 98.24 lx 4.86 lx 0.13__
7
_Resultados zona 12 de 1101.00 a 1200.00 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63297833 Longitud: -74.08351167Dirección aproximada: Calle 29A # 35-2 a 35-100, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 25.91 lx 75.81 lx 5.67 lx 0.18Sensor 2: 27.70 lx 86.69 lx 6.88 lx 0.20Sensor 3: 28.93 lx 94.85 lx 5.26 lx 0.15General: 27.51 lx 94.85 lx 5.26 lx 0.19
Resultados zona 13 de 1200.00 a 1300.15 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63317333 Longitud: -74.08255333Dirección aproximada: No se encuentra direcci�nGráfica iluminancia:
1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 16.51 lx 47.93 lx 1.62 lx 0.08Sensor 2: 15.87 lx 45.55 lx 2.02 lx 0.10Sensor 3: 14.95 lx 42.83 lx 1.21 lx 0.07General: 15.78 lx 47.93 lx 1.21 lx 0.08__
8
_Resultados zona 14 de 1300.15 a 1401.00 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63362 Longitud: -74.08171333Dirección aproximada: Universidad Nacional de Colombia, Cuidad Universitaria, Calle 32 # 99, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
1300 1320 1340 1360 1380 1400 1420Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 23.11 lx 63.91 lx 4.05 lx 0.14Sensor 2: 22.36 lx 60.17 lx 3.24 lx 0.12Sensor 3: 21.53 lx 56.09 lx 2.83 lx 0.11General: 22.34 lx 63.91 lx 2.83 lx 0.13
Resultados zona 15 de 1401.00 a 1500.63 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63407667 Longitud: -74.08086625Dirección aproximada: No se encuentra direcci�nGráfica iluminancia:
1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 14.69 lx 52.69 lx 2.02 lx 0.11Sensor 2: 14.88 lx 53.03 lx 1.62 lx 0.09Sensor 3: 14.28 lx 53.37 lx 0.40 lx 0.02General: 14.61 lx 53.37 lx 0.40 lx 0.03__
9
_Resultados zona 16 de 1500.63 a 1602.00 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63487167 Longitud: -74.08034167Dirección aproximada: Nqs # 45-11 a 45-99, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 10.66 lx 43.17 lx 0.00 lx 0.00Sensor 2: 12.15 lx 52.69 lx 0.00 lx 0.00Sensor 3: 13.43 lx 64.93 lx 0.00 lx 0.00General: 12.08 lx 64.93 lx 0.00 lx 0.00
Resultados zona 17 de 1602.00 a 1701.99 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63579917 Longitud: -74.08016833Dirección aproximada: No se encuentra direcci�nGráfica iluminancia:
1600 1620 1640 1660 1680 1700 1720Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 15.85 lx 46.23 lx 0.40 lx 0.02Sensor 2: 15.86 lx 48.27 lx 0.00 lx 0.00Sensor 3: 15.77 lx 48.95 lx 0.00 lx 0.00General: 15.83 lx 48.95 lx 0.00 lx 0.00__
10
_Resultados zona 18 de 1701.99 a 1801.11 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.636735 Longitud: -74.08028167Dirección aproximada: Nqs # 2 a 100, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
1700 1720 1740 1760 1780 1800 1820Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 13.56 lx 43.85 lx 2.02 lx 0.12Sensor 2: 13.60 lx 43.51 lx 1.62 lx 0.10Sensor 3: 13.61 lx 49.63 lx 1.62 lx 0.10General: 13.59 lx 49.63 lx 1.62 lx 0.12
Resultados zona 19 de 1801.11 a 1900.56 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.6376625 Longitud: -74.08061625Dirección aproximada: No se encuentra direcci�nGráfica iluminancia:
1800 1820 1840 1860 1880 1900 1920Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 29.85 lx 62.55 lx 7.28 lx 0.20Sensor 2: 29.86 lx 65.95 lx 7.69 lx 0.21Sensor 3: 29.22 lx 68.67 lx 7.28 lx 0.20General: 29.64 lx 68.67 lx 7.28 lx 0.25__
11
_Resultados zona 20 de 1900.56 a 2001.06 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63852458 Longitud: -74.0811125Dirección aproximada: Universidad Nacional de Colombia, Nqs # 48-1 a 48-99, Bogotá, Cundinamarca, ColombiaGráfica iluminancia:
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020Distancia (metros)
0153045607590
105
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 22.02 lx 78.19 lx 2.43 lx 0.09Sensor 2: 22.74 lx 81.25 lx 0.81 lx 0.03Sensor 3: 22.34 lx 82.27 lx 0.81 lx 0.03General: 22.37 lx 82.27 lx 0.81 lx 0.04
Resultados zona 21 de 2001.06 a 2100.01 metrosUbicación de la falla: Latitud: 4.63924625 Longitud: -74.08175917Dirección aproximada: No se encuentra direcci�nGráfica iluminancia:
2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120Distancia (metros)
0153045607590
105
Ilumin
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s)
Resultados fotométricos: Emed Emax Emin Emin/EmedSensor 1: 24.96 lx 58.47 lx 2.83 lx 0.09Sensor 2: 25.65 lx 60.85 lx 3.24 lx 0.10Sensor 3: 25.64 lx 59.83 lx 2.43 lx 0.08General: 25.41 lx 60.85 lx 2.43 lx 0.10Problema de: Uniformidad
12
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