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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



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



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


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.


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


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.


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.


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


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.


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.


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.


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


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)


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


5.5.4. 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


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.


- 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.


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


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


7 De 601.56m a700.64m


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


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


16 De 1500.63m a1602.00m


17 De 1602.00m a1701.99m


18 De 1701.99m a1801.11m


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

Ilumin

ancia

(luxe

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:


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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:


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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:


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_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:


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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:


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_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:


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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:


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_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:


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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:


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_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:


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_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:


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_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:


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_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:


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_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:


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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

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Bibliografıa

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Gabriel Svennerberg ; edited by Matt Wade, Clay Andres, Steve Anglin, Mark Beck-

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diseno˜ e implementacion de un sistema de medicion … · diseno˜ e implementacion de un ......

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