Sistemas WIM Desarrollados

10.1 Aplicación WIM en Taiwán

En el año 2004 en la ciudad de Taiwán-China se realizo un aplicación real de un sistema de medición de peso dinámico, en esta aplicación se realizó una arquitectura WIM muy interesante mostrada en la figura 10.1.

 

Figura 10.1 Concepto de un sistema WIM

En este control de peso de vehículos pesados, se utiliza el sistema WIM para determinar una aproximación del peso de un vehiculó, si el camión cumple con un rango de peso aceptable, sigue su ruta, sino lo hace, este debe desviarse para ser pesado por una pesa estática.

Algunos términos que se deben tener en cuenta para el tema en cuestión se enuncian a continuación:

Términos y Siglas:

Colección de herramientas Electrónicas (Sigla en Ingles  (ETC) Electronic Tool Collection).

Sistemas de Transporte Inteligente: (Sigla en Ingles  (ITS) Intelligent Transportation  Systems)

Clasificación Automática De Vehículos (Sigla en Ingles  (AVC)  Automatic Vehicle Clasiffication).

Identificación Automática de Vehículos (Sigla en Ingles  (AVI) Automatic Vehicle Identificacion).

Ejecución de Sistemas de Video  (Sigla en Ingles  (VES) Video Enforcement System)

Peso en Movimiento  (Sigla en Ingles  (WIM) Weight in Motion).

Operaciones Comerciales de Vehículos  (Sigla en Ingles  (CVO) Commercial Vehicle Operations).

Unidad a Bordo (Sigla en Ingles (OBU) on-board unit).

Unidad de Carretera (Sigla en Ingles (RSU) Roadside Unit).

Estación de Vigilancia en Carretera (Su sigla en Ingles (MSS) Main-lane Surveillance Station).

Tecnología de Comunicación dedicada de corto rango (Sigla en Ingles (DSCR) Dedicated Short Range Communication technology).

Eestación central de control de peso  (Su sigla en  Ingles (WHCC) Weigh House Control Center).

Centro de control  principal (Su sigla en ingles (CSC) Central Surveillance Center).

La arquitectura que se montó en Taiwán tiene 4 subsistemas  que se distinguen en el siguiente gráfico.

Figura 10.2 Arquitectura del Sistema.

Subsistema Vehicular (Vehicule Sub-System):

La idea de este subsistema es colocar una unidad dentro del vehículo, esta se conoce como OBU el cual se comunica con la estación de vigilancia en carretera (MSS); la comunicación se realiza a través de un protocolo de comunicación DSRC (Tecnología de Comunicación dedicada de corto rango).

Cuando un camión pasa, OBU transmite a la unidad de carretera RSU, la identificación del vehículo; número de placa, tipo de camión y peso bruto permitido, el OBU también envía al RSU el control de peso de otras estaciones así como también el tiempo entre estación de peso.

Subsistema en Carretera (Roadside Sub-System):

El MSS es el sistema general que se encuentra en carretera, este tiene unos subsistemas que se relacionan entre sí. El sistema WIM transfiere los datos a la computadora de operación de carretera ROC. El ROC sirve para el procesamiento y transferencia de datos y como puente entre la WHCC y otras unidades MSS. El OBU se comunica con la unidad de carretera RSU permitiendo identificar el paso de los camiones, a su vez el subsistema de clasificación automática de vehículos AVC está diseñado para clasificar cada camión, la identificación puede realizarse por medio de lazos inductivos propios del sistema WIM.

El subsistema VES captura automáticamente la imagen de cualquier vehículo que haya violado la norma de peso permitido en carretera.

Al pasar el camión por el sistema WIM, este detectará la longitud del vehículo, la velocidad, peso por eje, distancia entre ejes y peso bruto del vehículo. Todos los datos se  envían al ROC. Al establecer que el camión está con sobrepeso se toma una imagen por medio del subsistema VES y se observa si el camión tiene OBU, de ser así se le envía una señal que indica la violación de la norma y se le indica al conductor que debe dirigirse a la estación de peso estático WHCC para confirmar el supuesto sobrepeso, en caso de que el camión no tenga el módulo OBU se le informa al conductor por medio de semáforos que debe entrar a la estación de peso estático.

En caso de que algún vehículo exceda el límite de velocidad, será detectado por el subsistema AVC y fotografiado por el VES. Toda la información de las violaciones de las normas será transmitida a la WHCC y podrá ser usada por la patrulla de carreteras.

Subsistema de Administración (Administration Sub-System):

El MSS a su vez envía la información obtenida de sus subsistemas a la estación central de control de peso WHCC, esta controla los mensajes que se presentan en carretera y se comunica con la MSS  a través de una red LAN.

En un sistema vial existen múltiples WHCC que se comunican entre si, a su ves las WHCC se comunican con la estación principal CSC, la CSC tiene una interfaz de comunicación WAN en la cual se comunica con su proveedor de servicios de Internet, con lo cual se presenta la información vía Web, lo cual permite a las empresas transportadoras establecer donde están sus vehículos y si presentan sobrepeso o no.

Subsistema Externo (External Sub-System):

Está compuesto por un computador de vigilancia del camión ubicado en la  empresa propietaria del mismo. Este computador es enlazado con la CSC a través de Internet; la ubicación de todos los camiones que pertenecen a la misma empresa puede ser recuperada por el propietario de la compañía para la gestión de la totalidad de la flota.

El equipo DMV permite el enlace de la CSC con la División de Vehículos Motorizados a través de una red WAN en un período de tiempo determinado. La matricula de vehículos y la información de seguridad se puede descargar y actualizar en la base de datos de la CSC.

En la aplicación realizada en Taiwán  se obtuvieron unos resultados que permiten concluir que este sistema es altamente fiable. A partir de estos resultados el gobierno de Taiwán decidió instalar este sistema en varias redes viales del país. [13]

10.2 Aplicación WIM en Saskatoon

Las estaciones WIM se instalan principalmente en vías rurales, aunque se ha detectado que gran parte del daño de las carreteras urbanas es debido al sobrepeso de camiones, por lo que se hace un análisis por medio de una prueba piloto en un ambiente urbano, utilizando medición de peso dinámico y video en la ciudad de Saskatoon – Canadá. Con el análisis de los datos de peso obtenidos se cuantifica la sobrecarga que se produce, los efectos que esta tiene sobre la infraestructura vial y lo que se puede hacer para reducir la sobrecarga.

El análisis mostró que para el período de estudio, el 2,2% de los vehículos comerciales superaron los límites permisibles de peso bruto y el 12,8% de los camiones de carga comerciales superaron el límite en uno o más de sus ejes, grupo de ejes y peso bruto del vehículo.

La sobrecarga fue más común en los días de semana y durante la jornada de trabajo. Los tipos de vehículos con más probabilidades de estar en violación de los límites de peso son los de siete y ocho unidades de ejes combinados. No obstante, cuando se consideró el exceso de peso de las cargas en las vías, la mayor contribución se dio debido a la clase de camiones con dos y tres ejes. Estos suelen ser los vehículos de servicio locales que operan en las cercanías de la ciudad que por lo general no son objeto de inspección en las estaciones de pesaje fijo.

Los equipos instalados en esta ciudad canadiense incluyen dos tecnologías WIM, una celda de carga en el carril derecho donde se espera el tránsito de la mayoría de los camiones y un arreglo de sensores de cuarzo en el carril izquierdo. Un sistema de captura de imagen de vídeo también fue instalado.  La celda de carga cumple la precisión Tipo III definida por la ASTM (+ / - 6 por ciento en GVW, el 95 por ciento de confianza. El arreglo de sensores de cuarzo proporciona los datos WIM con precisión, tal como se especifica en la norma ASTM E1318-00 de tipo I (+ / - 10 por ciento en GVW, el 95 por ciento de confianza). Los datos registrados a partir del equipo WIM incluye: el peso de cada eje, grupo de ejes, peso bruto del vehículo, el espaciamiento de los ejes y la velocidad del vehículo.

La cámara de vídeo y la tarjeta de adquisidora de imagen y video, capturan la imagen de todos los vehículos comerciales que cruzan la instalación WIM. La imagen está correlacionada con el peso del camión de carga por lo que se registran y almacenan juntos. El archivo de datos se pueden recuperar en cualquier momento y los registros permiten observar los tipos de camiones que han usado la autopista y las infracciones cometidas por algunos de ellos.

La información del video puede ser vista en tiempo real usando una aplicación web, que permite al usuario con acceso autorizado disponer directamente del equipo en carretera. Cuando se conecta a la página web el usuario puede ver la imagen y el registro de vehículos, incluyendo el peso y la separación de cada camión que pasa por el sistema. Un sistema WIM es óptimo para un ambiente urbano, ya que las implicaciones en obras civiles son menores a las de un sistema estático, lo cual lleva a que los costos sean menores.

La sobrecarga tiene un efecto negativo debido al aumento de la depreciación estructural de las vías de la ciudad, por lo cual la reducción o la eliminación del exceso de carga tendría un impacto benéfico sobre la vida útil de la carretera.

Los sistemas WIM que utilizan captura de video, permiten identificar los infractores en tiempo real, así como también la identificación de los infractores reincidentes.

Los realizadores del estudio desarrollado en Saskaton - Canadá recomiendan una mayor investigación en las siguientes áreas, esto con el fin de proporcionar una mejor comprensión de los vehículos comerciales de carga en un medio ambiente urbano:

Ø      La relación entre el exceso de carga en las autopistas urbanas y la situación económica  de los daños causados tanto en la autopista como en las vías internas de la ciudad.

Ø      La relación entre los encargados de hacer cumplir la estrategia, los esfuerzos de aplicación, la eficacia y la ejecución en un entorno urbano.

Ø      El equilibrio óptimo de rutas y de vehículos comerciales de tráfico en una red de autopistas urbanas para maximizar el valor de los activos de las carreteras y la eficiencia del transporte. [14]

10.3 Umbral Variable en Sistemas WIM

Una aplicación interesante en las estaciones de medición de peso dinámico es el uso de un umbral variable del peso aceptado por los sistemas WIM, la variación depende del tráfico de camiones existente en la vía, así si el tráfico es lento, el umbral permitido es bajo mientras que si es alto el umbral aumenta proporcionalmente.

Según las pruebas realizadas se observó que el algoritmo de umbral dinámico mejora el funcionamiento de la estación de peso significativamente. Para todos los escenarios simulados, la tasa de captura incremento 16,34%. El porcentaje de camiones rechazados debido a la cola de desbordamiento fue casi totalmente eliminado, cerca de un 100% de reducción. El retraso de los camiones con peso legal gastado en la estación de peso se redujo alrededor del 50%.

De los resultados se puede concluir que el umbral de peso dinámico es una estrategia inteligente que mejora la eficiencia en las operaciones de una estación de peso que puede aplicarse tanto a baja como a alta demanda de camiones. [15]

10.4 Uso de Galgas Extensiométricas en Puentes

El uso de las galgas extensiométricas no se limita a estar unidas a un transductor, sino que también pueden ir adheridas directamente a la superficie de un puente. En este tipo de sistemas se modela el puente como una viga de Euler y el vehículo como dos masa puntuales en movimiento, para estos sistemas se pretende encontrar parámetros desconocidos como el espaciamiento de ejes, la velocidad del peso por eje y el peso bruto. Una fuente de ruido muy grande fue causada por el mismo puente, pues este era incluso más grande que los dos ejes de un camión, esto causaba discontinuidades en la función de peso. Con este método se hallaron errores grandes en las medidas como: el peso por eje en un 16% promedio, el peso bruto en 6% promedio, el espaciamiento de ejes en un 68% y un error máximo de 300% y la velocidad en un 7% promedio.

Si se elimina los componentes de ruido, en la simulación los errores se minimizan a 5% el peso por ejes en el eje frontal, 1% en velocidad 7.69% en eje trasero y 1% en peso total. [16].

10.5 Aplicación de un Sistema WIM en Valladolid

El sistema de pesaje WIM de alta velocidad ofrecido por la empresa española TGT (Técnicas de Gestión de Trafico), está basado en el uso de sensores piezoeléctricos, los cuales pueden instalarse en vías de asfalto u hormigón. Se usa lazos inductivos para detectar la presencia de vehículos.

Junto con los sensores existe un modulo de medida llamado  HI-TRAC 100 del fabricante TDC, con la configuración común el sistema actúa como estación de toma de datos, aunque también es posible usarlo como detector de vehículos con sobrepeso.

Este sistema garantiza una precisión en el pesaje por eje de 15%, 10% para peso total.  [17]