Sistema de medición y análisis de iluminancia en vías

Transcripción

Sistema de medición y análisis
de iluminancia en vı́as
Angélica Vargas Chavarro
Director: Ing Francisco Amórtegui
Universidad Nacional de Colombia
Septiembre 03, 2015
Maestrı́a en Ingenierı́a - Automatización Industrial
[email protected] (UN)
Iluminancia en vı́as
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Orden del dı́a
Alumbrado Público.
Métodos de medición.
Sistema de medición propuesto.
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Confort visual nocturno
Urbano
Vı́as Urbanas
Imagenes: ANAP Asociación nacional de Alumbrado Público
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Terminologı́a general
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Normativa Colombiana
Reglamento técnico de iluminación y alumbrado público
http://www.minminas.gov.co/minminas/downloads/UserFiles/File/ENERGIA/RETILAP
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Método de los nueve puntos
w
1
4
7
2
5
8
3
6
9
S/2
S/2
Figura: Malla de medición de los nueve puntos.
Donde:
1
[(E1 + E3 + E7 + E9 ) + 2x (E2 + E4 + E6 + E8 ) + 4xE5 ]
Em = 16
Uo = EEmı́n
.
m
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Método de la Norma CIE140
D/2
60 metros
D/2
D=S/N
wr
Wr/3
w
s
Observador
Figura: Malla de medición luminancia.
Donde:Pn
Li
Lm = i=1
n
Ul = LLmı́n
m
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Sistema de medición propuesto
GPS
Software con interfaz de usuario
Tarjeta de adquisición de datos
Sensores de luz
0.8 m
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Diseño de Hardware - Tarjeta de adquisición de datos
Caracteristicas
Dimensiones
Microcontrolador
Digital I/O
Entradas Análogas
Puertos
Interfaz de programación
3x17 cm
ATMEGA32U4
12
12
UART, I2C, SPI
Arduino
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Sensor de luz
Rojo
Amarillo
Azul
0.9
Ultravioleta
Verde
Salida de corriente o voltaje normalizada
RESPUESTA ESPECTRAL NORMALIZADA
1.0
Infrarojo
70 ºC
0.8
25 ºC
0.7
0.6
650nm
(0.45A/W)
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 1100
Longitud de onda (nm)
Figura: Respuesta espectral normalizada
c 1994-2003, Texas Instruments Incorporated
Imágenes: Copyright [email protected] (UN)
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Calibración con distintas fuentes lumı́nicas
Sodio - Led - Fluorescente
150
100
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
50
0
SON
y=0.4137x
0
50
100
150
200
250
150
100
50
0
LED
y=1.2572x
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
150
100
CFL
y=1.2123x
50
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Señal digital respuesta sensor OPT 101
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Corrección de coseno
Respuesta del fotodiodo normalizada, de diferentes ángulos de incidencia
de la fuente de luz.
Comportamiento del COSENO del sensor OPT101
1
OPT 101
Coseno
0.9
Intensidad normalizada
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-50
0
50
100
Angulo [º]
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Protección a fuentes luminosas externas del sistema de
alumbrado
Accesorio de protección de luces indirectas y/o reflejos.
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Ajuste de altura
HL Hs
Sh
d2
d1
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Simulación de altura del sensor variando fuente lumı́nica
SON 250W
SON 150W
70
70
0.0m
0.8m
1.4m
Iluminancia (luxes)
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
10
20
30
40
50
0.0m
0.8m
1.4m
60
60
0
0
10
20
50
60
30
0.0m
0.8m
1.4m
25
Iluminancia (luxes)
40
LED 101W
LED 53W
30
20
15
15
10
10
5
5
0
10
20
30
40
Distancia (metros)
50
0.0m
0.8m
1.4m
25
20
0
30
60
0
0
10
20
30
40
Distancia (metros)
50
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60
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Receptor GPS por puerto USB
Estándar de comunicación del receptor GPS según el protocolo NMEA 0183
$GPGGA, 170834, 0441,0126, N, 07404,8912, W , 1, 10, 0,8, 2570,9, M, 3,3, M, , 0000 ∗ 43
Imágenes: Google Maps Javascript API
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Sistema de medición implementado
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Diseño de software
Entorno de desarrollo de software
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Composición de Light Land
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Presentación de los datos del GPS
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Presentación de los datos adquiridos
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Reporte de las mediciones
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Pruebas en campo Repetibilidad
Mediciones con Sensor 1
100
1ra vez
2da vez
3ra vez
50
Iluminancia (luxes)
0
0
20
40
60
80
100
120
140
100
120
140
100
120
140
100
1ra vez
2da vez
3ra vez
50
0
0
20
40
60
80
100
1ra vez
2da vez
3ra vez
50
0
0
20
40
60
80
Distancia (metros)
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Evaluación en campo del sistema - Reproducibilidad
Mediciones de iluminancia en carrera 40 - UN
Método tradicional Vs. Propuesto
30
Iluminancia (luxes)
25
20
15
10
31 km/h
21 km/h
13 km/h
Tradicional
5
0
40
50
60
70
80
90
100
Distancia (metros)
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Fuentes de incertidumbre
Obstáculo de luminaria posterior por carro instrumentado.
HL Hs
Sh
d1
d2
Perdida de 1 lx en 25 lx correspondiente al 4 %.
Incertidumbre: Emed : 1 %, Uniformidad: 0,8 %
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Cambio de ángulo en el sensor por huecos en la vı́a.
Hs
HL
Sh
d2
d1
2.5m
0.1m
Ángulo: 2º
Error de 0.06 % en 2o .
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Ingreso de altura de montaje de sensores errada en el software.
Altura
12
11
10
9
8
Emin (lx)
Emed (lx)
U ( %)
Error
14.07
13.92
13.78
13.63
13.49
17.77
17.58
17.39
17.20
17.01
79 %
79 %
79 %
79 %
79 %
2%
1%
0%
1%
2%
Incertidumbre de Emin y Em de 1 % por metro.
Uniformidad de 0 % hasta 2 metros.
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Medición de iluminancia en vı́a de Bogotá
Medición iluminancia en tramo de vía
80
S1
S2
S3
Iluminancia (luxes)
Carril izquierdo
70
60
50
40
30
20
10
0
600
700
800
900
1000
Distancia (metros)
1100
1200
1300
1400
80
S1
S2
S3
Iluminancia (luxes)
Carril derecho
70
60
50
40
30
20
10
0
600
700
800
900
1000
Distancia (metros)
1100
1200
1300
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1400
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Iluminancia media y Uniformidad en vı́a de Bogotá
Iluminancia Medía en tramo de vía
100
Izquierdo
Derecho
Iluminancia (luxes)
80
60
40
20
0
600
700
800
900
1000
Distancia (metros)
1100
1200
1300
1400
1200
1300
1400
Uniformidad por cuadras (100 metros)
Uniformidad [Emin/Emed]
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
600
700
800
900
1000
Distancia (metros)
1100
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Recomendaciones de trabajo futuro
Implementar el método de nueve puntos para reporte para vı́as de
trafico reducido.
Buscar equipos de alta velocidad de respuesta con la sensibilidad del
ojo.
Detector automático de altura de montaje de las luminaria.
Disminuir los errores.
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Conclusiones
La implementación de este sistema de medición en los planes de
mantenimiento de alumbrado público vial, facilita asegurar el
cumplimiento de los niveles de iluminación a lo largo de la vida útil de
la luminaria.
Se han desarrollado rutinas de análisis que facilitan la evaluación del
sistema de alumbrado público.
Resulta útil para hacer las mediciones sin tener que cerrar la vı́a ni
afectar el flujo vehicular.
La evaluación del sistema en campo definió las fuentes de error que
son inevitable.
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Preguntas
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Sistema de medición y análisis de iluminancia en vías

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