Automatización en la extracción del trazado y el inventario geométrico de carreteras mediante sistemas de cartografiado móvil

Resum

En esta Tesis Doctoral se plantea el uso de los sistemas de cartografiado móvil (MMS-Mapping Mobile System) tanto para la obtención de inventarios geométricos de carreteras como para la automatización del trazado asociado a las mismas. Una de las mayores dificultades que tienen estos sistemas es la falta de software que permita automatizar la extracción de información semántica de interés, como son las marcas viales o la plataforma de la carretera. Y a partir de esta información poder obtener la delineación de la vía, su inventario geométrico (p. ej.: nº carriles, ancho plataforma, ancho arcenes, ancho carriles), así como el trazado geométrico tanto horizontal (p. ej.: rectas, curvas circulares, clotoides) como vertical (p. ej.: rasantes, acuerdos verticales, peraltes). Con este tipo de desarrollos será posible realizar un control exhaustivo y rápido de las carreteras por parte de las administraciones gestoras, debido a que en la información derivada puedan identificarse problemas relacionados con el estado de las infraestructuras viarias, su inventariado geométrico e incluso la mejora de la seguridad vial. No obstante, uno de los mayores problemas a los que se hace frente en esta Tesis Doctoral es el tratamiento de toda la información capturada; más concretamente a los procesos de segmentación y modelización de objetos o entidades, debido al carácter desorganizado y sin semántica de las nubes de puntos. Por ello planteamos una metodología automática a partir de la cual obtener los diferentes elementos de la carretera mediante el uso de sistemas LiDAR móvil (MLS), en el que un sistema láser activo de medida permite la documentación de las vías mediante nubes de puntos tridimensionales. La primera fase que se llevará a cabo es obtener de manera automática tanto la plataforma de la carretera como las marcas viales. Debido a la gran cantidad de datos capturados por el MLS se ha desarrollado una metodología basada en procesos de segmentación y clasificación a través de la cual detectar tanto la plataforma del vial como reconocer semánticamente la marcas viales (p. ej.: marca vial izquierda/derecha y diferentes marcas centrales), para así poder llevar a cabo la delineación de la infraestructura viaria en formato CAD. Realizado el proceso de segmentación y clasificación estamos ya en disposición de obtener los diferentes elementos geométricos contenidos en la vía. En primer lugar comenzaremos estimando las características geométricas del trazado horizontal, que cumplen con los requisitos de la instrucción de carreteras (Norma 3.1- IC. Trazado). Dicho proceso se realizará mediante técnicas de parametrización y filtrado de la marca principal de la vía, ya que esta actuará de eje de la carretera y con ella podremos estimar los elementos geométricos que componen su trazado horizontal (p. ej.: líneas rectas, curvas circulares y clotoides). En segundo lugar estimaremos las características geométricas del trazado vertical. Este proceso se llevará a cabo mediante técnicas de regresión ortogonal, a través del análisis de componentes principales (PCA), así como una parametrización y filtrado de la calzada con la que determinar los elementos geométricos que mejor definen su trazado en alzado (p. ej.: rasantes y acuerdos verticales), así como en su sección transversal (p. ej.: peraltes). La última fase de la metodología será obtener los perfiles transversales de la carretera, a partir de la segmentación de la vía como de la clasificación de las marcas viales, con las que poder obtener el inventario geométrico de la sección transversal (p. ej.: nº carriles, ancho plataforma, ancho arcenes, ancho carriles). Esta Tesis Doctoral es el resultado de un compendio de tres artículos científicos publicados en revistas internacionales de alto impacto (ver Apéndice A).