Tunnelüberwachung mit LoRa star-Technologie: Ihre Fragen werden beantwortet

Tunnelbau ist eine riskante und komplexe Angelegenheit, bei der es sich lohnt, vorsichtig vorzugehen und den Fortschritt bei jedem Schritt zu überwachen. Und in Tunnelumgebungen können LoRa-Star-Funknetze eine wichtige Rolle bei der einfachen und kosteneffizienten Bereitstellung zeitnaher Daten spielen. Um zu zeigen, wie das geht, veranstaltete Worldsensing ein kostenlosesWebinar mit Präsentationen von der Ingenieurgeologin Maria Navarro und Alexandre Cosentino, einem Projektmanager bei GKM Consultants. Dieser Blog beantwortet einige der Fragen, die während der Veranstaltung aufkamen.

Fragen

Welches ist die höchste vom System erlaubte Abtastrate?

Muss der Laserknoten auf Ziele gerichtet sein, um Informationen zu sammeln, oder kann er direkt auf die Oberfläche gerichtet werden?

Wie kann ich erkennen, wann ein Laserknoten gewartet werden muss?

Warum haben Sie sich bei der Messung der Betontemperatur für einen Thermistor und nicht für ein Thermoelement oder einen Widerstandstemperaturfühler (RTD) entschieden?

Wie viel kostet ein typisches LoRa-Netzwerk?

Haben Sie ein Beispiel für eine langfristige Überwachung?

Ist es möglich, die Daten der Tunnelbohrmaschine (TBM) mit denen der Datenlogger zu kombinieren?

Wie wichtig ist die weitere Überwachung elektrischer Geräte nach dem Bau eines Tunnels mit der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode (NÖT) und einer TBM? Sollten wir die Überwachung für eine kurze Zeit fortsetzen? Ist eine Überwachung erforderlich, wenn der Tunnel während des Baus keine Probleme aufweist?

Haben Sie Vorschläge für die Messung der Tunnelkonvergenz mit einer Methode, die einem Konvergenzmessband ähnelt, wobei die Daten jedoch aus der Ferne erfasst werden, um den Tunnelausbau nicht zu unterbrechen?

Was ist das beste Verfahren für die Durchführung einer langfristigen oder kontinuierlichen Überwachung eines fragilen oder alten Tunnels?

Wo sollten wir die Sensoren in einem Tunnel anbringen?

Ist die Technologie in der Lage, bestehende Dienste in der Nähe des Tunnels zu erkennen?

Empfehlen Sie, die Geräte in einem Gehäuse zu installieren, um sie in einer Tunnelumgebung zu schützen?

Ziehen Sie Glasfaserkabel in Betracht?

Wie überträgt man Daten auf Oberflächendatenlogger?

Verwaltet das Worldsensing LoRa System automatisch die 1% Duty Cycle Begrenzung auf dem 868 Mhz Band?

Gibt es irgendwelche Einschränkungen für die Verwendung von Worldsensing in langen Schächten?

Was sind die Möglichkeiten der Technologie?

Wie lassen sich Setzungsprobleme in einem 200 Meter langen NATM-Tunnel am besten lösen?

Welches ist die höchste vom System erlaubte Abtastrate?

Maria Navarro: Worldsensingist für statische Messungen geeignet und die höchste konfigurierbare Abtastrate ist einmal alle 30 Sekunden. Beachten Sie, dass die maximale Größe des Netzwerks je nach Art der Worldsensing-Architektur variiert, wenn Sie alle 30 Sekunden eine Probe nehmen müssen. Weitere Informationen finden Sie in unserer Wissensdatenbank.

Muss der Laserknoten auf Ziele gerichtet sein, um Informationen zu sammeln, oder kann er direkt auf die Oberfläche gerichtet werden?

Maria Navarro: Unter bestimmten Installationsbedingungen benötigen Sie möglicherweise Zielfolien. Zielmarken können dazu beitragen, dass der Laserknoten auch unter günstigen Bedingungen mit der maximal angegebenen Genauigkeit misst. Die Verwendung von Zielmarken für Laser-Entfernungsmessungen hilft, die Messbedingungen zu verbessern und eine bestimmte Genauigkeit über große Entfernungen oder bei ungünstigen Lichtverhältnissen zu erreichen.

Wir empfehlen undurchsichtige Oberflächen anstelle der bei der Vermessung verwendeten reflektierenden Ziele und Prismen. Sie erhalten mit jeder Laserknotenmessung Signalparameter, die Ihnen helfen können, den Bedarf an Zielfolien zu beurteilen.

Wie kann ich erkennen, wann ein Laserknoten gewartet werden muss?

Maria Navarro: Der Laserdistanzknoten misst neben Entfernung und Temperatur auch Signalparameter. Die Parameter Verstärkung und Signalstärke können Ihnen helfen, Reinigungsaufgaben zu planen. Sie müssen die Oberfläche nicht reinigen, solange der Laserknoten weiterhin Messungen überträgt. Weitere Informationen finden Sie in unserer Wissensdatenbank.

Warum haben Sie sich bei der Messung der Betontemperatur für einen Thermistor und nicht für ein Thermoelement oder einen Widerstandstemperaturfühler (RTD) entschieden?

Alexandre Cosentino: Worldsensing-Knotensind nicht mit Thermoelementen kompatibel. RTDs sind in der Regel genauer als Thermistoren, aber auch viel teurer. Die Genauigkeitsanforderungen und die Kurzzeitigkeit der Messungen rechtfertigten nicht die zusätzlichen Kosten für die Verwendung von RTDs.

Wie viel kostet eine typische LoRa-Netz kosten?

Maria Navarro: Die für die Installation eines Worldsensing-Netzes erforderliche Investition hängt von vielen Faktoren ab. Vor der Einrichtung sind Informationen wie die folgenden erforderlich:

• Art und Anzahl der Sensoren, die automatisiert werden müssen, sowie deren Standort.
• Die Größe des Bereichs, in dem die Sensoren platziert werden sollen.
• Der in jeder Projektphase erforderliche Stichprobenumfang.
• Projektanforderungen, die Einfluss auf die zu verwendende Worldsensing-Konnektivitätsmanagement-Architektur haben (Edge- oder Cloud-basiert).
• Anforderungen an Stromversorgung und Konnektivität.

Haben Sie ein Beispiel für eine langfristige Überwachung?

Alexandre Cosentino: Bei GKM beziehen sich die meisten unserer geotechnischen Messgeräte auf langfristige Überwachungsprojekte. Sie können Projektzusammenfassungen auf unserer Website finden.

Ist es möglich, die Daten der Tunnelbohrmaschine (TBM) mit denen der Datenlogger zu kombinieren?

Alexandre Cosentino: Wir hatten noch nie die Gelegenheit, die Daten in die Software einer TBM zu integrieren, aber wir sehen keinen Grund, warum das nicht möglich sein sollte. Das Worldsensing-Gateway ermöglicht die Übertragung von Daten über Modbus, File Transfer Protocol und mehr, so dass es für die Integration mit einem TBM-Datenmanagementsystem kompatibel sein sollte.

Wie wichtig ist die weitere Überwachung elektrischer Geräte nach dem Bau eines Tunnels mit der Neuen Österreichischen Tunnelbaumethode (NÖT) und einer TBM? Sollten wir die Überwachung für eine kurze Zeit fortsetzen? Ist eine Überwachung erforderlich, wenn der Tunnel während des Baus keine Probleme aufweist?

Alexandre Cosentino: Wir können die Abtastrate des geotechnischen Sensors natürlich reduzieren, wenn die Bauarbeiten abgeschlossen sind. Aber wenn man die Überwachung aktiv lässt, erhält man wichtige Informationen. Sobald der Tunnel in Betrieb ist, können die geotechnischen Informationen für andere Zwecke verwendet werden, z. B. für die Vorhersage von Störungen, die Planung von Wartungsarbeiten und die Überwachung der Sicherheit von Arbeitern oder der Öffentlichkeit.

Haben Sie Vorschläge für die Messung der Tunnelkonvergenz mit einer Methode, die einem Konvergenzmessband ähnelt, wobei die Daten jedoch aus der Ferne erfasst werden, um den Tunnelausbau nicht zu unterbrechen?

Alexandre Cosentino: Der Laserdistanzknoten von Worldsensing kann die Entfernung zwischen zwei Punkten aus der Ferne messen, ohne den Bau oder den Betrieb des Tunnels zu unterbrechen.

Was ist das beste Verfahren für die Durchführung einer langfristigen oder kontinuierlichen Überwachung eines fragilen oder alten Tunnels?

Maria Navarro: Bevor man ein Überwachungssystem in einem alten Tunnel installiert, sollte man eine Studie durchführen, um den Zustand des Bauwerks zu ermitteln und mögliche Pathologien und deren Ausmaß zu prüfen. Die Studie sollte Informationen über die zu überwachenden Parameter wie Rissausdehnung und Wasserinfiltration liefern.

Das Überwachungssystem sollte in der Lage sein, Informationen über den aktuellen Zustand des Bauwerks und seine Entwicklung zu liefern und auch darüber, ob Sie bauliche Maßnahmen wie die Reparatur von Bauelementen oder deren Verstärkung und Überwachung durchführen müssen.

Wo sollten wir die Sensoren in einem Tunnel anbringen?

Maria Navarro: Sie sollten einen Überwachungsplan haben, in dem die Art und die Anzahl der zu installierenden Sensoren, die Genauigkeit und andere Spezifikationen der Messwerte, der für jede Art von Kontrolle geltende Schwellenwert und ein Notfallplan festgelegt sind. Dieser Plan wird normalerweise in der Planungsphase vor dem Aushub erstellt. Er sollte die Aushubmethode, die Art des Geländes und - in städtischen Gebieten - die umliegenden Strukturen und deren erwartete Bewegungen berücksichtigen.

Sobald die Ausgrabung abgeschlossen ist, können Sie je nach der Entwicklung der Messwerte entscheiden, Abschnitte zu verstärken und weitere Sensoren zu installieren, um sicherzustellen, dass kritische Bereiche gut abgedeckt sind.

Ist die Technologie in der Lage, bestehende Dienste in der Nähe des Tunnels zu erkennen?

Maria Navarro: Die Ortung erfolgt in der Regel in der Planungsphase, kann aber auch während der Bauphase durchgeführt werden, wenn z. B. Unklarheiten über die Tiefe bestimmter Leitungen bestehen. Die am weitesten verbreitete Technik ist das Bodenradar, ein terrestrisches Radar, das zur Erkennung von Objekten unter der Oberfläche auf der Grundlage der Übertragung von elektromagnetischen Ultrabreitwellen eingesetzt wird.

Empfehlen Sie, die Geräte in einem Gehäuse zu installieren, um sie in einer Tunnelumgebung zu schützen?

Maria Navarro: Worldsensingist eine robuste Lösung, die den Schutzklassen IP67 und IP8 entspricht, und ihr Design eignet sich für raue Umgebungen, so dass es nicht notwendig ist, die Geräte in speziellen Gehäusen zu schützen. Wenn ein Projekt den Schutz der Geräte erfordert, ist es wichtig, keine Metallgehäuse zu verwenden, da diese die Funkkommunikation stören und das Signal vermindern.

Ziehen Sie Glasfaserkabel in Betracht?

Maria Navarro: Die Verwendung von Glasfasersensoren für die Bauüberwachung ist eine Alternative, aber es handelt sich um eine völlig andere Technologie als die von Worldsensing verwendeten LoRa-Funksysteme. Diese überwachte, verteilte und kontinuierliche Technik hat Vorteile, aber sie setzt voraus, dass die Struktur mit langen Kabeln abgedeckt wird.

Worldsensing ist eine drahtlose Überwachungslösung, bei der das Ziel darin besteht, Logger ohne lange Kabel in der Nähe von Sensoren zu installieren. Die Knoten kommunizieren über Funk mit dem Gateway und zentralisieren die Informationen auf einem Datenserver.

Wie überträgt man Daten auf Oberflächendatenlogger?

Maria Navarro: Es gibt viele Sensoren, die typischerweise für die Überwachung von Tunnelbauten in städtischen Umgebungen verwendet werden. Diese lassen sich in Oberflächensensoren und in den Boden eingelassene Sensoren unterteilen. Bei Oberflächensensoren wie Rissmessern, Kraftmessdosen, Dehnungsmessstreifen, Neigungsmessern und anderen werden Datenlogger in der Nähe der Sensoren installiert, um lange Kabelwege zu vermeiden.

Bei unterirdischen Sensoren wie Piezometern, Dehnungsmessern und In-Place-Neigungsmessern wird das Kabel nach der Installation des Sensors im Bohrloch mit einem Datenlogger an der Oberfläche verbunden. In der Regel werden diese Sensoren in Schächten installiert, die den Logger aufnehmen und das System schützen. Alle an der Oberfläche installierten Logger kommunizieren mit Gateways, die sich ebenfalls an der Oberfläche befinden.

Die Gateways können über eine mobile Verbindung oder ein Ethernet-Kabel mit dem Internet oder mit einem lokalen Netz verbunden werden. Das System ist dasselbe für Sensoren innerhalb eines Tunnels. Die Logger werden in der Nähe der Sensoren installiert und kommunizieren mit den Gateways im Tunnel. In der Regel erfolgt die Verbindung aufgrund der fehlenden Mobilfunkabdeckung über Ethernet.

Verwaltet das Worldsensing LoRa System automatisch die 1% Duty Cycle Begrenzung auf dem 868 Mhz Band?

Maria Navarro: Dies geschieht automatisch, wenn der Knoten mit der mobilen App konfiguriert wird. Die Standardkonfiguration stellt sicher, dass Worldsensing die Funkvorschriften einhält.

Gibt es irgendwelche Einschränkungen für die Verwendung von Worldsensing in Schächten mit großer Tiefe?

Maria Navarro: Worldsensing wird in der Regel für die Oberflächenüberwachung und den Tunnelbau eingesetzt. Einige bewährte Installationsverfahren finden Sie in unserer Wissensdatenbank, aber als Faustregel gilt, dass das Gateway immer über den Knotenpunkten angebracht werden sollte. Da unsere Edge-Geräte und Gateways Rundstrahlantennen verwenden, empfehlen wir immer, sie in vertikaler Position zu installieren.

Bei einem langen Tiefenschacht empfehlen wir jedoch aufgrund seiner vertikalen Ausrichtung, die Knoten- und Gateway-Antenne senkrecht zur Ausrichtung des Schachts zu installieren, da dies die Funkabdeckung verbessern könnte.

Was sind die Möglichkeiten der Technologie?

Maria Navarro: LoRa ist eine drahtlose Technologie, die niedrige Funkfrequenzen nutzt, die in einem nicht lizenzierten Funkspektrum arbeiten. Einer der Vorteile dieser Technologie ist die große Reichweite und der geringe Stromverbrauch. LoRa wird in verschiedenen Märkten eingesetzt, unter anderem in intelligenten Städten und in der industriellen Automatisierung. Worldsensing basiert auf der LoRa-Star-Technologie und konzentriert sich auf die drahtlose Automatisierung von geotechnischen und strukturellen Sensoren.

Wir bieten Datenlogger an, die mit den meisten auf dem Markt erhältlichen Sensoren kompatibel sind, und wir automatisieren Messungen über große Entfernungen mit geringem Stromverbrauch. Diese Messwerte werden von Gateways empfangen und können über webbasierte Software visualisiert und in Systeme von Drittanbietern integriert werden.

Wie lassen sich Setzungsprobleme in einem 200 Meter langen NATM-Tunnel am besten lösen?

Maria Navarro: Bei der Überwachung eines Fels-NATM-Tunnels während des Baus ist es wichtig, einen umfassenden Überblick über die am Ausbruch beteiligten Parameter zu haben. Vermessungsmethoden werden bei der Überwachung der Bodenoberfläche und der Strukturen eingesetzt, aber einige Bereiche können schwierig zu erfassen sein, da diese Systeme eine Sichtverbindung erfordern.

In diesen Fällen könnte die Verwendung von Setzungsmessgeräten oder Neigungsmessern, die an Balken angebracht sind, eine Option sein, um die Neigung zu ermitteln und so die Setzungen zu berechnen. Auch die Installation von Extensometern wird wichtige Informationen über vertikale Bewegungen in der Tiefe liefern. Kombiniert man diese Messwerte mit den von inkrementalen Extensometern gelieferten Informationen und der Konvergenzkontrolle des Aushubabschnitts, erhält man Informationen über die vertikalen Bewegungen, die durch den Aushub verursacht werden.