Wie LoRa Tree die unterirdische Kommunikation verbessert

Herausforderung

Tiefbaubergwerke gehören zu den schwierigsten Arbeitsumgebungen der Welt. Die Arbeiter können in Tiefen von mehr als einem Kilometer unter der Erde arbeiten, wo jeder Unfall Leben gefährden kann. Die Überwachung des Zustands der stark belasteten Minenwände ist entscheidend, aber nicht einfach. Traditionell verlassen sich Bergbauunternehmen auf menschliche Ingenieure, um die Daten von geotechnischen Sensoren unter Tage zu lesen und aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass die Ablesungen nur sporadisch durchgeführt werden können und die Daten erst nach Tagen oder sogar Wochen für die Analyse zur Verfügung stehen. Diese Methode der Datenerfassung erfordert nicht nur qualifizierte Techniker, sondern ist auch anfällig für menschliche Fehler und führt zu unvollständigen Analysen, die wenig Spielraum für die Erkennung von schnell auftretenden Fehlern bieten.

Die Einführung drahtloser Technologien war ein wichtiger Durchbruch im Untertagebergbau, der es den Bergwerken ermöglicht, auf manuelle Ablesungen zu verzichten und mögliche Risiken auf robuste und kostengünstige Weise zu erkennen. Die komplizierten Topologien unter Tage erschweren jedoch eine effektive Datenübertragung. Tunnel, Kurven, mehrere Ebenen und lange Stollen führen dazu, dass Netzwerke an Funkstärke und Datenzuverlässigkeit verlieren. Gateways, die eine Internetverbindung benötigen, um Daten aus dem Bergwerk zu den Kontrollzentren zu leiten, können nicht tief im Bergwerk installiert werden, da in der Regel keine Internetverbindungen verfügbar sind. Das macht es Ingenieurbüros schwer, robuste, kostengünstige Überwachungslösungen unter Tage zu installieren.

Mine Design Technologies (MDT), ein in Ontario, Kanada, ansässiges führendes Unternehmen für geotechnische Messgeräte, wollte seinen Bergbaukunden eine bessere Option bieten - und ging eine erfolgreiche Partnerschaft mit Worldsensing ein.

Lösung

MDT war bereits mit der Worldsensing-Technologie für Tagebauumgebungen vertraut. Dort kann die LoRa-Kommunikation von Worldsensing mit großer Reichweite und geringem Stromverbrauch eine drahtlose Datenübertragung über Entfernungen von mehr als sechs Kilometern ermöglichen.

Anfang 2023 führte Worldsensing eine LoRa-Baumnetztopologie ein. Diese Netzwerktopologie kann die Funkreichweite eines bestehenden LoRa-Netzwerks erweitern. Die Schlüsselkomponente dieser Netzwerktopologie ist der K20 Edge Repeater. Der Repeater ist in der Lage, ein Signal von einem Knoten zu empfangen und es in Datenhops an ein Gateway weiterzuleiten. Repeater können strategisch platziert werden, um Hindernisse für Funksignale wie Wände, Rampen und Kurven zu überwinden.

Mit der Einführung des LoRa-Baumnetzwerks von Worldsensing gingen MDT und Worldsensing eine Partnerschaft ein, um ein Überwachungssystem im Norcat Underground Centre, einem für Forschungs- und Entwicklungszwecke genutzten Bergwerk in Sudbury, Ontario, einzusetzen. Abbildung 1 veranschaulicht die durchgeführten Feldtests. Ziel war es, die Grenzen des LoRa-Baumnetzwerks auszuloten und den weit vom Gateway entfernten Knoten zu ermöglichen, Daten mit minimalem Datenverlust zu übertragen.

Das Netz bestand aus 14 Knotenpunkten, die mit zwei Neigungsmessern, 11 Neigungsmessern und einem Laserneigungsmesser verbunden waren und sich auf drei 200 m lange, miteinander verbundene Antriebe verteilten. Der Einsatz begann im Abschnitt 1999 mit der Installation von Repeater 1 (R1). R1 war in der Lage, die Daten mit einem ausgezeichneten Funksignal an das am Eingang des Bergwerks installierte Gateway zurückzuübertragen. Zu Beginn des Abschnitts 1999 wurde der Einsatz mit einem zweiten Repeater (R2) in größerer Entfernung vom Gateway fortgesetzt. R2 war in der Lage, die Kurven, die zum Abschnitt 1997 führen, zu umfahren und Daten von den dort installierten Knotenpunkten zu übertragen.

Abbildung 1: NORCAT unterirdisches Layout. Der Einsatz umfasste 14 Edge-Geräte, die in drei verschiedenen Stollen verteilt waren. Die Knoten übermittelten Daten zurück zum Gateway unter Verwendung einer LoRa-Baumnetztopologie mit zwei K20 Edge Repeatern

Ergebnisse

Der Einsatz von Norcat führte zu den folgenden Ergebnissen:

• Das System konnte Daten von 14 Knotenpunkten in verschiedenen Abschnitten übertragen, wobei nur zwei Repeater eingesetzt wurden.
• Das LoRa-Baumnetz bot eine Abdeckung mit einem Übertragungsverlust von 0,5 %, was in der Funkkommunikation als optimal gilt.
• Repeater in der LoRa-Baumtopologie müssen für eine effektive Funkübertragung nicht direkt auf das Gateway ausgerichtet sein. Dies ermöglicht eine größere Funkabdeckung bei minimalem Einsatz von Repeatern.
• Alle Worldsensing-Datenlogger konnten problemlos an das Netzwerk angeschlossen werden, was die Kompatibilität des Worldsensing-Geräteportfolios mit einer LoRa-Baumtopologie unterstreicht
• Unterirdische Konnektivität bis zu 200 m in komplexer unterirdischer Umgebung

Vorteile

Trotz einiger Anlaufschwierigkeiten bei der Anpassung der Technologie an die nordamerikanischen Vorschriften sind die ersten Ergebnisse hervorragend, da die Daten im gesamten Einsatzgebiet einwandfrei übertragen werden. Nur ein einziges Datenpaket ging seit Beginn des Versuchs in der Aufbauphase verloren, und die Techniker von MDT konnten erklären, wie und warum das geschah.

Worldsensing ist der führende Anbieter von Netzwerktechnologien für die geotechnische Überwachung und verfügt über ein konkurrenzloses Angebot an Produktintegrationen, die es seinen Netzwerken ermöglichen, mit den meisten führenden Sensor- und Datenvisualisierungsanbietern zu arbeiten. Diese Flexibilität wird bereits genutzt, um die geotechnische Überwachung und die Sicherheit der Infrastruktur in oberirdischen Umgebungen zu verbessern. Die Zusammenarbeit mit MDT hat gezeigt, wie Repeater die führende Funktionalität von Worldsensing unter Tage erweitern können.

Der Standort steht für Besuche zur Verfügung. Wenn Sie Interesse haben, kontaktieren Sie uns bitte unter [email protected]