Monitorización inalámbrica de la construcción de túneles: Las preguntas y respuestas clave

El uso de tecnologías inalámbricas para la monitorización e instrumentación de la construcción durante los proyectos de construcción de túneles no es nada nuevo, pero generalmente estas tecnologías no están optimizadas para los retos de la monitorización técnica. Aquí es donde la nueva generación de tecnologías de monitorización inalámbrica IoT tiene la ventaja, ya que ofrece nuevas posibilidades de agregación, transmisión y análisis de datos de baja potencia, largo alcance y bajo coste.

Worldsensing se unió a Jim Rush, editor de Tunnel Business Magazine, en un seminario web en el que se debatió cómo los sistemas de monitorización inalámbrica pueden ayudar a realizar un seguimiento del rendimiento, identificar problemas y reducir el riesgo operativo durante los proyectos de construcción de túneles. Para este artículo, hemos seleccionado nuestras preguntas favoritas y ofrecemos a continuación las respuestas del experto en monitorización inalámbrica, Juan Pérez. Juan es ingeniero geotécnico y propietario de producto del sistema de monitorización inalámbrica Worldsensing. Tiene experiencia en instrumentación geotécnica y estructural y ha liderado el desarrollo de productos de monitorización inalámbrica en Worldsensing, empresa pionera en IoT, desde 2013.

¿Qué diferencia la vigilancia inalámbrica moderna del IoT de la vigilancia inalámbrica tradicional?

La supervisión inalámbrica del IoT es de largo alcance y de bajo consumo. Las soluciones inalámbricas basadas en tecnología móvil (GPRS/3G) -el tipo tradicional- son más exigentes en cuanto a energía. En consecuencia, con estas soluciones, los registradores de datos GPRS sólo transmiten los datos una vez al día o una vez a la semana, especialmente si se alimentan con baterías internas. Con la tecnología móvil, los operadores tienen que pagar según su plan mensual por cada dispositivo que quieran conectar. Con las redes privadas de IoT, los operadores de los sistemas de monitorización inalámbricos pueden ser los propietarios de la infraestructura, por lo que la transmisión de datos puede ser gratuita. Y lo más importante, pueden desplegar la infraestructura en función de sus necesidades sin necesidad de llegar a un acuerdo con el proveedor de servicios de telecomunicaciones. Solo tienen que conectar la pasarela a Internet con una tarjeta sim o una conexión ethernet en la ubicación más adecuada según el proyecto del túnel.

Otras soluciones, como las redes de malla inalámbricas (XBee, IEEE 802.15.4), son potentes para zonas con una alta densidad de nodos y pueden transmitir mayores volúmenes de datos. Sin embargo, su corto alcance limita su aplicación en proyectos de monitorización de la construcción de túneles, donde los puntos de monitorización están repartidos por una amplia zona.

En resumen: la monitorización inalámbrica tradicional se basa en tecnologías móviles, que consumen mucha energía, tienen poco alcance y son caras. La monitorización inalámbrica del IoT, por el contrario, ofrece conectividad inalámbrica de largo alcance, transmisión de datos gratuita y bajo consumo de energía.

¿En qué se basa el sistema de radio?

La radio que utilizamos para nuestro sistema de monitorización inalámbrica, que se presentó en el seminario web, es LoRa porque en Worldsensing consideramos que es la mejor tecnología disponible para cubrir los requisitos del sector de la monitorización geotécnica. Evaluamos constantemente las nuevas tecnologías de radio a medida que surgen y buscamos la mejor tecnología para cada aplicación. Nuestro sistema de gestión de aparcamientos, por ejemplo, también utiliza Sigfox y tiene algunos pilotos con NarrowBand-IoT.

Nodos de datos inalámbricos basados en la tecnología IoT desplegados en un proyecto de construcción de un túnel

Dentro de los proyectos de construcción, ¿se puede utilizar el sistema de adquisición de datos para áreas de aplicación como las zanjas de agua/alcantarillado?

En pocas palabras: sí, se puede. Tenemos proyectos en los que la adquisición de datos inalámbricos se utiliza en proyectos de monitorización geotécnica, pero el sistema también aparece en casos relacionados con la monitorización de aguas subterráneas (nivel de agua, calidad del agua) y otras aplicaciones industriales.

Según nuestra experiencia, el sistema más adecuado para zonas como las zanjas de agua/alcantarillado son los nodos analógicos, que son flexibles y pueden leer hasta cuatro sensores de diferentes interfaces (tensión, 4-20 mA, potenciómetro, puente de Wheatstone completo, termistor y PT100). Permiten monitorizar los niveles de agua, la temperatura y también el pH, el potencial de reducción de la oxidación (ORP) y otros parámetros relacionados con la calidad del agua.

¿Qué lapso de tiempo entre el instrumento y el servidor considera "tiempo real"?

Hay muchos factores que pueden afectar a la transmisión de datos, pero según nuestra experiencia, la latencia mínima es de aproximadamente 25 segundos. Consideramos "tiempo casi real" el "tiempo casi real" del sistema, en comparación con las lecturas manuales. En la supervisión de túneles, los procesos suelen ser más lentos, por lo que los sistemas de adquisición de datos inalámbricos remotos pueden considerarse "casi en tiempo real". Con los sistemas inalámbricos de IoT, la lectura puede llegar a la pasarela en unos segundos o en unos minutos; todo depende de la frecuencia de muestreo y del tamaño de la red.

Estamos trabajando en el desarrollo de algo que podría denominarse "modo rápido" para determinadas pruebas de campo relacionadas con la supervisión de la salud estructural. Cuando los operadores necesitan reducir la latencia de un proyecto, suelen ponerse en contacto con nosotros y encontramos una solución para su sector y área de aplicación específicos.

¿Cuáles son los requisitos de energía para desplegar el sistema de adquisición de datos?

Los nodos de datos se alimentan de sus propias baterías internas, lo que significa que los requisitos de energía sólo se aplican aquí a las pasarelas. Una de las ventajas más notables de nuestro sistema es que los nodos se alimentan con baterías y tienen un diseño de bajo consumo, lo que significa que la vida de la batería puede durar varios años tomando muestras y transmitiendo cada hora. El consumo de energía de la pasarela es de aproximadamente 3W. También es posible alimentar la pasarela con un kit solar.

¿Qué tipo de nodos de datos utiliza su sistema de vigilancia inalámbrica con qué tipo de sensores?

Utilizamos diferentes tipos de nodos de datos según el tipo de sensor elegido. A continuación se muestra una tabla con la lista de los pares:

Tipos de nodos	Sensor compatible
Inclinómetro inalámbrico	Integrado con su propio sensor
Nodo de cable vibrante 5 canales	Cuerda vibrante
Nodo de cuerda vibrante de 1 canal - versión de caja de aluminio	Cuerda vibrante
Nodo de hilo vibrante 1 canal - versión caja de policarbonato	Cuerda vibrante
Nodo digital	Actualmente: - Cadenas de inclinómetros in situ y haces de inclinación digitales de Sisgeo, Geosense y RST. - Extensómetro MDT SMART MPBX
Nodo analógico 4 canales	- Tensión - Bucle actual - Potenciómetro - Puente de Wheatstone completo - Termistor - PT100 - Cadenas de inclinómetros de serie HD de DGSI

¿Cómo se pueden manejar las condiciones gaseosas en las excavaciones con un sistema de adquisición de datos inalámbrico?

Un sistema como Worldsensing no está certificado para atmósferas explosivas como las minas de carbón o los pozos de petróleo y gas. Sin embargo, se puede extender un cable desde el sensor hasta el nodo de datos situado en una zona abierta (piense, por ejemplo, en gasoductos) que no presente condiciones gaseosas.