Cómo LoRa Tree mejora las comunicaciones subterráneas

Desafío

Las minas profundas son uno de los entornos de trabajo más difíciles del mundo. Los trabajadores pueden operar a profundidades de más de un kilómetro bajo tierra, donde cualquier accidente puede poner vidas en peligro. Controlar el estado de las paredes de una mina muy cargada es fundamental, pero no es fácil. Tradicionalmente, las empresas mineras dependen de ingenieros humanos para leer y registrar los datos de los sensores geotécnicos bajo tierra. Esto significa que las lecturas sólo pueden realizarse de forma esporádica, y que los datos están disponibles para su análisis con lagunas de días o incluso semanas. Además de requerir técnicos cualificados, este método de recopilación de datos puede ser propenso a errores humanos y da lugar a análisis incompletos, con escaso margen para detectar fallos de rápida evolución.

La introducción de tecnologías inalámbricas ha supuesto un importante avance en la minería subterránea, al permitir a las minas prescindir de las lecturas manuales y detectar posibles riesgos de forma sólida y rentable. Sin embargo, las intrincadas topologías de los entornos subterráneos dificultan la transmisión eficaz de datos. Túneles, giros, múltiples niveles y largas galerías hacen que las redes pierdan potencia de radio y fiabilidad de datos. Las pasarelas, que necesitan conectividad a Internet para transmitir datos desde la mina a los centros de control, no pueden instalarse en las profundidades de las minas porque no suele haber conexiones a Internet disponibles. Esto dificulta a las empresas de ingeniería el despliegue de soluciones de control sólidas y rentables bajo tierra.

Mine Design Technologies (MDT), empresa líder en instrumentación geotécnica con sede en Ontario (Canadá), deseaba ofrecer a sus clientes del sector minero una opción mejor, y se asoció con Worldsensing para conseguirlo.

Solución

MDT ya conocía la tecnología de Worldsensing para entornos de minería a cielo abierto. En ellos, las comunicaciones LoRa de largo alcance y bajo consumo de Worldsensing son capaces de lograr la transferencia inalámbrica de datos a distancias superiores a los seis kilómetros.

A principios de 2023, Worldsensing lanzó una topología de red en árbol LoRa. Esta topología de red puede ampliar el alcance de comunicación por radio de una red LoRa existente. El componente clave de esta topología de red es el repetidor de borde K20. El repetidor es capaz de recibir una señal de un nodo y retransmitirla a una pasarela en saltos de datos. Los repetidores pueden colocarse estratégicamente para superar obstáculos a la señal de radio como paredes, rampas y curvas.

Con el lanzamiento de la red en árbol LoRa de Worldsensing, MDT y Worldsensing se asociaron para desplegar un sistema de monitorización en el Centro Subterráneo Norcat, una mina viva utilizada para investigación y desarrollo en Sudbury, Ontario. La figura 1 ilustra las pruebas de campo realizadas. El objetivo era superar los límites de la red en árbol LoRa y permitir que los nodos alejados de la pasarela transmitieran datos con una pérdida de datos mínima.

La red constaba de 14 nodos, conectados a dos inclinómetros in situ, 11 inclinómetros y un inclinómetro láser, repartidos en tres unidades interconectadas de 200 metros de longitud. El despliegue comenzó en el tramo de 1999 con la instalación del repetidor 1 (R1). R1 fue capaz de retransmitir los datos de vuelta a la pasarela instalada a la entrada de la mina con una excelente señal de radio. El despliegue continuó rápidamente alejándose de la pasarela con un segundo repetidor (R2) al principio de la sección 1999. R2 pudo circunnavegar las curvas que conducen a la sección 1997 y transmitir datos de los nodos allí instalados.

Figura 1: Disposición subterránea de NORCAT. El despliegue incluía 14 dispositivos de borde distribuidos en tres galerías diferentes. Los nodos transmitían datos a la pasarela utilizando una topología de red en árbol LoRa con dos repetidores de borde K20.

Resultados

El despliegue de Norcat arrojó los siguientes resultados:

• El despliegue fue capaz de transmitir datos desde 14 nodos, situados en distintas secciones, utilizando sólo dos repetidores.
• La red en árbol LoRa proporcionó cobertura con una pérdida de transmisión del 0,5%, lo que se considera óptimo en radiocomunicación.
• Los repetidores de la topología de árbol LoRa no tienen que estar orientados directamente hacia la pasarela para que la transmisión por radio sea eficaz. Esto permite una mayor cobertura de radio con un despliegue mínimo de repetidores.
• Todos los registradores de datos de Worldsensing se conectaron fácilmente a la red, lo que subraya la compatibilidad de la cartera de dispositivos de Worldsensing con una topología de árbol LoRa
• Conectividad subterránea de hasta 200 m en entornos subterráneos complejos

BENEFICIOS

A pesar de algunos problemas iniciales para adaptar la tecnología a la normativa norteamericana, los resultados iniciales han sido extraordinarios, con una transferencia de datos impecable en toda la zona de despliegue. Solo se ha perdido un paquete de datos desde el inicio del ensayo, durante la fase de despliegue, y los técnicos de MDT pudieron explicar cómo y por qué ocurrió.

Worldsensing es el proveedor líder de tecnología de redes de monitorización geotécnica, con una gama inigualable de integraciones de productos que permite que sus redes funcionen con la mayoría de los principales proveedores de sensores y visualización de datos. Esta flexibilidad ya se está utilizando para ayudar a mejorar la supervisión geotécnica y la seguridad de las infraestructuras en entornos de superficie. La colaboración con MDT ha demostrado cómo los repetidores pueden ampliar la funcionalidad líder de Worldsensing bajo tierra.

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