Surveillance sans fil de la construction des tunnels : Les questions clés et les réponses

L'utilisation de technologies sans fil pour la surveillance et l'instrumentation de la construction pendant les projets de tunnels n'a rien de nouveau, mais généralement ces technologies ne sont pas optimisées pour les défis de la surveillance technique. C'est là que la nouvelle génération de technologies de surveillance sans fil IoT a l'avantage, offrant de nouvelles possibilités d'agrégation, de transmission et d'analyse des données à faible puissance, longue portée et à faible coût.

Worldsensing s'est joint à Jim Rush, rédacteur en chef et éditeur du Tunnel Business Magazine, pour un webinaire discutant de la façon dont les systèmes de surveillance sans fil peuvent aider à suivre les performances, à identifier les problèmes et à réduire les risques opérationnels pendant les projets de construction de tunnels. Ce webinaire a suscité un certain nombre de questions de la part du public - pour cet article, nous avons choisi nos questions préférées et offrons ci-dessous les réponses de l'expert en surveillance sans fil, Juan Pérez. Juan est ingénieur en géotechnique et propriétaire du système de surveillance sans fil mondialement reconnu, Loadsensing. Il a une formation en instrumentation géotechnique et structurelle et dirige le développement de produits de surveillance sans fil chez le pionnier de l'IoT Worldsensing depuis 2013.

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Qu'est-ce qui différencie la surveillance sans fil IoT moderne de la surveillance sans fil traditionnelle ?

La surveillance sans fil de l'IdO est à la fois de longue portée et de faible puissance. Les solutions sans fil basées sur la technologie mobile (GPRS/3G) - le type traditionnel - sont plus gourmandes en énergie. Par conséquent, avec ces solutions, les enregistreurs de données GPRS ne transmettent les données qu'une fois par jour ou une fois par semaine, surtout s'ils sont alimentés par des batteries internes. Avec la technologie mobile, les opérateurs doivent payer selon leur plan mensuel pour chaque appareil qu'ils veulent connecter. Avec les réseaux IoT privés, les opérateurs des systèmes de surveillance sans fil peuvent être propriétaires de l'infrastructure, de sorte que la transmission des données peut être gratuite. Et surtout, ils peuvent déployer l'infrastructure en fonction de leurs besoins sans avoir besoin d'un accord avec le fournisseur de services de télécommunications. Il leur suffit de connecter la passerelle à Internet avec une carte sim ou une connexion ethernet à l'endroit le plus approprié en fonction du projet de tunnel.

D'autres solutions comme les réseaux maillés sans fil (XBee, IEEE 802.15.4) sont performantes pour les zones à forte densité de nœuds et peuvent transmettre des volumes de données plus importants. Toutefois, leur faible portée limite leur application dans les projets de surveillance de la construction de tunnels, où les points de surveillance sont répartis sur une vaste zone.

En résumé : la surveillance sans fil traditionnelle repose sur des technologies mobiles, qui sont gourmandes en énergie, à courte portée et coûteuses. La surveillance sans fil IoT, en revanche, offre à la fois une connectivité sans fil à longue portée, une transmission de données gratuite et une faible consommation d'énergie.

Sur quoi est basé le système radio ?

La radio que nous utilisons pour notre système de surveillance sans fil, LoadsensingLe système LoRa, qui a fait l'objet du webinaire, est LoRa car Worldsensing considère qu'il s'agit de la meilleure technologie disponible pour répondre aux exigences du secteur de la surveillance géotechnique. Nous évaluons constamment les nouvelles technologies radio au fur et à mesure de leur apparition et recherchons la meilleure technologie pour chaque application. Notre système de gestion de parking, par exemple, utilise également Sigfox et a quelques pilotes avec NarrowBand-IoT.Nœuds de détection de charge

Nœuds de données sans fil basés sur la technologie IoT déployés dans un projet de construction de tunnel.

Dans le cadre de projets de construction, le système d'acquisition de données peut-il être utilisé dans des zones d'application telles que les tranchées d'eau/égouts ?

Pour le dire simplement : oui, c'est possible. Nous avons des projets où l'acquisition de données sans fil est utilisée dans des projets de surveillance géotechnique, mais le système est également utilisé dans des cas liés à la surveillance des eaux souterraines (niveau de l'eau, qualité de l'eau) et d'autres applications industrielles.

D'après notre expérience, le système le mieux adapté aux zones telles que les tranchées d'eau/égouts sont les nœuds analogiques qui sont flexibles et peuvent lire jusqu'à quatre capteurs de différentes interfaces (tension, 4-20 mA, potentiomètre, pont de Wheatstone complet, thermistance et PT100). Ils permettent de surveiller les niveaux d'eau, la température mais aussi le pH, le potentiel d'oxydoréduction (ORP) et d'autres paramètres liés à la qualité de l'eau.

Quel laps de temps entre l'instrument et le serveur considérez-vous comme du "temps réel" ?

De nombreux facteurs peuvent affecter la transmission des données, mais d'après notre expérience, la latence minimale est d'environ 25 secondes. Nous considérons le "quasi temps réel", c'est-à-dire le "temps presque réel" du système, par rapport aux relevés manuels. Dans la surveillance des tunnels, les processus sont généralement plus lents, de sorte que les systèmes d'acquisition de données sans fil à distance peuvent être considérés comme du "temps quasi-réel". Avec les systèmes IoT sans fil, le relevé peut atteindre la passerelle en quelques secondes ou quelques minutes ; tout dépend du taux d'échantillonnage et de la taille du réseau.

Nous travaillons au développement de ce que l'on pourrait appeler un "mode rapide" pour certains essais sur le terrain liés à la surveillance de la santé des structures. Lorsque les opérateurs ont besoin de réduire la latence pour un projet, ils nous contactent généralement et nous trouvons une solution pour leur industrie et leur domaine d'application spécifiques.

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Quels sont les besoins en énergie pour le déploiement du système d'acquisition de données ?

Les nœuds de données sont alimentés par leurs propres batteries internes, ce qui signifie que les besoins en énergie ne s'appliquent ici qu'aux passerelles. L'un des avantages les plus notables de notre système est que les nœuds sont alimentés par des batteries et qu'ils sont conçus pour consommer peu d'énergie, ce qui signifie que la batterie peut durer plusieurs années à échantillonner et à transmettre toutes les heures. La consommation électrique de la passerelle est d'environ 3W. Il est également possible d'alimenter la passerelle avec un kit solaire.

Quel type de nœuds de données votre système de surveillance sans fil utilise-t-il avec quel type de capteurs ?

Nous utilisons différents types de nœuds de données en fonction du type de capteur choisi. Vous trouverez ci-dessous un tableau énumérant les paires :

Types de nœuds
Capteur compatible
Inclinomètre sans fil
Intégré avec son propre capteur
Noeud de fil vibrant 5 canaux
Fil vibrant
Noeud de fil vibrant 1 canal - version boîte aluminium
Fil vibrant
Noeud de fil vibrant 1 canal - version boîte polycarbonate
Fil vibrant
Nœud numérique
Actuellement :
- Chaînes d'inclinomètres en place et de faisceaux d'inclinaison numériques de Sisgeo, Geosense et RST.
- extensomètre MDT SMART MPBX
Nœud analogique 4 canaux
- Tension
- Boucle de courant
- Potentiomètre
- Pont de Wheatstone complet
- Thermistance
- PT100
- Chaînes d'inclinomètres en place DGSI Slope Indicator Serial HD

Comment gérer les conditions gazeuses dans les excavations avec un système d'acquisition de données sans fil ?

Un système comme Loadsensing n'est pas certifié pour les atmosphères explosives telles que les mines de charbon, les puits de pétrole et de gaz. Cependant, un câble peut être étendu du capteur au nœud de données situé dans une zone ouverte (pensez, par exemple, aux gazoducs) qui ne présente pas de conditions gazeuses.

Conclusion :

Les systèmes de surveillance sans fil sont essentiels pour les projets de construction de tunnels, car le site d'excavation est un environnement de travail en constante évolution et très actif, avec des risques qui surgissent en permanence. Contrairement aux relevés manuels, les capteurs sans fil sont faciles à installer et, une fois en place, peuvent transmettre des données en temps réel toutes les 5 à 15 minutes. Le système de surveillance sans fil choisi doit inclure des nœuds de données qui peuvent être à la fois connectés à la grande variété de capteurs différents utilisés pour les projets de tunnels et configurés avec une simple application. Les informations recueillies doivent également être envoyées à une passerelle, qui doit utiliser les nouveaux protocoles sans fil facilités par l'IdO.

Les systèmes sans fil comme Loadsensing sont particulièrement utiles dans le cadre de projets de construction de tunnels, car non seulement les nœuds de données peuvent être configurés facilement et nécessitent peu de maintenance grâce à leur faible consommation d'énergie, mais la connexion Internet entre les nœuds de données et les passerelles est très forte. Cela permet de surveiller la construction du tunnel à l'intérieur et à l'extérieur, car les capteurs peuvent transmettre des données jusqu'à trois kilomètres à l'intérieur du tunnel, mais aussi à travers les trous d'homme ou les forages, et les bâtiments à la surface.

Dans l'ensemble, les avantages des systèmes d'acquisition de données axés sur l'IdO pour la surveillance des tunnels dépassent de loin les capacités des systèmes de surveillance traditionnels sans fil et câblés, offrant un nouveau moyen, moins cher et rationalisé, de rendre le creusement de tunnels plus sûr, plus rentable et plus efficace.

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