Internet de las cosas aplicado a la monitorización estructural

World Cloud Internet Of Things
Nube de conceptos relacionados con el Internet de las Cosas. M2M.

En los últimos meses estamos viendo como los sistemas de información M2M (machine to machine) o popularmente denominados ‘Internet de las cosas‘ están llegando progresivamente al mercado profesional y de consumo.

Estas tecnologías aplicadas a los sistemas de monitorización de estructuras y edificios implican una nueva dimensión ya que permiten.

  • Mayor densidad de muestreo de señales estructurales.
  • Coste contenido de los equipos de captura y envío de señales.

La popularización del concepto de ‘captura de datos’ por parte de un conjunto de sensores y el envío de los mismos a una aplicación de gestión (normalmente en la ‘nube’) se puede realizar a un coste razonable utilizando un amplio abanico de dispositivos (sensores) aparecidos en el mercado.

La mayoría de estas nuevas tecnologías están basadas en placas Arduino, Raspberry Pi, etc. conectados a sensores low-cost capaces de capturar un amplio abanico de magnitudes físicas.  Así a día de hoy empiezan a aparecer empresas nacionales con soluciones sensoriales M2M para multitud de sectores (industrial, construcción, agrícola, medioambiental, etc.).

Experiencias

Nuestra experiencia con este y otros tipos de tecnologías similares se ha centrado en probar varios sistemas en instalaciones piloto con el objetivo de obtener conclusiones que nos permitiesen desarrollar o integrar un sistema propio de monitorización estructural y ambiental estable, sencillo y profesional.

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Presentación pública en congreso M2M de un primer sistema piloto de monitorización de estructuras basado en tecnología Arduino.

 

Conclusiones

Tras varios meses de diseño, experimentación y pruebas en diferentes entornos, nuestras conclusiones se resumen en:

  • Es de vital importancia la estabilidad del sistema de monitorización de estructuras. Esto implica alejarse en lo posible de tecnologías mas orientadas a la experimentación académica y que pueden adolecer de falta de estabilidad en su funcionamiento durante largos periodos de tiempo.Tener que ‘resetear’ un equipo es una operación que puede resultar imposible (o con un coste elevado por la utilización de medios auxiliares de elevación) en determinadas instalaciones por la situación del elemento sensor.
  • A nivel sensorial, los principales fabricantes de sensores de alta calidad (derivados de la obra civil) y elevada precisión se alimentan con unos niveles de tensión (12/24 V.) que un equipo alimentado con pequeñas baterías de 1.5 V. no puede alcanzar. Esto obliga en el caso de la tecnología Arduino / Raspberry Pi a la utilización de sensores de 5 V. y que no ofrecen la estabilidad en la medida ni la precisión necesaria para garantizar los datos obtenidos.
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Ejemplo de ‘prototipo‘ medidor de desplazamiento lineal alimentado a 5 V. montado sobre un fisurómetro tradicional.
  •  Las comunicaciones de los sensores basadas en protocolos de baja demanda energética ZigBee, LoRa, etc. permiten realizar instalaciones de manera rápida ya que eliminan gran parte del cableado necesario para transmitir la señal entre sensor y concentrador de señal. Sin embargo, como he comentado en el párrafo anterior, determinados sensores de alta precisión, demandan un nivel de tensión que nos ha reconducido a utilizar otro protocolos de comunicación con resultados óptimos.

Nuestra solución

El sistema desarrollado en nuestro caso (kBuilding), aúna el aprendizaje adquirido en las pruebas piloto y plantea una sistema M2M de monitorización estructural y ambiental donde combinamos las mejores tecnologías y herramientas disponibles en el mercado.

  • Al poder alimentar los sensores a 24 V, utilizamos sensores de alta precisión cuando la estructura y la patología a estudio así lo demanda.
  • Somos capaces de monitorizar vibraciones estructurales de baja frecuencia en continuo con procesamiento de señal incorporado. Cumpliendo con normativa DIN4150.
  • Determinados sensores pueden utilizar la comunicación ZigBee con la estación central de control, de esta manera eliminamos en lo posible el cableado.
  • Disponemos de bidireccionalidad en la gestión de los equipos, de esta manera somos capaces de modificar ‘on line’ la frecuencia de adquisición de datos.
  • Todos nuestros equipos pueden ser alimentados durante varios años mediante baterías de alto rendimiento o bien si es posible disponer de alimentación convencional (220 V.).
  • Tecnología ‘enchufar y listo’. El diseño de nuestros equipos, facilita al máximo la instalación al personal técnico de manera que la pues en marcha sea rápida y eficiente.
  • Los datos obtenidos son enviados a una aplicación en la ‘nube’ alojados en Amazon AWS. Integridad y accesibilidad a la información están garantizados mediante el uso de una base de datos orientada al ‘Big Data‘.

La experiencia adquirida tanto en los proyectos piloto y posteriormente en los proyectos de monitorización estructural, han reforzado nuestro planteamiento de disponer de una tecnología estable que garantice la ausencia de problemas técnicos y garantice al técnico una información de calidad.

Concentrador KBuilding
Integración de un concentrador de señal kBuilding utilizando los huecos existentes en la estructura a monitorizar. (Puente Romano. Madrid)

Además, disminuir el efecto visual de la instalación ha sido uno de los objetivos que también hemos alcanzado en nuestros proyectos mediante:

  • Uso de tecnologías inalámbricas estables.
  • Diseño optimizado (tamaño y peso) de los concentradores de señal.
  • Gran experiencia en el proceso de instalación de equipos.
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Instalación de sistema de monitorización estructural kBuilding en la Iglesia Preromanica de San Julián de los Prados. Oviedo.

 

 

 

 

 

 

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