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La Universidad de Leoben (Austria) ha desarrollado un sistema de cámaras de alta resolución para tuneladoras en colaboración con nuestro equipo de especialistas en visión artificial de STEMMER IMAGING. En este artículo te contamos cómo las cámaras montadas en el cabezal de corte de las tuneladoras permiten el análisis estructural y la documentación geológica de la superficie de perforación.

Las tuneladoras modernas (también conocidas como TBM, Tunnel Boring Machine), son auténticas bestias mecánicas que en ocasiones sobrepasan las 6.000 toneladas de peso y alcanzan los 150 metros de longitud o más, junto con el back-up de la máquina. Estas máquinas gigantescas se utilizan para excavar bajo tierra en zonas tanto de rocas sedimentarias, metamórficas y volcánicas como en suelos de arenas, gravas, arcillas u otro tipo de materiales – todos ellos presentes en las diversas zonas por las que han de transcurrir los túneles.

Pese a que las tuneladoras pueden avanzar entre 100 y 150 metros por semana, suelen usar una velocidad reducida en los momentos críticos; las formaciones rocosas más sólidas de lo esperado pueden hacer que la tasa de avance se retrase y aumente el desgaste de los discos de corte.

Por este motivo, el cartografiado geológico juega un papel muy importante en los proyectos de ingeniería de túneles. Se utiliza para identificar con la mayor exactitud posible las características del subsuelo que va a excavarse en la sección transversal del túnel. De esta forma, se puede documentar la información sobre el progreso de la obra y verificar los motivos de posibles demoras y los sobrecostes que acarrean.

Visión artificial para el cartografiado del subsuelo

Tradicionalmente, el cartografiado del subsuelo se realiza manualmente mediante bocetos e imágenes para analizar su morfología y composición. A fin de optimizar este proceso, la Universidad de Leoben y la empresa austríaca Geodata, especializada en topografía de túneles, han desarrollado un nuevo sistema: en lugar de la evaluación manual, que es muy complicada de llevar a cabo debido a la falta de espacio y visibilidad, la instalación de sistemas de visión en el cabezal de corte de la tuneladora facilita la adquisición de datos e imágenes que sirven como base para el cartografiado.

Como medida preparatoria, el cabezal de corte se mueve primero unos pocos centímetros y la roca y el polvo excavados se eliminan del espacio entre el cabezal y la cara de trabajo para dar una visión clara a las cámaras. Luego, se montan hasta tres cámaras con carcasas protectoras en las cajas de discos ubicadas en diferentes posiciones y se preparan para grabar con la unidad de control correspondiente. La integración de las cámaras en las cajas de discos existentes evita tener que crear aberturas adicionales.

Para la adquisición de imágenes, el cabezal de corte se gira manualmente un poco más de 360°. Las cámaras utilizadas capturan más de 1,000 imágenes, que se transfieren y almacenan en la unidad de control. En base a estas imágenes se lleva a cabo la reconstrucción en 3D de las condiciones geológicas del subsuelo mediante métodos de stitching o fotogrametría.

Integración de cámaras industriales en tuneladoras

Las altas temperaturas, la humedad y el polvo dificultan la adquisición de imágenes en la construcción de túneles. Por esta razón, la Universidad de Leoben se puso en contacto con el equipo de especialistas en visión artificial del grupo alemán STEMMER IMAGING, al cual pertenece INFAIMON, para obtener asesoramiento técnico y los componentes adecuados a las duras condiciones de trabajo.

El sistema consta de una unidad de cámara flexible en una carcasa protectora robusta, que incorpora una cámara industrial Prosilica GT2000 de 2 megapíxeles, una óptica de distancia focal fija de 5 mm y un anillo LED customizado para la iluminación. La apertura está preestablecida a una profundidad de campo que varía entre 40 y 200 cm aproximadamente, lo que permite que la cámara detecte incluso afloramientos rocosos profundos. El anillo LED está diseñado con una intensidad luminosa de más de 10,000 lúmenes. El intervalo de luz estroboscópica de 4 ms y el brillo aseguran una calidad de imagen óptima para el procesamiento fotogramétrico posterior.

Cámara Prosilica GT2000
Cámara Prosilica GT2000

El modo estroboscópico también evita el desenfoque de movimiento que puede provocar la rotación del cabezal de corte. La cámara está configurada en exposición automática continua, que actualiza el tiempo de exposición de cada imagen. Esto previene la sobreexposición o subexposición de las secciones de la cara de trabajo, que es otro factor crucial para obtener resultados fiables con imágenes fotogramétricas.

Un sistema sofisticado para el procesamiento de imágenes

La segunda parte del sistema es la unidad de control, ubicada en una caja de doble disco o boca de inspección durante el período de grabación. Contiene un PC, una fuente de alimentación y un sensor de inclinación mono-axial, además de estar equipada con interfaces que permiten el funcionamiento en paralelo de múltiples cámaras.

El control activa las cámaras conectadas a una velocidad constante de 2 imágenes por segundo. Su configuración asegura el inicio automático de la adquisición de imágenes después de iniciar el PC, sin la necesidad de interactuar con el control de la cámara en el cabezal de corte. Entre sus características, cabe resaltar que el PC se puede controlar de forma remota con un dispositivo Android que permite una evaluación rápida de la calidad de la imagen.

Lo interesante para la evaluación es que el sistema utiliza un software para procesar datos de imágenes aéreas. Esto permite hacer coincidir la gran cantidad de imágenes con los datos de orientación para calcular una nube de puntos de toda la cara de trabajo. A partir de estos datos, es posible desarrollar una ortofoto y la interpolación de un modelo de elevación digital, que se puede utilizar para realizar el cartografiado geológico y la evaluación necesaria.

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