Liderazgo Intelectual: Nueva Corrección Atmosférica para el Slope Stability Radar
Jefe de Investigación y Desarrollo de GroundProbe, Pat Bellett
Cofundador de GroundProbe, Dr Glen Stickley
Precision Atmospherics® proporciona un avance significativo en el control de la interferencia atmosférica generalmente asociada con el radar de monitoreo interferométrico de taludes.
La atmósfera puede hacer que la interpretación del usuario y la configuración de alarmas geotécnicas sean difíciles y no intuitivas, especialmente cuando se trata de evitar alarmas no deseadas. A medida que aumenta el tamaño de las operaciones mineras a cielo abierto, la influencia atmosférica se vuelve más difícil de manejar.
A principios de la década de 2000, el primer SSR de GroundProbe operó en pozos pequeños o en minas a cielo abierto donde 400 metros de alcance máximo del radar era suficiente. Ahora, el nuevo SSR-Omni cubre un rango de imágenes de hasta 5,6 km. Las mejoras son significativas; sin embargo, la atmósfera ha hecho que la captura, interpretación y manejo de datos sean cada vez más complejas para minas a cielo abierto de gran tamaño.
A medida que podemos escanear más rápido, más ampliamente y en rangos más largos, la verdadera variabilidad de la atmósfera se ha visto más expuesta. Los avances en la capacidad de monitoreo aumentan significativamente la complejidad y severidad de las condiciones atmosféricas observadas en los radares de monitoreo de taludes.
Precision Atmospherics® muestra una mejora prometedora en el control de la inevitable interferencia atmosférica asociada con el radar de monitoreo de taludes interferométrico.
Fenómenos Atmosféricos
Los elementos atmosféricos no se comportan de forma homogénea, especialmente en áreas muy grandes y rangos largos. Existe un alto grado de incertidumbre e imprevisibilidad incluso en condiciones desérticas secas o climas cálidos y húmedos donde se esperaría que ocurrieran condiciones típicas.
Los mismos se ven agravados por microclimas que cambian rápidamente, creados debido a los movimientos del vapor de agua con el viento. La variación se presenta en forma de carácter espacial, desde burbujas de todos los tamaños hasta bandas muy delgadas y capas horizontales, todas las cuales pueden cambiar rápidamente o persistir en el tiempo.
La imprevisibilidad hace que la interpretación y la configuración de alarmas geotécnicas en la ruta de desarrollo del radar de estabilidad de taludes en minería a cielo abierto sean problemáticas. La falta de consistencia atmosférica hace que el escaneo dentro de una atmósfera espacialmente diversa sea más difícil y distorsiona la técnica estándar del área de referencia estable (SRA) que se usa normalmente para capturar, monitorear y controlar el movimiento.
Rangos más largos y ángulos de escaneo más amplios han expuesto hasta qué punto los microclimas atmosféricos pueden cambiar dentro y alrededor de las minas a cielo abierto, comúnmente llamadas pozos. Principalmente, es la cantidad de vapor de agua en la atmósfera lo que determina la variabilidad de la trayectoria de propagación del radar: la refractividad o las propiedades dieléctricas del aire son modificadas por la cantidad de agua y se ven afectadas por los cambios de temperatura, presión y humedad.
Tecnología de Radar
Los radares con capacidad de escaneo más rápido de áreas más amplias y con rangos más largos revelan la verdadera variabilidad de la atmósfera de una mina.
Radares de Monitoreo de Taludes
Todos los radares de monitoreo de taludes se basan en la misma técnica de «interferometría basada en fases», que es sensible a los cambios de longitud de la trayectoria de propagación bidireccional introducidos por la atmósfera. La interferometría mide la combinación de la deformación de la pared y los efectos atmosféricos utilizando una regla de solo media longitud de onda. Si el movimiento cambia más o menos un cuarto de longitud de onda, se considera ambiguo. Por lo tanto, los radares que operan a una frecuencia más baja y con una longitud de onda más larga tienen una ventaja porque pueden tolerar cambios más grandes antes de que ocurran ambigüedades. Las ambigüedades inducidas por la atmósfera requieren una consideración cuidadosa al interpretar datos de radar de monitoreo de taludes.
Parámetros de Diseño
Para lograr rangos operativos más largos y aún poder obtener imágenes de los movimientos de la pared de un tamaño dado con cierto grado de detalle, un requisito básico es que la resolución efectiva de la imagen también debería aumentar.
Hay tres parámetros de diseño clave que impulsan el poder de resolución espacial de los radares de monitoreo de taludes: para los radares 2D, la combinación del tamaño de apertura horizontal de la antena y la frecuencia operativa determina el azimut o la resolución de rango cruzado; y, finalmente, el ancho de banda de la forma de onda transmitida determina la resolución en el rango.
Para los radares 3D, la segunda dimensión es la elevación y la tercera es el alcance. La resolución de elevación está determinada por el tamaño de la apertura vertical de la antena y la frecuencia operativa. En pocas palabras, esto significa que una antena más grande, una frecuencia más alta o ambas, combinadas con más ancho de banda, se traduce en una mejor resolución o celdas de resolución más pequeñas.
El tamaño de la huella del haz de una antena se escala con el alcance, por lo que es necesaria una mayor resolución en rangos más largos. Cuánta resolución se requiere es otra cuestión interesante, pero está más allá del alcance de este documento.
Área de Referencia Estable (SRA)
El método SRA se ha utilizado con éxito para detectar fallas en el monitoreo crítico de seguridad en tiempo real. Detecta en días, semanas o meses cuando las áreas en movimiento alcanzan un ritmo mayor que el ruido.
El desafío de la corrección atmosférica persiste, dada la mayor cantidad de atmósfera en áreas más amplias y distancias más largas. El alto nivel de contaminación o el ruido pueden superponerse a los datos de la serie de deformación para un área de píxeles seleccionada que puede dificultar la interpretación de la información.
El ruido atmosférico puede saturar anticipadamente movimientos de baja velocidad de los materiales dúctiles. Los umbrales de alarma se establecen rutinariamente altos para evitar falsas y frecuentes alarmas, requiriendo un alto nivel de comprensión para su detección.
El nuevo algoritmo de corrección, Precision Atmospherics® es una mejora geotécnica significativa sobre el método clásico del área de referencia estable (SRA).
Precision Atmospherics®
El nuevo proceso de Precision Atmospherics® resuelve las limitaciones del método SRA mediante el uso de procesos espaciales y de tiempo para clasificar y luego corregir adecuadamente áreas pequeñas con fallas frágiles y rápidas, fallas grandes dúctiles de movimiento lento y áreas que no se mueven.
La atmósfera severa puede crear ambigüedades de fase interferométrica que contaminan áreas de la imagen de deformación sin procesar, lo que también introduce pasos no deseados en los datos de series de tiempo de deformación para las áreas afectadas de la pared.
Precision Atmospherics® intenta resolver estos eventos graves para mantener una mejor continuidad de los datos y hacer que el monitoreo sea más efectivo durante períodos de tiempo mucho más largos.
Para minimizar el riesgo asociado con una mayor complejidad en el procesamiento de datos de radar, los datos SRA tradicionales se procesan y se muestran para cada píxel para cada escaneo y se pueden visualizar junto con la deformación de Precision Atmospherics®. Esto hace que los dos métodos de procesamiento de datos sean complementarios.
Es más probable que las tendencias en las series de tiempo de deformación de píxeles, especialmente aquellas que muestran comportamientos exponenciales progresivos, se revelen antes con Precision Atmospherics®. Este sencillo método de comparación simultánea demuestra que el nuevo procesamiento también suprime el trastorno atmosférico a un nivel constante en toda la imagen.
Con Precision Atmospherics®, la interferencia se suprime generalmente a aproximadamente ± 1 mm dependiendo de la severidad de las condiciones atmosféricas.
Hay una mejora del ruido atmosférico de aproximadamente cinco veces, como se ve en los gráficos de series de tiempo de deformación de píxeles.
Establecer umbrales de alarma se vuelve más simple y está más relacionado con la geomecánica que con la atmosféra.
La Figura 1 muestra ejemplos de la mejora en la corrección atmosférica para un RAR 2D (SSR-FX), para tres áreas diferentes que se mueven a diferentes velocidades.
La figura 1, gráfico de series de tiempo de Deformación para tres áreas de pared diferentes escaneadas por un RAR 2D (SSR-FX) comparando la corrección SRA (azul) con Precision Atmospherics® (rojo). Los ejemplos muestran la concordancia de tendencias y la supresión de interferencias atmosféricas con Precision Atmospherics®. La comparación de series de tiempo de deformación (a) muestra píxeles seleccionados en un área no móvil de la pared; (b) área de pared de movimiento lento; (c) área de la pared que se mueve rápidamente.
Precision Atmospherics® ha atenuado considerablemente la necesidad de escaneos más rápidos. Actualmente, SSR-FX y SSR-Omni adquieren datos entre 20 y 40 segundos y repiten los escaneos cada uno a dos minutos.