Introducción
La línea TIC en entornos hostiles aborda la problemática de la aplicación de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones a entornos donde las tecnologías más extendidas actualmente no funcionan o tienen grandes problemas. Ejemplos de estos entornos son los túneles carreteros o ferroviarios, las minas subterráneas, cañones o parajes muy accidentados, cuevas, aparcamientos subterráneos y, en definitiva, cualquier lugar confinado. También son considerados entornos hostiles aquellos en los que el ruido electromagnético dificultan el funcionamiento de los sistemas. Se hace por tanto referencia a las Interferencias Electromagnéticas (EMI) y la Compatibilidad Electromagnética (EMC). Se considera todo el rango de frecuencias, desde ULF hasta microondas.
El rango de aplicaciones es también muy amplio: sistemas de seguridad, aplicaciones de telecontrol, telemedicina y sistemas de comunicaciones para emergencias en ambientes confinados, redes ad-hoc, sistemas de radiolocalización, sistemas de radiodifusión, telefonía móvil, etc. Dado el amplio alcance de esta línea, en la actualidad se abordan las siguientes áreas de trabajo: la radiolocalización, las comunicaciones subterráneas y las comunicaciones en robótica de intervención y rescate.
La presente línea de investigación es abordada por el Grupo de Tecnologías en Entornos hostiles (GTE) de la Universidad de Zaragoza. El GTE esta compuesto por un conjunto de profesores e investigadores (en la actualidad 14 personas) de la Universidad de Zaragoza componentes de otros grupos consolidados (Grupo de Robótica, Percepción y Tiempo Real, Grupo de Electrónica de Potencia y Microelectrónica, Grupo de Arquitectura de Computadores, Grupo de Superconductividad Aplicada) y expertos en diversas áreas: geología, electrónica, comunicaciones, arquitectura de computadores, ingeniería de sistemas, sistemas empotrados y tiempo real. Todos los doctores del GTE pertenecen al Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón, I3A.
Además de en las instalaciones del Campus Rio Ebro de la Universidad de Zaragoza en Zaragoza, desde Enero de 2005, el GTE se encuentra involucrado en los Laboratorio de Investigación Avanzada del Parque Tecnológico WALQA (Huesca) bajo el convenio firmado entre el Gobierno de Aragón y el Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón de la Universidad de Zaragoza.
Dado el amplio alcance de esta línea, en un principio se abordan tres líneas diferenciadas de investigación: la radiolocalización, las comunicaciones subterráneas y la robótica. La radiolocalización y las comunicaciones subterráneas se ven afectadas por un mismo problema: las ondas de radio son incapaces de penetrar materiales conductores, como la tierra, el agua o la nieve, más allá de unos pocos metros. Para poder traspasar este tipo de materiales, se debe trabajar en bandas de baja (LF) o muy baja frecuencia (ULF), bandas para las cuales apenas existe tecnología desarrollada, suscitándose graves problemas de eficiencia, y por otra parte, siendo muy escaso el ancho de banda disponible.
El apoyo e interés por estas investigaciones, ha sido explícitamente expresado por las siguientes instituciones:
- Dirección General de Protección Civil del Gobierno Español
- Escuela Militar de Montaña del Ejército
- Dirección General de la Guardia Civil
Líneas de investigación principales
Comunicaciones en entornos confinados
Las comunicaciones inalámbricas en entornos confinados plantean serios problemas debido a que el material circundante (roca, suelo, hormigón, agua, ...) posee una cierta conductividad que lo convierte en un medio disipativo. Así, en la mayoría de los casos, las ondas de radio convencional son incapaces de penetrar en estos materiales más allá de unos pocos metros. Este efecto se denomina efecto pelicular. Esta conductividad también afecta a la propagación de las ondas por el aire de los túneles o galerías. Este hecho es bien conocido en minería o en túneles ferroviarios y carreteros. Una transmisión, por ejemplo con una portadora de 10 MHz, a menudo no es utilizable más allá de unos 30 metros en el interior de un túnel. De esta forma, las tecnologías más extendidas de radiocomunicación no pueden ser utilizadas en entornos confinados. Dentro de este marco el GTE se plantea varios objetivos de investigación:
- Enlaces de voz y datos a través de la roca (Trough-The-Earth, TTE). Nos planteamos aspectos tales como: estudio y modelado de la roca como canal de comunicación, estudio del ruido e interferencias presentes en el canal de comunicación, estudio y optimización del acceso al canal de comunicación, estudio comparativo del comportamiento de diferentes modulaciones, algoritmos de compresión, algoritmos de codificación, filtrados ante el canal y el ruido presente.
- Redes ad-hoc para la realización de diferentes actividades como el rescate, vigilancia, explotación, emergencias, tanto para equipos humanos como robóticos. Así, se investiga en redes ad-hoc móviles que soporten tráfico de tiempo real para dotar a los robots de comunicaciones sin necesidad de una infraestructura, investigación en protocolos de redes ad-hoc para soportar tanto tráfico con QoS (voz o vídeo) como de tiempo real (monitorización y control), y se pretende el desarrollo de una red ad-hoc de comunicaciones subterráneas que utilice de forma inteligente las diferentes tecnologías de comunicación (TTE, propagación natural en túneles, acoplamiento a conductores).
Radiolocalización
La radiolocalización, o mejor llamada localización subterránea consiste normalmente en la determinación de la posición en tres dimensiones (longitud, latitud y profundidad) de un punto bajo tierra desde la superficie. Para ello se coloca en dicho punto una radiobaliza que permitirá su localización. Sin embargo, las ondas de radio son incapaces de penetrar la tierra y el agua más allá de unos pocos metros. Conforme se disminuye la frecuencia de transmisión se incrementa la profundidad de penetración. Por ello esta técnica trabaja en rango de frecuencia muy bajos (ELF-LF). La radiolocalización clásica se basa en la forma del campo magnético generado por la radiobaliza. La conductividad del terreno además de dificultar la propagación del campo magnético, distorsiona su forma pudiendo causar errores considerables en el proceso. Nos planteamos el estudio de los errores que se pueden cometer en una radiolocalización y el desarrollo de nuevas técnicas que mejoren la precisión. Un ARVA (Appareil de Recherche de Victimes d'Avalanches) es un dispositivo para la localización de víctimas de avalanchas de nieve que han quedado sepultadas. Se trata de una baliza electromagnética similar a las utilizadas en radiolocalización subterránea y por tanto comparte su problemática. Se pretende extender las técnicas de radiolocalización subterránea e investigar en el desarrollo de otras nuevas para mejorar la rapidez y precisión en la localización de accidentados por avalanchas de nieve.
Hidrología karstica
Otra de las líneas de investigación del GTE es el estudio de manantiales kársticos mediante técnicas novedosas de identificación de sistemas provenientes de la ingeniería de sistemas. El objetivo es la obtención de modelos de los acuíferos karsticos que permitan su estudio, simulación y planificación de los recursos hídricos que contienen.