WO2015157874A1

WO2015157874A1 - Método y sistema de detección de zonas de saturación o zonas no irrigadas, en pilas de lixiviación, con el fin de asistir en la gestión y el control de riego en pilas de lixiviación

Info

Publication number: WO2015157874A1
Application number: PCT/CL2015/000021
Authority: WO
Inventors: Javier RUIZ DEL SOLAR SAN MARTÍN; Paul Albert VALLEJOS SÁNCHEZ; Rodrigo Ernesto ASENJO PREISLER; Omar Andrés DAUD ALBASINI; Mauricio Alfredo CORREA PEREZ
Original assignee: Universidad De Chile
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2015-10-22
Also published as: CL2014000974A1; AU2015246588B2; AU2015246588A1; PE20170102A1

Abstract

Método y sistema de detección de zonas de saturación o zonas no irrigadas, en pilas de lixiviación, con el fin de asistir en la gestión y el control de riego en pilas de lixiviación que comprende: a) posicionar una plataforma aérea no tripulada altamente estable y maniobrable con la cámara térmica infrarroja montada, a una determinada altura sobre uno de los extremos de la pila de lixiviación mediante un sistema de control remoto, o bien, mediante un sistema autónomo de posicionamiento; b) sobrevolar dicha pila con sobrevuelos a una determinada altura sobre esta; c) adquirir/capturar imágenes térmicas de la pila, y enviarlas de forma inalámbrica hacia un computador; d) reconstruir termográficamente en un computador, dichas imágenes térmicas capturadas, reconstruyendo toda la pila y generando un mapa termográfico de la misma; e) clasificar el mapa termográfico, en base a 3 clases asociadas a las condiciones de riego: zona saturada, zona irrigada correctamente y zona seca; f) determinar las zonas de riego de acuerdo a la clasificación realizada, donde negro (0) es zona saturada, gris (127) es zona correctamente regada y blanco (255) indica zona seca; y opcionalmente g) controlar el riego, en forma manual o automática, tornado la acción de control correspondiente; y sistema para implementar este método.

Description

MÉTODO Y SISTEMA DE DETECCIÓN DE ZONAS DE SATURACIÓN O

ZONAS NO IRRIGADAS, EN PILAS DE LIXIVIACIÓN, CON EL FIN DE

ASISTIR EN LA GESTIÓN Y EL CONTROL DE RIEGO EN PILAS DE

LIXIVIACIÓN

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un sistema y método para detectar zonas de saturación mediante una plataforma aérea no tripulada, equipada con cámara térmica infrarroja para la gestión y el control de riego en pilas de lixiviación.

ARTE PREVIO

Los principales problemas en las pilas de lixiviación spn:

• Formación de zonas de apozamiento en la superficie de las pilas de lixiviación: Estas zonas de apozamiento no permiten que la solución se distribuya uniformemente a lo ancho y largo de la pila, poniendo en serio compromiso la productividad de la pila y la estabilidad de ésta.

• Detección manual de estas zonas, mediante la inspección de operadores en terreno: Estas zonas son monitoreadas por operadores, que en la mayoría de los casos se tienen que subir a las pilas a hacer algún tipo de intervención a los sistemas de riego (por aspersores o goteo) , exponiéndose a un ambiente dáñino para la salud, y de elevado peligro para su integridad física .

• Las pilas de lixiviación pueden ser lo suficientemente grandes y extensas, en tal medida que éstas pueden alcanzar 3.000 metros de largo, por 1.000 metros de ancho y un apilamiento de 10 metros de altura, con ángulo de talud de alrededor de 37°. Una detección e inspección manual en estas zonas se hace sumamente desafiante y compleja, visto la magnitud de las distancias, y la consecuente dificultad de acceso sobre la pila debido a la altura (de 10 metros) del talud.

• Una detección mediante un sistema de monitoreo de pila con cámara fija puesta en altura se hace igualmente complejo, debido a la magnitud de las distancias y las dimensiones. Asimismo, afloran problemas de resolución y de distorsión debido a la puesta en ángulo de la cámara con respecto a la superficie a monitorear.

• En virtud de las dimensiones se hace absolutamente necesario tener un sistema móvil de detección, en función no sólo de las distancias, pero también de los resultados que se puedan obtener, debido a que con un sistema móvil se puede acercar en posición y ángulo de manera óptima a las zonas interesadas .

• Alto tiempo de riego en la zona de apozamiento antes de su detección: Este elevado tiempo trae consecuencias negativas debido a una consecuente disminución de la productividad de la pila.

• Formación de zonas saturadas en el interior de la pila: Detectar estas zonas intersticiales dé saturación garantizarían un adecuado control de la estabilidad geomécanica de la pila, evitando posibles colapsos .

• Colapso de la pila debido a dichas zonas saturadas:

Esta es una consecuencia catastrófica debido a una detección tardía, o debido a una no detección de una zona saturada .

• Deslizamiento de taludes por canalización de solución:

Este es un tipo de problema que genera una distribución anómala de material en la pila, afectando el proceso de lixiviación.

• Pérdida de recuperación por menor razón de lixiviación: Al no filtrar bien la solución a través de la pila, hay menos recuperación de cobre debido a una tasa menor de lixiviación.

• Pérdidas de vidas humanas debido a colapso de la pila:

Los afectados son principalmente los operadores de la pila, que suben a ella a hacer monitoreo y control del riego. Debido al colapso, éstos quedan atrapados dentro de la pila. Esta es una consecuencia catastrófica, la cual no puede seguir sucediendo.

Existen en el estado del arte diversos sistemas para vigilar o detectar focos de calor en áreas abiertas, por ejemplo, la solicitud de patente CL 8-94 presentada ante INAPI, el 4 de Enero de 1994 por Izar Construcciones Navales, S.A., España, describe un sistema de vigilancia y detección de focos de calor en aéreas abiertas, que comprende un conjunto integrado de observatorios que incluyen medios autónomos de visión infrarroja y diurna, que están enlazados con una estación de control central, que procesa las imágenes en tiempo real, para la detección automática de focos de calor, especialmente, incendios dentro de una zona de cobertura. El sistema es aplicable a la detección automática de incendios forestales en zonas de varios kilómetros cuadrados.

CL 8-94 usa cámaras térmicas para detectar focos de calor, específicamente, incendios de una zona de cobertura. No menciona ni sugiere una posible aplicación en pilas de lixiviación con el objetivo de examinar y detectar, mediante un análisis termográfico, las posibles zonas en las que pueden desarrollarse saturaciones por impermeabilizaciones locales. Tampoco, indica el uso de una cámara térmica infrarroja montada en una plataforma aérea para monitorear los niveles de temperatura, producto del intercambio de calor entre una pila de lixiviación y el ambiente .

WO2004027099, Geobiotics LLC . , describe un método para controlar el proceso, en pilas de lixiviación, que comprende controlar la tasa de irrigación de una pila como función de la tasa de aireación de la pila, determinar advección en al menos un punto predeterminado en la pila, y determinar la temperatura en al menos un punto determinado en la pila. La aireación de la pila es por convección natural o forzada, y la tasa se controla como función de la tasa de oxidación de material dentro de la pila. La tasa promedio de aireación y la tasa promedio de irrigación, son mantenidas en una razón en el rango de 0,125:1 a 5:1. Además, se describe un método para la introducción de microorganismos en la pila, un método para aumentar la temperatura de la pila para lixiviación, un método para determinar una configuración de pila óptima para un proceso de lixiviación en pila bioasistida, y un método para enriquecer el ambiente de microorganismos colocados en una pila para lixiviación en pila bioasistida.

WO2004027099 realiza un control de irrigación, usando como variables de control variables que son distintas a aquellas de la presente invención, es decir, tasa de aireación de la pila, advección en al menos un punto predeterminado y temperatura en al menos un punto determinado en la pila. No enseña ni sugiere, el uso de una cámara térmica infrarroja con el objetivo de examinar y detectar, mediante un análisis termográfico, las posibles zonas en que pueden desarrollarse saturaciones por impermeabilizaciones locales, monitoreando los niveles de temperatura, producto del intercambio de calor entre la pila y el ambiente.

La solicitud de patente CL 1677-08 presentada ante INAPI, el 6 de Junio de 2008 por Mining Systems S.A., Chile, describe un equipo y método asociado al monitoreo, mantención y control de riego para pilas de lixiviación, para corregir problemas de uniformidad del fluido sobre pilas de lixiviación, para instalarse a una red de riego que incluye: tuberías principales que se extienden longitudinalmente a un lado de las pilas, tuberías de distribución paralelas entre sí que se extienden a través de la pila desde las tuberías principales, a intervalos definidos, y líneas emisoras, paralelas y a intervalos suficientemente cercanos, que se extienden longitudinalmente desde las tuberías de distribución hasta las tuberías de drenaje, donde cada línea emisora tiene una pluralidad de salidas o aspersores para el fluido a surtir, un sensor de presión para determinar el caudal teórico, una válvula de control de riego conectada a cada tubería de distribución para establecer distintas tasas de riego, un sensor de turbiedad y al menos una válvula de encendido/apagado ("ON/OF"), en cada tubería de drenaje, para realizar la limpieza de la red, un caudalímetro en cada tubería de distribución para conocer la tasa real, al menos un dispositivo para el monitoreo de las variables de proceso a distintos niveles (O2 pH y temperatura) , al menos un sensor de contenido de fluido para medir perfil con que se moj a . Cada sensor cuenta con medios para la transmisión inalámbrica de la información hasta antenas repetidoras, y cada válvula cuenta con medios para ser actuada inalámbricamente, donde dichos medios para cada sensor y válvula, se disponen en receptáculos tubulares de polietileno de alta densidad que descansan sobre la superficie de la pila. Además, un sistema de control computacional recibe la información transmitida por las antenas repetidoras, para el monitoreo y control a través del telecomando de dichas válvulas.

En CL 1677-08, se realiza un control de irrigación, pero las variables empleadas para tal control son distintas (0₂, pH y temperatura en al menos un punto determinado en la pila) a aquellas del presente caso. Además, CL 1677-08 no describe ni se sugiere el uso de una cámara térmica infrarroja con el objetivo de examinar y detectar, mediante un análisis termográfico, las posibles zonas en las que pueden desarrollarse saturaciones por impermeabilizaciones locales, monitoreando los niveles de temperatura, producto del intercambio de calor entre la pila y el ambiente.

La solicitud de . patente CL 1968-11 presentada ante INAPI; el 11 de Agosto de 2011 por Applied Edge Technologies SpA. , Chile, describe un sistema de control estacionario para pilas de lixiviación y biolixiviación que incluye comunicación, control y medición de variables directamente en el material de la pila, y que se aplica en procesos de extracción minera.

La solicitud de patente CL 698-12 presentada ante INAPI, el 21 de Marzo de 2012 por Villagra Berrios Carlos Nelson, Chile, describe un sistema estacionario autónomo y automático de humectación de pilas de lixiviación dinámicas, que permite el riego homogéneo en las pilas de lixiviación, compuesto por paneles solares, rectificador de corriente, kit de baterías, controlador, solenoide, válvula reductora de presión y controles de encendido/apagado ("On- Off") .

En CL 1968-11 y CL 698-12, se realiza un control de la irrigación de pilas de lixiviación, pero se usan medios estacionarios en la pila. No se describe ni sugiere el uso de una cámara térmica infrarroja con el objetivo de examinar y detectar, mediante un análisis termográfico, las posibles zonas en las que puede desarrollarse saturaciones por impermeabilizaciones locales, monitoreando los niveles de temperatura, producto del intercambio de calor entre la pila y el ambiente. La solicitud de patente CL 728-12 presentada INAPI, el 23 de Marzo de 2012 por Aplik S.A., Chile, describe un sistema y método de monitoreo y control de fallas en el riego en pilas de lixiviación, que comprende: un sistema de visión termográfica y un sistema de visión de espectro visible que captura imágenes sobre zonas de las pilas de lixiviación; un sistema de orientación que dirige selectivamente el objetivo de captura de los sistemas de visión termográficas y de espectro visible; un sistema de procesamiento que interactúa con los sistemas de visión termográficas y de espectro visible, procesando información, identificando, cuantificando y clasificando á partir de las imágenes capturadas, superficies según niveles de humedad en: zonas secas, zonas húmedas y zonas saturadas; y una interfaz de usuario que despliega la información procesada por el sistema de procesamiento y permite al usuario controlar variables de los sistemas de visión termográficas y de espectro visible, y del sistema de orientación, y así permite el control del proceso de riego en pilas de lixiviación (ver Figura 1) .

Además, CL 728-12 describe un método para evaluar cuantitativamente las fallas de riego de al menos una pila de lixiviación, que comprende las siguientes etapas: a) disponer de un sistema de visión termográfica y un sistema de visión de espectro visible, que observa una pluralidad de módulos o áreas variables de las pilas de lixiviación para la captura de imágenes, a través de los siguientes pasos : capturar imágenes termográficas y en espectro visible del módulo; cuantificar el porcentaje de superficie de zonas secas y zonas regadas a partir de distribuciones de temperatura en la superficie del módulo; cuantificar el porcentaje de superficie de zonas saturadas a partir de texturas en las imágenes de espectro visible; b) ordenar los módulos según su porcentaje de superficie para cada nivel de humedad; c) seleccionar módulos que se encuentren fuera de límites de control predeterminados; d) evaluar eficiencia de riego en cada módulo y en la pila de lixiviación; e) desplegar información en forma periódica del estado de irrigación de los módulos fuera de los límites de control, lo cual se muestra en una interfaz de usuario y genera un mapa de estado de riego de la pila; y f) aplicar medidas de control sobre módulos bajo los límites de control.

En CL 728-12, se describe un aparato y proceso que usa una cámara térmica infrarroja con el objetivo de examinar y detectar, mediante un análisis termográfico, las posibles zonas en las que pueden desarrollarse saturaciones por impermeabilizaciones locales, monitoreando los niveles de temperatura, producto del intercambio de calor entre la pila y el ambiente. Pero CL 728-12 usa y sugiere el uso de una cámara térmica infrarroja estacionaria, y a diferencia de la presente invención que usa una cámara térmica infrarroja montada en una plataforma aérea no tripulada para realizar el análisis termográfico, en la pila de lixiviación .

Así, aunque CL 728-12 describe un proceso y aparato que emplea medios distintos a aquellos de la presente invención, por ejemplo, usa una cámara térmica infrarroja estacionaria. En tanto, la presente invención usa una cámara térmica infrarroja montada en una plataforma aérea no tripulada, lo que permite una resolución de monitoreo más uniforme en todas las áreas, y con ello, permite detectar de forma certera y precisa, las zonas de interés, sean éstas zonas saturadas o secas . Mediante esta información se puede, en forma eficiente, cerrar el lazo de control del sistema de irrigación, y consecuentemente, optimizar el riego de la pila.

US20060054214 describe un sistema para el riego de manera inteligente de un entorno, que comprende al menos un sensor para el control de condiciones ambientales particulares, y al menos una válvula de accionamiento eléctrico que recibe señales de información inalámbrica desde el sensor y controla un dispositivo de riego basado en las señales; y unidades de control de potencia alternan repetidamente el sensor y la válvula entre los estados con y sin motor para conservar la energía.

US2008129495 describe un sistema de control automático de riego que comprende múltiples nodos de sensores y múltiples nodos de actuadores, con cada nodo sensor incluyendo un transceptor inalámbrico, un procesador y un dispositivo de sensor. Cada nodo actuador incluye un transceptor inalámbrico, un procesador y un circuito de accionamiento para accionar al menos una válvula de riego.

En funcionamiento, un primer nodo sensor, se comunica con un primer nodo del actuador a través de comunicación inalámbrica enviando datos de los sensores o los comandos de control para activar o desactivar el riego. Además, el primer nodo sensor puede transmitir mensajes al primer nodo actuador a través de otros nodos de sensor o actuador en el sistema en el que los otros nodos de sensores o actuadores actúan como repetidores para la retransmisión de los mensajes.

US20060054214 y US2008129495 , realizan un control automático de irrigación para riego del tipo doméstico o de agricultura, y las variables empleadas como factores de control son las del medio ambiente. Por lo que estos desarrollos tienen características y propósitos distintos a aquellos de la presente invención, no definiéndose la utilización de una cámara térmica infrarroja con el objetivo de examinar y detectar, mediante un análisis termográfico, las posibles zonas en las que pueden desarrollarse saturaciones por impermeabilizaciones locales, monitoreando los niveles de temperatura, producto del intercambio de calor entre una pila de lixiviación y el ambiente .

Luego, US20060054214 y US2008129495 tienen aplicaciones y son tecnologías claramente distintas a aquellas de la presente invención.

Así, en general, ninguno de los documentos antes discutidos describe o muestra el uso de una cámara térmica infrarroja montada en una plataforma aérea no tripulada para análisis térmico de zonas de una pila de lixiviación.

La presente invención se refiere a un sistema y método de detección de zonas de saturación, mediante plataforma aérea no tripulada, equipada con cámara térmica infrarroja para la gestión y el control de riego en pilas de lixiviación. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en un método para detectar bolsones o excesos de humedad en pilas de lixiviación. El método se basa en un sistema mecatrónico capaz de generar vistas aéreas mediante sobrevuelos por sobre las pilas de lixiviación, sobre todo en pilas de lixiviación de grandes dimensiones, donde la solución de un sistema de moriitoreo fijo se hace inviable e imposible de implementar, o bien, y en el mejor de los casos, permite obtener resultados deficientes, con muy baja resolución; esto con el objetivo de examinar y detectar, mediante un análisis termográfico, las posibles zonas en las cuales pudieran desarrollarse saturaciones debido a impermeabilizaciones locales. Tal situación podría gatillar una posible licuefacción en la pila. Tal fenómeno debe de ser considerado, analizado y obviamente, y sobre todo, evitado. Con el objetivo de reducir la posibilidad de colapso y asegurar la estabilidad geomecánica en la pila, el sistema de riego debe ser óptimamente controlado. Por ejemplo, en una zona potencialmente saturada, el riego localizado en esa zona podría ser reducido o eliminado, hasta que la saturación se haya disipado.

Este sistema mecatrónico consiste en una plataforma aérea no tripulada altamente estable y maniobrable, equipada con una cámara térmica infrarroja. Esta plataforma aérea es un vehículo aéreo multirotor, alimentado por baterías en el cual van montados sensores EMS y un micro controlador. Puede ser operado por control remoto, mediante sistema de radio frecuencia, o bien volar de forma autónoma. Así, la plataforma puede ser por ejemplo, un planeador, moto- planeador, parapente, dirigible, auto-giro, avión o algo similar. La cámara térmica infrarroja es usada para monitorear los niveles de temperatura, producto del intercambio de calor entre la pila y el ambiente. Esta información térmica es muy relevante, ya que puede otorgar una estimación del nivel de saturación en las diferentes zonas de la pila.

Las imágenes capturadas desde la plataforma aérea no tripulada, son enviadas a un computador que realiza el procesamiento de los datos, generando un mapa de las condiciones de riego de la pila. Por lo tanto, se establecen las zonas de riego: zona seca, zona irrigada correctamente y zona saturada. Esta información es enviada, a su vez, al sistema de riego, el cual puede ser de tipo autónomo (por ejemplo, mediante un PLC) , o bien, mediante un operador que realiza un control manual.

Así, la presente invención es aplicable en todas aquellas pilas, mediante las cuales existan procesos ligados a la lixiviación y/o biolixiviación, sean éstas pilas fijas y/o dinámicas (tipo "on/off") .

La presente invención tiene como objetivo mejorar la gestión de las pilas de lixiviación, mediante la supervisión aérea de las pilas, a través de imágenes termográficas geo-referenciadas que permitan distinguir tanto las zonas secas y de alta saturación, así como también aquellas correctamente irrigadas. También, la presente invención tiene como objetivo, aumentar la razón de lixiviación, recuperación y resultados económicos en las planta de óxidos .

Otro objetivo de la invención es reducir los incidentes y accidentes con tiempo perdido en la pilas; eliminando por completo las fatalidades dentro de las operaciones . Asimismo, tal invención asiste en la toma de decisiones en el sistema de control de riego.

La presente invención está ligada al control de la permeabilidad, y por ende, la estabilidad de la pila, y pretende detectar las zonas donde existen niveles elevados de impermeabilidad, y consecuentemente, apozamientos de solución. Se intenta, también, mediante una acción de control, generar las condiciones ideales de riego, de tal manera que en aquellas zonas saturadas no se produzcan excesos de humedad, con tal de mantener siempre una uniformidad del nivel de humedad de la pila, evitando el desprendimiento de taludes por canalización de solución y evitando posibles colapsos geo-mecánicos .

De esta forma, la presente invención se relaciona al uso de una plataforma aérea no tripulada que realice un mohitoreo con cámara térmica infrarroja mediante sobrevuelo por sobre la pila (ver Figura 4) , en forma iterativa, con el objetivo de tomar una acción de control que ayude a la toma de decisiones en el sistema de riego de la pila, de manera que el riego se realice de forma eficiente y no genere un nivel indeseado de humedad, y por cierto, que ayude a eliminar la saturación que había sido detectada.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS FIGURAS 2A y 2B Ilustran la configuración del análisis comparativo para el sistema de cámara térmica infrarroja fija del arte previo.

FIGURAS 3A y 3B Ilustran la configuración del análisis comparativo para el sistema de cámara térmica infrarroja fija del arte previo.

FIGURA 4 Ilustra el arreglo del sistema mecatrónico de la presente invención.

FIGURA 5 Ilustra una vista de aproximación lateral media del modelo del sistema mecatrónico de la presente invención a la pila de lixiviación.

FIGURA 6 Ilustra una vista isométrica del modelo del

sistema mecatrónico de la presente invención a la pila de lixiviación.

FIGURA 7 Ilustra una vista de planta del modelo del sistema mecatrónico de la presente invención a la pila de lixiviación.

FIGURA 8 Ilustra una vista del sistema mecatrónico de la presente invención.

FIGURA 9 Ilustra una vista inferior del sistema

mecatrónico .

FIGURA 10 Ilustra un diagrama de flujo del método de la

presente invención.

FIGURA 11 Ilustra un ejemplo de una imagen térmica para una realización de la presente invención. En azul oscuro, las zonas saturadas, mientras que las zonas blancas corresponden a zonas no regadas de la pila. FIGURA 12 Ilustra el histograma por cada clase asociado a una realización de la presente invención. FIGURA 13 Estimación de los modelos gaussianos dada la distribución de datos proveniente de los histogramas .

FIGURAS 14A1-14D2 Ilustra algunos ejemplos de segmentación para una realización de la presente invención. 14A1, 14B1, 14C1, 14D1: las imágenes térmicas. 14A2, 14B2,

14C2 , 14D2 : las imágenes segmentadas .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION.

Como ya se menciona en la sección anterior, la invención consiste en un método para detectar tanto bolsones o excesos de humedad, como también zonas secas en pilas de lixiviación. El método se basa en un sistema mecatrónico, que consta de un vehículo aéreo no tripulado el cual tiene montado una cámara térmica apuntando hacia el suelo, capaz de generar vistas aéreas mediante sobrevuelos por sobre las pilas de lixiviación, sobre todo en pilas de lixiviación de grandes dimensiones, donde la solución de un sistema de monitoreo fijo se hace inviable e imposible de implementar, o bien, y en el mejor de los casos, permite obtener resultados deficientes, con muy baja resolución; esto con el objetivo de examinar y detectar, mediante un análisis termográfico, las posibles zonas en las cuales pudieran desarrollarse saturaciones debido a impermeabilizaciones locales. Tal situación podría gatillar una posible licuefacción en la pila. Tal fenómeno debe · de ser considerado, analizado y obviamente, y sobre todo, evitado. Con el objetivo de reducir la posibilidad de colapso y asegurar la estabilidad geomecánica en la pila, el sistema de riego debe ser óptimamente controlado. Por ejemplo, en una zona potencialmente saturada, el riego localizado en esa zona podría ser reducido o eliminado, hasta que la saturación haya desaparecido.

Este sistema mecatrónico consiste en una plataforma aérea no tripulada altamente estable y maniobrable, equipada con una cámara térmica. Esta plataforma aérea es un vehículo aéreo multirotor, alimentado por baterías en el cual van montados sensores ME S y un micro controlador. Puede ser operado por control remoto, mediante sistema de radio frecuencia, o bien volar de forma autónoma. La cámara térmica es usada para monitorear los niveles de temperatura, producto del intercambio de calor entre la pila y el ambiente. Esta información térmica es muy relevante, ya que puede otorgar una estimación del nivel de saturación en las diferentes zonas de la pila.

Las imágenes adquiridas desde el vehículo aéreo no tripulado multirotor, son enviadas a un computador que realiza el procesamiento de estas imágenes, generando un mapa con las zonas de riego de la pila. Estas zonas proveen información sobre las condiciones de riego de la pila. Se determinan, por lo tanto, las siguientes zonas de riego: zona seca, zona irrigada correctamente y zona saturada. La información de las diferentes zonas es enviada, a su vez, al sistema de control de riego, el cual puede ser de tipo autónomo (por ejemplo, mediante un PLC) , o bien, puede ser controlado de forma manual , mediante un operador .

Para monitorear los niveles de humedad, en la pila, la presente invención usa la información termográfica que proporciona una cámara térmica infrarroja. En efecto, este tipo de información está correlacionada a las zonas dónde se generan las saturaciones y/o las zonas secas. La información relativa a la ubicación espacial de tales zonas es enviada, a su vez, al sistema de control de riego, el cual puede ser de tipo autónomo o manual .

El grado de impacto de la presente invención es alto, en cuanto los beneficios asociados, entre los cuales se pueden mencionar los siguientes:

• Sistema Autónomo de onitoreo de la Pila.

• Identificación de Sectores con Elevada

Impermeabilidad .

• Control Inteligente del Riego.

• Estabilidad Geomecánica de la Pila.

• Uniformidad del Flujo.

• Mayor Concentración de Cu++.

• Mayor beneficio económico.

• Eliminar el uso de operación manual en las pilas.

• Reducción incidentes y accidentes con tiempo perdido.

• Reducción de costos de infraestructura.

• Eliminar las fatalidades producto de colapso en la pila .

Así, el método de la presente invención se puede llevar a cabo, preferentemente en base a las siguientes etapas o pasos :

a) Posicionamiento vehículo aéreo no tripulado: El vehículo aéreo no tripulado multirotor, con la cámara térmica montada, se posiciona a una determinada altura sobre uno de los extremos la pila de lixiviación mediante un sistema de control remoto, o bien, mediante un sistema autónomo de posicionamiento .

b) Sobrevuelo pila de lixiviación: La plataforma aérea no tripulada hace sobrevuelos a una determinada altura sobre la pila de lixiviación con la cámara térmica infrarroja montada .

c) Adquisición de imágenes térmicas: Se realiza la adquisición de imágenes térmicas de la pila, las cuales son enviadas de forma inalámbrica hacia un computador.

d) Reconstrucción termográfica : Con todas las imágenes térmicas capturadas, se realiza, en un computador, una reconstrucción termográfica de toda la pila, generando un mapa termográfico de ésta.

e) Clasificación del mapa termográfico : Se realiza la clasificación del mapa termográfico de la pila. Se determinan 3 clases, las cuales están asociadas a 3 condiciones de riego. Las clases son: zona saturada de riego, zona correctamente regada y zona seca.

f) Determinación de las Zonas de Riego: Se determinan 3 zonas de acuerdo a la clasificación realizada. Negro (0) : para zonas saturadas. Gris (127): para las zonas correctamente regadas. Blanco (255) : para zonas secas.

g) Control de Riego: Se toma la acción de control correspondiente, que puede ser realizada en forma manual o de manera automática.

EJEMPLOS

Ejemplo Comparativo

De acuerdo a la modalidad de monitoreo continuo de pilas de lixiviación propuestos, se quiere demostrar empíricamente, a través del siguiente análisis comparativo, que el método de monitoreo realizado por cámara térmica infrarroja incorporada a hexacóptero (presente invención) entrega una mucho mejor información termográfica, desde el punto de vista de la resolución, que el método de monitoreo con cámara térmica infrarroja fija (arte previo,

particularmente CL 728-12) .

Para demostrar las ventajas de la presente invención con respecto a CL 728-12, se realizó un estudio comparativo, mediante un ejemplo según una condición presentada en dicho documento, es decir, en CL 728-12. Tal condición viene representada según los siguientes parámetros :

Altura Torre de Observación: 40 metros y 60 metros

Altitud Vuelo Hexacóptero: 5 metros

Distancia Torre-Pila: 15 metros

Dimensiones de la Pila de Lixiviación:

Altura Pila: 7,5 metros

Largo Pila: 600 metros

Ancho Pila: 250 metros

Ancho Talud: 11,25 metros

La cámara térmica infrarroja utilizada para el análisis es una marca FLIR modelo CAMERA - TAU 320, 9mm-fl.25, con las siguientes características:

Resolución: 640 x 480

FOV vertical: 38,4°

FOV horizontal: 48°

Banda espectral: 7,5-13,5 m

Rango de temperatura: -40 a +80°C La cámara térmica infrarroja fija, instalada a 40 metros de altura, está actuada, y por lo tanto, puede ser girada con respecto al eje vertical (tilt angle) y al eje horizontal (pan angle) . Los ángulos máximo y mínimo necesarios para observar completamente la pila con respecto al eje vertical corresponden a 58,13° y 65,97°, respectivamente. Mientras que para observar completamente la pila con respecto al eje horizontal éstos corresponden a -84,8° y 84,8°.

Por lo tanto, se realizó una medición del área real que comprende un pixel dentro del espacio de la imagen. Los pixeles elegidos fueron los de los extremos, extremos medios y centrales . Esto con el propósito de comparar desde el punto de vista de la resolución, los resultados

entregados mediante el uso de una cámara fija versus una cámara móvil. Evidentemente, con cámara fija, según sean las configuraciones angulares verticales y horizontales (tilt y pan), se obtendrán diferentes resoluciones. Las configuraciones elegidas, por lo tanto, son aquellas tales que permiten el menor número de barridos en orden a cubrir toda la superficie de la pila.

Tabla 1: Datos para la configuración 1 del arte previo de cámara térmica infrarroja fija, ver Figuras 2A y 2B

Angulo horizontal (Tilt angle) = 58,13°, Angulo vertical (Pan angle) = -62, 68°

Pixel Area,

i j

0 0 0, 003823259

319 0 0, 003823259 639 0 0, 003823259

639 239 0, 014433413

639 479 0, 168763785

319 479 0, 168763785

0 479 0, 168763785

0 239 0, 014433413

319 239 0, 014433413

Angulo horizontal (Tilt angle) = 58,13°, Angulo vert

(Pan angle) = -18,42°

Angulo horizontal (Tilt angle) = 58,13°, Angulo vert

(Pan angle) = 18,42°

Pixel Area,

i j

0 0 0, 003823259

319 0 0, 003823259

639 0 0, 003823259

639 239 0, 014433413 639 479 0, 168763785

319 479 0, 168763785

0 479 0, 168763785

0 239 0, 014433413

319 239 0, 014433413

Angulo horizontal (Tilt angle) = 58,13°, Angulo vertical

(Pan angle) = 62,68°

Tabla 2: Datos para la configuración 2 de cámara térmica infrarroja fija del arte previo, Figuras 3A y 3B

Angulo horizontal (Tilt angle) = 65,97°, Angulo horizontal (Tilt angle) = -62,68°.

Pixél Area,

i j

0 0 0, 005603887

319 0 0, 005603887

639 0 0, 005603887

639 239 0, 031415218 639 479 2, 938017999

319 479 2, 938017999

0 479 2, 938017999

0 239 0, 031415218

319 239 0, 031415218

Angulo horizontal (Tilt angle) = 65,97°, Angulo horizontal

(Tilt angle) = -18,42°.

Angulo horizontal (Tilt angle) = 65,97°, Angulo horizontal

(Tilt angle) = 18,42° .

Pixel Area, m^z

i j

0 0 0 , 005603887

319 0 0, 005603887

639 0 0, 005603887

639 239 0, 031415218

639 479 2 , 938017999

319 479 2, 938017999 0 479 2, 938017999

0 239 0, 031415218

319 239 0, 031415218

Angulo horizontal (Tilt angle) = 65,97°, Angulo horizontal (Tilt angle) = 62,68°.

Ahora bien, si el hexacóptero con cámara térmica infrarroja sobrevuela la pila a diferentes alturas por sobre la superficie y en manera ortogonal a ésta, se obtienen los siguientes valores:

Altura: 5 metros

Angulo horizontal (Tilt angle) = 0°, Angulo horizontal (Tilt angle) = 0°.

Pixel Area, m^z

i j

0 0 5, 04704E-05

319 0 5, 04704E-05

639 0 5, 04704E-05 639 239 5,.04704E-05

639 479 5, 04704E-05

319 479 5, 04704E-05

0 479 5, 04704E-05

0 239 5, 04704E-05

319 239 5, 04704E-05

Altura: 10 metros

Angulo horizontal (Tilt angle) = 0^o, Angulo horizontal {Tilt angle) = 0^o.

Altura: 15 metros

Angulo horizontal (Tilt angle) 0^o, Angulo horizontal (Tilt angle) = 0°.

Pixel Area, m²

i j

0 0 0, 000454233

319 0 0, 000454233

639 0 0, 000454233 639 239 0, 000454233

639 479 0, 000454233

319 479 0, 000454233

0 479 0, 000454233

0 239 0, 000454233

319 239 0, 000454233

Angulo horizontal

Comparando las áreas por pixel, se determina que a medida que la toma se va alejando de la torre el área representada por un pixel va aumentando hasta llegar a los 2,938 m² en la configuración más desfavorable. Esta baja resolución tiene un impacto negativo en el monitoreo de las zonas de interés (zonas saturadas y zonas secas) , y

consecuentemente, en la toma de decisiones para el manejo y control del riego. Muy por el contrario, con la cámara térmica montada en el hexacóptero el área representada por un pixel es siempre la misma (por ejemplo, 5,04704E-05 m² a 5 metros), no

obstante, ésta aumenta al aumentar la altura de sobrevuelo del hexacóptero. Nótese también que la resolución es siempre la misma y lo más importante, ésta es siempre elevada en relación al método con cámara fija. Por lo tanto, permite detectar de forma certera y precisa las zonas de interés, sean éstas zonas saturadas o secas.

Mediante esta información se puede, en forma eficiente, cerrar el lazo de control del sistema de irrigación, y consecuentemente, optimizar el riego de la pila.

Para el análisis completo de la pila con cámara fija instalada en torre, se necesitan sólo 8 barridos. Sin embargo, con cámara móvil instalada en hexacóptero se necesitan 8.474 barridos a una altura de 5 metros, 2.119 barridos a una altura de 10 metros, 942 barridos a una altura de 15 metros y 530 barridos a una altura de 20 metros. No obstante, este no es un problema, ya que la dinámica de la pila es lenta, y por lo tanto, una elevada frecuencia de monitoreo, no es necesaria. Asimismo, si las dimensiones de la pila fuesen distintas, es decir, más grandes, sobretodo en el largo y en el ancho, se hace aún más evidente la necesidad de hacer el monitoreo con hexacóptero, vista la baja resolución que tal sistema de monitoreo con cámara térmica fija montada sobre una torre entrega .

Ejemplo: Control de riego en pilas de lixiviación con hexacóptero y cámara térmica El objetivo principal del presente sistema mecatrónico, que integra el uso de un hexacóptero con una cámara térmica, busca el control del riego en la pilas de lixiviación con el objeto de evitar las zonas de saturación que puedan comprometer, además del proceso mismo de lixiviación, la estabilidad geo-mecánica de la pila. Para asegurar la detección temprana de las zonas de saturación es necesario monitorear la pila, especialmente mientras se realiza el riego. Sin embargo, este sistema también pretende reconocer las zonas que no son regadas correctamente; siempre con el objetivo de mejorar el proceso de recuperación. Esta acción de monitoreo en particular ha sido realizada con una cámara térmica instalada en un hexacóptero (ver Figura 4) .

La idea es detectar tanto las zonas saturadas como las zonas no irrigadas. Esta detección se puede llevar a cabo mediante un análisis termográfico, el cual puede ser realizado a su vez mediante un proceso de adquisición y procesamiento de imágenes térmicas. Por lo tanto, en la medida que dichas zonas sean detectadas, se podrán tomar mejores acciones de control para el riego. En tal caso, en aquellas zonas donde exista un exceso de solución, las válvulas correspondientes deberán mantenerse cerradas .

Las dimensiones de la pila de lixiviación en análisis corresponde a:

Largo: 48,4 metros x Ancho: 24,4 metros x Alto: 2,5 metros .

La distancia entre dos cintas de riego es de 3 metros.

Las imágenes térmicas fueron adquiridas con una cámara térmica infrarroja FLIR 320 TAU, 9 mm-fl.25, con una sensibilidad de 7,5 a 13,5 μπι, y una resolución de 324 x 256 pixeles.

El h xacóptero utilizado tiene las siguientes

características :

· La dimensión de las hélices es de 26 cm. , mientras la distancia entre dos motores es de 60 cm.

• Monta una controladora de vuelo ArduPilot Mega 2.0, que permite la posibilidad de realizar vuelos tanto por control remoto, así como también de forma autónoma.

· Está dotado de una micro-controladora ATMEGA2560, un compás digital marca Honeywell, modelo HMC5883L-TR, un GPS a bordo Mediatek MT3329, un acelerómetro/giróscopo de 6 grados de libertad marca Invensense modelo MPU-6000, y un sensor de presión barométrica, marca Measurement Specialties, modelo MS5611-01BA03.

• Usa 6 motores brushless, marca Turnigy, modelo L2215J- 900, que son comandados por una controladora de velocidad marca Turnigy, modelo Basic 25A.

• El peso total de héxacóptero es alrededor de 1 Kg., y su capacidad de carga cercana a 800 gr.

• Las baterías utilizadas son de polímero de litio con una capacidad de 5.000 mAh y de 409 gramos de peso.

Para resolver el problema objetivo, se han definido 3 clases de zonas en la pila: zona saturada, zona irrigada correctamente y zona seca.

Considerando todas las imágenes tomadas a una altura de 5 metros (ver Figura 4) , se dividen dos conjuntos de

imágenes . El primer conjunto de imágenes se usa para el entrenamiento del clasificador, mientras el segundo conjunto de datos se usa para su evaluación. Se usa el valor de cada pixel como dato. Con estos datos se calculan tres histogramas (ver Figura 12) . Con ello, se estiman además tres modelos

Gaussianos, dada la distribución de datos en los

histogramas (ver Figura 13). Naive Bayes es un clasificar lo suficientemente robusto basado en el principio de máximo a posteriori (MAP) ; por esta razón, este clasificador es usado para determinar la clase de cada pixel (Rish, I.

(2001) 'An empirical study of the Naive Bayes classifier' , IJCAI Workshop on Empirical Methods in Artificial

Intelligence, pp. 41-46).

Dado un problema con K clases {¾,..,¾] de probabilidades a priori Ρ(¾ ,.., P(CK) (Zhang, H. (2004) 'The ,Optimality of

Naive Bayes', Proceedings of the Seventeenth International

Florida Artificial Intelligence Research Society Conference (FLAIRS 2004), pp . 562-567), se puede asignar la clase c a un ejemplo desconocido de características X= (χ^.,Κ_ϊί) tal que :

c = argpiax_cP(C = cll x_l ...,x_N) ,

Mediante la cual es elegida la clase con mayor probabilidad a posteriori dada la observación de los datos (Mardia, K. V. and Kanji, G. K. (1994) Statistics and Images: 2.

Advances in Applied Statistics, Carfax Publishing Co. Ltd., Abingdon, Oxfordshire) . Esta probabilidad a posterior! puede ser formulada, usando el teorema de Bayes, del siguiente modo:

Como el denominador es el mismo para todas las clases, puede ser descartado al hacer la comparación. A este punto se deberían calcular las probabilidades condicionales de las clases de las características dada una clase. Esto podría resultar relativamente difícil, considerando las dependencias entre características. El método de Naive Bayes asume que las clases son independientes, por ejemplo, i, ...,½· Esto simplifica la expresión en el numerador:

P(C = C)P(X_Í II C = c) *P(x₂ II C = c) * ...*P(x_N II C = c)

y luego eligiendo la clase c que maximiza este valor sobre todas las otras clases c = l,_*..,K. Claramente, este método puede ser aplicado a más de dos clases. En este caso, tenemos 3 clases independientes. El principal supuesto es que cada clase c tenga la misma probabilidad, entonces

P(C = 1) = P(C - 2) = P(C = 3) = . De nuevo , el denominador es siempre el mismo para todas las clases, por lo tanto, se puede descartar al comparar. Finalmente, para cada pixel la clase dada es c = argmaXc Cx_lf II C = c) .

Las imágenes térmicas fueron clasificadas según el análisis explicado anteriormente en las 3 diferentes clases. Cada clase fue asociada a un color en la escala de grises, ver Figura 14 (A2-D2) , donde:

• Negro (0): para zonas saturadas.

• Gris (127) : para las zonas correctamente regadas.

• Blanco (255) : para zonas secas.

Se aprecia claramente que la clasificación de las imágenes térmicas ha dado excelentes resultados, proporcionando una información sólida sobre las zonas de interés. A través del procesamiento de imágenes, es posible detectar

específicamente dónde están localizadas las zonas saturadas y/o secas, así como también las zonas que están

correctamente irrigadas. Además, como los sistemas de riego (por goteo o por aspersores) están determinados por las líneas de irrigación, es simple reconocer qué línea de riego en particular necesita ser controlada. Por lo tanto, mediante el análisis y procesamiento de imágenes, se puede proporcionar este tipo de información al controlador, en orden de mejorar el sistema de riego en forma automática. De aquí que si es detectada termográficamente una zona saturada, esta información es proporcionada al controlador para realizar una acción correctiva, por ejemplo, las válvulas correspondientes a esas líneas de riego deberían ser cerradas, hasta que la saturación sea disipada.

Considerando el caso contrario, en el cual hayan zonas secas en la pila, por ejemplo, el sistema de control del riego debe enviar un mayor fluyo y/o abrir nuevamente las válvulas .

Como el exceso de humedad puede afectar seriamente la estabilidad de la pila, aumentando el riesgo de colapso por licuefacción, este sistema de monitoreo ayuda a mantener la estabilidad de la pila. Esto conlleva un aumento de la seguridad dentro de la gestión del proceso de lixiviación, eliminando la necesidad de tener un operador humano que haga inspecciones visuales en los alrededores cercanos de la pila, dónde un colapso por licuefacción pondría en serio peligro la vida del operador.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de detección de zonas de saturación o zonas no irrigadas, en pilas de lixiviación, con el fin de asistir en la gestión y el control de riego en pilas de lixiviación que comprende :

a) posicionamiento de una plataforma aérea no tripulada altamente estable y maniobrable con la cámara térmica infrarroja montada, a una determinada altura sobre uno de los extremos de la pila de lixiviación mediante un sistema de control remoto, o bien, mediante un sistema autónomo de posicionamiento;

b) sobrevuelo pila de lixiviación donde la plataforma aérea no tripulada hace sobrevuelos a una determinada altura sobre la pila de lixiviación con la cámara térmica infrarroja montada;

c) adquisición de imágenes térmicas donde la adquisición de imágenes térmicas de la pila se realiza y tales imágenes se envían de forma inalámbrica hacia un computador;

d) reconstrucción termográfica a partir de las imágenes térmicas capturadas, lo que se realiza, en un computador, y se realiza la reconstrucción termográfica de toda la pila, generando un mapa termográfico de ésta;

e) clasificación del mapa termográfico, en base 3 clases, las cuales están asociadas a 3 condiciones de riego: zona saturada, zona irrigada correctamente y zona seca;

f) determinación de las zonas de riego, se determinan 3 zonas de acuerdo a la clasificación realizada, donde negro (0) indica zonas saturadas, gris (127) indica zonas correctamente regadas y blanco (255) indica zonas secas; y opcionalmente

g) control de riego, donde se toma la acción de control correspondiente, que puede ser realizada en forma manual o de manera automática.

2. Sistema mecatrónico para la detección de zonas de saturación o zonas no irrigadas, en pilas de lixiviación con el fin de asistir en la gestión y el control de riego en pilas de lixiviación que comprende una plataforma aérea no tripulada altamente estable y maniobrable, equipada con una cámara térmica infrarroja, donde dicha plataforma aérea es un vehículo aéreo multirotor, alimentado por baterías en el cual van montados sensores ME S y un micro controlador, y esta plataforma puede ser operada por control remoto, mediante sistema de radio frecuencia, o bien volar de forma autónoma, y donde dicha cámara térmica infrarroja es usada para monitorear los niveles de temperatura, producto del intercambio de calor entre la pila y el ambiente; y medios inalámbricos para el envío de imágenes térmicas capturadas por la cámara térmica infrarroja hacia un computador que realiza la reconstrucción termográfica de las imágenes térmicas capturadas y una clasificación y determinación de 3 clases de zonas: zona saturada de riego, zona correctamente regada y zona seca.

3. El sistema mecatrónico de la reivindicación 1, en donde el vehículo aéreo no tripulado se selecciona del grupo consistente de: un planeador, un moto-planeador, un parapente, un dirigible, un auto-giro o un avión.

4. El sistema mecatrónico de la reivindicación 1, en donde el vehículo aéreo no tripulado multirotor es un X-coptero.