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Estudo de métodos para detecção de torres e posicionamento de multirrotores: aplicação de VANT em inspeções de sistemas de energia

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Main Author: Ferraz, Matheus Fellype
Publication Date: 2021
Format: Master thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Download full: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26643
Summary: Inspections of power towers must be carried out routinely, but it is still often carried out manually, resulting in risks for the technicians involved in the process. Advances in the areas of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) currently allow this task to be carried out with the use of these aircraft, with the use of on-board sensors and with the aircraft being manually piloted. While it is theoretically possible to automate this process, there are some barriers that prevent autonomous operation from being fully reliable, including correct error detection and collision avoidance, and the need for redundant precision positioning in the event of sensor failures. The goal of this work is to study tools and methods focused on solving the pylon detection and positioning issues. For this, the contribution of this work is to evaluate low-cost sensors that can be easily embedded in aircraft, and two methods that can complement the positioning configuration of aircraft in the context of eletric energy tower inspection: a positioning method using an AR-Tag as an external reference, and a detection and orientation method in relation to towers using planar LiDAR sensors and machine learning. The results show that the detection of results found in the energy tower environment is possible with the low-cost sensors tested. The proposed positioning methods, although still in need of improvements, also generated promising results, such as an accuracy with the use of tags superior to a common GPS, and a high rate of correct answers in the identification of towers with only the LiDAR sample. These methods can prove useful to carry out the inspection in the safest and most efficient way.
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While it is theoretically possible to automate this process, there are some barriers that prevent autonomous operation from being fully reliable, including correct error detection and collision avoidance, and the need for redundant precision positioning in the event of sensor failures. The goal of this work is to study tools and methods focused on solving the pylon detection and positioning issues. For this, the contribution of this work is to evaluate low-cost sensors that can be easily embedded in aircraft, and two methods that can complement the positioning configuration of aircraft in the context of eletric energy tower inspection: a positioning method using an AR-Tag as an external reference, and a detection and orientation method in relation to towers using planar LiDAR sensors and machine learning. The results show that the detection of results found in the energy tower environment is possible with the low-cost sensors tested. The proposed positioning methods, although still in need of improvements, also generated promising results, such as an accuracy with the use of tags superior to a common GPS, and a high rate of correct answers in the identification of towers with only the LiDAR sample. These methods can prove useful to carry out the inspection in the safest and most efficient way.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Inspeções de torres de energia devem ser realizadas de maneira rotineira, mas que ainda é muitas vezes realizada de forma manual, acarretando em riscos para os técnicos envolvidos no processo. Os avanços nas áreas de Veículos Aéreos Não-Tripulados (VANT)s permitem atualmente que essa tarefa seja realizada com o uso dessas aeronaves, com o uso de sensores embarcados e com as aeronaves sendo pilotadas manualmente. Embora teoricamente seja possível automatizar esse processo, existem algumas barreiras que impedem que o funcionamento autônomo seja completamente confiável, entre elas, a correta detecção e desvio de obstáculos, e a necessidade de um posicionamento de precisão redundante em caso de falhas nos sensores. O objetivo desse trabalho é estudar ferramentas e métodos focados na solução das questões de detecção da torre e posicionamento. Para isto, serão avaliados sensores de baixo-custo que podem ser facilmente embarcados nas aeronaves, e dois métodos para complementar a confiabilidade de posicionamento de aeronave no contexto de inspeção de torres de energia elétrica: um método de posicionamento utilizando uma AR-Tag como referencial externo, e um método de detecção e orientação em relação à torres usando sensores LiDAR planares e aprendizado de máquina. Os resultados mostram que a detecção de obstáculos comumente encontrados no ambiente de torres de energia é possível com os sensores de baixo-custo avaliados. Os métodos de posicionamento propostos, embora necessitem ser aprimorados, também geraram resultados promissores, como uma precisão com o uso das tags superior à de um GPS comum, e uma alta taxa de acertos na identificação de torres apenas com a amostra de LiDAR. Esses métodos, se aperfeiçoados, podem se mostrar úteis para a realização da inspeção de maneira mais segura e eficiente.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPRWehrmeister, Marco Auréliohttps://orcid.org/0000-0002-1415-5527http://lattes.cnpq.br/5548205054206839Fabro, Joao Albertohttps://orcid.org/0000-0001-8975-0323http://lattes.cnpq.br/6841185662777161Becker, Leandro Busshttps://orcid.org/ 0000-0003-1872-4771http://lattes.cnpq.br/4970009027814810Wehrmeister, Marco Auréliohttps://orcid.org/0000-0002-1415-5527http://lattes.cnpq.br/5548205054206839Ferraz, Matheus Fellype2021-12-07T18:11:00Z2021-12-07T18:11:00Z2021-09-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfFERRAZ, Matheus Fellype. Estudo de métodos para detecção de torres e posicionamento de multirrotores: aplicação de VANT em inspeções de sistemas de energia. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26643porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2021-12-10T21:47:19Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/26643Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.bropendoar:2021-12-10T21:47:19Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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