Método colaborativo para posicionamento de precisão usando VANT e VTNT para a inspeção detalhada de torres de distribuição de energia elétrica
The inspection process for the structural conditions of energy distribution pylons is a mandatory task defined by the National Electric Energy Agency – ANEEL in Brazil. A significant increase in the application of autonomous vehicles to inspect these structures is observed recently, including small...
| Autor principal: | Cantieri, Alvaro Rogerio |
|---|---|
| Formato: | Tese |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2021
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25104 |
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riut-1-251042021-12-10T21:47:34Z Método colaborativo para posicionamento de precisão usando VANT e VTNT para a inspeção detalhada de torres de distribuição de energia elétrica Collaborative method for precisise positioning using UAV and UGV for detailed inspection of electrical distribution power pylon Cantieri, Alvaro Rogerio Wehrmeister, Marco Aurélio https://orcid.org/0000-0002-1415-5527 http://lattes.cnpq.br/5548205054206839 Oliveira, Andre Schneider de https://orcid.org/0000-0002-8295-366X http://lattes.cnpq.br/4006878042502781 Oliveira, Andre Schneider de https://orcid.org/0000-0002-8295-366X http://lattes.cnpq.br/4006878042502781 Todt, Eduardo https://orcid.org/0000-0001-6045-1274 http://lattes.cnpq.br/9942240121225139 Fabro, Joao Alberto https://orcid.org/0000-0001-8975-0323 http://lattes.cnpq.br/6841185662777161 Bonfim, Marlio José do Couto https://orcid.org/0000-0001-6382-614X http://lattes.cnpq.br/8848741620431802 Wehrmeister, Marco Aurélio https://orcid.org/0000-0002-1415-5527 http://lattes.cnpq.br/5548205054206839 Energia elétrica - Distribuição - Manutenção e reparos Energia elétrica - Distribuição - Inspeção Veículos autônomos Sistemas de controle inteligente Processamento de imagens Visão por computador Sensoriamento remoto Sensores - Avaliação Electric power distribution - Maintenance and repair Electric power distribution - Inspection Automated vehicles Intelligent control systems Image processing Computer vision Sensoriamento remoto Sensors - Evaluation CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica The inspection process for the structural conditions of energy distribution pylons is a mandatory task defined by the National Electric Energy Agency – ANEEL in Brazil. A significant increase in the application of autonomous vehicles to inspect these structures is observed recently, including small unmanned aerial vehicles (UAVs), due to the operational advantages presented by these vehicles. The development of autonomous inspection architectures for this kind of application presents several technical challenges for the safe and effective performance of tasks related to the operation, including the obstacle detection and the precise positioning of vehicles during their displacement. The main objective of this work is to propose a cooperative method of positioning between an unmanned aerial vehicle (UAV) and an unmanned ground vehicle (UGV), based on a visual tag attached to the ground vehicle, for application in a detailed inspection of electricity distribution poles and pylons. This proposal sought to develop a method to increase the reliability of the autonomous displacement and route tracking from the vehicles during the inspection process, through the exchange of relative positioning information between them. Experiments performed to validate the UAV flight positioning data using the ground tag reference presents horizontal and vertical positioning errors lower than 2.0 meters, considering a confidence interval of 5 % for the measurements. The experiments executed to evaluate the navigation of the ground vehicle using the position data generated by the images captured by the UAV in flight, presented a positioning error lower than 0.25 m for all rounds, indicating the feasibility of using the cooperative navigation method proposed in real application conditions. Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná O processo de inspeção das condições estruturais de torres de distribuição de energia é uma tarefa obrigatória definida pela Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL no Brasil. Um aumento considerável na utilização de veículos autônomos para inspeção dessas estruturas vem sendo observado recentemente, entre eles os veículos aéreos não tripulados de pequeno porte (VANT’s), devido às vantagens operacionais que eles apresentam. O desenvolvimento de arquiteturas de inspeção autônomas para este tipo de aplicação apresenta diversos desafios técnicos relacionados a execução segura e eficaz das tarefas relativas à operação, entre eles a detecção e desvio de obstáculos e o posicionamento de precisão dos veículos durante seu deslocamento. O objetivo principal deste trabalho é propor um método cooperativo de posicionamento entre um veículo aéreo não tripulado (VANT) e um veículo terrestre não tripulado (VTNT), baseado na utilização de uma etiqueta visual fixada no veículo de solo, para aplicação em tarefas de inspeção detalhada de torres e postes de distribuição de energia elétrica. Através desta proposta buscou-se desenvolver um método que permitisse aumentar a confiabilidade do deslocamento e seguimento de rotas de forma autônoma dos veículos durante o processo de inspeção, através da troca de informações de posicionamento relativo entre eles. Experimentos realizados para validar os dados de posição de voo do VANT utilizando-se da referência da etiqueta de solo apresentaram erros horizontal e vertical inferiores a 2,0 metros, considerando-se um intervalo de confiança para as medidas de 5%. No caso dos experimentos realizados para avaliar a navegação do veículo de solo através dos dados de posição gerados pelas imagens capturadas pelo VANT em voo, o erro final de posicionamento foi menor que 0,25 m para todas as rodadas, indicando a viabilidade de utilização do método de navegação cooperativa proposto em condições reais de aplicação. 2021-06-09T00:28:35Z 2021-06-09T00:28:35Z 2020-12-15 doctoralThesis CANTIERI, Alvaro Rogerio. Método colaborativo para posicionamento de precisão usando VANT e VTNT para a inspeção detalhada de torres de distribuição de energia elétrica. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25104 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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The inspection process for the structural conditions of energy distribution pylons is a mandatory task defined by the National Electric Energy Agency – ANEEL in Brazil. A significant increase in the application of autonomous vehicles to inspect these structures is observed recently, including small unmanned aerial vehicles (UAVs), due to the operational advantages presented by these vehicles. The development of autonomous inspection architectures for this kind of application presents several technical challenges for the safe and effective performance of tasks related to the operation, including the obstacle detection and the precise positioning of vehicles during their displacement. The main objective of this work is to propose a cooperative method of positioning between an unmanned aerial vehicle (UAV) and an unmanned ground vehicle (UGV), based on a visual tag attached to the ground vehicle, for application in a detailed inspection of electricity distribution poles and pylons. This proposal sought to develop a method to increase the reliability of the autonomous displacement and route tracking from the vehicles during the inspection process, through the exchange of relative positioning information between them. Experiments performed to validate the UAV flight positioning data using the ground tag reference presents horizontal and vertical positioning errors lower than 2.0 meters, considering a confidence interval of 5 % for the measurements. The experiments executed to evaluate the navigation of the ground vehicle using the position data generated by the images captured by the UAV in flight, presented a positioning error lower than 0.25 m for all rounds, indicating the feasibility of using the cooperative navigation method proposed in real application conditions. |
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