Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31640
ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-9626-362X
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: 2D–3D spatial registration for remote inspection of power substations
Alternate title (s): Registro espacial 2D–3D para a inspeção remota de subestações de energia
Author: Mattioli, Leandro Resende
First Advisor: Cardoso, Alexandre
First member of the Committee: Lamounier Júnior, Edgard Afonso
Second member of the Committee: Lopes, Renato de Aquino
Third member of the Committee: Cunha, Márcio José da
Fourth member of the Committee: Tori, Romero
Fifth member of the Committee: Soares, Luciano Pereira
Summary: A inspeção remota e o controle supervisório são requisitos críticos para fábricas modernas, vigilância de civis, sistemas de energia e outras áreas. Para reduzir o tempo da tomada de decisão, os operadores precisam de uma elevada consciência da situação em campo, o que implica em uma grande quantidade de dados a serem apresentados, mas com menor carga sensorial possível. Estudos recentes sugerem a adoção de técnicas de visão computacional para inspeção automática, e a Realidade Virtual (VR) como uma alternativa às interfaces tradicionais do SCADA. Entretanto, apesar de fornecer uma boa representação do estado da subestação, os ambientes virtuais carecem de algumas informações de campo, provenientes de câmeras e microfones. Como essas duas fontes de dados (VR e dispositivos de captura) não são integrados em uma única solução, perde-se a oportunidade de usar VR como uma ferramenta de inspeção remota conectada ao SCADA, durante a operação e rotinas de respostas a desastres. Este trabalho trata de um método para aumentar ambientes virtuais de subestações com imagens de campo, permitindo aos operadores a rápida visualização de uma representação virtual do entorno da área monitorada. O ambiente resultante é integrado com uma máquina de inferência estados por imagens, comparando continuamente os estados inferidos com aqueles reportados pela base SCADA. Na ocasião de uma discrepância, um alarme é gerado e possibilita que a câmera virtual seja imediatamente teletransportada para a região afetada, acelerando o processo de retomada do sistema. A solução se baseia em uma arquitetura cliente-servidor e permite múltiplas câmeras presentes em múltiplas subestações. Os resultados dizem respeito à qualidade do registro 2D–3D e à taxa de renderização para um cenário simples. As métricas quantitativas coletadas sugerem bons níveis de registro e estimativa de pose de câmera, além de uma taxa ótima de renderização para fins de inspeção de equipamentos em subestações.
Abstract: Remote inspection and supervisory control are critical features for smart factories, civilian surveillance, power systems, among other domains. For reducing the time to make decisions, operators must have both a high situation awareness, implying a considerable amount of data to be presented, and minimal sensory load. Recent research suggests the adoption of computer vision techniques for automatic inspection, as well as virtual reality (VR) as an alternative to traditional SCADA interfaces. Nevertheless, although VR may provide a good representation of a substation’s state, it lacks some real-time information, available from online field cameras and microphones. Since these two sources of information (VR and field information) are not integrated into one single solution, we miss the opportunity of using VR as a SCADA-aware remote inspection tool, during operation and disaster-response routines. This work discusses a method to augment virtual environments of power substations with field images, enabling operators to promptly see a virtual representation of the inspected area's surroundings. The resulting environment is integrated with an image-based state inference machine, continuously checking the inferred states against the ones reported by the SCADA database. Whenever a discrepancy is found, an alarm is triggered and the virtual camera can be immediately teleported to the affected region, speeding up system reestablishment. The solution is based on a client-server architecture and allows multiple cameras deployed in multiple substations. Our results concern the quality of the 2D–3D registration and the rendering framerate for a simple scenario. The collected quantitative metrics suggest good camera pose estimations and registrations, as well as an arguably optimal rendering framerate for substations' equipment inspection.
Keywords: Augmented virtuality
Supervisory control
Remote inspection
Power substations
Pose estimation
Virtualidade aumentada
Controle supervisório
Inspeção remota
Subestações de energia
Estimativa de pose
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::TRANSMISSAO DA ENERGIA ELETRICA, DISTRIBUICAO DA ENERGIA ELETRICA
Subject: Subestações elétricas
Inspeção remota
Realidade virtual
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: MATTIOLI, Leandro Resende. 2D–3D spatial registration for remote inspection of power substations. 2021. 99 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.198.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.198
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31640
Date of defense: 30-Mar-2021
Appears in Collections:TESE - Engenharia Elétrica

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