Automatic Temperature Extraction from Arresters’ Thermal Images with Artificial Intelligence

Os para-raios são fundamentais para garantir a confiabilidade, a economia e a segurança dos sistemas elétricos. Entretanto, a degradação que ocorre naturalmente ao longo do tempo representa um problema que leva a um desafio ainda em aberto, no qual vários estudos científicos propuseram e exploraram técnicas inovadoras de diagnóstico. Um novo método de diagnóstico manual está sendo empregado atualmente em subestações elétricas. O método emprega uma lógica anotada paraconsistente de dois valores, usando medições de temperatura por termografia infravermelha e dados de corrente de fuga resistiva como entrada para uma avaliação precisa da condição do para-raios. Tal método baseia-se em campanhas de coleta para obter imagens térmicas de para-raios de alta tensão em operação, exigindo posteriormente a extração manual dos dados de temperatura máxima e média e suas diferenças (delta) ao longo do eixo principal de cada para-raios por meio de um software de câmera digital. Nesse contexto, este estudo tem como objetivo aprimorar e automatizar o diagnóstico de para-raios por meio do cálculo automático da temperatura delta, introduzindo um novo método, cuja abordagem é baseada em Inteligência Artificial Deep Learning. O método proposto neste estudo emprega um modelo de Rede Neural Convolucional de Região de Máscara (Mask R-CNN) para segmentação dos para-raios a partir da imagem térmica, seguido de um algoritmo para extração de dados de temperatura dos para-raios, que são usados para diagnóstico de degradação. O processo de segmentação de para-raios com Mask R-CNN, em imagens térmicas, mostrou se viável, com uma precisão média de 83,85%. A análise comparativa da precisão média entre o método manual (original) e o método proposto (automatizado), a partir de 195 imagens térmicas processadas, revelou um Erro Percentual Absoluto Médio (MAPE) de 11,48% na temperatura delta, que é usada na análise da degradação do para-raios. Esse resultado demonstra que o método proposto neste estudo é viável e permite automatizar a inspeção de para-raios. Investigações futuras consistem em refinar o processo de segmentação por meio do ajuste fino dos hiperparâmetros e do uso da técnica de validação cruzad

Die Maxwellgleichungen: „War es ein Gott, der diese Zeilen schrieb?“

Mit völlig veränderter Konnotation scheint die im Titel dieses Beitrags zitierte Frage Ludwig Boltzmanns auch mehr als 100 Jahre nach der Veröffentlichung seiner Vorlesungsreihe zur Elektrodynamik stets in der Luft zu liegen, wenn Studenten/innen in der "Einführung in die Elektrodynamik" mit den Ergebnissen einer Theorie konfrontiert werden, die nur noch im mathematischen Formalismus Spuren jener mechanistischen Analogie aufweist, aus der sie einst hervorgegangen ist. Die in diesem Beitrag unternommene Wiederbelebung der "Kraftlinien", "Wirbel" und "Kugellager", die Maxwells Vorstellung bei der Formulierung seiner ehemals acht Gleichungen leiteten, ist daher nicht nur unter erkenntnistheoretischen und fachhistorischen Gesichtspunkten interessant. Sie stellt zugleich die ursprüngliche Anschaulichkeit der Gleichungen wieder her, deren kritische Reflexion, obwohl sie für die mathematisch-physikalische Beschreibung und Vorhersage der Phänomene nicht relevant sein mag, sich im Sinne eines "Lernens über Physik" als geradezu elementar erweist

Fit in Physik - Die Kniebeuge physikalisch betrachtet

Die Analyse des Bewegungsablaufs bei der Kniebeuge knüpft derart unmittelbar an elementare Alltagserfahrungen an, dass mit einem großen Interesse von Seiten der Schüler zu rechnen ist. Im Beitrag wird erläutert, wie unter Zuhilfenahme von Controller und Balance Board der Nintendo Wii die während der Bewegung wirkenden Beschleunigungen und Drehmomente bestimmt werden können. Beispielhaft wird gezeigt, wie die dabei gewonnenen Daten unter Zuhilfenahme eines auch für die Mittelstufe geeigneten Elementarmodells dazu genutzt werden können, im Sinne eines Unterrichtens im Kontext entlang einfacher, lebensweltlicher Fragestellungen ein vertieftes qualitatives wie quantitatives Verständnis der auf den Körper wirkenden Beschleunigungen, Kräfte und Drehmomente zu motivieren.  Review

Die Maxwellgleichungen: „War es ein Gott, der diese Zeilen schrieb?“

Mit völlig veränderter Konnotation scheint die im Titel dieses Beitrags zitierte Frage Ludwig Boltzmanns auch mehr als 100 Jahre nach der Veröffentlichung seiner Vorlesungsreihe zur Elektrodynamik stets in der Luft zu liegen, wenn Studenten/innen in der "Einführung in die Elektrodynamik" mit den Ergebnissen einer Theorie konfrontiert werden, die nur noch im mathematischen Formalismus Spuren jener mechanistischen Analogie aufweist, aus der sie einst hervorgegangen ist. Die in diesem Beitrag unternommene Wiederbelebung der "Kraftlinien", "Wirbel" und "Kugellager", die Maxwells Vorstellung bei der Formulierung seiner ehemals acht Gleichungen leiteten, ist daher nicht nur unter erkenntnistheoretischen und fachhistorischen Gesichtspunkten interessant. Sie stellt zugleich die ursprüngliche Anschaulichkeit der Gleichungen wieder her, deren kritische Reflexion, obwohl sie für die mathematisch-physikalische Beschreibung und Vorhersage der Phänomene nicht relevant sein mag, sich im Sinne eines "Lernens über Physik" als geradezu elementar erweist

Beim Sehen übersehen: Der Einfluss der Eigenschaften der Retina auf unsere Sicht der Welt

In einem immer noch überwiegend fachsystematisch geordneten Physikunterricht spielt der aktive Beitrag der Netzhaut bei der Bildentstehung im Auge in aller Regel keine Rolle. Im Rahmen einer mit den Mitteln der Schulphysik realisierbaren Erweiterung der klassischen Behandlung des Sehvorgangs lassen sich die weitgehend übersehenen Auswirkungen wesentlicher physikalischer Eigenschaften der Retina auf unser Bild der Welt thematisieren. Anhand konkreter Beispiele wird dargelegt, dass sich ein solches Vorgehen nicht nur eine Vielzahl neuer Lerngelegenheiten bietet, sondern darüber hinaus einen Beitrag zu einem viableren, weil umfassenderen Verständnis des Sehprozesses leisten kann

Kohärent oder nicht-kohärent? Ist das hier die Frage? Über das Naturphänomen zu einem erweiterten Kohärenzbegriff

Der Begriff der „Kohärenz“ zählt zweifelsohne zu den am wenigstenverstandenen Konzepten der Wellenoptik. Als Eigenschaft bestimmter Lichtquellen missverstanden erscheint sie Schülern/innen wie Studenten/innen als binäre Größe, die Auskunft darüber gibt, ob Interferenz stattfindet, oder nicht. Am Beispiel alltäglicher Specklephänomene wird aufgezeigt, dass ein derart verkürztes Verständnis des Kohärenzbegriffes auch abseits aufwendiger Laborexperimente an seine Grenzen stößt und die Vermittlung eines differenzierteren Kohärenzbegriffs keinesfalls außerhalb der Reichweite von Schul- oder gar Hochschulphysik lieg

Beim Sehen übersehen: Der Einfluss der Eigenschaften der Retina auf unsere Sicht der Welt

In einem immer noch überwiegend fachsystematisch geordneten Physikunterricht spielt der aktive Beitrag der Netzhaut bei der Bildentstehung im Auge in aller Regel keine Rolle. Im Rahmen einer mit den Mitteln der Schulphysik realisierbaren Erweiterung der klassischen Behandlung des Sehvorgangs lassen sich die weitgehend übersehenen Auswirkungen wesentlicher physikalischer Eigenschaften der Retina auf unser Bild der Welt thematisieren. Anhand konkreter Beispiele wird dargelegt, dass sich ein solches Vorgehen nicht nur eine Vielzahl neuer Lerngelegenheiten bietet, sondern darüber hinaus einen Beitrag zu einem viableren, weil umfassenderen Verständnis des Sehprozesses leisten kann

Fit in Physik - Die Kniebeuge physikalisch betrachtet

Die Analyse des Bewegungsablaufs bei der Kniebeuge knüpft derart unmittelbar an elementare Alltagserfahrungen an, dass mit einem großen Interesse von Seiten der Schüler zu rechnen ist. Im Beitrag wird erläutert, wie unter Zuhilfenahme von Controller und Balance Board der Nintendo Wii die während der Bewegung wirkenden Beschleunigungen und Drehmomente bestimmt werden können. Beispielhaft wird gezeigt, wie die dabei gewonnenen Daten unter Zuhilfenahme eines auch für die Mittelstufe geeigneten Elementarmodells dazu genutzt werden können, im Sinne eines Unterrichtens im Kontext entlang einfacher, lebensweltlicher Fragestellungen ein vertieftes qualitatives wie quantitatives Verständnis der auf den Körper wirkenden Beschleunigungen, Kräfte und Drehmomente zu motivieren.  Review

Wissenschafts-TV selbst gemacht - Mehr als nur eine nette Abwechslung im Physikunterricht

Sendungen wie "Galileo", "Nano" oder "Wunder Welt Wissen" erfreuen sich bei Schülerinnen und Schülern großer Beliebtheit. Ihnen ist dabei aber oft nicht bewusst, wie viel filmischer und fachlich konzeptioneller Aufwand mit der Produktion der beliebten (Kurz-)Filme verbunden ist.Vor diesem Hintergrund erscheint es nur logisch, die Produktion kurzer Videoclips zur Förderung von Medien- wie Fachkompetenz Lerner unterschiedlicher Altersstufen urbar zu machen. Wie sich dies auch im regulären Unterrichtsbetrieb realisieren lässt und auf welche Probleme man bei der praktischen Realisation stoßen kann, wird anhand bereits realisierter Unterrichtsprojekte diskutiert

Wissenschafts-TV selbst gemacht - Mehr als nur eine nette Abwechslung im Physikunterricht

Sendungen wie "Galileo", "Nano" oder "Wunder Welt Wissen" erfreuen sich bei Schülerinnen und Schülern großer Beliebtheit. Ihnen ist dabei aber oft nicht bewusst, wie viel filmischer und fachlich konzeptioneller Aufwand mit der Produktion der beliebten (Kurz-)Filme verbunden ist.Vor diesem Hintergrund erscheint es nur logisch, die Produktion kurzer Videoclips zur Förderung von Medien- wie Fachkompetenz Lerner unterschiedlicher Altersstufen urbar zu machen. Wie sich dies auch im regulären Unterrichtsbetrieb realisieren lässt und auf welche Probleme man bei der praktischen Realisation stoßen kann, wird anhand bereits realisierter Unterrichtsprojekte diskutiert