Registro espacial 2D–3D para a inspeção remota de subestações de energia

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.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCEMIG - Companhia Energética de Minas GeraisCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisTese (Doutorado)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

A procedure proposal for the semiautomatic generation of electric power substations virtual environments

supervisory control. The existence of a virtual environment, geometrically compatible with the real substation, minimizes the difference between the mental model constructed by field operators and the control room, improving communication. Additionally, such systems may be used as information visualization interfaces for power systems simulators, or as training environment for teachers, graduate students, field operators and other professionals related to support and maintenance. Nevertheless, the development process related to these applications is quite complex, including activities as computer programming, 3D modeling, usability studies and project management and tracking. This work presents a procedure, supported by some new software extensions, to make the development of 3D virtual power substations easier. By providing tight integration between traditional CAD software and 3D engines, the tools presented here are evaluated to several scenarios associated with real substations of CEMIG Generation and Transmission company.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisMestre em CiênciasO uso de ambientes de Realidade Virtual em subestações de energia elétrica provê um novo paradigma para o controle supervisório. A existência de um ambiente virtual, geometricamente compatível com a subestação real, reduz a diferença entre os modelos mentais construídos pelos operadores de campo e pelo pessoal do centro de operação do sistema, melhorando a comunicação. Além disso, esses sistemas podem ser usados como interfaces de visualização para simuladores de sistemas de energia, ou ainda como ambientes de treinamento para professores e alunos de graduação, operadores de campo e outros profissionais de suporte e manutenção. Entretanto, o processo de desenvolvimento destas aplicações é inerentemente complexo, envolvendo diversas atividades como programação, modelagem 3D, estudos de usabilidade e técnicas para acompanhamento e gestão de projeto. Este trabalho apresenta um procedimento, suportado por extensões de software, para acelerar o desenvolvimento de modelos geométricos virtuais de subestações elétricas. Providenciando uma estreita integração entre software CAD tradicional e engines 3D, as ferramentas aqui descritas são avaliadas para vários cenários virtuais correspondentes a subestações reais da CEMIG Geração e Transmissão