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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37229
Título: | Mapeamento semântico de subestações de energia elétrica |
Título(s) alternativo(s): | Semantic mapping in electrical energy substations |
Autor(es): | Lexinoski, Gilberto |
Orientador(es): | Lazzaretti, André Eugênio |
Palavras-chave: | Subestações elétricas Robótica Inteligência artificial Visão por computador Robôs - Programação Algorítmos - Desenvolvimento Computação semântica Electric substations Robotics Artificial intelligence Computer vision Robots - Programming Algorithms - Development Semantic computing |
Data do documento: | 15-Mai-2025 |
Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
Câmpus: | Curitiba |
Citação: | LEXINOSKI, Gilberto. Mapeamento semântico de subestações de energia elétrica. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025. |
Resumo: | Considerando o crescente uso de sistemas robóticos em ambientes de Subestações de Energia Elétrica (Ses), este trabalho propõe um algoritmo de mapeamento semântico com estimativa das posições e dimensões dos equipamentos presentes nesse tipo de instalação. O estudo foi conduzido em um modelo de SE desenvolvido em ambiente simulado, utilizando o software CoppeliaSim, da Coppelia Robotics. Esse ambiente virtual permitiu a implementação de um robô com rodas para o deslocamento e aquisição de dados na SE simulada. Por meio da plataforma Robot Operating System (ROS), foram enviados comandos de controle para o deslocamento do robô, bem como realizada a exportação dos dados referentes às imagens RGB e à nuvem de pontos para posterior processamento em ambiente Python. Para a detecção e localização dos objetos, foi treinado um modelo baseado em You Only Look Once (YOLO), capaz de reconhecer seis tipos distintos de objetos presentes no ambiente virtual da SE. Durante a etapa de previsão, o modelo alcançou taxas superiores a 90% de acurácia para a métrica mean Average Precision (mAP), considerando o limiar (threshold) de Intersection over Union (IoU) 𝛼 = 0,5. Em seguida, por meio da correlação entre as regiões da nuvem de pontos e as regiões correspondentes nas imagens RGB detectadas pelo modelo, foi possível estimar a posição relativa dos equipamentos em relação ao robô. Por fim, empregou-se o algoritmo de agrupamento Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN), com parâmetros previamente otimizados, para realizar o agrupamento das amostras de posições detectadas, visando estimar as posições e dimensões dos equipamentos na SE. Os resultados obtidos permitiram a avaliação das vantagens e limitações da abordagem desenvolvida, demonstrando que se trata de uma estratégia promissora para o mapeamento semântico de subestações elétricas. |
Abstract: | Considering the increasing use of robotic systems in substation environments, this work proposes a semantic mapping algorithm capable of estimating the positions and dimensions of equipment in such settings. The study was conducted using a simulated substation model developed in the CoppeliaSim software, from Coppelia Robotics. This virtual environment enabled the implementation of a wheeled robot for movement and data acquisition within the simulated substation. Through the ROS platform, control commands were sent to the robot, and data referring to RGB images and the point cloud were exported for further processing in a Python environment. A YOLO-based model was trained to recognize six different types of objects present in the virtual substation. During the object detection and localization stage, the model achieved accuracy rates above 90% for the mAP metric, considering the intersection over union (IoU) threshold of 𝛼 = 0.5. Subsequently, by correlating regions of the point cloud with the corresponding detection areas in the RGB images, it was possible to estimate the positions of the equipment relative to the robot. Finally, the DBSCAN clustering algorithm, with optimized parameters, was applied to group the detected position samples in order to estimate both the location and dimension of the equipment in the substation. The results enabled an evaluation of the strengths and limitations of the proposed approach, demonstrating that it is a promising strategy for semantic mapping in electrical substations. |
URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37229 |
Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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