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Type: Tese
Title: Reconstruçãao 3D de subestações de energia para monitoramento remoto com arquitetura Edge-fog com estudo de integração ao contexto 5G
Author: Vidal, Vinicius Ferreira
First Advisor: Honório, Leonardo de Mello
Co-Advisor: Dantas, Mario Antônio Ribeiro
Referee Member: Santos, Alexandre Bessa dos
Referee Member: Soares Junior, Delfim
Referee Member: Haddad, Diego Barreto
Referee Member: Vellasco, Marley Maria Bernardes Rebuzzi
Resumo: A necessidade de automa¸c˜ao e monitoramento remoto em subesta¸c˜oes de energia vem sendo um t´opico crescente na literatura e aplica¸c˜oes pr´aticas, muitas vezes se tratando de uma tarefa tediosa em um ambiente energizado, de risco `a sa´ude do operador, ou at´e mesmo de dif´ıcil acesso. Uma forma de abordagem para solu¸c˜ao deste problema consiste na reprodu¸c˜ao do cen´ario e seus componentes em ambiente virtual, por meio de reconstru¸c˜ao 3D dos entes reais da subesta¸c˜ao. Atualmente, esse escaneamento ´e realizado em grande parte de forma n˜ao otimizada, contando com processamento embarcado ou somente aquisi¸c˜ao de dados para serem trabalhados de maneira offline na nuvem. Essas aplica¸c˜oes reduzem, ou at´e mesmo inviabilizam a requisi¸c˜ao em tempo real do estado dos componentes da subesta¸c˜ao, al´em de n˜ao serem escal´aveis e eficientes. Para solucionar esse desafio, este trabalho prop˜oe duas frentes de solu¸c˜ao: o uso de t´ecnicas cl´assicas otimizadas pelo processamento paralelo de dados de nuvem de pontos por meio de um Algoritmo de Octree Iterativa; e uma arquitetura de computa¸c˜ao edge-fog, a qual permite distribui¸c˜ao de carga computacional e armazenamento entre todos os entes da solu¸c˜ao, estes por sua vez alocados em camadas, algo in´edito na literatura para esta aplica¸c˜ao espec´ıfica. O uso de rede de comunica¸c˜ao 5G ´e apresentado com uma breve discuss˜ao em como essa tecnologia pode beneficiar o processamento distribu´ıdo como um todo. Um robˆo foi desenvolvido para coletar os dados de imagens e nuvens de pontos. Todos os processos algor´ıtmicos e matem´aticos s˜ao alocados e detalhados para ambas as camadas edge e fog. Como resultado, o trabalho traz uma an´alise completa dos benef´ıcios do uso da arquitetura frente a uma abordagem local e tradicional, baseada em edge. A escalabilidade da solu¸c˜ao ´e demonstrada ao final, em ambiente real de aplica¸c˜ao, e n´os conclu´ımos o quanto uma rede de comunica¸c˜ao 5G iria beneficiar a solu¸c˜ao neste cen´ario requerido para monitoramento remoto.
Abstract: The need for automation and remote monitoring in power substations has been a growing topic in the literature and practical applications, often dealing with a tedious task in an energized environment, at risk to the operator’s health, or even difficult to access. One way to approach this problem is to reproduce the scenario and its components in a virtual environment, through 3D reconstruction of the real entities of the substation. Currently, this scanning is performed largely in a non-optimized way, relying on embedded processing or only data acquisition to be worked offline in the cloud. These applications reduce, or even make it impossible to request, in realtime, the state of the substation components, in addition to not being scalable and efficient. Faced with this challenge, this work proposes two solution fronts: the use of classical techniques optimized by the parallel processing of point cloud data through an iterative octree; and an edge-fog computing architecture, which allows distribution of computational load and storage among all the entities in the solution, which in turn are allocated in processing layers (edge and fog), something unprecedented in the literature for this specific application. The 5G network application is presented along with a brief discussion on how this technology can benefit and allow the overall distributed processing. A robot is developed to collect data from images and point clouds. All algorithmic and mathematical processes are allocated and detailed for both layers. As a result, the work brings a complete analysis of the benefits of using architecture against a local and traditional approach, based on edge. The scalability of the solution is demonstrated at the end, in a real application environment, and we conclude with how much a private 5G network would benefit this solution in the required remote monitoring scenario.
Keywords: Escaneamento 3D
Monitoramento remoto
Arquitetura edge-fog
Fog robotics
3D scanning
Remote monitoring
Edge-fog architecture
Fog robotics
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/te/2023/00072
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15522
Issue Date: 31-May-2023
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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