As respostas geradas pelos testes em laborat´orio ajudaram a identificar os tipos de sensores que obtiveram o maior alcance de detecc¸˜ao sobre os diferentes tipos de componentes existentes em torres de alta tens˜ao. Esta avaliac¸˜ao permitiu estabelecer uma relac¸˜ao de dificul- dade em detectar determinados tipos de objetos utilizados como alvos nesta pesquisa. Desta forma, o conceito de detecc¸˜ao utilizado neste trabalho, consiste em identificar sensores que apresentem proximidade entre os valores de distˆancia real e os valores de distˆancia obtidos pela detecc¸˜ao dos sensores.
Ao observar a figura 26, dois objetos cuja formas geom´etricas s˜ao de diferentes com- plexidades (P3 e P8), apresentam seus resultados de detecc¸˜ao diante de todos os sensores uti- lizados nesta pesquisa dentro de uma faixa de detecc¸˜ao de 50 cm `a 450 cm. Por meio desta an´alise, percebe-se que o componente P3 (cabo OPGW) n˜ao foi adequadamente detectado pela maioria dos sensores. Por ser um objeto de fina espessura, o cabo OPGW foi considerado o objeto de maior dificuldade para ser detectado pela maioria dos sensores nesta avaliac¸˜ao.
Ao contr´ario do objeto P3, a chapa de metal (objeto P8) mostrou ser de f´acil detecc¸˜ao devido a sua geometria simples e uniforme, possibilitando analisar o desempenho m´aximo de detecc¸˜ao dos sensores envolvidos nesta pesquisa. O desempenho dos sensores para os outros objetos pode ser vistos nos anexos ao final deste documento.
Figura 26 - Resultados preliminares obtidos durante testes em ambiente controlado.
P3 - OPGW CABLE
P8 - STEEL PLATE
Fonte: Pr´opria autoria.
A an´alise geral desta avaliac¸˜ao permitiu identificar os tipos de componentes que apre- sentaram maiores dificuldades de serem detectados com precis˜ao pelos sensores. Estes com- ponentes s˜ao representados pelo conjunto de cabos el´etricos, ou seja, os objetos P1, P2, P3, por apresentarem fina espessura e ampla curvatura dificultando sua identificac¸˜ao pela maioria dos sensores utilizados nesta pesquisa. O objeto P6 tamb´em levou a um baixo desempenho de detecc¸˜ao devido a sua geometria complexa e n˜ao uniforme, dificultando a percepc¸˜ao dos sensores sobre o objeto.
Baseado no amplo padr˜ao de feixe dos sensores US, foi investigado se o conjunto de cabos el´etricos (P1, P2 e P3) s˜ao capazes de serem percebidos por estes sensores visando sua aplicac¸˜ao em um cen´ario de inspec¸˜ao de linhas de transmiss˜ao. Com base nos resultados obtidos e apresentados pela figura 27, verificou-se que diante de todos os sensores US utilizados neste experimento, o sensor HC-SR04 apresentou a capacidade de detecc¸˜ao dos diferentes tipos de cabos el´etricos a uma distˆancia superior a 2 metros de distˆancia.
Com base nestas respostas, foi poss´ıvel estimar que diante de um ambiente de detecc¸˜ao de linhas de transmiss˜ao, um VANT multirrotor desenvolvido para esta aplicac¸˜ao poder´a ter capacidade de detectar objetos de espessura fina a uma distˆancia considerada segura, levando em considerac¸˜ao que a detecc¸˜ao ocorrer´a a uma distˆancia de aproximadamente de 2 metros.
Figura 27 - Resultados de detecc¸˜ao do sensor HC-SR04 sobre os cabos el´etricos.
Fonte: Pr´opria autoria.
Tamb´em foram analisados pelos experimentos conduzidos em ambiente controlado, os erros de leitura (Out of Range) gerados por falhas de detecc¸˜ao dos sensores pelos objetos P1 `a P8. Estas respostas ajudaram a identificar as regi˜oes sucet´ıveis a erros de leituras de distˆancia provocados pelo limite de detecc¸˜ao de determinados sensores em func¸˜ao dos diferentes tipos de objetos utilizados nesta pesquisa. Desta forma, foi poss´ıvel extrair informac¸˜oes que indicam preliminarmente quais tipos de sensores apresentariam grandes cadˆencias de erros de detecc¸˜ao ao identificar determinado objeto dentro de um cen´ario de inspec¸˜ao de torres el´etricas.
A figura 28 ilustra a relac¸˜ao de detecc¸˜ao entre todos os sensores para dois tipos de objetos de geometria com diferentes complexidades. Diante do objeto P8, percebe-se que ocorre uma pequena quantidade de erros de detecc¸˜ao pelos sensores devido a sua superf´ıcie uniforme, sem rugosidades e de f´acil identificac¸˜ao.
J´a ao contr´ario da chapa de metal, o isoladora de vidro (objeto P4) apresenta uma composic¸˜ao de diferentes tipos de materiais, como vidro, cimento e um pino de ferro, al´em de possuir uma superf´ıcie uniforme. Desta forma, a quantidade de erros de detecc¸˜ao pelo objeto P4 aumentam gradativamente em relac¸˜ao a distˆancia em que ele ´e detectado pelos sensores.
Figura 28 - Relac¸˜ao de erros de detecc¸˜ao (Out of Range) sobre diferentes alvos.
Fonte: Pr´opria autoria.
Os resultados obtidos nesta avaliac¸˜ao identificaram os sensores que apresentaram mai- ores quantidades de erros de detecc¸˜ao pelos objetos utilizados em torres de alta tens˜ao. Estes re- sultados em conjunto com as demais avaliac¸˜oes, resultou na eliminac¸˜ao dos sensores VL53L0X, RCW0001 e US015 por apresentarem uma relac¸˜ao de baixa faixa de detecc¸˜ao. Assim, tais sen- sors foram considerados incompat´ıveis para tarefas que exijam um sensoriamento robusto em navegac¸˜oes autˆonomas por VANTs.
A comparac¸˜ao dos resultados obtidos pela utilizac¸˜ao individual e aos pares de sensores US, mostra que diante do posicionamento entre 0◦ e 15◦, problemas recorrentes relacionados ao efeito crosstalk, gerados pela sobreposic¸˜ao dos l´obulos dos sonares, introduziram erros de detecc¸˜ao sobre o objeto P8. A figura 29 apresenta todas as respostas de detecc¸˜ao dos sensores US quando utilizados individualmente sob o posicionamento de 0◦diante do objeto P8.
As respostas apresentadas pela figura 29 mostram constante linearidade em torno da m´edia de distˆancia real, apresentando pequenos erros de variˆancia, representados pelos trac¸os verticais sob as curvas de respostas dos sensores HC-SR04 e US15. J´a ao utilizar os sensores US aos pares e sob o mesmo posicionamento de 0◦, percebe-se a ocorrˆencia de perturbac¸˜oes provocadas pelo efeito crosstalk, minimizando as faixas de detecc¸˜ao dos sensores conforme apresentado pelos gr´aficos representados pela figura 30.
Figura 29 - Respostas de detecc¸˜ao dos sonares quando utilizados individualmente.
Fonte: Pr´opria autoria.
Durante o posicionamento de 0◦ e 15◦, quando ocorre a sobreposic¸˜ao do padr˜ao de feixe dos sensores US, como ilustrado pela figura 31, foram obtidos resultados que inviabilizam a correta detecc¸˜ao de poss´ıveis alvos presentes no cen´ario de inspec¸˜ao de torres el´etricas. O distanciamento dos valores de detecc¸˜ao em torno da m´edia de distˆancia desejada representam imprecis˜oes que ocasionaria poss´ıveis colis˜oes entre a torre el´etrica e o VANT.
Ao longo dos experimentos conduzidos em laborat´orio, foi identificado que diante do posicionamento de 25◦, foram produzidos resultados de detecc¸˜ao entre sensores US com maior proximidade a m´edia de distˆancia desejada. Em um panorama geral, o sensor HC-SR04 apresentou os melhores desempenhos de detecc¸˜ao, identificando obst´aculos a uma faixa de distˆancia superior a 2 metros.
Ao observar o comportamento de detecc¸˜ao do sensor HC-SR04 diante do objeto P8, conforme apresentado pela figura 32, ´e visto que o posicionamento de 35◦ tamb´em apresenta resultados com elevada precis˜ao. Por´em, ao comparar o desempenho de detecc¸˜ao entre objetos menores, tal como o isolador de vidro, o uso dos sensores HC-SR04 sob o posicionamento de 35◦apresenta dificuldades de ser precisamente detectado, conforme apresentado suas respostas de detecc¸˜ao pela figura 33.
Figura 30 - Respostas de detecc¸˜ao dos sonares quando utilizados aos pares.
Fonte: Pr´opria autoria.
Figura 31 - Sobreposic¸˜ao de l´obulos entre sensores ultrassˆonicos
0° 0° LÓBULO PRINCIPAL Distância (cm) P8 LÓBULO LATERAL SONAR 0° P8 Distância (cm)
AVALIAÇÃO AOS PARES ENTRE SONARES AVALIAÇÃO INDIVIDUAL COM O SONAR
SOBREPOSIÇÃO DE LÓBULOS
Figura 32 - M ´ultiplos ˆangulos de detecc¸˜ao pelo sensor HC-SR04.
Fonte: Pr´opria autoria.
Devido o distanciamento dos sensores US, gerado pelo posicionamento de 35◦, objetos de pequenas dimens˜oes n˜ao conseguem ser detectados adequadamente, ocasionando problemas relacionados a incerteza angular. Desta forma, identificou-se que o posicionamento de 25◦entre m´ultiplos sensores US gera condic¸˜oes que possibilitem identificar com precis˜ao diferentes tipos de obst´aculos.
Diferentemente dos demais sensores US, o sensor US15 gerou bons resultados de detecc¸˜ao a partir do posicionamento em 0◦, mesmo havendo a sobreposic¸˜ao dos l´obulos dos sensores. Por´em, ao utilizar este sensor em qualquer outro posicionamento angular, foram ge- rados resultados que inviabilizam sua aplicac¸˜ao devido as suas respostas de baixo desempenho de detecc¸˜ao, conforme pode ser observado aos anexos no final deste documento.