REALIDADE AUMENTADA PARA O ACESSO À INSTRUMENTAÇÃO DA BARRAGEM DE ITAIPU

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1 COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXX - SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS FOZ DO IGUAÇU PR, 12 A 14 DE MAIO DE 2015 RESERVADO AO CBDB REALIDADE AUMENTADA PARA O ACESSO À INSTRUMENTAÇÃO DA BARRAGEM DE ITAIPU PERES, Fabiana Frata Furlan Professora, Mestre Universidade Estadual do Oeste do Paraná. Discente, Doutoranda Universidade Federal do Paraná SCHEER, Sérgio Professor, Doutor Universidade Federal do Paraná. FARIA, Étore Funchal de Engenheiro Civil, Doutor Itaipu Binacional. VIAN, Deivide Bolsista Ceasb, Graduando Universidade Estadual do Oeste do Paraná. RESUMO Desde a concepção de uma barragem e durante todo o seu ciclo de vida, é muito importante o uso de instrumentação para seu monitoramento. Durante a fase de operação, a instrumentação é um recurso fundamental para avaliação das condições de segurança estrutural da barragem. Tecnologias, como a realidade aumentada, podem facilitar o acesso às leituras dos instrumentos instalados e aumentar a eficiência na tomada de decisões necessárias. Com os avanços tecnológicos, tanto os dispositivos móveis quanto a tecnologia de realidade aumentada estão cada vez mais presentes no nosso dia a dia. Este trabalho apresenta um protótipo de realidade aumentada para dispositivo móvel que utiliza georreferenciamento para localizar os instrumentos instalados na barragem e apresentar os dados da sua leitura. A coordenada geográfica estabelece o local do mundo real onde a informação virtual deve ser apresentada. ABSTRACT From the conception of a dam and during its entire life cycle, it is very important to use instrumentation for its monitoring. During the operation phase, the instrumentation is a key resource to the assessment of structural safety conditions of the dam. Technologies such as augmented reality can facilitate access to the readings of instruments installed and increase efficiency in needed decision making. With technological advances, both mobile devices and augmented reality technology are increasingly present in our daily lives. This paper presents an augmented reality prototype for mobile that uses geo-referencing to locate the instruments installed in the dam and submit the details of your reading. The geographic coordinate establishes the location of the real world where virtual information should be presented. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 1

2 1. INTRODUÇÃO Barragens são estruturas civis de grande importância para o desenvolvimento da sociedade. Os benefícios gerados por estas estruturas são muitos, como produção de energia elétrica e abastecimento de água. Porém compreendem estruturas com elevado potencial de risco. Devido a este potencial de risco associado, é necessária a realização do controle de sua segurança estrutural, através de procedimentos de inspeções visuais e monitoramento, tanto da barragem quanto da fundação, por meio de instrumentos instalados assim como ações de manutenção, quando necessário [5]. Os recentes avanços tecnológicos têm despertado o interesse a respeito do acesso a dados e informações de forma móvel e instantânea, favorecendo o uso mais eficiente e permitindo ações mais rápidas mediante a análise do conteúdo acessado. A revolução ocorrida no setor de dispositivos móveis e da tecnologia de realidade aumentada tem permitido o desenvolvimento de aplicações com estas características. Os procedimentos de inspeções visuais, monitoramento e manutenções compreendem de atividades com grande potencial para serem auxiliadas por aplicações utilizando a tecnologia de realidade aumentada para dispositivos móveis. Em Itaipu Binacional, com o apoio do Ceasb, alguns trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos com este propósito, como o de FARIA et al. [1] e de GHIDOLIN e PERES [4]. 2. SEGURANÇA DE BARRAGENS A Segurança de Barragens compreende de um conjunto de ações técnicas, sistêmicas e periódicas, que constituem a observação e a manutenção visando manter as características de projeto com foco na eficiência do empreendimento. A observação é apoiada por inspeções visuais e por medições através da instrumentação para obtenção de informações a respeito da saúde estrutural da barragem. Existem diversos tipos de instrumentos utilizados em barragens com objetivos especificos. Os Quadros 1 e 2 apresentam correlações entre os tipos de instrumentos usualmente instalados em barragens de concreto e de aterro respecitivamente, e os principais problemas supervisionados por eles. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 2

3 QUADRO 1: Instrumentação de barragens de concreto [2]. QUADRO 2: Instrumentos de barragens de terra enrocamento [2]. A Usina Hidrelétrica (UHE) Itaipu é composta por diversos tipos de barragens, como barragens de terra, de enrocamento e de concreto [1]. Devido às dimensões e à grande quantidade de instrumentos instalados, a UHE de Itaipu é dividida em 13 trechos, conforme definido em FARIA et al. [1]. Cada trecho é um caso específico e o numero de instrumentos instalados depende do tipo de barragem, do seu porte e dos riscos associados. No caso da UHE Itaipu, são quase instrumentos instalados [1]. Alguns blocos dessa Usina possuem um conjunto considerável de instrumentos instalados, conforme mostra a Figura 1. Estes blocos são chamados de blocos-chaves, devido a sua importância ou condições peculiares. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 3

4 FIGURA 1: Instrumentação típica de barragens [7]. Dentre as atividades executadas na UHE Itaipu para manter a sua segurança estrutural, a verificação das leituras dos instrumentos instalados e sua análise é de suma importância. 3. REALIDADE AUMENTADA Desde os anos 90 onde foi concebido o termo realidade aumentada no contexto de realidade misturada até os dias atuais, houve uma considerável evolução, contribuindo com a popularidade desta tecnologia [3]. De acordo com a definição de MILGRAM e KISHINO [3], sobre realidade aumentada dentro do espaço contínuo, ela é caracterizada pelo enriquecimento do mundo real através de informações virtuais. Assim as informações virtuais complementam a realidade, por isso realidade aumentada ou aumento da realidade. Para o desenvolvimento de aplicativos utilizando a tecnologia de realidade aumentada, são necessários alguns elementos como rastreador, informação virtual (texto, imagem, vídeo) e câmera de vídeo. Dependendo da técnica utilizada pelo rastreador para identificar onde a informação virtual deve ser projetada, não é necessário o uso de marcadores como o apresentado na Figura 2. Uma alternativa ao marcador é o uso de informações a respeito do Sistema de Posicionamento Global (Global Positioning System, ou GPS). XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 4

5 FIGURA 2: Exempo de marcador [2]. Atualmente a realidade aumentada tem ganho muito espaço no desenvolvimento de aplicativos. Alguns fatores que contribuíram para isso foram: o avanço do poder de processamento dos dispositivos móveis como smartphones e tablets, sua popularidade e também os avanços das técnicas e ferramentas disponíveis para desenvolvimento de aplicativos. A tecnologia vem sendo utilizada em aplicações nas mais diversas áreas como na Educação, Turismo, Medicina, Arquitetura, Engenharia e Construção (AEC), integradas com Building Information Model (BIM) 1 entre outras. A realidade aumentada pode beneficiar a nível de visualização, recuperação e interação da informação [10]. No que tange à AEC e à BIM, a realidade aumentada tem sido utilizada para auxiliar nas tarefas da edificação, para acompanhamento de procedimentos da construção civil [9,11,12], principalmente para visualização de projetos ou desenhos [11,12], auxílio na execução de tarefas in situ [11,12] e acompanhamento e atualização de cronogramas e custos [10]. Dentro do escopo de atividades desempenhadas durante a fase de operação de uma UHE, são muitas as que podem tirar vantagens da tecnologia de realidade aumentada, seja para auxilio na inspeção, no monitoramento ou para a execução de uma manutenção. A seguir é apresentado um protótipo de realidade aumentada para dispositivo móvel que utiliza georreferenciamento para localizar os instrumentos instalados na barragem e apresentar os dados da sua leitura. 4. PROTÓTIPO DE REALIDADE AUMENTADA Barragens são edificações que possuem um conjunto de dados associados de extrema relevância para a realização das inspeções, monitoramento e procedimentos de eventuais manutenções. A instrumentação instalada nas barragens é um recurso fundamental para viabilizar o monitoramento da sua saúde estrutural. 1 Modelo da Informação de Construção. Uma representação das caracteristicas físicas e funcionais formando um conjunto de dados e/ou informações sobre uma edificação, promovendo assim uma base de conhecimento compartilhada oriundas dos projetos arquitetônico, estrutural, hidráulico, elétrico, etc. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 5

6 Tecnologias como a realidade aumentada, podem facilitar o acesso às leituras dos instrumentos instalados e aumentar a eficiência na tomada de decisões. Neste caso, a realidde aumentada se caracteriza como um recurso avançado de visualização que em dispositivos móveis agrega a mobilidade ao dado, contribuindo para a execução desta atividade de forma eficiente. O protótipo desenvolvido viabiliza o acesso aos dados da instrumentação instalada na UHE Itaipu utilizando a realidade aumentada em dispositivo móvel. A informação referente à coordenada geográfica (latitude, longitude e altitude) de onde o instrumento se encontra instalado na estrutura é utilizada para definir o local onde o dado deve ser apresentado. A Figura 3 mostra a tela do protótipo contendo as informações de alguns piezômetros instalados na UHE Itaipu a uma distância do local do observador. FIGURA 3: Tela do protótipo contendo informações de piêzometros instalados na UHE Itaipu. O acesso aos dados das leituras dos instrumentos de forma móvel em conjunto com a visualização da sua localização geográfica é vantajoso em diversos aspectos, como: permitir ao técnico perceber anomalias isoladas ou agrupadas e auxiliar na tomada de decisões frente aos valores apresentados dos instrumentos ao seu redor. Este tipo de visualização permite, numa atividade de inspeção, avaliar o comportamento dos instrumentos ao seu redor. Caso algum instrumento dentro do raio definido ou dos selecionados apresente valores anômalos, os técnicos poderão prontamente fazer sua conferência. O protótipo disponibiliza um conjunto de filtros, conforme mostra a Figura 4. Estes filtros permitem que o usuário selecione, dentre os quase instrumentos, um conjunto de instrumentos que seja de seu interesse no momento. Alguns filtros simples permitem que o usuário selecione instrumentos de um trecho ou bloco, de um tipo específico, com um determinado nível de alarme, etc.. Outros que são combinações dos citados permitem selecionar grupos mais especificos de instrumentos. A Figura 5 mostra um nível de seleção de filtros onde instrumentos do tipo piezômetro foram selecionados no bloco D38. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 6

7 FIGURA 4: Tela utilizada para filtrar os instrumentos. FIGURA 5: Tela utilizada para filtrar os instrumentos de um bloco. Para a implementação deste protótipo foram utilizadas diversas ferramentas computacionais que permitem o desenvolvimento das aplicações de forma organizada, prática e funcional, mantendo o foco do desenvolvedor no produto e não na variedade de equipamentos e versões de plataforma disponível. A aplicação foi desenvolvida para multiplataforma, neste caso, foi utilizado o framework Ionic, que por sua vez amplia as funcionalidades da plataforma Cordova, provendo ainda a integração com o framework AngularJS, além de ferramentas e bibliotecas para desenvolvimento de interfaces limpas e responsivas. Para aquisição das informações de localização e leituras, foi criado um webservice utilizando C# Web API mvc5. E por fim, para o acesso aos recursos de realidade aumentada foi utilizado o framework wikitude. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 7

8 5. CONCLUSÕES Frente ao volume de dados e informações presentes numa UHE e considerando que para manter a segurança das estruturas, as atividades de inspeção, de monitoramento e de manutenção são constantes, são inumeras as possibilidades de aplicações da tecnologia de realidade aumentada para dispositivos móveis para melhorar a acessibilidade destes dados e informações e, consequentemente, obter uma maior eficiência na realização destas atividades. Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível obter um protótipo que utiliza georreferenciamento para localizar os instrumentos instalados na barragem e apresentar os dados da sua leitura. Esta forma de acesso aos dados dos instrumentos permite, numa atividade de inspeção, avaliar o comportamento dos instrumentos ao seu redor e caso algum apresente valores anômalos, esses podem prontamente ser conferidos. 6. AGRADECIMENTOS À Itaipu Binacional, Parque Tecnológico de Itaipu (PTI), ao Centro de Estudos Avançados em Segurança de Barragens (CEASB) e à Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE) pelo apoio e incentivo à pesquisa. Agradecimentos também ao Claudio Roberto Marquetto Mauricio, ao Adriano Coutinho, ao Wellinthon Meurer, ao Douglas Paz e à Juliane Carla Ferreira pelo apoio e suporte técnico. 7. PALAVRAS-CHAVE Realidade Aumentada, Instrumentação, Segurança em Barragens, Mobilidade 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] FARIA, É. F., et al (2011) Aplicação de Técnica de Realidade Aumentada para Validação de Medidas em Instrumentação de Aucutação e Análise in situ da Inspeções Visuais da Barragem de Itaipu, Anais XXVIII Seminário Nacional de Grandes Barragens CBDB, Rio de janeiro, RJ. [2] ELETROBRÁS (2003) Critérios de Projeto Civil de Usinas Hidrelétricas, Disponível em: < Acesso em: 13 nov [3] MILGRAM, P., KISHINO, F. (1994) Augmented Reality: A class of displays on the reality-virtuality continuum, Telemanipulator and Telepresence Tecnologies, vol. 2351, p [4] GHIDOLIN, L. G., PERES, F. F. F. (2013) Auxilio na Manutenção de Extensômetros Utilizando Realidade Aumentada e Dispositivos Móveis, I CONTECE Congresso de Tecnologias, Engenharias e Ciências Exatas. XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 8

9 [5] BRASIL (2002) Manual de Segurança e Inspeção de Barragens, Disponível em: < 973d-72abcefc7c10&groupId=47109>. Acesso em: 13 nov Brasilia, DF. [6] SIMÕES, F. P. M. (2008) Realidade Aumentada sem Marcadores baseada em Arestas, um Estudo de Caso, Monografia. Universidade Federal de Pernambuco, [7] Itaipu (2007) Usina Hidrelétrica de Itaipu Aspectos Técnicos das Estruturas Civis. [8] RANKOHI, S., WAUGH, L. (2013) Review and analysis of augmented reality literature for construction industry. Visualization in Engineering, Springer International Publishing, v. 1, n. 1, p [9] SHIN, Do H., DUNSTON, P. S.(2009) Evaluation of Augmented Reality in Steel Column Inspection. Automation in Construction, Elsevier, v. 18, p [10] MEžA, S., TURK, ž., DOLENC, M. (2014) Component Based Engineering of a Mobile BIM Based Augmented Reality System. Automation in Construction, Elsevier, v. 42, p [11] KWON, O. S., PARK, C. S., LIM, C. R. (2014) A Defect Management System for Reinforced Concrete Work Utilizing BIM, Image-Matching and Augmented Reality. Automation in Construction, v. 46, p [12] PARK, C. S., et al. (2013) A Framework for Proactive Construction Defect Management Using BIM, Augmented Reality and Ontology-Based Data Collection Template. Automation in Construction, v. 33, p XXX Seminário Nacional de Grandes Barragens 9