Desenvolvimento de Sistema de Segurança Patrimonial Aplicado a Linhas de Transmissão de Energia Elétrica

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1 1 Desenvolvimeno de Sisema de Seguança Paimonial Aplicado a Linhas de Tansmissão de Enegia Eléica R.T. Clao, CTEEP 1 ; J. K, C. Pino, EPUSP 2 ; F. S. Coea, EPUSP;L. C. Babosa; A. Souza, D.Y. Kikuchi; M. Masuda Resumo- Ese aigo apesena um sisema de seguança paimonial aplicado ao monioameno da faixa de sevidão e da esuua de oes de Linhas de Tansmissão. O sisema uiliza uma câmea com ecusos de pan, il e zoom, insalada em uma Toe da Linha de Tansmissão paa capa imagens de posições pé-deeminadas em ono da oe. Essas imagens são ansmiidas aavés de um sisema de comunicação sem fio paa uma cenal de monioameno insalada em uma subesação de enegia eléica. Um sofwae especialmene desenvolvido pemie defini condições de movimenação na faixa de sevidão que geam alames e dispaam gavação auomáica das imagens adquiidas, possibiliando aua com ponidão em casos de aos de vandalismo. O sisema inclui um ansmisso meeoológico insalado juno à câmea, que fonece infomações paa geação de banco de dados de condições climáicas. Os equipamenos insalados na Toe da Linha de Tansmissão são alimenados po meio de painéis de células foovolaicas e baeias. Palavas-chave Faixa de sevidão, monioameno em empo eal, seguança paimonial, vandalismo em oes. I. INTRODUÇÃO A invasão das faixas de sevidão das Linhas de Tansmissão de Enegia Eléica associadas a aos de vandalismo, como oubo de paes da esuua das oes, pejudica a opeação do sisema, podendo ocasiona ineupções da opeação das linhas. Uma ação peveniva que pemia deeca essas invasões em empo eal e evia os aos de vandalismo é de ineesse paa gaani a opeação segua do sisema, eduzindo a necessidade da ealização de manuenções coeivas emegenciais e dos cusos decoenes de epaos e de penalidades que possam se imposas pela ANEEL devido ao desligameno da Linha de Tansmissão. Ese aigo apesena o pojeo de um sisema de vigilância paimonial que pemie monioa echos de Linhas de Tansmissão em empo eal a pai de um compuado localizado em uma Subesação. As imagens da Linha de Tansmissão são capadas po uma câmea insalada em uma das Toes da mesma. Essas imagens são ansmiidas po meio de um sisema de comunicação sem fio paa o compuado de monioameno localizado na Subesação. O mesmo sisema de comunicação pemie que a câmea seja comandada emoamene po um opeado do sisema de vigilância paimonial, que pode ealiza uma inspeção dealhada da egião em ono da oe. Adicionalmene, infomações climáicas são coleadas po um ansmisso meeoológico, insalado na mesma Toe que a câmea, e ansmiidas paa o compuado de monioameno, viabilizando a ciação fuua 1 CTEEP Companhia de Tansmissão de Enegia Eléica Paulisa. 2 EPUSP - Escola Poliécnica da Univesidade de São Paulo. de bancos de dados. Um sisema de alimenação auônomo, composo po painéis foovolaicos e baeias, insalado na Toe da Linha de Tansmissão fonece enegia paa a câmea, o ansmisso meeoológico, o ádio de micoondas e demais cicuios O sisema de vigilância paimonial desenvolvido é descio na seção II. O dimensionameno do sisema de comunicação sem fio uilizado é apesenado na seção III. Na seção IV é discuido o sofwae especialmene desenvolvido paa monioameno das imagens capadas pela câmea. A seção V apesena os eses de campo ealizados com o sisema opeando na Linha de Tansmissão Sana Bábaa-Sumaé. Finalmene, na seção VI são descios os esulados obidos e as conclusões do pojeo. II. DESCRIÇÃO DO SISTEMA O sisema de vigilância paimonial aplicado a linhas de ansmissão é apesenado de foma esquemáica na figua 1. Ele é composo po um conjuno de equipamenos que são insalados em uma das Toes da Linha de Tansmissão a se monioada, localizada em áeas suscepíveis a aos de vandalismo e po equipamenos localizadas em Subesação que aua como cenal de monioameno. Os equipamenos insalados na Toe da Linha de Tansmissão incluem uma câmea digial com facilidades de pan, il e zoom, que pemie monioa de foma sisemáica á- eas pedefinidas pelo supe usuáio do sisema, que pode se ambém conolada emoamene pelo opeado paa invesiga as cecanias da oe quando da deecção de invasões ou aos de vandalismo. Na Toe é insalado adicionalmene um ansmisso meeoológico que colea infomações sobe empeaua do a, umidade elaiva do a, velocidade do veno e dieção do veno, visando fuua fomação de um banco de dados climaológicos que foneça subsídios paa esudos de edimensionameno da Linha de Tansmissão. As infomações meeoológicas e as imagens capadas pela câmea são conecadas a um Hub cuja saída alimena um ádio de micoondas opeando em 2,45 GHz, que ansmie esses dados aé a Subesação que aua como cenal de monioameno. Esse ádio ambém ecebe comandos do opeado do sisema localizado na Subesação, paa conola emoamene a movimenação da câmea. A alimenação dos equipamenos da Toe é de 12 VDC, sendo fonecida po painéis foovolaicos associados a um banco de baeias, que gaanem a opeação dia e noie do sisema sem ineupção, mesmo em peíodos com ês dias consecuivos nublados ou com chuva. A figua 2 apesena o diagama de blocos dos equipamenos insalados na Toe da Linha de Tansmissão. A comunicação ene a câmea e o senso meeoológico e a Subesação é feia po meio de dois enlaces de micoondas o pimeio enlace ineliga a Toe da Linha de Tansmis-

2 2 são com a Toe de Comunicações da Subesação; o segundo enlace eansmie o sinal capado na Toe de Comunicações paa o compuado de monioameno do sisema localiza nas dependências da Subesação. Os ádios empegados nos dois enlaces de micoondas opeam como Access Poin, na faixa de 2,45 GHz. O compuado de monioameno uiliza um sofwae especialmene desenvolvido paa analisa as imagens enviadas pela câmea, emiindo alames e gavando auomaicamene imagens quando condições de invasão definidas pelo supe usuáio do sisema foem deecadas. Linha de Tansmissão Subesação R disância ene os anscepoes; G ganho da anena de ansmissão; G ganho da anena de ecepção; P poência enegue à anena na ansmissão; P poência ecebida pela anena no ecepo. Tx/Rx A P G Figua 3. Diagama de blocos de um enlace. Paa cálculo do enlace uilizou-se a equação (1) conhecida como equação de Fiss [1,2]. R G P Tx/Rx B Toe da LT Câmea Tansmisso Meeoológico Toe de Comunicações Sendo, onde, 2 G. G. λ P = P (1) ( 4πR) λ = 2 c f Figua 1. Esquema do sisema de vigilância paimonial λ f c compimeno de onda do sinal ansmiido feqüência do sinal ansmiido velocidade da luz no vácuo Tansmisso Meeoológico Câmea HUB +12 VDC Painéis foovolaicos e Banco de Baeias Rádio de micoondas Figua 2. Equipamenos insalados na Toe da LT. III. SISTEMA DE COMUNICAÇÃO SEM FIO Anena O sisema de comunicações sem fio é composo po dois enlaces de compimenos difeenes, opeando na feqüência de 2,45 GHz, uilizando o padão LAN IEEE802.11b/g. O pimeio enlace que ineliga a Toe da Linha de Tansmissão com a Toe de Comunicações da Subesação em 3 km de exensão. O segundo enlace ineconeca a Toe de Comunicações com o compuado de monioameno insalado nas dependências da Subesação, siuado a apoximadamene 200 meos de disância. Paa dimensionameno dos enlaces considee-se a figua 3 que apesena o diagama de blocos de um enlace consiuído po dois anscepoes (Tx/Rx) e as especivas anenas, onde, Consideando-se que em feqüências de micoondas os ganhos das anenas são fonecidos em db e as poências em dbm, a equação de Fiis pode se escia de foma mais conveniene po (2). P 4πR 20 (2) λ ( dbm) = G( db) + G ( db) + P( dbm) log A feqüência de ansmissão e a disância ene os anscepoes são os dados de paida paa dimensionameno do enlace. Os anscepoes e anenas a seem usados no sisema devem se selecionados de modo que a poência ecebida seja maio que a sensibilidade do sisema, que é a mínima poência a se ecebida paa opeação do sisema com baixa axa de eo de bi. Deve-se obseva que a fómula de Fiis considea a aenuação de sinal no espaço live em condições ideais de ansmissão, não consideando o efeio de chuvas [2] e de eflexões do sinal ansmiido. Paa considea esses fenômenos aplica-se a fómula de Fiss com um fao de seguança de apoximadamene 10 db. Paa o enlace ene a Toe da Linha de Tansmissão e a Toe de Comunicações da Subesação selecionou-se o ádio WAP 6000 da Plane, com poência de ansmissão de Mbps e Mbps e sensibilidade de ecepção de Mbps e Mbps. Nas duas ponas do enlace uilizaam-se anenas do ipo fla panel, com ganho de 18 dbi. Aplicando-se a equação de Fiss veifica-se que esse enlace 54 Mbps adequadamene paa disâncias de aé 15 km em condições ideais de popagação. Consideando-se uma peda de 10 db devido ao

3 3 efeio combinado de eflexões do sinal, desalinhameno de anenas e chuvas, o alcance é eduzido paa 5 km, aendendo ainda nesse caso aos equisios do sisema. O enlace ene a Toe de Comunicações da Subesação e o compuado de monioameno em compimeno meno que 300 meos, endo sido ealizado po meio de ádios WAP 6100 da Plane, com anena inegada de 12 dbi. Esse ádio opea com poência de ansmissão de Mbps e Mbps e sensibilidade de ecepção de Mbps e Mbps. O enlace pode se esabelecido ene ponos disanes de aé 1,7 km, opeando com axa de 54 Mbps. IV. SOFTWARE DE MONITORAMENTO Foi desenvolvido um pogama de compuado que pemie o monioameno das imagens capadas pela câmea insalada na Toe da Linha de Tansmissão. Analisando essas imagens aavés de écnicas de visão compuacional, a aefa pincipal do pogama é deeca possíveis aleações significaivas que possam ocoe no ambiene vigiado. A aplicação desse pogama esá elacionada a um campo abeo conendo linhas de ansmissão de enegia com suas oes de supoe. Dessa maneia, as possíveis aleações a seem deecadas pelo sofwae de vigilância coespondem a aos de vandalismo, como os popocionados po invasões do campo po indivíduos não auoizados, ou mesmo depedação das oes. A câmea escolhida paa ealiza o monioameno do ambiene é a câmea AXIS 214 PTZ. Taa-se de uma câmea IP, que possui um sevido ineno que pemie a comunicação com ouos disposiivos siuados na mesma ede. Dene suas caaceísicas, ela possibilia o acesso às suas funcionalidades aavés de uma ineface de pogamação (API) chamada AXIS Media Conol SDK, disponível no sie da empesa [4], que pemie a ealização de pogamas em ambiene Micosof Windows. O sofwae de monioameno foi desenvolvido em um ambiene Micosof Visual C++ 6.0, em um sisema Micosof Windows XP, implemenado em um compuado pessoal (PC). O algoimo de deecção de aleações uilizado no sofwae é baseado na écnica apesenada po Huwe e Niemann [5]. A enada é um fluxo de imagens, que coesponde a uma seqüência de imagens obidas pela câmea a inevalos egulaes. O algoimo uiliza um pocedimeno chamado subação de plano de fundo (backgound), que coesponde a uma imagem que epesena o ambiene sendo monioado em suas condições nomais. Nese pocedimeno é uilizada uma écnica de modelagem adapaiva do backgound, pemiindo que pequenas aleações do ambiene, que não coespondam a defeios ou invasões, sejam englobadas no plano de fundo ao longo do empo. Um backgound que se adape com o empo é ineessane em algumas siuações, como no caso de mudanças de iluminação a que o ambiene é suscepível com o passa das hoas do dia. Paa um manuseio adequado do sofwae de monioameno, é necessáia uma ineface gáfica que pemia um clao acesso de suas funcionalidades. A figua 4 apesena a janela inicial do sofwae de monioameno. Figua 4: Janela inicial do sofwae de monioameno. A ineface é consiuída pedominanemene pelo conole da câmea, que pode se dividido em ês paes: a supeio e de maio amanho é a egião em que a imagem é exibida, a inemediáia é uma baa de saus e a pae infeio coném boões de conole da câmea. A baa de saus exibe mensagens sobe o esado aual da janela de conole da câmea, epesenando, po exemplo, se ela esá pona paa mosa imagens, caegando infomações de seu sevido ineno ou gavando vídeos no disco ígido do compuado. Em elação aos boões de conole, sua função é pemii ao usuáio execua alguns pocedimenos com a câmea, como: - inicia ou encea a ansmissão de imagens pela câmea; - exibi as imagens da câmea em ela cheia; - gava a imagem aual (snapsho) da câmea; - inicia ou encea a gavação de vídeo da câmea; - alena o modo de conole pan-il-zoom da câmea paa emulação de joysick ou cenalizado. À dieia da janela de conole da câmea, há ouos componenes visíveis. O pimeio deles é um sinalizado que coesponde ao alame de monioameno (cículo em vede na figua 4). Se a opeação do sofwae ocoe nomalmene, ele pemanece com a co vede. Se o algoimo de monioameno deeca alguma aleação significaiva no ambiene, o alame se ona vemelho, é emiido um sinal sonoo e a função de gavação de vídeo da câmea no disco é iniciada. Há ambém uma indicação inemediáia em que o sinalizado se ona amaelo, que consise de uma siuação de aenção em que ainda não é soado o alame. A sensibilidade do algoimo de monioameno em elação a aleações na imagem e o ajuse dos ês níveis de sinalização podem se ealizadas aavés da sub-janela de configuação. Abaixo do sinalizado de alame, a ineface apesena um boão de ese, cuja função é a de desliga o alame, desaivando o sinal sonoo e ineompendo a gavação de vídeo. O sofwae incopoa uma funcionalidade de pese que possibilia movimena a câmea com ecusos de pan-ilzoom paa uma das posições peviamene definidas. O objeivo desa função é pemii ao usuáio movimena a câmea livemene paa obseva o ambiene, mas com a possibili-

4 4 dade de eona à posição de abalho desejada selecionando o pese coespondene. O algoimo de monioameno implemenado no sofwae pemie que alguns paâmeos uilizados em seus cálculos possam se modificados. Assim, confome as caaceísicas paiculaes do ambiene a se monioado, é possível adapa o algoimo de modo a oimiza o seu desempenho na siuação desejada. A configuação do algoimo de monioameno é ealizada aavés dos conoles ofeecidos em uma sub-janela do pogama, mosada logo abaixo da janela pincipal quando o boão Configua é selecionado. A figua 5 apesena a ela do pogama com a sub-janela de configuação do sofwae abea, na pae infeio da imagem. O méodo de deecção de aleações uilizado pelo algoimo de monioameno foi desenvolvido po Sefan Huwe and Heinich Niemann [5]. Ele consise basicamene em compaa os valoes dos pixels (em ons de cinza) de cada imagem ecebida com os de uma imagem de fundo, que coesponde ao ambiene padão, ou seja, em suas condições nomais. Dessa maneia, se um copo esanho se adena no ambiene monioado, deve ocoe uma aleação na co dos pixels em sua localização na imagem. Além disso, a imagem de fundo uilizada na compaação é consanemene aualizada paa que pequenas aleações (devido a fenômenos que não necessiam de se monioados, como no caso de uma mudança gadual de iluminação devido à passagem do dia) possam se englobadas no modelo padão do ambiene. A sensibilidade do algoimo é definida po faoes configuáveis, cujos valoes podem se ediados aavés da sub-janela de configuação do sofwae. Mudando-se esses valoes é possível conola, po exemplo, o nível de aleação na imagem necessáio paa se aciona o alame ou a apidez de incopoação de pequenas aleações na imagem sobe o modelo do ambiene monioado. São vaiáveis configuáveis do sisema, ene ouas: - o peíodo de amosagem de imagens, dado em segundos; - o nível de influência de uma nova medida sobe o modelo de fundo de imagem (ambiene em condições nomais) uilizado, conolando a apidez com que pequenas aleações são englobadas; - oleância nos valoes (médios) de difeença ene pixels de duas imagens obidas consecuivamene que indica a ocoência ou não de uma mudança imediaa; - númeo de ieações consecuivas do algoimo sem que o valo da oleância nos valoes (médios) de difeença de um pixel seja ulapassado. Oua configuação pemiida pelo sofwae é a limiação da áea da imagem em que o algoimo de deecção aua. Como padão, é definido que o pogama veifica a pesença de aleações sobe a imagem ineia, mas é possível limia o campo de busca paa uma egião de ineesse meno no ineio da imagem. Figua 5: Sub-janela de configuação do sofwae. V. TESTES DE CAMPO O sisema de vigilância paimonial aplicado a linhas de ansmissão foi insalado paa eses de campo na Linha de Tansmissão Sana Bábaa-Sumaé e na Subesação da CTEEP em Sana Bábaa D Oese. A figua 6 apesena uma foogafia da oe da linha de ansmissão em que foi monado o sisema e a figua 7 desaca a monagem da câmea e do painel foovolaico. Figua 6: Monagem do sisema na oe da LT. A figua 8 apesena a foogafia de um dos ádios de micoondas insalado na Toe de Comunicações da Subesação Sana Bábaa D Oese.

5 5 Foam esadas com sucesso as funções implemenadas no pogama compuacional, conolando-se emoamene os ecusos pan, il e zoom da câmea. Foam definidas posições de pese, configuando-se as condições de alame do sisema. Obeve-se a ocoência de alames quando da passagem de veículos e pessoas pela egião monioada. Nessas cicunsâncias, o pogama compuacional salvou as imagens gavadas em aquivo, viabilizando a poseio visualização do eveno. Os dados do ansmisso meeoológico foam obidos na ela do compuado aavés de pogama que acompanha o mesmo. Figua 7: Câmea e painel foovolaico na oe da LT. VI. CONCLUSÕES O sisema de vigilância paimonial foi desenvolvido e implanado com sucesso, endo pemiido inspeciona emoamene a áea da Linha de Tansmissão em ono da Toe na qual foam insalados os equipamenos. As imagens capadas pela câmea e as infomações climáicas fonecidas pelo ansmisso meeoológico foam adequadamene ansmiidas paa o compuado de monioameno aavés do sisema de comunicação sem fio pojeado. O sofwae de monioameno pemiiu defini egiões a seem inspecionadas pela câmea, bem como configua as condições de movimenação na áea que deveiam gea alames. Obeve-se a ocoência de alames, com gavação auomáica de imagens do eveno, como equeido paa coibi aos de vandalismo. O sisema insalado opeou adequadamene nas condições de campo eleomagnéico elevado que caaceizam a oe da Linha de Tansmissão, endo funcionado em pesença de condições climáicas advesas, como chuva. Figua 8: Anena e ádio monados na esuua de M.O. O sisema de vigilância paimonial foi esado, capandose imagens da câmea no compuado de monioameno. A figua 9 apesena uma imagem da base da Toe em que esá insalada a câmea, apesenada na ela do compuado. VII. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] H. T. Fiss, "A Noe on a Simple Tansmission Fomula," in Poc. of he IRE and Waves and Elecons, May, 1946, pp [2] D. M. Poza, Micowave and RF Design of Wieless Sysems, vol. I. New Yok: JohnWiley & Sons, 200, pp [3] R. L. Olsen, D. V. Roges and D. B. Hodge, "The ar b Relaion in he Calculaion of Rain Aenuaion," in Poc. of he IEEE Tansacions on Anennas and Popagaions, vol. AP-26, n.2, Mach, 1978, pp [4] Axis Communicaions -Newok Camea Develope Pages. [Online]. Disponível: <hp:// x.hm> Figua 9: Visão geal do sofwae fonecido com a câmea. [5] Sefan Huwe and Heinich Niemann. Adapive Change Deecion Fo Real-Time Suveillance Applicaions. IEEE Inenaional Wokshop on Visual Suveillance Poceedings, 2000, Dublin, Ilanda, pp