Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/40975
Type: Dissertação
Title: Detecção de painéis fotovoltaicos em ortofotos utilizando redes neurais profundas
Authors: Antônio Campos de Abreu Filho
First Advisor: Marcelo Antonio Nero
First Co-advisor: Plínio da Costa Temba
First Referee: Karla Albuquerque de Vasconcelos Borges
Second Referee: Jefersson Alex dos Santos
Third Referee: Marcos Antônio Timbó Elmiro
Abstract: O mapeamento de informações espaciais tem ganhado cada vez mais relevância em aplicações de planejamento urbano e gerenciamento das cidades. As análises e classificações automatizadas de imagens têm sido um problema em várias áreas do conhecimento e a comunidade do sensoriamento remoto têm demonstrado particular interesse nas aplicações de técnicas que utilizam redes neurais profundas nos problemas de classificação de uso e ocupação do solo. Para o treinamento destas redes, é necessário uma extensa rotulagem para os objetos que se pretende identificar. A segmentação de instâncias, em especial, requer uma rotulagem ainda mais complexa e trabalhosa. O mundo demanda energia e a “Lei de Swanson” prevê que módulos fotovoltaicos alcançarão a paridade de custo por watt produzido com outras formas de produção energética em poucos anos. Comparada com outras alternativas, a geração fotovoltaica em telhados possui maior aceitação por utilizar um espaço ocioso das construções urbanas. A compreensão do fenômeno da expansão das instalações fotovoltaicas em áreas urbanas é um importante indicador da evolução de segurança energética das cidades e sua detecção a partir das imagens aéreas constitui uma importante forma de entendê-lo. Este trabalho objetivou treinar uma rede neural profunda utilizando bases de dados de livre acesso do Rio de Janeiro/RJ, Brasília/DF e Campinas/SP. Com o modelo treinado, foi feita uma varredura em ortofotos cobrindo toda a extensão do município de Belo Horizonte/MG em resolução espacial de 7 cm/pixel e foram segmentadas pixel a pixel, todas as placas fotovoltaicas e sistemas de aquecimento solar da área. Foram utilizados 1719 dados rotulados manualmente como amostras de treinamento e a inferência do modelo de segmentação identificou 3655 placas fotovoltaicas e 26369 feições de aquecimento solar na área de estudo. Como métricas de validação do modelo, foram obtidos os valores de precisão média global (AP=0,18), recall médio global (AR=0,36), precisão média da classe de placas fotovoltaicas (APUFV=0,30), precisão média da classe de sistemas de aquecimento solar (APSAS=0,16).
Abstract: Mapping spatial information has increasingly gained relevance in urban planning and city management applications. The automated analysis and classification of images have been a problem in several areas of knowledge and the remote sensing community has shown particular interest in the application of techniques that use deep neural networks in the land use segmentation task. To train these networks, extensive labeling is required for the objects to be identified. Instance segmentation, in particular, requires even more complex and laborious labeling. The world demands energy and "Swanson’s Law" predicts that photovoltaic modules will achieve grid parity in a few years. Compared to other alternatives, rooftop photovoltaic generation is more widely accepted for using idle spaces in urban buildings. Studying how photovoltaic installations evolve in urban areas is an important indicator of the evolution of energy security in cities and its detection based on aerial images is an important way of understanding it. This work aimed to train a deep neural network using publicly available data from Rio de Janeiro/RJ, Brasília/DF and Campinas/SP. Using the trained model, an orthophoto, covering the entire area of Belo Horizonte/MG, was segmented, on a 7 cm/pixel spatial resolution, evaluating all photovoltaic modules and solar heating systems in the study area. 1719 manually labeled data were used as training samples and the inference step identified 3655 photovoltaic modules and 26369 solar heating systems in the area. As validation metrics of the model, the following values were obtained: global average precision (AP=0.18), global average recall (AR=0,36), average precision of solar panel’s class (APUFV=0,30) and average precision of solar heating systems class (APSAS=0,16).
Subject: Modelagem de dados – Aspectos ambientais
Energia solar
Geração de energia fotovoltaica – Belo Horizonte (MG)
Geoprocessamento
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: IGC - DEPARTAMENTO DE CARTOGRAFIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Análise e Modelagem de Sistemas Ambientais
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/40975
Issue Date: 1-Apr-2021
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