Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/41513
Type: Dissertação
Title: Modelagem tridimensional com o algoritmo structure from motion (SfM) para análise do potencial de geração de energia fotovoltaica em telhados: estudo de caso na vila caiçara de Picinguaba, Ubatuba-SP.
Authors: Guilherme Gandra Franco
First Advisor: André Luiz Fonseca Naime
First Co-advisor: Sónia Maria Carvalho Ribeiro
metadata.dc.contributor.advisor-co2: http://lattes.cnpq.br/5224495743642465
First Referee: Rafael Lemieszek Pinheiro
Second Referee: Eduardo Coutinho de Paula
Third Referee: Bráulio Magalhães Fonseca
Abstract: A conversão da matriz elétrica mundial para fontes renováveis tem se destacado nas últimas décadas como uma saída segura para que as nações – principalmente aquelas que buscam consonância com o sétimo Objetivo de Desenvolvimento Sustentável da Agenda 2030 da Organização das Nações Unidas – passem a depender menos de fontes poluidoras e esgotáveis. Neste contexto, destaca-se a geração fotovoltaica, que a partir da luz solar, recurso gratuito e constante, é capaz de fornecer energia a baixo custo em função dos avanços tecnológicos obtidos nas últimas décadas. Apesar do Brasil possuir 62% da sua matriz no modal hidroelétrico, classificado como renovável, as recentes variações no balanço hídrico colocaram em xeque a capacidade das concessionárias distribuírem energia elétrica para o usuário, o que acarretou o acréscimo de tarifas de consumo. Associadas as dimensões continentais às altas taxas de irradiação solar ao longo do ano, o Brasil se torna palco de uma favorável conversão para este método. De forma a incentivar o emprego da energia fotovoltaica no país, este estudo busca fornecer um conjunto de ferramentas baseadas em tecnologias de mapeamento de baixo custo e modelagem tridimensional em ambiente computacional para detectar o potencial individual de telhados em edificações aptas a produzirem sua própria energia. O foco do trabalho é, a partir do algoritmo de visão computacional Structure from Motion (SfM), modelar a superfície do terreno da vila caiçara Picinguaba, em Ubatuba-SP, através de imagens aéreas capturadas por drones, e submetê-las a algoritmos de irradiação solar contidos no software ArcGIS. A qualidade posicional da maquete tridimensional foi checada a partir de técnicas de topografia obtidas por GNSS de alta precisão e estações totais. Os resultados encontrados asseguram que a metodologia é viável para ser aplicada e substitui mapeamentos mais onerosos, como o subsidiado por laser embarcado em aeronaves pilotadas (LIDAR). As implicações práticas mostram que o estudo fotovoltaico deve ser desenvolvido em escalas mais detalhadas de mapeamento, como a abordada na proposta, principalmente em função dos obstáculos naturais e físicos que a luz solar encontra até a superfície dos telhados. Algumas plataformas gratuitas na web já fornecem dados geolocalizados de irradiação solar, mas por envolverem pequenas escalas de mapeamento, não consideram estes elementos nos cálculos e com isso, podem levar a erros graves de dimensionamento das usinas microgeradoras, causando prejuízos ao consumidor. A pesquisa destaca-se como sugestão de uma nova metodologia de mapeamento para potencial solar, passível de ser replicada em qualquer recorte urbano, que outrora era comumente desenvolvida somente em espaços urbanizados restritos, por demandar um alto investimento na coleta destes dados. Como mecanismo de divulgação para a sociedade local, também faz parte do estudo a publicação de todo o conteúdo analisado em um mapa interativo hospedado em uma Plataforma web de livre acesso, onde o usuário poderá consultar o potencial de irradiação solar anual de qualquer imóvel da vila.
Abstract: The conversion of the world electrical matrix to renewable sources has stood out in recent decades as a safe way for nations – especially those that seek to comply with the seventh Sustainable Development Goal of the United Nations' 2030 Agenda – to become less dependent of polluting and exhaustible resources. In this context, photovoltaic generation stands out, which from sunlight, a free and constant resource, is able to supply energy at low cost due to the technological advances obtained in the last decades. Although Brazil has 62% of its matrix in the hydroelectric modal, classified as renewable, the recent variations in the water balance have put in check the capacity of the concessionaires to distribute electricity to the user, which has resulted in the increase of consumption tariffs. The continental dimensions associated with high rates of solar irradiation throughout the year make a conversion to this method favorable in Brazil. In order to encourage the use of photovoltaic energy in the country, this study seeks to provide a set of tools based on low-cost mapping technologies and three-dimensional modeling in a computational environment to detect the individual potential of roofs in buildings able to produce their own energy. The focus of the work is to model the terrain surface of Picinguaba village, in Ubatuba-SP, using the Structure from Motion (SfM) computer vision algorithm with aerial images captured by drones, and to submit them to processes of solar radiation contained in the ArcGIS software. The positional quality of the three-dimensional model was checked using topography techniques obtained by high-precision GNSS and total stations. The results found ensure that the method is feasible to be applied and replaces more expensive mappings, such as the one subsidized by laser embedded in piloted aircraft (LIDAR). The practical implications show that the photovoltaic study must be developed in more detailed scales of mapping, such as the one addressed in the proposal, mainly due to the natural and physical obstacles that sunlight encounters to the roof surfaces. Some free platforms on the web already provide geolocalized data on solar irradiation, but because they involve small mapping scales, they do not consider these elements in the calculations and, with this, they can lead to serious sizing errors of the microgenerator plants, causing losses to the consumer. The research stands out as a suggestion for a new mapping method for solar potential, able to be replicated in any urban area, which was once developed only in restricted urbanized spaces, as it required a high investment in the collection of this data. As a dissemination mechanism for the local society, the study also includes the publication of all of the analyzed content in an interactive map hosted on a freely accessible web platform, where the user will be able to consult the potential of annual solar radiation of any property in the village.
Subject: Modelagem de dados - Aspectos ambientais
Gerção de energia fotovoltaica - Ubatuba (SP)
Aeronave não tripulada - Ubatuba (SP)
Sistemas de informação geográfica
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-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/41513
Issue Date: 29-Mar-2021
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