Home

Monitorização de Juntas de Dilatação na Ponte Vasco da

1. Figura 5 16 Determina o de Bandas de Frequ ncias Alvo Tal como exemplificado na Figura 5 16 s o detectados v rios picos para uma toler ncia de 50 e o pico m ximo encontra se compreendido entre os vales situados a 3380Hz e 4446Hz Se a pot ncia de uma amostra ultrapassar os 10 3dB na banda de frequ ncias esta ser classificada como uma amostra t pica de uma JD defeituosa Depreendendo que a determina o de toler ncias e bandas de frequ ncia ir carecer de calibra o no momento da instala o No entanto apesar de muito promissor este algoritmo padece de uma lacuna pois com a varia o dos poss veis defeitos a serem detectados tamb m variam as bandas de frequ ncias em que os mesmos podem ser classificados Corre se o risco de n o detectar o verdadeiro estado estrutural da JD dado que apesar de ser poss vel uma calibra o nada garante que posteriormente se detecte uma falha originada num m dulo ou pe a diferente Embora se trate de um algoritmo bastante promissor fica a faltar a sua valida o em JD diferentes e com falhas distintas 78 Capitulo 5 Implementa o 5 2 2 2 Classifica o por Pot ncia Espectral A classifica o por densidade de pot ncia espectral consiste na contagem de amostras com uma pot ncia espectral acima de um limite previamente estabelecido Necessitando tamb m de uma pr calibra o no momento em que a JD a monitorar se encontra num estado est
2. AQUISICAO DE DADOS sintas lth tet tat el aa ad ea a 13 2 6 TRANSDUTORES PARA AQUISI O DE SINAL 0 ccccccesseceeeceesceeeeseeseeeeerenseeseees 15 2 6 1 Aceler metros sad AEREAS RITA da 15 2 6 2 Microfon S cscs trci ates sr pad eevee gdevea chanel rade a iaee Sa a ades ae eea ahs 16 2 6 3 Dimensionamento de Microfones 2 2 sscccccceeeeeeeeennnneeeeeeeeeeseeenees 18 CAPITULO 3 CLASSIFICADORES isisainiosasiiesnsiooiesaiisiionaiiciodoniniia so sicnieinitooiei a 27 3 1 APRENDIZAGEM AUTOMATICA eeeessesssessseseeseesssssssssseessneeessseeeseesseeseeeeees 27 3 2 ALGORITMOS DE APRENDIZAGEM pri inesizisasisas bessiansnEasian baisans nt isia nda 28 3 2 1 Classificadores Baseados em Exemplos 28 3 2 2 Classificadores Baseados em Redes Neuronais 30 3 2 3 Classificadores Baseados em Algoritmos Gen ticos 34 3 2 4 Classificadores Baseados em rvores de Decis o mms 35 3 2 5 Classificadores Baseados em Conjuntos Difusos 38 CAPITULO 4 INSPECGOES c cccsccssssssssssessessssssserseseeaeseserseseeaesesarseseeaeseeanees 43 dl ANALISE OBJECTIVA era aura dd dd a Ae te a R 43 4 2 SINSPEGODES NO LOCAL Sao A slat Corn RE RED nt 47 42ih PRIMA Ns pecli wes secs inn neo 47 4 2 2 Segunda INS DC CCAD vo siesied sano cer a E E E E E ane aaa 51 428 Terceira INSDEC O ss suada teecechacde dh acedeatuecs aaar Ea aar
3. Esq Conjunto de Amostras m s E O a RO OR RO O A ORE CIRCE a a CORER ET Eee IO 75 Figura 5 14 Comparativo de Padr es ara 76 Figura 5 15 Diferen a entre Padr es seara 76 Figura 5 16 Determina o de Bandas de Frequ ncias Alvo 78 Figura 5 17 Curva de Calibra o Verde Curva de Compara o Azul 79 Figura 6 1 Interface de Prot tipo Guerreiro Gomes and Campos Rebelo 2011 81 Figura 6 2 Medi o de Danos Estruturais em JD em Diferentes Datas Guerreiro Gomes and Campos Rebelo 2011 rrenan 83 Figura 6 3 Resultados Finais da An lise a 84 XV xvi ndice de Tabelas Tabela 2 1 Caracter sticas Estruturais da PVG Lusoponte 1998 5 Tabela 2 2 N veis de Referencia Sonoros a ereeeeeerareraa 20 Tabela 3 1 Exemplo de Camadas de uma RN areas 31 Tabela 4 1 Especifica es do Microfone C1000 S da AKG AKG 2009 45 Tabela 4 2 Quantidades de Amostras do Conjunto de Treino 59 xvii xviii AA AD AG CD FCT UNL FFT JD MEMS MHz Pa PE PR PVG RN Simbologia e Nota es Aprendizagem autom tica rvores de decis o Algoritmos Gen ticos Conjuntos Difusos Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa Fas
4. o Som Inspec o Danos Estruturais Busca de Padr o vii vili Abstract This dissertation consists mainly in the study and implementation of a prototype for monitoring of ole type expansion joints at Vasco da Gama Bridge by other words in the development of a software application to monitor in real time on which state of degradation the expansion joint is Currently a technical team implements an in situ monitoring of the joints not using any specific equipment but relying only on the expertise of the technicians who based on the sound produced by the passage of vehicles on the board conclude on the degradation status of the joint It is critical to increase the frequency with which these surveys take place because if the diagnosis is delayed or wrongly performed jeopardizes the integrity of the joint This will lead to increased maintenance costs and bridge damage as at the end is inevitable the conditioning of traffic on the bridge The goal of prototype under study is to be the replacement of the technical team responsible to monitor the joints permanently continuously and in real time Through the analysis of the sound produced by the passage of vehicles on expansion joint it will be concluded if there is a need of the technical team for maintenance and inspection of the same expansion joint In the analysis and study of sounds acquired in situ it was used Matlab7 and SoundForge8 Matlab was used to perform c
5. o de Somador i activa o YE p v olu b Pesos sin pticos Figura 3 3 Modelo N o Linear de Neur nio Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 No seu modelo mais elementar uma RN constitu da por tr s tipos de camadas de neur nios Tabela 3 1 pelo que todas as camadas influenciam o resultado obtido Para redes neuronais mais simples poss vel suprimir a camada interm dia Camada de Camada Camada de Entrada Interm dia Saida Produ o de Resultados Introdu o de Processamento Dados na Rede Tabela 3 1 Exemplo de Camadas de uma RN 31 Capitulo 3 Classificadores Simplificando a representa o de um neur nio e ao analisar uma RN torna se mais f cil a distin o entre as diferentes camadas que a constituem como poss vel verificar na Figura 3 4 Camada de Camada Camada de Entrada Interm dia Sa da Figura 3 4 Exemplo de Pequena RN Fonseca Indu o de rvores de Decis o 1996 Tal como era de prever n o existe apenas um tipo de configura o de RN a configura o correcta dever ser dimensionada para que se obtenha uma aprendizagem mais eficaz 3 2 2 2 Estrutura de uma Rede Neuronal Na construgao de uma estrutura de uma RN existem requisitos minimos a considerar no numero de camadas que permite Tal como na vida real existem limita es entre c rebros como por exemplo o chimpanz que in
6. Esq Conjunto de Amostras m s Dta Com a aplica o do algoritmo de busca de padr o resultam os gr ficos das transformadas de Fourier na Figura 5 13 representando grandezas de tempo pot ncia espectral e frequ ncias Comparando visualmente ambos os gr ficos denota se uma pot ncia espectral maior e bandas de frequ ncias com picos de pot ncia para casos de amostras discriminativas de JD defeituosas gr fico direita 75 Capitulo 5 Implementa o PB 30 Amostras Boas 40 Amostras Mas 0 5 1 15 Figura 5 14 Comparativo de Padr es Comparando os padr es para as FFTs aplicadas totalidade da janela de an lise Figura 5 14 poss vel verificar o mesmo que havia sido conclu do pela Figura 5 13 sendo agora pratic vel delinear o m todo de classifica o de JD sendo mais f cil percepcionar as dissemelhan as entre os dois padr es encontrados atrav s da representa o gr fica do m dulo da diferen a Figura 5 15 P dB 25 T T 20 q o o wo im N 25 x 10 F Hz Figura 5 15 Diferen a entre Padr es 76 Capitulo 5 Implementa o Apesar do objectivo principal deste algoritmo focar a busca de caracter sticas pass veis de determinar o estado estrutural de uma JD na sua expans o as JD restantes poder ser relevante a sua aplicabilidade como calibra o da aplica o final ao ambiente e JD a inspeccio
7. No caso particular desta disserta o torna se relevante a utiliza o de microfones pela extraordin ria din mica e capacidade de captarem uma grande gama de frequ ncias Contudo visto que esta disserta o apenas aborda uma fase de prot tipo num produto final seria relevante a utiliza o de aceler metros isto por representarem um custo reduzido e uma solu o mais robusta e com maior durabilidade At porque as reas onde se ir o situar os microfones ou aceler metros apresentam grandes varia es t rmicas vento chuva e at de salinidade 25 Capitulo 2 Contextualiza o 26 Capitulo 3 Classificadores Capitulo 3 Classificadores 3 Introdu o Neste cap tulo ira ser focada a import ncia da implementa o de classificadores bem como as suas vantagens e desvantagens Por muita informa o que se obtenha sobre determinado problema tornou se desde h muito uma ci ncia construir sistemas inteligentes e capazes de determinar padr es e anomalias para que automaticamente se tome uma conclus o ou ac o Desta necessidade nasceram termos como aprendizagem autom tica e intelig ncia artificial IA representando tanto a origem como a vanguarda de classificadores Posto isto ir o ser alvo de estudo os algoritmos tanto de aprendizagem como de classifica o analisando a sua aplicabilidade a esta disserta o 3 1 Aprendizagem Autom tica A rea de aprendizagem autom tica AA
8. mundialmente conhecida por Machine Learning representa a constru o de programas que automaticamente melhorem o seu desempenho com a experiencia Pass vel de ser aplicada em v rios ramos tais como em engenharia estat stica intelig ncia artificial filosofia biologia entre muitos outros Sendo a aprendizagem composta por muitas fases e processos torna dif cil a sua defini o podendo ser delimitada pelo ganho de conhecimento atrav s de estudo ensino ou experiencia Pode se ent o afirmar que uma m quina aprende alterando a sua estrutura programa ou dados quando a sua futura performance aperfei oada A AA frequentemente referida por modifica es em sistemas que empregam e melhoram tarefas associadas a IA tais como reconhecimento diagnostico planeamento controlo predi o entre outras Na Figura 3 1 encontra se representado um exemplo de uma arquitectura t pica de um agente de IA Este agente capaz de percepcionar e modelar vari veis de ambiente e calcular as ac es apropriadas antecipando os seus efeitos De notar que cada um destes componentes pass vel de se 27 Capitulo 3 Classificadores aperfei oar sendo poss vel que cada um represente um subsistema e um mecanismo diferente de aprendizagem que ir ser evidenciado mais frente Vari veis Objectivos Planeamento e Racioc nio C lculo de Ac o Ac o Figura 3 1 Exemplo de Arquitectura de IA Mitchel
9. 3500 3500 3500 E E Via Esquerda o C Via Central Q D Via Direita Figura 5 8 Classifica o de Via de Rodagem e Pontos de Transi o l Dist ncia Vertial Dy 0 6m Dist ncia Horzontal Dx 3 5m Come ando por identificar as situa es limite interpretadas por um ponto de impacto situado exactamente acima do microfone pontos EC e CD na Figura 5 8 que caracterizam o limite de via atrav s do c lculo da diferen a de tempo que o som leva a atingir os dois microfones determina se o m ximo tempo poss vel classifica o de via central Aplicando se ent o o teorema de Pit goras Figura 5 8 obt m se o seguinte esquema M1 Microfone Esquerdo M2 Microfone Direito Figura 5 9 Esquematiza o de Dist ncias 69 Capitulo 5 Implementa o Na Figura 5 9 consiste na esquematiza o das dist ncias que o som do impacto percorre para um caso limite de classifica o de via central pelo que H ir representar a distancia do ponto de impacto ao microfone direito e Dy a dist ncia conhecida ao microfone esquerdo Ou seja H D D Hy Dy Dy 0 6m D 3 5m Pela equa o de movimentos de F sica elementar e considerando que a velocidade do som constante ao longo do espa o percorrido por se operar em dist ncias relativamente curtas sabido f x Vol Vo Vsom E 340 29ms Aplicando s equa es das dist ncias percorridas pelo som acima Co
10. o na pesquisa e classifica o de novas amostras Como forma de contornar este problema s o pass veis de serem guardados grupos de exemplos padr o que representem a classe desejada apesar de se limitar a facilidade de integra o de novo conhecimento Actualmente j se encontram dispon veis diversos estudos que abrangem e amenizam este inconveniente atrav s da an lise de quando dever o ser alterados o grupo de exemplos padr o onde se ir basear a classifica o posterior 29 Capitulo 3 Classificadores 3 2 1 2 Medi o de Semelhan a Atrav s da medida de semelhan a entre vectores heterodimensionais e misturando tanto propriedades cont nuas como discretas s o levantados diversos inconvenientes Com a inser o de conhecimento irrelevante incorre se no risco de desenvolver ambiguidades pass veis de originarem desinforma o conduzindo a falsas classifica es 3 2 1 3 Compara o de Amostras As amostras recolhidas ser o comparadas e classificadas de acordo com a classe que possuir maior semelhan a e ou com a classe mais reiterada de um conjunto de exemplos padr o 3 2 2 Classificadores Baseados em Redes Neuronais As redes neuronais RN apesar de surgirem com grande nfase nos anos 60 ca ram no esquecimento nos 20 anos que se seguiram devido s limita es que possu am na sua aprendizagem S com o aparecimento do m todo de aprendizagem intitulado de back propagation nos a
11. s faixas de rodagem foi aplicado o mesmo princ pio ao seccionamento de zonas em que apurado o estado da JD sendo optado pela seguinte disposi o de microfones 53 Capitulo 4 Inspec es 600 Figura 4 11 Configura o dos Dois Microfones em Aquisi o em mm Foi ent o escolhida a configura o de microfones da Figura 4 11 tendo em conta a sua cobertura face rea da JD a analisar e consequentemente para que resultasse na maior quantidade de informa o a obter nos sinais de ambos os canais facilitando assim a tarefa de descrimina o da proveni ncia do som e do estado da faixa de rodagem em que originado durante a passagem de ve culos Figura 4 12 Microfones in situ Para que melhor se compreenda como os microfones representados na Figura 4 12 foram ligados pela Figura 4 13 poss vel verificar que nesta an lise optou se pelas liga es balanceadas do tipo XLR permitindo usufruir da pr amplifica o dispon vel nos microfones phantom contribuindo para uma amplifica o de sinal e diminui o de ru do 54 Capitulo 4 Inspec es Figura 4 13 Esquema de Liga es Utilizado 4 2 2 2 Conhecimentos Adquiridos Ap s an lise laboratorial das novas amostras de som adquiridas in situ j foi poss vel extrapolar informa o relevante para a implementa o do algoritmo que ir integrar o prot tipo Cobrindo an lises de padr es na determin
12. saturados e Transi es m ltiplas pela interfer ncia entre duas ou mais transi es e pela incoer ncia resultante da localiza o dos impactos Sendo estabelecido que durante os mesmos 0 5 segundos de captura e an lise de um impacto n o poder ocorrer outro sob o risco de rejei o de amostra 5 2 An lises em Frequ ncia As an lises em frequ ncia partiram da impossibilidade da determina o do estado estrutural das JD por meios de an lises temporais sendo neste ponto descrito os algoritmos respons veis pela an lise de padr es e classifica o do estado estrutural das JD Iniciando se sempre pela determina o de par metros que descriminem entre os sons pertencentes a JD em bom estado e sons de impactos em JD em mau estado analisando se as transformadas de Fourier e sua evolu o no tempo Figura 5 12 Exemplos de Transformadas de Fourier Amostra de JD em Boas Condi es Esq Amostra de JD em M s Condi es Dta Os casos da Figura 5 12 representam situa es distintas em que sem grande dificuldade poss vel distinguir qual das JD se encontra em boas 73 Capitulo 5 Implementa o condi es Contudo nem sempre assim uma vez que na mesma JD poss vel obtermos sons caracter sticos de uma JD em boas condi es e em m s condi es estruturais Apesar disto serve para concluir de que forma se aborda a an lise em frequ ncia destas amostras no espectrograma da direit
13. 0003797 DT3797 pdf Shure Microphone Techniques Live Sound Reinforcement 2007 http www shure com idc groups public documents webcontent us_pro_mi cs_for_music_sound_ea pdf Terano Toshiro Kiyoji Asai and Michio Sugeno Fuzzy Systems Theory and Its Applications London Academic Press Limited 0 12 685245 6 1991 Timothy J Ross Fuzzy Logic With Engineering Applications USA McGraw Hill 0 07 113637 1 1995 Wikipedia Microphone http en wikipedia org wiki Microphone accessed 2009 88
14. 12 345 m Comprimento do acesso at Sacav m 945m Comprimento do Viaduto Norte 488m 11 vaos Comprimento do Viaduto da Expo 672m 12 vaos Comprimento da Ponte Principal 826 m Comprimento do vao principal 420 m Altura dos pilares do v o principal 148m Altura livre para a navega o 47m Comprimento do Viaduto Central 6 531m 80 vaos Comprimento do Viaduto Sul 3 825m 84 vaos Comprimento do acesso at ao Montijo 3 895 m Numero de caixot6es 81 Volume total de betao 730 000 m3 Peso do ago em armaduras 100 000 toneladas Total de vigas tabuleiro pr fabricadas 150 Volume total de movimenta o de terras 1 400 000 m3 Area total de tapete betuminoso 400 000 m2 Numero maximo de trabalhadores 3 300 Prazo da constru o Fevereiro de 1995 a Mar o de 1998 Tabela 2 1 Caracter sticas Estruturais da PVG Lusoponte 1998 Capitulo 2 Contextualiza o Tratando se de um empreendimento de grandes dimens es origina que qualquer investimento tome grandes propor es Uma vez que j tem mais de 11 anos de exist ncia torna se cr tica a necessidade de monitoriza o constante para que se possa traduzir numa redu o de custos em manuten o tendo em conta que os gastos resultantes da manuten o ir o aumentar tendencialmente com o passar do tempo a menos que se adoptem t cnicas inovadoras de monitoriza o estrutural 2 2 A Junta de Dilata o As juntas de dilata o t m como princ pio de funcionamento a ab
15. A escolha do microfone correcto das mais importantes decis es a tomar neste tipo de aplica o sendo crucial que seja adquirida o m ximo de informa o relevante para que mais rapidamente se atinjam conclus es precisas Na selec o de um microfone necess rio respeitar certos par metros tais como o campo de aplica o resposta din mica e resposta na frequ ncia que definiram qual o tipo de microfone a optar Como tal ir o ser focados apenas os seguintes tr s par metros 2 6 3 1 Campo de Aplica o Determinando o objectivo tipo de som e ambiente em que o microfone vai operar distinguem se em tr s reas de aplica o Figura 2 11 Microfone em Campo Aberto PCB PIEZOTRONICS 2007 e Campo Aberto trata se do tipo de aplica o mais utilizada descrevendo quando se pretende que o microfone seja preciso na medi o de sons com uma nica origem e direc o quando o ngulo de incid ncia do som no microfone de 0 tal como indica a Figura 2 11 apontando o microfone directamente para a origem do som atenuando sons resultantes de ecos e reflex es Neste tipo de aplica es s o amplamente utilizados microfones capacitivos pela sua precis o 18 Capitulo 2 Contextualiza o gt gt gt im Figura 2 12 Microfone em Campo de Press o PCB PIEZOTRONICS 2007 e Campo de Press o quando se pretende um microfone capaz de medir sons caracterizados por terem a mesma amp
16. Br el amp Kj r considerada a frequ ncia de refer ncia de 250Hz tal como se pode verificar na Figura 2 14 2 6 3 4 Caracter sticas Resultantes A resultante das caracter sticas trata se do culminar e cruzamento dos tr s pontos anteriores nas restri es escolha do microfone ideal solu o pretendida Tanto a reac o s direc es do som como a resposta din mica e respostas em frequ ncia podem ser representadas por meio de diagramas polares Seguidamente est o representados diagramas ideais de tr s tipos distintos de microfones e Microfones Omnidireccionais Figura 2 15 apresentam sensibilidade igual em qualquer direc o cobrindo uma rea de 360 s o ideais para a capta o de som ambiente sendo aplic veis em campos difusos A sua abrang ncia um ponto forte em certas aplica es mas uma desvantagem noutras pois vai ser muito suscept vel a sons indesejados Figura 2 15 Diagrama Polar de Microfone Omnidireccional Shure 2007 22 Capitulo 2 Contextualiza o e Microfones Unidireccionais est o concebidos para captar uma gama de sons provenientes de uma direc o exacta e atenuando outros de Figura 2 16 Diagrama Polar de Microfone Shoigun Wikipedia n d outras direc es Sendo eficazes num ngulo m ximo de 130 traduzindo se em cerca de 65 na frente do microfone fazendo com que captem apenas 1 3 do som ambiente captado por um microfone om
17. Microfone Unidireccional Shure 2007 23 Figura 2 18 Diagrama Polar de Microfone Bidireccional Shure 2007 24 Figura 2 19 Exemplo da Varia o da Resposta de um Microfone Normalizado a 0 de Incid ncia Br el amp Kj r 1906 aiiucepa pass dndaigesiadtae evn sees dpi dutas ape da gas d ad died idea 24 Figura 3 1 Exemplo de Arquitectura de IA Mitchell 1997 28 Figura 3 2 Exemplo de Classifica o por Proximidade Fonseca Indu o de rvores de Decis o 1996 ccccccscssesesssesesesesesesesescecscscscscscevssesstesatasetscaceceteceeeteees 29 Figura 3 3 Modelo N o Linear de Neur nio Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 eneee eenen eenen nennen nennen nenen 31 Figura 3 4 Exemplo de Pequena RN Fonseca Indu o de rvores de Decis o Figura 3 5 Limita es de Estruturas de RN s Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 a 33 Figura 3 6 Opela es de AQ sas seisadas cosdndulios dada ieeted Uv ee dad iaa AUS india nad ALU e pru 34 Figura 3 7 Exemplo de Arvore de Decis o Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 e eenen 36 Figura 3 8 Exemplo de Conjunto R gido Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 eneee ennenen 40 Figur
18. Ruido de uma Loja 94 dB 1 Pa gt gt Cami o Pesado 100 dB 2 Pa gt gt Martelo Hidraulico 120 dB 20 Pa gt gt Descolar de Avi o 140 dB 200 Pa gt gt Limite da Dor Tabela 2 2 N veis de Referencia Sonoros Apesar de se representar unidades de press o em Pascal Pa mais comum trabalhar se em decib is escala logar tmica de modo a facilitar c lculos e por melhor se relacionar ao ouvido humano Na escolha de um microfone torna se importante garantir que consiga captar a amplitude m xima do som pretendido evitando se a satura o sem que para isto se perca sensibilidade nos n veis de press o sonora a registar ao se menosprezar estas condicionantes incorre se no risco de perda de informa o sonora crucial extrac o de conclus es necess rio optar se por um equil brio um microfone que suporte elevada pot ncia sonora raramente vai saturar mas tamb m vai ter uma fraca sensibilidade O inverso tamb m se aplica com uma sensibilidade elevada vai se correr o risco de satura o do microfone aumentando tamb m a permeabilidade ao ru do de baixa frequ ncia 20 Capitulo 2 Contextualiza o 2 6 3 3 Resposta na Frequ ncia A resposta na frequ ncia representa a gama de frequ ncias que o dispositivo consegue captar bem como a sua sensibilidade Como n o existe o microfone perfeito existe apenas o mais adequado solu o pretendida estes dispositivos s o dimensiona
19. a um vasto espectro de reas desde casos de diagn stico cl nico at avalia o de risco de concess o de empr stimos Mitchell 1997 Generalizando uma AD baseia se na sucessiva divis o do problema a classificar em v rios subproblemas de dimens o menor at que uma solu o para cada um dos problemas mais simples seja encontrada Tendo em conta este princ pio os classificadores baseados em AD procuram formas de dividir o universo em v rios subconjuntos at que cada um deles represente apenas uma classe ou demonstre uma not ria maioria sem que sejam justificadas as divis es posteriores Fonseca Indu o de rvores de Decis o 1996 35 Capitulo 3 Classificadores 3 2 4 1 Princ pio de Funcionamento As AD atingem uma classifica o de uma inst ncia recorrendo a m ltiplos atributos n s ordenando os ao longo da rvore desde a raiz at ltima folha que determinar o resultado da classifica o CSal rio lt 1000 gt 5000 gt 1000 e lt 5000 Anos de Trabalho 1 gt 1e lt 5 gt Usa Cartao De Cr dito Registo Criminal Sim Nao Rao m Aceit lt Aceite sbovessecessensboseebaeedaiccuias gt Va ri vel testada 5 N o Sim gt Teste Efectuado E E Classes Atribu das Folha Figura 3 7 Exemplo de Arvore de Decis o Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 Na Figura 3 7 est re
20. bem como as conclus es a extrair das mesmas referindo se tamb m de que modo as inspec es laboratoriais foram implementadas e levadas a cabo 4 1 An lise Objectiva A an lise objectiva do problema proposto come a por reunir o m ximo de informa o poss vel determinando par metros piloto para um estudo e concep o bem sucedido Junto da equipa da concess o Lusoponte respons vel pela detec o e repara o de juntas de dilata o JD defeituosas na PVG foi importante aferir que o estado de conserva o das JD actualmente determinado por meio de e Inspec o Visual dependendo da falha ou inexist ncia de parafusos de fixa o condi o dos componentes e piso e Inspec o Auditiva sendo bastante percept vel o tipo de som de uma junta de dilata o defeituosa quando um veiculo a atravessa sendo este som dotado de caracter sticas met licas e de alta frequ ncia Na concep o de um sistema automatizado de monitoriza o compreende se a aproxima o ao tipo de an lise humana empregada contudo uma inspec o visual automatizada estar condenada por ser impratic vel detectar a exist ncia de parafusos partidos entre outras anomalias Assumindo se ent o a implementa o de um sistema automatizado de an lise sonora ou vibra o detectando par metros id nticos ou similares aos que a equipa t cnica aplica 43 Capitulo 4 Inspec es Tomando como exemplo o trabalho levado a cab
21. do atraso entre a detec o e o inicio de captura de amostra Analisys vs Recording Delay 62 Capitulo 5 Implementa o 5 1 2 Janela de Captura O conceito de janela de aquisi o surge do princ pio de que n o ser vi vel a captura infinita de som ap s a detec o de impacto isto acontece por n o existirem capacidades infinitas de armazenamento e velocidades ilimitadas de processamento reduzindo se o tamanho da amostra ao estritamente necess rio e relevante como um meio de se atingir um melhor desempenho Ap s estudo do m ximo n mero de impactos validos para an lise aplicando os mesmos princ pios e conceitos que a equipa t cnica de inspec o e manuten o das JD utiliza para valida o verificou se que o som provocado pelo impacto leg timo de um ve culo n o demoraria mais do que 0 5 segundos para que se desvane am todas as caracter sticas pass veis de utiliza o para analise 1 T T T T T T T T T Sinal E Trigger 0 6 Figura 5 2 Gr fico Temporal de Detec o de Trigger Na Figura 5 2 est representada a detec o de trigger assinalada a verde tratando se de uma amostra recolhida mediante a detec o da mesma poss vel visualizar o atraso entre a grava o e a detec o de trigger permitindo a captura da amostra desde o seu in cio e n o apenas
22. em que n o existam quaisquer tipos de ocorr ncias Neste caso de estudo aconselh vel a aplica o de um n vel configur vel devido grande variedade de JD a analisar variando os n veis de ru do e impactos consoante o seu tamanho e configura o A detec o de impacto ajust vel tem ainda como objectivo o desprezo de ru dos indesejados tais como impactos que ocorram em JD pr ximas de an lise e ve culos de baixo porte pouco relevantes monitoriza o pretendida traduzindo se num ajuste de sensibilidade de detec o de amostra este dever ser feito durante a instala o do prot tipo Uma vez detectado um impacto despoletado um evento trigger dando inicio captura e an lises posteriores do som adquirido apesar de ainda n o se encontrar validada para an lise final Main Configurations 15 47 Analisys vs Recording Delay Threshould Trigger J 6 0 5 fois 5 Dos SESS 1 1 0 001 002 Options 006 007 008 009 01 RECORDING a a ta Using File 0 2 IE 4 C Users Hugo Desktop Testes Test_20100916_212413 wav I 1 1 1 1 0 05 Time 1 1 0 03 0 04 Figura 5 1 Interface de Trigger e Aquisi o Na Figura 5 1 facilmente se verifica o ajuste do trigger Threshould Trigger e a sua representa o gr fica feita por duas linhas verde e azul sobre o gr fico temporal do sinal revelando se tamb m necess rio a atenua o ajust vel
23. melhor gest o de recursos redu o de custos de manuten o aumento de seguran a e n vel de qualidade disponibilizada aos utentes Uma vez que as juntas de dilata o s o dos componentes constituintes de uma ponte que requerem mais manuten o as juntas da Ponte Vasco da Gama PVG tipo EOLE n o s o excep o Como o n vel de qualidade das pontes em Portugal medido tomando como referencia o congestionamento com uma pr via detec o de defeitos nas juntas evita se o corte das vias e consequente condicionamento de tr fego na ponte No desenvolvimento deste trabalho v o ser consideradas tr s fases distintas a aquisi o de sons an lise de sons adquiridos e desenvolvimento de prot tipo para classifica o do estado das juntas A primeira fase vai consistir na aquisi o de sons para isto v o ser necess rios dispositivos de aquisi o e digitaliza o de som bem como o pr vio dimensionamento das suas caracter sticas A instala o na PVG ser realizada numa posi o inferior junta de dilata o em an lise exactamente por baixo do Capitulo 1 Introdu o pavimento e no interior do pavimento da ponte tal como poss vel ver na Figura 1 1 Na segunda fase temos a analise dos sons adquiridos que vai incluir o tratamento de dados neste caso som previamente adquiridos e calculos associados tais como a sua caracteriza o espectral como forma de detectar quais os elementos nas amostras d
24. pelo que s o amplamente utilizadas para uma melhor compreens o sobre o conjunto de treino a classificar 3 2 5 Classificadores Baseados em Conjuntos Difusos Os classificadores baseados em Conjuntos Difusos CD nascem de um conceito matem tico introduzido em 1965 pelo professor L A Zadeh com o motivo de melhorar as analogias entre a humanidade e a m quina nas formas de pensar intuir e relacionar as emo es das pessoas Terano Asai and Sugeno 1991 Os algoritmos baseados em CD Fuzzy Sets t m como prop sito estender a l gica computacional a conceitos subjectivos do tipo muito quente alto ou baixo At porque o universo pode n o se limitar a ser visto preto ou branco mas sim em tons de cinzento Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 Uma vez que a mais not vel caracter stica dos CD a capacidade de determinarem a quantidade de ambiguidade no pensamento humano ou seja a habilidade de calcularem o grau de incerteza nas classifica es desejadas 38 Capitulo 3 Classificadores Todas estas caracter sticas fazem dos CD ideais na monitoriza o e detec o de falhas na defini o de par metros de problemas pelo que em modelos constitu dos por par metros intrinsecamente imprecisos adequada a utiliza o de classificadores baseados em CD Ribeiro 2006 3 2 5 1 Princ pio de Funcionamento Ao passo que muitos outro
25. utilizados em testes de colis o autom vel Possuindo uma grande largura de banda at 130KHz e capazes de adquirirem sinais com acelera es muito baixas tornam se ideais para medi es em condi es de varia es lentas Capacitivo possuindo uma largura de banda relativamente estreita de 15Hz a 3KHz confere lhe uma enorme sensibilidade sendo usados na medi o de vibra es de baixa frequ ncia bem como movimentos trabalhando nas mais adversas condi es Microaceler metros trata se de uma tecnologia recente e com grande expans o Referidos como MEMS Micro Electrical Mechanical Systems j s o amplamente utilizados permitindo simultaneamente medi es de movimentos e vibra es em m ltiplos eixos Est o dispon veis num variado leque de escolhas pois o fabricante s tem que tra ar um compromisso entre a sensibilidade e 15 Capitulo 2 Contextualiza o acelera o m ximas pretendidas As suas aplica es mais recentes s o na rob tica biom dica e multim dia o caso dos telem veis dada a sua compacta dimens o 2 6 2 Microfones Os microfones t m como objectivo a medi o de varia es de press o no ar gua ou outro meio semelhantes s vibra es que o ouvido humano consegue detectar Geralmente um ouvido humano saud vel capaz de detectar uma gama de frequ ncias compreendidas entre os 20Hz e os 20KHz Contudo poder ser de fulcral import ncia em engenharia que
26. ve culos e respectivas velocidades pesos n mero de eixos e dist ncias entre os mesmos Com esta parametriza o restringe se a an lise de cada amostra melhorando a sua efic cia sendo aplicada onde disp e de mais informa o e menos ru do desprezando assim todas e quaisquer vari veis pass veis de a afectar negativamente e consequentemente acelerando a an lise por estudar uma menor quantidade de informa o Pelos par metros de inspec o auditiva que actualmente se aplicam s JD da PVG para determina o do seu estado estrutural procurado um tipo de som met lico seguido de uma vibra o ap s o ltimo impacto gerado pelo ve culo Por esta e pelas raz es apresentadas ainda neste par grafo chegou se 66 Capitulo 5 Implementa o a conclus o que a janela de an lise seria pass vel de ser aplicada nos instantes a seguir ao ltimo impacto do ve culo Posto isto foi aplicado o mesmo condicionamento da Figura 5 4 para uma parametriza o id ntica dos sinais com o objectivo de determinar o instante em que ocorre o impacto do ltimo eixo do ve culo representando o in cio da janela de an lise O algoritmo resultante ir utilizar as ferramentas desenvolvidas para detec o de trigger no in cio da amostra bem como a detec o de final de amostra pela determina o do ltimo instante em que o sinal se atenua para um n vel abaixo do no n vel de trigger pr estabelecido Sinal fik
27. ximo aud vel pelo ouvido humano 140dB Outras caracter sticas tais como o baixo ru do elevado r cio do sinal versus ru do possibilidade de alimenta o externa phantom power para amplifica o e liga es 3 vias para atenua o de ru do vir o a ser todas uma mais valia 46 Capitulo 4 Inspec es Ap s analisadas as especifica es do microfone e respectivos diagramas polares Figura 4 3 determina se que o microfone C1000 S da AKG se adequa perfeitamente aos objectivos propostos 30 f 2000 Hz 40Hz 8000 Hz 16000 Hz 125 Hz f 2000 Hz ME soe 10008 pt 1000H2 J 6w hypercardioid cardioid 000H Figura 4 3 Diagrama Polar Hipercardi ide esquerda Diagrama Polar Cardi ide direita AKG 2009 4 2 Inspec es no Local As an lises in situ s o o que mais contribuem para a recolha das informa es mais relevantes a qualquer estudo deste g nero quer sejam compostas por reuni es entrevistas ou recolha de dados Foi com este princ pio que foram conduzidas uma s rie de tr s visitas ao local de estudo fazendo se acompanhar por uma equipa t cnica da Lusoponte testemunhando se em primeira m o os objectivos pretendidos 4 2 1 Primeira Inspec o A primeira visita ao local foi executada com o intuito de recolha de am
28. 2 Figura 2 1 Junta de Dilata o Analisada rea 6 Figura 2 2 Imagem Inferior da Junta de Dilata o esquerda Corte Transversal Direita SE TRAD seriais aa a Aa EA EEE 7 Figura 2 3 Painel SETRA 2005 cee detuieued dase dee cea dhoiitad Miieteneuetlta cds di cten dulondidde 7 Figura 2 5 Evolu o de Deteriora o das Juntas de Dilata o 8 Figura 2 4 Suportes Met licos SETRA 2005 8 Figura 2 6 Exemplo de Perda de Parafusos 9 Figura 2 7 Exemplo de Ruptura de Painel a 9 Figura 2 8 Vista Inferior de Painel e Suportes Met licos ll 10 Figura 2 9 Equipamento de an lise de n vel sonoro Lima e Brito 2007 12 Figura 2 10 Constitui o de Microfone PCB PIEZOTRONICS 2007 16 Figura 2 11 Microfone em Campo Aberto PCB PIEZOTRONICS 2007 18 Figura 2 12 Microfone em Campo de Press o PCB PIEZOTRONICS 2007 19 Figura 2 13 Microfone em Campo Difuso PCB PIEZOTRONICS 2007 19 Figura 2 14 Curva de Resposta na Frequ ncia Br el amp Kj r 1996 21 Figura 2 15 Diagrama Polar de Microfone Omnidireccional Shure 2007 22 Figura 2 16 Diagrama Polar de Microfone Shotgun Wikipedia n d 23 Figura 2 17 Diagrama Polar de
29. Figura 6 2 apresentam os resultados da an lise em amostras recolhidas passados cerca de tr s meses sem qualquer tipo de manuten o e na mesma JD dos gr ficos A 83 Capitulo 6 Resultados e Conclus es ESQUERDA CENTRAL DIREITA 13 44 14 59 32 21 14 71 51 29 Figura 6 3 Resultados Finais da An lise Ao se examinar os resultados da an lise s amostras recolhidas da JD com poucos dias desde ltima manuten o A na Figura 6 3 poss vel deduzir pela tabela que a JD apresentava um dano estrutural de 13 44 na faixa esquerda 14 59 na faixa central e 32 21 na faixa direita Passados cerca de tr s meses desde a ltima manuten o na mesma JD obteve se um dano estrutural de 14 71 na faixa esquerda 40 50 na faixa central e 51 29 na faixa direita Os valores obtidos concluem se validos comparando os mesmos com a avalia o por parte da equipa de manuten o no momento da recolha de dados e com isto os algoritmos de an lise e classifica o tamb m se concluem v lidos A progress o de danos estruturais visualizada nos resultados obtidos uma causa directa das regras de tr nsito que estabelecem que os ve culos dever o sempre que poss vel circular nas faixas direita e uma maior intensidade de tr fego de ve culos pesados nas mesmas faixas resultando num ritmo de deteriora o superior nas faixas de rodagem a direita 6 3 Conclus es Zz Esta disserta o mostra qu
30. Hugo Andr Sousa Guerreiro Licenciado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores S p gt Sbdivisa non S Monitoriza o de Juntas de Dilata o na Ponte Vasco da Gama Disserta o para obten o do grau de Mestre em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Orientador Professor Doutor Luis Gomes Co Orientador Professor Doutor Manuel Barata J ri Presidente Professor Doutor Fernando Coito Arguente Professor Doutor Luis Palma Vogal Professor Doutor Luis Gomes Vogal Professor Doutor Manuel Barata FACULDADE DE CIENCIAS E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Junho de 2012 Monitoriza o de Juntas de Dilata o na Ponte Vasco da Gama O Hugo Andr Sousa Guerreiro FCT UNL UNL A Faculdade de Ci ncias e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa t m o direito perp tuo e sem limites geogr ficos de arquivar e publicar esta disserta o atrav s de exemplares impressos reproduzidos em papel ou de forma digital ou por qualquer outro meio conhecido ou que venha a ser inventado e de a divulgar atrav s de reposit rios cient ficos e de admitir a sua c pia e distribui o com objectivos educacionais ou de investiga o n o comerciais desde que seja dado cr dito ao autor e editor Agradecimentos Ao Professor Doutor Luis Gomes agrade o a oportunidade de escolha desta disserta o bem como toda a orienta o e rigor aplicados na sua execu o Agrade o ao Professor Doutor
31. Manuel Barata Professor no ISEL Instituto Superior de Engenharia de Lisboa co orientador deste trabalho por toda a colabora o prestada Ao meu colega Rog rio Campos Rebelo estou grato por toda a ajuda no aperfei oamento deste trabalho Agrade o empresa Gestiponte Opera o e Manuten o das Travessias do Tejo S A a disponibilidade de meios t cnicos e humanos indispens veis para a concretiza o desta disserta o E pessoalmente aos meus pais irm e restante fam lia os meus mais profundos agradecimentos pela ajuda por acreditarem e me tornarem uma pessoa melhor e capaz de concluir este objectivo de vida que a disserta o de mestrado Aproveito ainda para expressar a mais sincera gratid o aos amigos e colegas de trabalho pela orienta o apoio e aconselhamento transmitidos vi Resumo Esta disserta o consiste principalmente no estudo e implementa o de um prot tipo de monitoriza o das juntas de dilata o de tipo ole na ponte Vasco da Gama ou seja no desenvolvimento de um software de monitoriza o em tempo real que indique em que estado de degrada o se encontra a junta de dilata o Actualmente existe uma equipa t cnica a exercer a monitoriza o in situ das juntas que n o utiliza qualquer tipo de equipamento espec fico dependendo apenas da pr tica do t cnico que ao ouvir o som produzido pela passagem de viaturas na junta de dilata o conclui em que estado esta
32. Trigger 1 4 Anilise 22 Impacto Trigger 05 A tio Fim de Trigger 142 Impacto Figura 5 6 Gr fico de Amostra e Detec es Nesta fase se o tempo de in cio de janela de an lise superior a 0 25s do som adquirido num total de 0 5s de amostra ser desprezado por interpretar pelo menos uma das seguintes situa es an malas e Veiculo pesado e Dist ncia entre eixos elevada e Velocidade reduzida e Ou a passagem simult nea de m ltiplos ve culos A detec o do segundo trigger a amarelo na Figura 5 6 efectuada como forma de reduzir a busca de impactos determinado pelo m ximo valor do 67 Capitulo 5 Implementa o sinal na segunda metade entre os dois trigger s tamb m representados na Figura 5 6 5 1 4 Localiza o de Impacto Uma vez que as raz es da implementa o de uma forma de localiza o de impacto na JD j se encontrarem descritas no ponto 4 2 2 descreve se em seguida o algoritmo utilizado para o efeito Visto que as ac es de manuten o as JD se efectuarem por via por necessitarem de condicionamento de via optou se por determinar qual a via em que ocorre o impacto Ap s determinada a via em que o ve culo transitou e analisada e classificada a amostra resultante procede se atribui o desta classifica o via em quest o Em termos funcionais a localiza o de impacto ser utilizada ainda para seleccionar o canal
33. a o do estado estrutural das JD analisadas localiza o de impacto gerado pela transi o de ve culos bem como par metros de descrimina o de amostras v lidas Tal como poss vel visualizar na Figura 4 14 desta vez o som adquirido n o apresenta qualquer tipo de satura o e sendo dois canais est reo est o perfeitamente sincronizados V9U SN 21 01 200811 38 44 wav ESSES 8 AE 00 00 00 000 00 00 01 000 00 00 02 000 00 00 03 000 00 00 04 000 00 00 05 000 00 00 06 000 00 00 07 000 00 00 04 Es r Ba Inf e e elle 550 el K gt m gt Rate 0 00 lt 0 00 00 00 000 00 05 14 739 1 384 Figura 4 14 Exemplo de Amostra Adquirida 55 Capitulo 4 Inspec es No entanto na data em que foi levada a cabo esta inspec o a concession ria Lusoponte aguardava por diverso material para proceder a obras de recondicionamento e repara o nas JD analisadas Sendo assim com as amostras recolhidas torna se mais dif cil efectuar uma an lise de padr es por n o se possu rem amostras de uma JD em perfeitas condi es Posto isto tornou se indispens vel o agendamento de uma nova an lise in situ para que seja vi vel a recolha de som de uma JD em boas condi es de modo a que as amostras adquiridas constituam uma refer ncia de uma JD em boas condi es 4 2 3 Terceira Inspec o Esta inspec o consistiu num complemento da anterior at porque foram uti
34. a Figura 5 12 poss vel verificar o ressoar met lico em frequ ncias que rondam os 5000Hz podendo isto designar as bandas de frequ ncia chave em que se revelam as anomalias que se pretendem detectar No entanto ser necess ria cautela pois nem sempre ser a mesma JD a inspeccionar e nem sempre ser o mesmo componente da JD a ter defeito Querendo isto dizer que apesar da classifica o das JD pela an lise de bandas de frequ ncia chave ser muito discriminativa nem sempre poder o ser utilizadas para as diferentes JD as mesmas bandas de frequ ncias chave para o mesmo tipo de anomalia As outras poss veis causas das diferen as proeminentes entre os espectrogramas da Figura 5 12 ser o o peso e velocidade dos ve culos que apesar de se encontrar j minimamente parametrizado pela rejei o de algumas amostras poder o ocorrer situa es pass veis de induzir em erro Por estes motivos torna se imperativa a an lise de um leque mais alargado de amostras em JD com classifica es distintas para aquisi o de uma vis o mais abrangente e ao mesmo tempo mais concisa 5 2 1 Busca de Padr o Ap s an lise de diferentes amostras recolhidas tornou se cr tico o desenvolvimento de um algoritmo capaz de descobrir um padr o entre as mesmas com o objectivo de tra ar e agilizar a abordagem e estrat gia da inspec o de grandezas respons veis pela classifica o estrutural das JD Antes do estudo e aplica o deste algo
35. a 3 9 Exemplo de Conjunto Difuso Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 nenene ennenen nenene 40 Figura 3 10 Formatos T picos de Fun es de Perten a Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 eneee 41 Figura 4 1 AKG C1000 S AKG 2009 causaria iris erica qrenaniqns 45 Figura 4 2 Adaptador PPC1000 para campos difusos esquerda e PB1000 para tampo aberto AKG 2000 since fas soe tere Sik a arta ol bn T eae teats 46 Figura 4 3 Diagrama Polar Hipercardi ide esquerda Diagrama Polar Cardi ide direita AKG 2009 tetas ia o li a ii inc EN neaaeuancauennio 47 Figura 4 4 Interface de Aquisi o nesse 48 Figura 4 5 Exemplo de JD analisada eae 48 Figura 4 6 Ilustra o do Posicionamento do Microfone em Aquisi o em mm 49 Figura 4 7 Ilustra o de Configura o de Liga es 49 Figura 4 8 Exemplo de Amostra Adquirida nn 50 Figura 4 9 Placa de Captura de Som UA 25 Roland 2008 52 Figura 4 10 Interface de AQUISI O 22 24 23 izisasssisicidiaas sas sinal ia ias dada dd ias ida 53 Figura 4 11 Configura o dos Dois Microfones em Aquisi o em mm 54 Figura 4 12 Microton s IM SIU neiii aeia dana did cies iira aea iaaii 54 Figura 4 13 Esquema de Liga es Util
36. a regula o da sensibilidade dos microfones 50 Capitulo 4 Inspec es Apesar das amostras adquiridas se encontrarem comprometidas devido a satura o poss vel deduzir que durante a transi o de um ve culo ir o surgir o n mero de impactos correspondes ao n mero de eixos que o ve culo possui constituindo uma forma de diferenciar um ve culo pesado de um ligeiro 4 2 2 Segunda Inspec o Depois da visita anterior e an lise laboratorial mostrou se crucial levar a cabo uma segunda an lise in situ cobrindo todos os requisitos levantados na primeira visita Tal como se concluiu na primeira inspec o ao local mostrou se critica a utiliza o de uma placa dedicada aquisi o das amostras de som bem como a utiliza o de um conjunto de dois microfones Seguindo estes requisitos foi adquirido mais um microfone AKG C1000S e uma placa de aquisi o de som semi profissional da Edirol by Roland 4 2 2 1 Configura o para Aquisi o Tal como j foi referido no par grafo anterior a configura o para aquisi o de amostras de som nesta inspec o ir ser conseguida por meio de dois microfones ligados a uma placa de aquisi o de som que por sua vez ser ligada a um computador port til para armazenamento amostras recolhidas Na an lise ao local anterior determinou se que os 22050kHz de amostragem n o seriam suficientes para cobrir o espectro visto terem se verificado componentes de f
37. aa 56 xi 4 24 INSPECCAO SIMADA sa22225222202055202550550030006 a a a aa Raa 57 2 CONCILUS ES EE E EEE E E AE EET 58 CAPITULO 5 IMPLEMENTA O ccccccccesssssssssssssssesssessrseseesesesarseseraeseearens 61 5 1 AN LISES TEMPORAIS srotssnecinesanetincowaneannntanes miendeeumee Gud veunaee banshine oaewanednentaneuies 61 51 1 Detec o de AIMOGUG sarsa eae lst gas Seek quita o 62 Ob de VAN GLA De CADA im ecset neee Eea E Ee eE EEEE EEES 63 5 13 Janela de ANANSO itisiimertenireresn areare a Eterni aain 66 5 1 4 _ Localiza o de Impacto osnnnsnnnnnneeeeennnnnnnnnnneeennnnnnnnnneeeennnnnnnnnneeene 68 5 1 5 Amostras Rejeitadas SS SS a 72 5 2 AN LISES EM FREQUENCIA cccccccsseccceceesceceeceeceeeeceesceeeeeeeseececseeeeeeensaseeseeea 73 5 21 BUSCA OCT STO fo o naandaa auaka aa aaie 74 5 2 2 Classifica o de Estado Estrutural rsrsr 77 BO CONCLUS OES saat auserarshutesrainevtas ninth ny ketal vte tacks eas aaah takes eaten 80 CAPITULO 6 RESULTADOS E CONCLUS ES e 81 6 T IMPLEMENTA O se aa e a a OT oie at eae Aiea 82 6 2 MALIDA O s ini NE ni nin andyhincadol in ccd T oad EEA 82 BS SCONCE USO S aeia a hunts a oa a E 84 CAPITULO 7 BIBLIOGRAFIA cccccccccssessseeeeeeeeeeeccecessneeeeeeeeeeececeesseeeeenees 87 xii ndice de Figuras Figura 1 1 Passadi o de Acesso zona inferior da Junta de Dilata o
38. alculations and analysis on the training sets acquired allowing the applicability of this analysis for presentation of data in real time The SoundForge was used as a way to manipulate the acquired raw sounds eliminating unwanted sounds and isolating the most important to obtain reliable conclusions in the training samples group generation Finally the prototype was developed in LabView presenting a very noticeable user interface and benefiting from a facility in the acquisition of sounds and on Matlab algorithms integration Keywords Monitoring Classification Sound Inspection Structural Damage Pattern Search CAPITULO 1 INTRODU O cccccsssesssssssssssessscessesesaeseserseseraeseseeseseraeseeansesenas 1 lr MOTIVA O cais andas anda uid dn a e da 1 dia OBJECTIVOS ta stn sen eae ed 2 1 3 ESTRUTURA DA DISSERTA O assis DAL da 3 CAPITULO 2 CONTEXTUALIZAGAO cccccssessssssssssessssesseserseseserseseeaeseearseeeas 5 2 1 A PONTE VASCO DA CURIA wis 0b recs nda oes de recs ol O DD a ds ca ees 5 2 2 A JUNTA DE DILATA O sia as a a A A a id 6 2 3 DESCRI O DO PROBLEMAtce eh acetate tate airct alate atid hasta 8 2 4 MONITORIZA O EXISTENTE cccccsscccceceeseceecccesceceeceescceeeceeseeeeeseeeeseeseeseeeeees 11 2 4 1 Inspec es Peri dicas ii irrerraaraneaaaananaaanaraaaanana 11 2 4 2 Inspec es Automatizadas ii iiersreeaaaaaaaaariararaaaana 13 2 5
39. alternadamente chumbadas no bet o dos viadutos a unir de formar a permitir um deslizamento consoante a dilata o e refrac o dos viadutos adjacentes Na Figura 2 2 podemos ter uma melhor percep o da constitui o das juntas de dilata o analisadas pois vai ser crucial na compreens o do problema Figura 2 2 Imagem Inferior da Junta de Dilata o esquerda Corte Transversal Direita SETRA 2005 Apesar dos in meros elementos constituintes das Juntas de Dilata o apenas v o ser referenciados os que apresentam um desgaste mais significativo e detec o cr tica tais como Pain is em borracha que preenchem o pavimento entre os viadutos parafusos de fixa o dos pain is aos suportes met licos Figura 2 3 Painel SETRA 2005 Capitulo 2 Contextualiza o Suportes met licos deslizantes respons veis pela liga o dos pain is em borracha as vigas fixas em ambas as extremidades dos viadutos Faltam ainda referir os n o menos importantes Figura 2 4 Suportes parafusos que v o fixar os pain is aos suportes uma vez que Met licos SETRA 2005 cada junta comporta mais de 700 2 3 Descri o do Problema Como j foi referido anteriormente este projecto consiste em desenvolver um m todo de monitoriza o em tempo real das juntas de dilata o da PVG para melhor compreendermos a evolu o da deteriora o bem como as suas causas e efeitos observe se o f
40. ando o nome back propagation De seguida s o reajustados os valores dos pesos e dos patamares dos neur nios das diversas camadas visando a diminui o do erro obtido atrav s da utiliza o do m todo do gradiente Apesar do algoritmo de aprendizagem back propagation ser o mais conhecido existe uma grande variedade de outros algoritmos aplic veis 33 Capitulo 3 Classificadores consoante as suas vantagens desvantagens e objectivo Fonseca Indu o de rvores de Decis o 1996 3 2 3 Classificadores Baseados em Algoritmos Gen ticos O aparecimento dos Algoritmos Gen ticos AG baseou se na teoria de Darwin sobre a evolu o das esp cies em que as mais aptas sobrevivem e prosperam enquanto as esp cies menos aptas s o suprimidas de forma natural Constituindo uma aproxima o aos classificadores autom ticos o seu princ pio extremamente simples baseando se em tr s passos Reprodu o Cruzamento Muta o Figura 3 6 Opera es de AG e Reprodu o constitui o primeiro passo criando um conjunto de classificadores de forma completamente aleat ria e codificados na forma de genes considerando se um gene uma sequ ncia de bits que codifica um conjunto de valores Apesar de ser uma gera o aleat ria de genes poss vel impor crit rios para que se evite a cria o de genes deficientes com o objectivo de melhorar a sua performance Sendo assim cada gene escolhido ou descartad
41. capaz de fazer distin es e c lculos que s o triviais para o ser humano Numa RN artificial necess ria uma estrutura adequada caso contr rio poder ser imposs vel para a rede determinar um resultado v lido ou consumir muito tempo no seu treino Posto isto existem as seguintes limita es na estrutura de uma rede tal como o problema do ou exclusivo que necessita de uma rede constitu da no m nimo por duas camadas tal como poss vel verificar na tabela seguinte 32 Capitulo 3 Classificadores Classes com regi es entrecruzadas Tipo de regi es de Problema do decis o ou exclusivo Regi es mais Estrutura gerais Semi plano ONC O E Pro Duas i camadas Regi es convexas abertas ou fechadas Tr s camadas Qualquer tipo de regi es nde tad Figura 3 5 Limita es de Estruturas de RN s Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 3 2 2 3 M todos de Aprendizagem As RN s proporcionam um m todo pr tico de aprendizagem aplic vel a todo o tipo de dados quer estes sejam reais discretos ou vectoriais Com o algoritmo de aprendizagem back propagation atrav s de um conjunto de treino conjunto de amostras das quais se sabe a classe quando aplicado a uma RN calculada a diferen a entre a classe obtida e a desejada Esta diferen a representa o erro obtido sendo propagado da camada de sa da para a camada de entrada origin
42. cto produzidos pelos ve culos a transitar as JD n o s determinar o seu estado estrutural mas tamb m diferenciar qual a localiza o do dano estrutural atribu do as tr s faixas que comp em a JD Em suma este sistema de monitoriza o possibilita uma avalia o em tempo real de poss veis problemas em JD e qual a sua localiza o conduzindo n o s a uma redu o de custos de manuten o pelo atraso da progress o de danos com interven es antecipadas bem como uma melhoria de qualidade prestada ao utilizador pela redu o de tempos de bloqueio de faixas de rodagem para manuten es Apesar de j se encontrar referido no ponto 2 6 3 4 importante voltar a salientar a viabilidade de aplica o desta disserta o quando utilizados aceler metros como dispositivos de aquisi o sensorial Isto porque todos os algoritmos aplicados ao som ser o tamb m aplic veis na an lise de vibra es adquiridas por aceler metros possivelmente variando apenas as frequ ncias e intensidades adquiridas A utiliza o de microfones nesta disserta o prende se ao facto de se encontrar na fase de prot tipo a utiliza o de aceler metros seria vantajosa principalmente do ponto de vista dos custos implicados numa solu o final quando aplicada em todas as JD da PVG at porque os aceler metros ser o mais robustos a intemp ries 85 Capitulo 6 Resultados e Conclus es 86 Capitulo 7 Bibliografia Capitulo 7 Bib
43. damente e evitar a substitui o precoce dos pain is tratando se da pe a mais cara na constitui o global da junta de dilata o 14 Capitulo 2 Contextualiza o 2 6 Transdutores para Aquisi o de Sinal Tento em vista os objectivos desta disserta o ir o ser salientados os meios mais adequados de aquisi o e os seus par metros de escolha resumindo a dois tipos de sensores relevantes e os seus dispositivos de recolha e an lise de sinais resultantes 2 6 1 Aceler metros Actualmente no mercado o meio mais comum de aquisi o de vibra es com aceler metros embutidos nas estruturas a analisar Trata se de um transdutor que se destina transforma o da energia mec nica resultante das vibra es existentes em energia el ctrica Estes requerem um estudo aprofundado e minucioso para que as suas caracter sticas e posicionamentos sejam adequados para adquirir os sinais e frequ ncias relevantes Existem quatro tipos de tecnologias em aceler metros Piezoel tricos PE sendo os mais utilizados na medi o de vibra es e impactos dispon veis em v rias gamas de frequ ncias at 30kHz Tratando se de um aceler metro activo necessita de uma fonte de energia exterior o que posteriormente poder revelar um problema e um aumento dos custos de implementa o Piezoresistivos PR trata se de sensores de baixa sensibilidade indicados para a medi o de impactos pelo que s o muitos
44. de ve culos pesados sobre as mesmas Admitindo que o ouvido humano capaz de distinguir sons com amplitudes desde os OdB at aos 140dB o dispositivo de aquisi o abrange estes limites 44 Capitulo 4 Inspec es e Assumindo que o ouvido humano consegue distinguir sons com frequ ncias compreendidas entre os 20Hz e os 20kHz o microfone dever abranger toda esta gama de frequ ncias com o m nimo de atenua o Apesar de uma solu o final requisitar a obten o de um microfone industrial com uma maior resist ncia mec nica e aos elementos para esta solu o de teste optou se por um microfone profissional por ser utilizado apenas para implementa o do prot tipo e an lise do problema Ap s revistos os requisitos anteriores e pesquisa de mercado foi escolhido o microfone C1000 S da AKG tratando se de um microfone bastante din mico menos dispendioso que os cong neres industriais e com experiencia comprovada em ambientes profissionais distintos Analisando as suas especifica es t cnicas no Web site AKG 2009 cardioid hypercardioid Polar pattern f with PPC 1000 mounted Frequency range 50 to 20 000 Hz 6 mV Pa 44 dBV Max SPL for 1 THD 137 dB Equivalent noise level CCIR 468 3 32 dB Equivalent noise level 21 dB A Signal noise ratio A weighted 73 dB Aopen p AKG C1000 S Recommended load impedance AKG 2009 9 to 52 V phantom power to Powering i DIN 45596 or internal 9 V battery ap
45. de influenciar o seu desempenho e Decidir que o seu n uma folha quando o caminho percorrido pelos ramos poss veis da rvore j abrange informa o suficiente para que resulte numa classifica o e Crit rio de selec o da classe a atribuir a cada folha atrav s num conjunto de amostras de treino determinar qual a classe a impor a cada folha Est o caracterizados apenas alguns dos aspectos a ter em conta na constru o de um classificador baseados em AD muitos outros tais como aplica o de janelas sobre o conjunto de treino e a aplica o de processos de redu o de rvores denominados processos de poda s o capitais no desempenho deste tipo de classificadores Fonseca Indu o de rvores de Decis o 1996 37 Capitulo 3 Classificadores 3 2 4 2 Vantagens Apesar de ainda existir muita mat ria a dissertar sobre AD visto o objectivo desta tese resta apenas salientar quais as principais vantagens dos classificadores baseados em AD e Podem ser aplicadas a qualquer tipo de dados sendo at mesmo poss vel testar em simult neo diferentes grandezas ou tipo de dados bastando dissecar os atributos relevantes do conjunto treino e A estrutura final deste tipo de classificadores bastante simples possibilitando que seja guardada ou posteriormente manipulada e Geralmente robustos e insens veis a erros de classifica o no conjunto de treino e A mais importante vantagem a sua f cil percep o
46. desde a sua detec o 63 Capitulo 5 Implementa o Na Figura 5 3 verifica se atrav s da an lise espectral da amostra da Figura 5 2 que o tamanho m ximo de 0 5s suficiente para a captura de uma amostra visto que no final da amostra recolhida apenas se encontra ru do de baixa frequ ncia Frequency Hz l o Figura 5 3 An lise Espectral de Amostra de Som Os par metros de detec o de impacto incluem a sensibilidade e o atraso em rela o ao inicio do impacto este atraso poderia ser reduzido pela diminui o do n vel de detec o mas com um aumento de sensibilidade incorria se o risco de detec o de falsas amostras provocadas por ru do ou impactos em JD pr ximas Posto este problema a solu o passar por determinar e ajustar o atraso m ximo atrav s da an lise do maior espectro poss vel de amostras 5 1 2 1 Calibra o de Trigger Optou se por um trigger e atraso vari veis pass veis de serem reajustados para diferentes juntas de dilata o para quantificar este ajuste ser sempre necess rio analisar o m ximo n mero de ocorr ncias impactos Posto isto foi desenvolvido um algoritmo para determinar a quantidade de atraso a introduzir na detec o de amostras j que a sensibilidade de detec o apenas 64 Capitulo 5 Implementa o ser determinada atrav s de inspec es no local Partindo da necessidade de facilitar a leitura de um sinal nos
47. dilata o analisadas a recolha de som ir ser feita num plano inferior com acesso atrav s de uma escada e A passadi o dedicados inspec o e manuten o Figura 4 5 Exemplo de JD analisada 48 Capitulo 4 Inspec es 10500 5250 5250 600 Figura 4 6 Ilustra o do Posicionamento do Microfone em Aquisi o em mm Tal como poss vel verificar pela Figura 4 6 optou se por posicionar o microfone exactamente a meio da faixa de rodagem central e com um distanciamento relativamente baixo da zona de impacto uniformizando os sons retirados nas tr s faixas que comp em a JD A Figura 4 7 serve para melhor se compreender que tipo de liga es foram utilizadas verifica se que apesar de o microfone contemplar caracter sticas como liga es balanceadas vulgarmente conhecidas como XLR e pr amplifica o phantom n o ser o utilizadas por se tratar apenas de uma visita para ganhar contacto e definir estrat gias Jack 3 5mm 1 canal Mono XLR Figura 4 7 Ilustra o de Configura o de Liga es 49 Capitulo 4 Inspec es 4 2 1 2 Conhecimentos Adquiridos Apesar do objectivo principal desta an lise in situ visar a recolha de amostras de som tamb m serviu para adquirir contacto com o caso de estudo e localizar caracter sticas determinantes ao seu desenvolvimento Ap s analisada a dimens o e composi o das juntas de dilata o confirmou se qu
48. dos para actuarem numa gama de frequ ncias espec fica como forma de se obter uma melhor performance e informa o frequ ncias relevante No entanto podem ser estudadas as respostas para baixas e altas frequ ncias apesar de alguns microfones serem mais abrangentes Low frequency Response High frequency Response Reference frequency 1 10 100 200 1k 10k Frequency Hz 100k Figura 2 14 Curva de Resposta na Frequ ncia Briel amp Kj r 1996 Os microfones s o optimizados para ter uma resposta na frequ ncia constante de acordo com o campo de aplica o em que operam Evidenciando se as diferen as nas respostas em altas frequ ncias at porque geralmente abaixo dos 1kHz a resposta do microfone nos diferentes campos de aplica o apenas diferem em menos de 0 1dB Vulgarmente os microfones t m sensivelmente a mesma resposta independentemente do campo de aplica o em frequ ncias compreendidas entre os 10Hz e os 1kHz Actualmente a IEC International Electrotechnical Commission tem normalizada a frequ ncia de refer ncia a partir da qual se consideram as baixas e altas frequ ncias bem como as toler ncias e classes dos dispositivos de medida Pelas normas IEC 651 e IEC 1094 4 determinada uma frequ ncia de refer ncia entre os 200Hz e os 1kHz variando de fabricante para fabricante 21 Capitulo 2 Contextualiza o dividindo a resposta dos microfones a frequ ncias baixas e altas No caso da
49. e poss vel a avalia o do n vel de dano estrutural de uma JD por an lise do som produzido pelos ve culos ao percorr la Avaliando o estado estrutural das JD em vez de simplesmente classificar como BOAS ou M S potenciando uma economia de tempo m o de obra e custos pela apresenta o em tempo real de qual JD necessita de uma interven o mais atempada Considera se que esta disserta o tamb m conseguiu atingir o objectivo de aperfei oar o conhecimento cient fico em inspec es sonoras quando aplicada a monitoriza o das mais diversas estruturas 84 Capitulo 6 Resultados e Conclus es Foi poss vel acelerar as an lises baseadas na frequ ncia atrav s de an lises temporais como forma de tratar as amostras adquiridas rejeitando sons com muito ru do e com informa o de baixa relev ncia O desenvolvimento do algoritmo de busca de padr o ponto 5 2 1 possibilitou a aplicabilidade deste m todo de monitoriza o a outras reas ou estruturas sendo tamb m esta a principal raz o da utiliza o do m todo de classifica o por pot ncia espectral ponto 5 2 2 2 em vez da classifica o por bandas de frequ ncia ponto 5 2 2 1 A efici ncia do prot tipo foi validada pela coer ncia entre resultados obtidos e a avalia o t cnica feita pela equipa de manuten o tal como os algoritmos aqui referenciados Nesta disserta o tamb m se mostrou poss vel atrav s de an lise temporal dos sons de impa
50. e pr amplifica o aplicada aos microfones Apesar da placa de aquisi o j incorporar um detector de picos a fim de evitar satura o esta funcionalidade n o foi utilizada por se pretender recolher o m ximo de informa o do sinal 52 Capitulo 4 Inspec es Analiza Grava Path CADocuments and Settings Hugo Os meus documentos Hugo UNL Projecto Final Lusoponte MyWork Adquiridos Tag Waveform Graph Pioto FAZ Device ID ul dl 084 Jo gd Number of Samples ch Fu 2 10000 04 Sound Format 4 024 2 o z0 E 0 2 04 0 6 06 21 06 37 23 08 2010 23 08 2010 Start Recording a Figura 4 10 Interface de Aquisi o A aplica o representada pela Figura 4 10 foi uma vers o de um melhoramento da utilizada anteriormente possibilitando a grava o de dois canais em simult neo atrav s de som est reo bem como a visualiza o em tempo real do som que est a ser adquirido permitindo o ajuste da sensibilidade dos microfones evitando a satura o do sinal Pelos objectivos extrapolados na visita anterior destacam se a necessidade da localiza o da proveni ncia do som para que seja apurado o estado da junta consoante a origem do mesmo Tornando obrigat ria a utiliza o de um conjunto m nimo de dois microfones por agora salienta se apenas o estudo da localiza o dos microfones em rela o faixa de rodagem Uma vez que cada JD da PVG atravessada por tr
51. e a largura til em que circulam viaturas cerca de 10 5 metros com comprimento vari vel e oscilante E tratando se de um tipo de juntas modulares sendo constitu das pela jun o de pain is de borracha entre outros componentes concluiu se que quando fosse detectado um defeito tamb m seria importante circunscrever a sua localiza o na junta de dilata o Salientando se o facto de a faixa de rodagem direita apresentar um n vel de deteriora o mais elevado que nas outras duas faixas por ser percorrida com mais frequ ncia por ve culos pesados Posto isto com apenas um microfone seria imposs vel circunscrever a faixa de rodagem com defeito revelando a necessidade de um conjunto de dois microfones para este novo objectivo aij JuntaCVONS ViaCentral 28 12 200715 10 17 wav o fem z a AE oo ele M a TT m all r le 4h Figura 4 8 Exemplo de Amostra Adquirida Depois de an lises laboratoriais aos sons adquiridos concluiu se que os objectivos da sua aquisi o tinha sido infrut fera por os mesmos se apresentarem saturados ficando isto a dever se a uma dificuldade na regula o de sensibilidade dos microfones por limita o da placa de som do computador port til utilizado no momento da aquisi o das amostras Concluindo se que seria imprescind vel a obten o de uma placa de aquisi o de som capaz de suportar dois canais pelos motivos salientados anteriormente e teria ainda de possuir um
52. e os m todos e algoritmos utilizados at ao funcionamento da aplica o prot tipo desenvolvida Esta disserta o ent o culminada com o cap tulo 6 onde s o apresentados os resultados obtidos utilizando os algoritmos desenvolvidos material e parametriza es escolhidas Refor ando e comprovando a viabilidade e aplicabilidade desta monitoriza o automatizada em tempo real quando aplicada s juntas de dilata o da PVG Capitulo 2 Contextualiza o Capitulo 2 Contextualiza o 2 Introdu o Neste cap tulo iremos descrever brevemente a ponte Vasco da Gama e os tipos constituintes de juntas de dilata o bem como os fundamentos postos em causa para a escolha das ferramentas utilizadas neste projecto tanto a n vel de hardware como software 2 1 A Ponte Vasco da Gama Tendo sido construida em cerca de tr s anos a Ponte Vasco da Gama foi inaugurada antes da realiza o da exposi o mundial Expo98 4 de Abril de 1998 Permitindo a travessia sobre o rio Tejo na rea da Grande Lisboa esta estabelece a liga o entre Montijo e Alcochete a Lisboa e Sacav m Com cerca de 17km de comprimento torna se a mais longa ponte da Europa e a 5 mais extensa no mundo Seguidamente poss vel visualizar algumas das caracter sticas estruturais da PVG Comprimento total da travessia 17 185 m Comprimento total das estruturas em ponte e viadutos
53. e som recolhidas que nos permitam caracterizar o estado das juntas A terceira fase vai ser o culminar das duas fases anteriores tratando se da implementa o de uma aplica o prot tipo que vai colocar em pr tica todas as teorias Figura 1 1 Passadi o de Acesso defendidas anteriormente zona inferior da Junta de Dilata o 1 2 Objectivos Pretende se com esta disserta o o desenvolvimento de um algoritmo capaz de determinar o estado estrutural em que se encontram as juntas de dilata o analisadas Dada a constitui o das diferentes juntas tamb m relevante diferenciar os estados das tr s vias que constituem a faixa de rodagem Sabendo em tempo til qual o verdadeiro estado da junta torna se poss vel enviar uma equipa respons vel pela sua manuten o reparando de forma mais atempada e actuando junto dos elementos que mais necessitam de interven o Com isto obtida uma melhor gest o dos recursos humanos necess rios para o efeito e uma redu o dos custos de manuten o devido a repara o atempada das juntas Tudo isto contribuindo para um aumento do n vel de qualidade prestado aos utentes por evitar que problemas se agravem reduzindo o n mero de cortes de via e a dura o dos mesmos Capitulo 1 Introdu o Tornou se ainda necess rio o estudo dos tipos de dispositivos de aquisi o bem como dos algoritmos de classifica o existentes como meio de fundamentar as decis
54. ensaios laboratoriais procedeu se ao condicionamento de sinal esquematizado Figura 5 4 Digitaliza o da amostra Normaliza o Modulo do sinal Figura 5 4 Estados de Condicionamento de Sinal Ap s o condicionamento de sinal indicado na Figura 5 4 foram obtidos os sinais apresentados na Figura 5 5 como forma de representa o simplificada de todas as parametriza es estabelecidas no prot tipo final No entanto deve ser salientado que o objectivo desta an lise ser meramente a calibra o dos par metros de captura de amostras atrav s do c lculo do n vel de trigger e atraso entre o in cio da amostra e a detec o de amostra a verde Traduzindo os valores obtidos no gr fico da Figura 5 5 para um n vel normalizado de 0 2 pr estabelecido pelo n vel m ximo de ru do vis vel no final da amostra obtiveram se os pontos de detec o a verde pelo que a media a amarelo destes pontos ir representar o n vel ideal de detec o e atraso da mesma relativamente ao in cio da amostra Na Figura 5 6 est representado a verde o atraso resultante da calibra o de trigger aplicado a uma amostra 65 Capitulo 5 Implementa o Sanas D Resultado Figura 5 5 C lculo de Atraso e N vel de Trigger 5 1 3 Janela de An lise A necessidade de defini o de uma janela de an lise deriva da exist ncia de vari veis imposs veis de determinar ou controlar geradas pela pluralidade de
55. ento da corros o destes suportes e os restantes componentes na parte inferior da junta Descrevendo a evolu o de deteriora o das juntas de dilata o torna se evidente que quanto mais cedo for detectada a anomalia e reparada menor ser o custo de repara o e tempo despendido para a mesma traduzindo se numa melhoria da qualidade prestada aos utentes mesmo que n o se verifique uma quebra estrutural da junta e consequente diminui o do n vel de seguran a 10 Capitulo 2 Contextualiza o 2 4 Monitoriza o Existente Actualmente a monitoriza o pode ser dividida em dois grupos a inspec o humana e a monitoriza o automatizada Apesar da monitoriza o automatizada j se encontrar abundantemente aplicada a todo o tipo de estruturas incluindo pontes em muitos dos casos ainda impratic vel optar apenas por sistemas de monitoriza o puramente automatizados Sendo mais habitual optar por solu es mistas aplicando sistemas de monitoriza o autom ticos como forma de gest o e complementados pelas incontorn veis inspec es peri dicas por parte de equipas t cnicas in situ Lima e Brito 2007 2 4 1 Inspec es Peri dicas Em rela o s inspec es peri dicas devem abranger uma lista exaustiva de poss veis anomalias Tomando o exemplo das experiencias levadas a cabo na auto estrada A6 Villalba Villacast n Adanero por Bosh e Rodr guez 1997 da sociedade espanhola conc
56. es a serem tomadas Com o desenvolver desta disserta o surgiram novos objectivos tornando se essenciais para alcan ar os resultados finais pretendidos Ap s inspec es no local e an lise das juntas de dilata o JD a serem monitorizadas surgiu a necessidade de classificar o seu estado estrutural ao longo da JD Posteriormente e depois de analisadas as amostras sonoras recolhidas no local foi imperativa a valida o de amostras para classifica o para que se fossem contornadas todas as vari veis n o controladas tais como diferentes velocidades ve culos restando abordar a mais valia que representa a detec o autom tica de padr o tratando se de um objectivo que surgiu da necessidade de facilmente se adaptar o mesmo algoritmo a diferentes JD 1 3 Estrutura da Disserta o Esta tese para al m deste cap tulo introdut rio Cap tulo 1 e da bibliografia Cap tulo 7 ainda constitu da por mais cinco cap tulos Nesta sec o encontra se apresentada uma breve descri o do que cada cap tulo representa e refere O Capitulo 2 destinado contextualiza o desta disserta o come ando por caracterizar genericamente a Ponte Vasco da Gama bem como os seus elementos em estudo salientando se ainda o tipo e constitui o das juntas de dilata o em foco para que seja referenciado o problema e a sua evolu o S o ainda retratados os tipos de monitoriza es aplicadas em estruturas similares Ponte Vasc
57. esquerdo ou direito para que seja analisado apenas o canal com melhor sinal relativamente ao local onde o impacto teve origem Para uma melhor percep o do atraso que ocorre entre os dois microfones nas figuras que se seguem poss vel percepcionar o atraso entre os dois bem como a atenua o resultante das diferentes dist ncias aos pontos de impacto HA Wwe ir Es RR came HUAI e po tm Figura 5 7 Amostra de Via Esquerda Esq Amostra de Via Central Centro Amostra de Via Direita Dta Pelos gr ficos na Figura 5 7 poss vel distinguir o atraso entre os impactos respectivamente via em que ocorrem tamb m seria poss vel esta classifica o pela diferen a de atenua es nos dois canais mas iria dificultar a classifica o de via central Posto isto apenas ir ser considerado para c lculos 68 Capitulo 5 Implementa o o canal que apresentar menor atenua o e consequentemente uma maior quantidade de informa o dispon vel sendo o sinal atribu do via classificada Admitindo uma disposi o dos microfones utilizados representada na Figura 4 11 o algoritmo ir ent o resultar de c lculos geom tricos e classificadores baseados em rvores de decis o Partindo do princ pio que a velocidade do som cerca de 340 29ms medindo a diferen a de tempo que ocorre entre impactos do mesmo veiculo pelos dois microfones possibilita a localiza o da origem do mesmo Ou seja 10500
58. ession ria de auto estradas lberpistas S A consistiram em comprovar ou detectar e A separa o dos bordos da junta e O estado de limpeza entre as placas e O desaguar das caleiras de drenagem e Poss veis defeitos de assentamento ou de concavidades por meio de instrumentos de percuss o e Perda de selagem nas caixas de fixa o e Fissura o do pavimento nas proximidades da junta J Ramberger 2002 adopta uma outra perspectiva sendo a opini o do autor um complemento da anterior considerando que a inspec o deve abranger a verifica o dos seguintes pontos e Danos na protec o anti corrosiva e Fissuras vis veis em elementos met licos por fadiga e Danos nos elementos de selagem e Funcionamento dos elementos de liga o e Obstru o ou danos nos elementos no sistema de drenagem e Estado do pavimento adjacente 11 Capitulo 2 Contextualiza o Na grande maioria dos pontos referidos acima a inspec o levada a cabo por meios visuais e auditivos podendo o t cnico fazer se munir de equipamentos tais como bin culos equipamento de v deo son metro suta chave dinamom trica entre outros Lima e Brito 2007 Considerando os objectivos desta disserta o poss vel verificar no estudo levado a cabo por Lima e Brito 2007 a refer ncia utiliza o por parte do inspector de um martelo para verifica o da integridade de materiais das JD por percuss o Ainda no mesmo estudo reve
59. gineering Systems INES 2011 15th IEEE International Conference 2011 Lima Jo o Marques e Jorge de Brito Inspec o e diagn stico de juntas de dilata o em obras de arte rodovi rias Vols n 28 pp 59 a 72 CEG Universidade do Minho 2007 87 Capitulo 7 Bibliografia Lusoponte Projecto e Estatisticas de Constru o 1998 http Awww lusoponte pt acedido em 2010 Mitchell Tom M Machine Learning MacGraw Hill 0 07 042807 7 1997 Nilsson Nils J Introduction to Machine Learning 1996 http ai stanford edu nilsson MLBOOK pdf PCB PIEZOTRONICS Microphone Handbook PCB PIEZOTRONICS INC 2007 http Awww pcb com Linked_Documents Vibration Microphone_handbook p df accessed 2007 Ramberger Gunter Structural bearings and expansion joints for bridges Zurich Switzerland IABSE AIPC IVBH 2002 Ribeiro Rita A Journal of Decision Systems Fuzzy Space Monitoring and Fault Detection Applications Vols 5 2 3 pp 267 286 Monte de Caparica Portugal Universidade Nova de Lisboa UNINOVA Instituto de Desenvolvimento de Novas Tecnologias 2006 Roland Pagina de Interfaces de Audio Profissional Edirol by Roland 2008 http www rolandcorp com au products productdetails aspx p 704 SETRA Joint de Chauss e de Ponts Routes Eole Freyssinet France Service d Etudes Techniques des Routes de Autoroutes 2005 http portail documentation equipement gouv fr dtrf pdf pj Dtrf 0003 Dtrf
60. ica que se faz deslocar ao local a fim de inspeccionar os elementos suspeitos S o realizados dois tipos de inspec es Visuais a fim de detectar a inexist ncia de parafusos de fixa o nos pain is das juntas de Dilata o encontrarem rupturas em pain is tal como nos demais elementos constituintes da junta Sonoras com o objectivo de verificar se existem algumas folgas provocadas pelo desaperto ou inexist ncia de parafusos de fixa o bem como qualquer outra anomalia nos elementos met licos da junta Estas anomalias s o tipicamente caracterizadas por um som met lico e agudo estimulado pela travessia de ve culos na junta de dilata o ao detectar a irregularidade o t cnico tamb m tem a percep o da sua localiza o As anomalias detectadas em ambas as inspec es tamb m o ser o detect veis atrav s da an lise de vibra es resultantes das passagens dos ve culos na junta de dilata o O afrouxamento ou inexist ncia de parafusos bem como anomalias nos componentes met licos da junta de dilata o s o detect veis tal como pela equipa t cnica pelo ressoar met lico e agudo resultando em vibra es aud veis Nos pain is em borracha que constituem o pavimento da junta de dilata o n o ser detectada a sua ruptura at porque a mesma um resultado de folgas ou aus ncia de parafusos e suportes defeituosos bem como a eros o sofrida pelo uso ou pelos elementos Como tal o objectivo ser detectar atempa
61. icientes para que fosse alcan ada a estabilidade no entanto seriam utilizadas 50 amostras para uma classifica o mais robusta Assim ser considerado como classifica o estrutural de uma faixa de rodagem de uma determinada JD a m dia do resultado da sua classifica o nas ltimas 50 amostras 82 Capitulo 6 Resultados e Conclus es 6 2 1 Resultados Atrav s da reprodu o dos sons adquiridos nas mesmas JD em diferentes alturas tornou se poss vel validar os diversos algoritmos que constituem o prot tipo simulando se mais de tr s meses de deteriora o estrutural das JD e condensando esta mesma informa o em poucos minutos Os gr ficos da Figura 6 2 representam o resultado das ltimas 100 an lises validadas e o progresso dos danos estruturais pela m dia dos ltimos 50 resultados atrav s de amostras recolhidas em diferentes datas e separando os seus resultados pelas faixas de rodagem que constituem a mesma JD Esquerda Centro Direita Figura 6 2 Medi o de Danos Estruturais em JD em Diferentes Datas Guerreiro Gomes and Campos Rebelo 2011 Os gr ficos A da Figura 6 2 representam os resultados da an lise as amostras recolhidas numa JD em que tinham decorrido poucos dias ap s uma ac o de manuten o pelo que a equipa de manuten o a consideraria em boas condi es J os gr ficos B da
62. iscos Compactos Foi seleccionado o formato de digitaliza o do som que mais informa o preserva optando se pelo formado wave pass vel de ser reproduzido em grande parte dos leitores com o m nimo de compress o de dados Na Figura 4 16 facilmente se verifica as diferen as entre a configura o utilizada na inspec o anterior e na inspec o simulada 57 Capitulo 4 Inspec es a Jack3 5mm 2 Canais est reo Canal Esquerdo wy Figura 4 16 Configura o de Liga es Na configura o acima e em rela o s inspec es reais espectav l alguma perda de sinal e aumento de ru do ficando isto a dever se utiliza o de mais duas liga es por canal e mais um cabo No entanto esta deteriora o do sinal face a uma inspec o no local pelos resultados obtidos no momento do teste revelou se praticamente nula 4 2 5 Conclus es Apesar de a primeira inspec o n o ter grande significado em termos de recolha de amostras teve uma grande import ncia na medida em que muitos dos conceitos ficaram estabelecidos em resultado da informa o obtida Na sequ ncia das duas inspec es ao local foram recolhidas v rias amostras de som num total de cerca de 20 minutos de grava o por junta de dilata o Posteriormente em an lise laboratorial dos sons adquiridos foram separados todos os sons de contacto de ve culos com as JD como forma de construir um conjunto de treino No entant
63. izado nn 55 Figura 4 14 Exemplo de Amostra Adquirida 55 Figura 4 15 Interface de An lise de Localiza o de Impacto 57 Figura 4 16 Configura o de Liga es ara 58 Figura 5 1 Interface de Trigger e Aquisi o nl ne 62 Figura 5 2 Gr fico Temporal de Detec o de Trigger 63 Figura 5 3 An lise Espectral de Amostra de Som 64 Figura 5 4 Estados de Condicionamento de Sinal 65 Figura 5 5 C lculo de Atraso e Nivel de Trigger i 66 Figura 5 6 Gr fico de Amostra e Detec es 67 Figura 5 7 Amostra de Via Esquerda Esq Amostra de Via Central Centro Amostra de Via Direita Dia Jirar cos sfoa pacas a Baal pesada Sack aci a estas cece 68 Figura 5 8 Classifica o de Via de Rodagem e Pontos de Transi o 69 xiv Figura 5 9 Esquematiza o de Dist ncias nn 69 Figura 5 10 Classificador Baseado em rvore de Decis o Utilizado 71 Figura 5 11 Representa o de Classifica o Algoritmos de Vizinhan a Guerreiro Gomes and Campos Rebelo 2011 eras 71 Figura 5 12 Exemplos de Transformadas de Fourier Amostra de JD em Boas Condi es Esq Amostra de JD em M s Condi es Dta 73 Figura 5 13 Conjunto de Amostras boas
64. l 1997 3 2 Algoritmos de Aprendizagem Os algoritmos de aprendizagem tamb m s o conhecidos por algoritmos de decis o ou classificadores por serem aplic veis em diversas t cnicas tanto na descoberta de conhecimento como para a constru o de uma generalidade de classificadores autom ticos 3 2 1 Classificadores Baseados em Exemplos Tamb m conhecidos por classificadores do tipo nearest neighbor t m como princ pio de funcionamento a utiliza o de v rios exemplos a classificar para aprendizagem possibilitando a constru o de classificadores automatizados Para a classifica o de uma nova amostra este classificador procura o exemplo mais parecido e estima a classe da amostra recolhida atribuindo lhe uma classe 28 Capitulo 3 Classificadores o Classe A of ClasseB a Classe C Figura 3 2 Exemplo de Classifica o por Proximidade Fonseca Indu o de rvores de Decis o 1996 Tendo como principal vantagem a extrema facilidade de adi o de novo conhecimento atrav s da adi o das novas amostras aos exemplos previamente memorizados esta informa o recente ser actualizada com um processamento m nimo Contudo da concep o destes algoritmos nascem algumas quest es que merecem ser equacionadas 3 2 1 1 Exemplos a Guardar Os exemplos a guardar devem ser seleccionados para que se evite o armazenamento de quantidades abismais de informa o o que iria conduzir a uma lentid
65. la que a integridade das juntas de dilata o determinada atrav s de um som cavo e de baixa frequ ncia indicativo de falta de ader ncia ou espa os vazios em ant tese a um som s lido e limpo sendo tamb m a intensidade do som medido atrav s de um son metro uma caracter stica determinante o o 6 8 At B w GB all Figura 2 9 Equipamento de an lise de n vel sonoro Lima e Brito 2007 Apesar das inspec es peri dicas serem incontorn veis dif cil assegurar uma inspec o cont nua e efectiva por grande parte dos artigos a inspeccionar implicarem um corte de via por raz es de seguran a e pela elevada quantidade de m o de obra que exige Por outro lado contraproducente a detec o tardia de anomalias pois ir conduzir a um aumento de custos de manuten o 12 Capitulo 2 Contextualiza o 2 4 2 Inspec es Automatizadas As inspec es automatizadas s o habitualmente conhecidas por monitoriza o estrutural no caso em foco nesta disserta o que s o as juntas de dilata o pelos dados obtidos existe ainda muito pouco aplicado s mesmas Numa estrutura do tipo e envergadura da PVG mais usual existir monitoriza o em tempo real da temperatura ambiente direc o e sentido do vento quantidade de tr fego ou utentes que em muito pouco revela o estado da estrutura a monitorar No entanto tamb m poss vel encontrar monitoriza es mais objectivas no p
66. lexo por combina o de regras simples facultando a utiliza o de infer ncia em paralelo e Controlo L gico sendo adequado aquisi o de conhecimento a partir de peritos humanos pois permite a defini o de regras em linguagem comum e Controlo Lingu stico possibilitando a f cil compreens o das regras pelos operadores facilitando a interpreta o do efeito de cada uma poss vel optar por tr s ambientes de aplica o dos CD tais como sistemas de m quinas sistemas humanos e at mesmo sistemas mistos com os objectivos e Express o de experiencias humanas tal como o senso comum e Constru o de modelos de sentimentos e lingu stica do ser humano 41 Capitulo 3 Classificadores Copiar o reconhecimento humano de padr es ou conhecimento geral Convers o de informa o para uma f cil compreens o Compress o de grandes quantidades de informa o Constru o de modelos humanos de comportamento e psicologia Desenvolvimento de modelos de sistemas sociais 42 Capitulo 4 Inspec es Capitulo 4 Inspec es 4 Introdu o Neste cap tulo ser o analisadas as quest es na concep o de um prot tipo de monitoriza o das juntas de dilata o da PVG descrevendo a evolu o deste estudo desde as an lises pr vias passando pela escolha de equipamento at ao desenvolvimento dos algoritmos captura e an lise de sinais Ser o ainda descritas as inspec es no local
67. liografia AKG Produtos de Aquisi o de Audio 2009 http www akg com site products powerslave id 759 pid 759 nodeid 2 lan guage EN view prop html Bosh Jos M Morena e F lix Alvarez Rodr guez Inspecci n conservaci n e sutuci n de juntas Experiencias en la autopista Villalba Adanero Jornadas sobre Apoyos Juntas e Equipamientos de Puentes Madrid Asociaci n T cnica de Carreteras 1997 Br el amp Kj r Microphone Handbook Vol 1 Briel amp Kj r Julho de 1996 http Avww bksv com doc ba5105 pdf BA 5105 12 Fonseca Jos Manuel Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial Monte da Caparica Portugal Universidade Nova de Lisboa Faculdade de Ci ncias e Tecnologia 2006 Conjuntos Difusos n Acetados das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial Monte da Caparica Portugal Universidade Nova de Lisboa Faculdade de Ci ncias e Tecnologia 2006 Indu o de rvores de Decis o Tese de Mestrado Monte da Caparica Portugal Universidade Nova de Lisboa Faculdade de Ci ncias e Tecnologia 1996 Gomes Luis Anik Costa Dirk Tilsner Carlos Soares and Carmen Morgado Energy savings in the melting process of an electric arc furnace Bratislava Slovak Republic CSD2000 IFAC Conference on Control Systems Design 2000 Guerreiro Hugo Luis Gomes and Rog rio Campos Rebelo Bridge Expansion Joints Monitoring System Lisbon Portugal Intelligent En
68. lise de sinal pela sua ex mia capacidade de c lculo matem tico enquanto o LabView j foi utilizado tamb m para a constru o de uma interface gr fica mais agrad vel ao utilizador Com este cap tulo ficam apurados quais os m todos utilizados para a detec o e localiza o de impacto e resultantes janelas de captura precavendo uma valida o de amostras adquiridas em tempo real que perfazem as an lises temporais desenvolvidas Ficam tamb m ilustradas as an lises em frequ ncia levadas a cabo nesta disserta o uma vez que s o constitu das por uma busca de padr o como forma de tra ar o perfil dos defeitos a detectar 5 1 An lises Temporais A primeira abordagem de um sinal feita atrav s de uma an lise temporal representando os condicionamentos de sinal janelas de aquisi o e an lise Atrav s do estudo do comportamento dos sinais no tempo e extrapolando o m ximo de informa o nesta fase preliminar torna se poss vel aumentar a robustez e precis o dos algoritmos resultantes Vai ser tamb m atrav s de uma an lise em tempo real que v o ser detectados eventos e classificadas amostras como v lidas para an lises posteriores 61 Capitulo 5 Implementa o 5 1 1 Detec o de Amostra A detec o de amostra foi realizada segundo o princ pio de detec o de impacto sempre que o sinal a ser monitorizado ultrapassar um n vel configur vel como forma de impedir que se analisem per odos
69. litude independentemente do ngulo e posi o no campo de medida Figura 2 12 O que acontece quando o campo de medida pequeno tratando se de uma cavidade ou superf cie relativamente pequena quando comparado com o comprimento de onda do som O microfone mede sons geralmente provenientes de uma nica fonte sendo amplamente utilizado na medida de press es exercidas em paredes asas de avi o ou no interior de estruturas bao Figura 2 13 Microfone em Campo Difuso PCB PIEZOTRONICS 2007 e Campo difuso este tipo de microfones a utilizar s o intitulados microfones omnidireccionais possibilitando a medi o de sons de m ltiplas direc es origens e reflex es ilustrado na Figura 2 13 Ao reagir 19 Capitulo 2 Contextualiza o aproximadamente com a mesma sensibilidade para todas as direc es tornam se ideais para medi es de som ambiente e das suas reflex es como por exemplo em igrejas 2 6 3 2 Resposta Din mica O principal crit rio de descri o de um som baseado tanto na sua amplitude m xima como nas flutua es que possam ocorrer A amplitude mais baixa que o ouvido humano consegue diferenciar cerca de 20uPa ou em decib is 0dB na Tabela 2 2 poss vel ver n veis de refer ncia sonoros para melhor percep o das grandezas implicadas o dB 2 00E 05 Pa gt gt Limite audivel 60 dB 0 02 Pa gt gt Ruido de Escritorio 80 dB 0 2 Pa gt gt
70. lizadas as mesmas ferramentas recursos e configura es Servindo para que fosse obtida uma refer ncia de JD em boas condi es esta an lise foi executada ap s o recondicionamento e repara o das mesmas Ap s analisadas a JD em conjunto com a equipa t cnica respons vel pela sua integridade concluiu se que o desgaste de uma JD evolui de forma progressiva tal como est exemplificado no ponto 2 3 Apesar de uma JD se encontrar relativamente em boas condi es poss vel detectar pontualmente alguns sons t picos de uma junta de dilata o em m s condi es concluindo se que seria impratic vel e pouco percept vel determinar a integridade estrutural de uma JD atrav s de uma nica amostra de som Apesar do prot tipo ainda n o se encontrar finalizado nesta fase foi poss vel testar com sucesso a detec o de localiza o de impacto a fim de localizar os danos na JD ainda poss vel verificar que foi adicionado um gr fico em tempo real da FFT Fast Fourier Transform como forma de perceber de que como as componentes na frequ ncia do som adquirido s o afectadas pelos sucessivos impactos provocados pelos ve culos Para que isto fosse pass vel de ser testado foram aplicados melhoramentos ao prot tipo que anteriormente apenas serviu para aquisi o de som ilustra se na Figura 4 15 a sua Interface ao Utilizador IU 56 Capitulo 4 Inspec es AnalisysLR File Edit View Project Operate Tools Window He
71. lp E gt S Olu Qi Waveform Graph 3 Pioto FAY 15 4 3E 8 7E 1 2E Frequency Hz 1 8E 0 1 1 i 1 1 0 p x 05 0 0 200 0m 400 0m 600 0m 800 0m 1 0 Time Time Sec Picos Threshold Vel Som m s 30 0 4 0 5 0 6 340 03 pelas 07 27 08 36 0 o E E Alt Mici H a 0 6 Largura Faixa ESQ Do Faixa CENTRAL Largura Faixa DTA 35 o EO 5 35 Multicolumn Listbox Saving Data x 2 i 4 Prototype lvproj My Computer Computer lt m r Figura 4 15 Interface de An lise de Localiza o de Impacto 4 2 4 Inspec o Simulada Como todas as inspec es no local requerem que seja feito algum condicionamento de via de rodagem como medida de seguran a das pessoas envolvidas foi necess rio testar o prot tipo durante a sua implementa o recorrendo a uma simula o das inspec es anteriores Esta forma de an lise laboratorial veio a revelar se crucial no desenvolvimento desta disserta o atrav s da simula o das inspec es anteriores foi poss vel atingir um ambiente fidedigno e capaz de preservar todas as vari veis presentes in situ Preservando ao m ximo toda a configura o de aquisi o de som utilizada nas inspec es no local apenas foi necess rio substituir os microfones como dispositivos de aquisi o por um dispositivo de reprodu o do som digitalizado atrav s da utiliza o de um leitor de D
72. luxograma da Figura 2 5 1 Desaperto de Parafusos 2 Parafusos Partidos 4 Deteriora o de Suportes Met licos 3 Ruptura de Pain is Figura 2 5 Evolu o de Deteriora o das Juntas de Dilata o Capitulo 2 Contextualiza o Figura 2 6 Exemplo de Perda de Parafusos 1 O desaperto dos parafusos de fixa o dos pain is de borracha resultante de trepida es e vibra es originadas pela passagem de ve culos Nesta fase embrion ria poss vel a monitoriza o de folgas com uma curta interven o de reaperto evita se que o problema se agrave 2 Depois de stress e vibra es continuadas inevit vel que os parafusos se partam conduzindo a um aumento exponencial das folgas e ocorr ncia da mesma anomalia Figura 2 7 Exemplo de Ruptura de Painel 3 A falta de fixa o dos pain is ir conduzir sua ruptura nesta fase j requerida a substitui o integral do painel danificado uma interven o mais prolongada Capitulo 2 Contextualiza o Figura 2 8 Vista Inferior de Painel e Suportes Met licos 4 Estar o satisfeitas as condi es para a perda de suportes met licos mesmo que n o impliquem a substitui o do painel correspondente o mesmo ter que ser temporariamente removido para substitui o dos suportes De salientar que com a ruptura dos pain is em borracha aumentam as infiltra es para os suportes resultando no aum
73. mo se pretende obter a diferen a de tempo limite para uma classifica o de via de rodagem central Ate t4 ty _ 8 672 x 1073s Vsom Vsom 70 Capitulo 5 Implementa o Estando definido o valor limite de tempo para a classifica o de via central pass vel a aplica o de um classificador baseado em rvores de decis o Compara o At gt At At At At s Ato At gt At ESQUERDA CENTRAL DIREITA Figura 5 10 Classificador Baseado em rvore de Decis o Utilizado Tal como poss vel concluir pela Figura 5 10 atrav s da aplica o da diferen a limite Atc entre os instantes de tempo t do microfone esquerdo e te do microfone direito em que detectado o mesmo impacto atrav s dos c lculos trigonom tricos leis da F sica e da rvore de decis o da Figura 5 10 torna poss vel determinar em que via ocorreu o impacto Figura 5 11 Representa o de Classifica o Algoritmos de Vizinhan a Guerreiro Gomes and Campos Rebelo 2011 Capitulo 5 Implementa o Veja se a Figura 5 11 adaptada de Guerreiro Gomes and Campos Rebelo 2011 resultante do trabalho desta disserta o que representa a classifica o do local de impacto atrav s de classificadores por proximidade nearest neighbor 5 1 5 Amostras Rejeitadas Este par grafo sintetiza quais os tipos de amostras a rejeitar bem como os seus objectivos A necessidade de cla
74. nar 5 2 2 Classifica o de Estado Estrutural A classifica o estrutural das JD ser conduzida a partir da an lise do ponto anterior pelo que poss vel distinguir alguns caminhos diferentes para atingir os objectivos propostos por esta disserta o Como se trata de um dos ltimos algoritmos a serem aplicados ao sinal utiliza muitos dos outros j desenvolvidos anteriormente 5 2 2 1 Classifica o por Gamas de Frequ ncias O m todo de classifica o por gamas de frequ ncias consiste na medi o da pot ncia espectral em bandas chave de frequ ncias que sejam pass veis de discernir o estado estrutural da JD em an lise No entanto ser sempre necess ria uma calibra o das bandas de frequ ncias uma vez que as JD s o compostas por v rios m dulos e poss vel uma oscila o das gamas de frequ ncia consoante o defeito que apresentam A pr determina o das bandas de frequ ncias a analisar pode ser levada a cabo pela aplica o do algoritmo descrito no ponto 5 2 1 sendo um dos princ pios de classifica o mais promissor Analisando o gr fico da Figura 5 15 pretende se determinar quais as bandas de frequ ncias e respectivas pot ncias que representem um estado estrutural t pico de defeito 77 Capitulo 5 Implementa o P dB 25 T T T j 50 10 308 Ss T 0 5 1 15 2 25 F 4446Hz x 10 F Hz o F 3380Hz
75. nde generalidade dos classificadores t m um comportamento semelhante ao conjunto r gido real ando a grande vantagem dos CD que permitem classificar quantitativamente o par metro desejado No exemplo da Figura 3 9 atrav s da an lise da fun o de perten a do CD poss vel verificar que para uma idade de 45 anos o indiv duo recebe a classifica o m xima para meia idade O mesmo j n o acontece para qualquer outra idade gradualmente aumentando medida que a pessoa a classificar se aproxima dos 45 anos e reduzindo a partir da Outra das vantagens dos CD a possibilidade da utiliza o de diferentes fun es de perten a na sua constru o estas fun es ser o definidas consoante o par metro a classificar e o objectivo pretendido Na Figura 3 10 est o referenciadas os formatos t picos de fun es de perten a 40 Capitulo 3 Classificadores Triangular Formato sino Trapezoidal Figura 3 10 Formatos T picos de Fun es de Perten a Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 De referir que uma solu o pode incorporar a aplica o de algoritmos baseados em CD em simultaneamente em diversos par metros e como m ltiplas fun es de perten a por par metro 3 2 5 2 Vantagens Apesar de j terem sido referidas algumas das vantagens dos algoritmos baseados em CD resta salientar que na sua constru o estes suportam e Paralelismo permitindo um controlo comp
76. nidireccional Pela figura poss vel perceber porque s o usualmente intitulados por microfones cardi ide pelo seu diagrama polar se assemelhar ao formato de um cora o Ainda na gama dos microfones unidireccionais existem os microfones intitulados de shotgun pela sua elevada sensibilidade num ngulo de incid ncia bastante reduzido tal como percept vel atrav s do seu diagrama polar na Figura 2 16 Figura 2 17 Diagrama Polar de Microfone Unidireccional Shure 2007 23 Capitulo 2 Contextualiza o e Microfones Bidireccionais Figura 2 18 apesar de deterem uma resposta semelhante do microfone cardi ide possuem elevada sensibilidade a 180 Tornando se ideais para capta o de som de duas fontes em simult neo Figura 2 18 Diagrama Polar de Microfone Bidireccional Shure 2007 Resumindo dependendo do seu campo de aplica o estes dispositivos v o ter respostas diferentes variando a sua sensibilidade em fun o do ngulo de incid ncia e das suas respostas frequ ncia e din mica Analisando se o diagrama polar Figura 2 19 verifica se que o mesmo microfone aparentemente omnidireccional para frequ ncias abaixo dos 10kHz tem um comportamento semelhante a um microfone direccional a partir dos 20kHz Figura 2 19 Exemplo da Varia o da Resposta de um Microfone Normalizado a 0 de Incid ncia Br el amp Kjzer 1996 24 Capitulo 2 Contextualiza o
77. nos 80 voltariam a ganhar um lugar de destaque no contexto de algoritmos de aprendizagem e classifica o Uma RN pode ser descrita por um algoritmo de processamento paralelo e distribu do composto por unidades de c lculo simples com a capacidade de armazenar e utilizar conhecimento experimental T m o objectivo de replicar o funcionamento do c rebro humano assemelhando se a ele na medida em que e O conhecimento adquirido pela RN a partir do ambiente envolvente por meio de um processo de aprendizagem e As interliga es entre neur nios tamb m conhecidas como pesos sin pticos s o utilizadas para o armazenamento de conhecimento As RN s apresentam grande fiabilidade mesmo quando os conjuntos de treino apresentam um elevado ru do ou informa o sensorial complexa tal como dados provenientes de c maras ou microfones Mitchell 1997 30 Capitulo 3 Classificadores 3 2 2 1 Princ pio de Funcionamento Constitu da por neur nios cada um representa uma unidade de processamento de informa o a sua composi o consiste em e Sinapses caracterizando o conjunto de liga es entre neur nios quantificadas por um peso e Somador respons vel pela adi o dos sinais de entrada num neur nio depois de quantificados pelos pesos respectivos e Fun o de Activa o limitando a amplitude do sinal de sa da de cada neur nio Bias by Ae u b Sinais de Vi entrada y k Saida Fun
78. o importante salientar que as amostras do conjunto de treino foram meticulosamente seleccionadas como forma de garantir a validade do conjunto de treino descartando impactos m ltiplos e simult neos na mesma junta de dilata o ve culos pesados e motociclos por raz es esclarecidas no ponto 5 1 5 desta disserta o 58 Capitulo 4 Inspec es Apesar de os tempos de aquisi o de amostras terem sido sensivelmente os mesmos o n mero de amostras ir oscilar n o s com o n mero de amostras mas tamb m com a intensidade de tr fego resultando nos seguintes n meros de amostras que constituem o conjunto de treino utilizado JD N de Amostras Tow e Pease e Caan e 76 Total 433 N e Ke 8a s v o Inpec o 3 Tabela 4 2 Quantidades de Amostras do Conjunto de Treino 59 Capitulo 4 Inspec es 60 Capitulo 5 Implementa o Capitulo 5 Implementa o 5 Introdu o Este cap tulo tem como objectivo a demonstra o do desenvolvimento do prot tipo final bem como todos os algoritmos que o constituem Ser o ainda comprovadas op es e etapas que conduziram este prot tipo assim como os seus motivos Para o desenvolvimento deste prot tipo foram utilizadas diversas ferramentas tal como o Matlab e o LabView respectivamente pelo seu poder de an lise de sinais e ferramentas que disp em O Matlab foi nica e exclusivamente utilizado para an
79. o aleatoriamente para reprodu o consoante a probabilidade da sua qualidade na resolu o do problema 34 Capitulo 3 Classificadores e Cruzamento trata se da reprodu o entre dois genes previamente seleccionados cruzando a informa o gen tica de forma aleat ria ent o criado um novo gene a partir de elementos dos seus progenitores e Muta o designa se pela forma de criar novos genes pass veis de constru rem novas e diferentes propostas de evolu o que fujam da normalidade Aqui tamb m a informa o gen tica dos novos genes alterada de forma aleat ria permitindo o desvio de situa es em que seria imposs vel a evolu o apenas por cruzamento Os AG t m sido aplicados na optimiza o de programas fun es e at outros classificadores pelos seus alicerces se basearem nas leis da evolu o na sobreviv ncia do mais apto e elimina o dos menos adaptados Fonseca Indu o de rvores de Decis o 1996 3 2 4 Classificadores Baseados em rvores de Decis o Os classificadores baseados em rvores de decis o AD encontram se entre os m todos mais utilizados e pr ticos para infer ncia indutiva Consistem num m todo de aproximar valores discretos a fun es alvo pelo que cada fun o representada por uma AD sendo tamb m poss vel interpreta las como um conjunto de condi es se com o objectivo de se tornarem mais leg veis A aplicabilidade destes m todos estende se
80. o da Gama descrevendo as solu es e t cnicas j existentes no mercado para a resolu o do problema actual Ainda neste cap tulo s o apresentadas as caracter sticas dos sinais pretendidos visando a monitoriza o estrutural das juntas de dilata o e detec o de anomalias relacionadas com as mesmas De seguida s o identificados os tipos de tecnologia de aquisi o de sinais com base na an lise de vibra o ou som Tanto nos aceler metros como nos microfones s o Capitulo 1 Introdu o descritos quais os par metros de escolha e os objectivos das diferentes configura es existentes No cap tulo 3 para al m de definido o conceito de aprendizagem autom tica de uma m quina encontram se descritos diversos tipos de algoritmos de aprendizagem e classifica o autom tica salientando princ pios de funcionamento particularidades e pontos fortes pass veis de aplica o nos fundamentos desta disserta o Depois da contextualiza o e estudadas poss veis ferramentas a aplicar o cap tulo 4 dedicado descri o de uma s rie de inspec es feitas no local sendo abordado as configura es do material utilizado tanto nas inspec es no local como em ambiente laboratorial a possibilidade de utiliza o de uma inspec o simulada com o objectivo de testar e comprovar resultados e m todos de monitoriza o Seguindo se o cap tulo 5 onde est descriminado todo o processo de implementa o desd
81. o desenvolvimento de um algoritmo de busca de padr o como forma de acentuar e descobrir as caracter sticas determinantes na classifica o do estado estrutural das vias de rodagem das JD Resta concluir que apesar de o m todo de classifica o por bandas de frequ ncias ser muito promissor tem mesmo assim algumas falhas pela possibilidade de existirem defeitos que passaram despercebidos no momento de atribui o das bandas de detec o ou na transi o entre JD J no m todo de classifica o por pot ncia espectral qualquer defeito fora do normal ser sempre pass vel de ser detectado contudo a sua precis o pontual mais baixa que no m todo referido anteriormente A escolha do m todo de classifica o ser refor ada numa valida o posterior num maior espectro de JD e defeitos contudo nos testes laboratoriais o m todo de classifica o por pot ncia espectral mostrou se o mais robusto e pass vel de ser aplicado 80 Capitulo 6 Resultados e Conclus es Capitulo 6 Resultados e Conclus es 6 Introdu o Este cap tulo ir focar os resultados obtidos estudados atrav s da implementa o de um prot tipo e correspondente valida o atrav s de inspec es laboratoriais precavendo todas as condi es de uma inspec o no terreno para simula o da mesma Na Figura 6 1 est ilustrada a interface do prot tipo desenvolvido de forma a testar e validar todos os algoritmos bem como os respectiv
82. o pelo orientador desta disserta o Gomes et al 2000 optou se pelo desenvolvimento de um prot tipo com base em an lise sonora tamb m com o objectivo de aproxima o aos actuais meios de inspec o tecnicos Com esta decis o foi descartada a utiliza o de aceler metros e consequente an lise de vibra es tamb m porque iriam necessitar de um estudo muito mais aprofundado e dispendioso para que fossem atingidos resultados fidedignos n o se justificando por se tratar de desenvolvimento de um prot tipo 4 1 1 Material de Aquisi o O processo de escolha do material de aquisi o depois de tomada a decis o de an lise de som iniciado pela escolha do microfone a utilizar Tal como referido no par grafo 2 6 3 necess rio definir pelo menos o campo de aplica o resposta din mica e resposta em frequ ncia Neste caso de aplica o o microfone foi seleccionado e Tendo em conta um campo de aplica o misto at porque para al m de se pretender uma aquisi o do som envolvente pela dimens o da JD poder ser necess rio a aquisi o de som localizado em pontos chave Ou seja o microfone deve operar tanto num campo difuso como em campo aberto sendo capaz de assumir tanto as caracter sticas de cardi ide como omnidireccionais e Abrangendo uma gama din mica elevada para evitar a satura o do microfone na ocorr ncia de grandes impactos nas juntas de dilata o pass veis de ocorrer na passagem
83. onto de vista desta disserta o sendo comum encontrar monitoriza es de e Vibra o usualmente medidas por aceler metros agregados a diferentes pontos das estruturas e For a t nsil medida por sensores de carga ou for a sendo amplamente utilizados na an lise das for as exercidas em cabos de pontes suspensas e Expans o atrav s do uso de elast meros e medindo quantitativamente a expansibilidade de diversos elementos constituintes da estrutura muito aplicados na an lise de stress de m ltiplos tipos de juntas de dilata o Em muitos dos casos compreens vel que n o se opte por uma inspec o automatizada uma vez que seria muito dispendioso a sua aplica o integral em estruturas da dimens o da PVG tornando se relativamente pouco relevante nos seus primeiros anos de vida em que a sua manuten o menos dispendiosa 2 5 Aquisi o de Dados Neste ponto ir o ser referidas quais as formas de aquisi o de sinais que existem no mercado e que contemplem os objectivos pretendidos descrevendo quais as suas vantagens e desvantagens mencionando quais os par metros de escolha na tecnologia elegida para a implementa o deste projecto bem como a descri o do hardware utilizado face as suas capacidades 13 Capitulo 2 Contextualiza o 2 5 1 Caracter sticas de Sinais Como j foi referido anteriormente actualmente a monitoriza o existente na PVG feita atrav s de uma equipa t cn
84. os classificadores apresentando em tempo real a informa o do n vel de dano estrutural de uma JD discriminando as respectivas faixas de rodagem em vez de simplesmente avaliando se a JD est em BOAS ou M S condi es A equipa de manuten o ser informada se alguma JD apresenta um n vel de dano critico e qual a respectiva faixa de rodagem Ao se informar a equipa respons vel sobre qual a JD que requer uma interven o priorit ria abre se o caminho para uma redu o de custos pela interrup o do escalonamento do problema A qualidade do servi o prestado ao utente ser melhorada por um planeamento mais eficaz e pela diminui o dos tempos em que vias de rodagem s o fechadas para repara o das JD Aaulisys vs Recording am of of od Led aw oo oz Options a pm User ee Desktop Testes Test 20120414 205315 ws Last Sample 157 Instant ps m o Figura 6 1 Interface de Prot tipo Guerreiro Gomes and Campos Rebelo 2011 81 Capitulo 6 Resultados e Conclus es 6 1 Implementa o A implementa o do prot tipo final foi levada a cabo pela integra o em LabView dos scripts de an lise feitos em MatLab para uma redu o do tempo de an lise e aumento de consist ncia nos resultados obtidos A detec o aquisi o e localiza o dos sons produzidos por ve culos a transitar nas JD em tempo real foi implementada por algoritmos desenvolvidos em LabView
85. ostras de som e demais informa o adquirindo contacto com o ambiente de estudo a sua dimens o e implica o Para que a recolha de amostras fosse poss vel reuniu se algum material para a captura de som nomeadamente um microfone e um computador port til J que a primeira fase deste prot tipo 47 Capitulo 4 Inspec es consiste na aquisi o de amostras para an lise foi desenvolvida uma aplica o em LabView apenas para aquisi o de som respeitando a frequ ncia de amostragem desejada Foi optado o ambiente de programa o gr fica do LabView para desenvolvimento do prot tipo pelas ferramentas de an lise de som e vibra o que disp e C Documents and Settings Hugo Os meus documentos Hugo UNL Projecto Final Lusoponte MyWork Adquiridos Figura 4 4 Interface de Aquisi o Face capacidade da placa de aquisi o do computador port til foi apenas poss vel adquirir sinais a uma frequ ncia de amostragem de 22050Hz tendo sido utilizado para o efeito uma vers o embrion ria do prot tipo final Figura 4 4 que apenas efectuava a aquisi o de som 4 2 1 1 Configura o para Aquisi o Na decis o da configura o de aquisi o necess rio discriminar todas as condicionantes desde a intensidade do som e posi o do microfone relativamente sua origem at aos dispositivos de aquisi o A imagem direita permite ilustrar a constitui o de uma das juntas de
86. presentado um exemplo de AD apesar de meramente ilustrativo tem como objectivo a avalia o de risco de concess o de um empr stimo gen rico poss vel verificar que cada n ir corresponder a um teste de um atributo tal como cada ramo descendente ir interpretar cada um dos valores poss veis do atributo a testar A inst ncia classificada testando 36 Capitulo 3 Classificadores todos os n s na rvore desde a sua raiz at classe atribu da pela folha depois de percorridos os seus poss veis ramos e sub rvores Apesar de todos aos classificadores baseados em AD se inspirarem no mesmo princ pio existem in meras possibilidades para a sua constru o sendo necess ria cautela na implementa o da AD mais eficaz e eficiente Subsistem alguns aspectos a ter em conta na escolha de um algoritmo de constru o de uma AD sendo alguns destacados pela sua import ncia e Crit rio na escolha do atributo a utilizar em cada n como por exemplo na Figura 3 7 o atributo Sal rio Qualquer inst ncia a classificar pode ser descrita por um n mero fixo de atributos a testar sendo aconselh vel a escolha de atributos de teste com menor n mero de ramos ou valores poss veis e C lculo da parti o do conjunto de exemplos depois de escolhidos quais os atributos de teste torna se aconselh vel a redu o do n mero de testes a efectuar a cada atributo impedindo que a AD se ramifique demasiado correndo o risco
87. prox 2 mA 3 pin XLR 34 dia x 220 mm 1 4 dia x 8 7 in 320g 11 3 oz Shipping weight 650g 1 4 Ibs Tabela 4 1 Especifica es do Microfone C1000 S da AKG AKG 2009 45 Capitulo 4 Inspec es Segundo os requisitos m nimos requeridos poss vel destacar da tabela as caracter sticas mais relevantes deste microfone Padr o polar Polar Pattern tanto representa um padr o polar cardi ide como hipercardi ide mediante a utiliza o de adaptadores ou seja com o conversor PB1000 o microfone fica configurado para som ambiente puro e com o PPC1000 assume caracter sticas de um hipercardi ide tamb m funcionando sem nenhum destes adaptadores para caracter sticas mistas Sendo capaz de funcionar tanto em campo difuso como aberto Figura 4 2 Adaptador PPC1000 para campos difusos esquerda e PB1000 para campo aberto AKG 2009 Gama de Frequ ncias Frequency Range sendo um microfone com m ltiplos prop sitos eficaz para frequ ncias compreendidas entre 50Hz e 20kHz Apesar de ser pretendida uma gama de frequ ncias desde 20Hz n o cr tica come ar apenas em 50Hz uma vez que os sons que se pretendem diferenciar possuem caracter sticas de frequ ncias elevadas Sensibilidade Sensitivity com 6mV Pa torna este microfone um dos mais sens veis dos analisados Resposta Din mica garantindo que n o satura at 137dB torna este microfone mais que adequado uma vez que o limite m
88. quartzo e atrav s de um circuito integrado piezoel trico converte o som num sinal el ctrico Este tipo de microfones caracterizado por ter muito baixa sensibilidade contudo torna se perfeito para a medida de grandes amplitudes de som sendo ideal para a aquisi o de sons resultantes de impactos e explos es Capacitivos tal como os microfones din micos possuem uma membrana mas para conduzir as ondas sonoras a um el ctrodo polarizado produzindo varia es capacitivas e resultando num sinal el ctrico Sendo os mais utilizados nas mais diversas reas disp em de dimensionamentos para todas as gamas de frequ ncias e sensibilidades necess rias Apesar de necessitar de uma fonte de alimenta o por j conter um pr amplificador integrado e requerer que o diafragma dos el ctrodos seja polarizado muitos dos dispositivos de captura e an lise de som j disp em de alimenta o dedicada a microfones capacitivos intitulada de phantom Embora este tipo de microfone geralmente funcione com uma vulgar pilha de 9V com a alimenta o phantom 48V DC obtemos um cancelamento de ru do e balanceamento do sinal Todas estas caracter sticas tornam estes microfones apesar de mais dispendiosos pass veis de serem utilizados tanto em laborat rios como em campo e ideais para todo o tipo de ambientes desde que se opte pela configura o correcta 17 Capitulo 2 Contextualiza o 2 6 3 Dimensionamento de Microfones
89. requ ncia elevada na ordem dos 15kHz com grande capacidade de descriminar o estado das juntas de dilata o Aplicando se o teorema de Nyquist sabido que a frequ ncia de amostragem de um sinal deve ser igual ou maior a duas vezes a frequ ncia m xima do sinal amostrado aplicando a f rmula abaixo obtida uma frequ ncia de amostragem de 44100kHz Ws 2 x Wmax gt 2 x 22050Hz 44100Hz 51 Capitulo 4 Inspec es Na pesquisa de mercado por placas de aquisi o de som foi posta em causa a obten o de um modelo industrial pela sua robustez e performance contudo nesta fase de prot tipo optou se por uma placa semi profissional por j deter a performance necess ria e ser menos dispendiosa Posto isto adquiriu se a placa de som UA 25 da Edirol by Roland que uma vez sendo semi profissional possui e Um baixo grau de ru do e Pr amplifica o para os microfones phantom e Entrada de microfone do tipo XLR para atenua o de ru do e balanceamento de sinal e Sendo capaz de uma frequ ncia de amostragem at 96kHz suporta a frequ ncia de amostragem desejada e Alimenta o USB permitindo uma f cil portabilidade Figura 4 9 Placa de Captura de Som UA 25 Roland 2008 Tornou se ainda necess rio o aperfei oamento da aplica o de aquisi o de som sendo cr tica a visualiza o em tempo real do sinal que est a ser adquirido para que torne poss vel o ajuste em tempo real da sensibilidade
90. ritmo ser necess rio efectuar algumas parametriza es aperfei oando a sua efic cia performance e determinando a aplicabilidade de outras an lises Como tal a busca de padr o ser em frequ ncia e ser o aplicadas as parametriza es determinadas at aqui ou seja ser o consideradas apenas as amostras v lidas para an lise e os 0 25s que seguem ao ltimo impacto registado por cada amostra ver ponto 5 1 3 74 Capitulo 5 Implementa o Para a detec o de um padr o de refer ncia as amostras adquiridas foram separadas entre o conjunto de sons caracter sticos de uma JD em boas condi es e o conjunto de sons t picos de uma JD em m s condi es estruturais Depois de separadas e como j se encontram aplicadas parametriza es s amostras recolhidas aplicou se ent o a FFT Fast Fourier Transform na mesma janela de an lise aos dois conjuntos de amostras Como o princ pio de busca de padr es se baseia na atenua o de situa es espor dicas e amplifica o de situa es reincidentes procedeu se sobreposi o das FFT s nos diferentes conjuntos atrav s da m dia das pot ncias espectrais frequ ncia a frequ ncia Para aquisi o de uma melhor percep o este efeito foi tamb m aplicado ao longo da janela de an lise havendo sido seccionada em 10 sec es de 0 025s e estudada a sua evolu o na frequ ncia e ao longo da janela de an lise Figura 5 13 Conjunto de Amostras boas
91. rutural aceit vel este algoritmo poder ser aplicado a qualquer JD uma vez que imune a varia es de tamanhos defeitos e localiza es dos mesmos Como pr calibra o este algoritmo tamb m se far munir da busca de padr o ponto 5 2 1 que representa a calibra o deste algoritmo JD a monitorar bastando aplic lo quando a equipe t cnica determinar que a mesma JD se encontra num relativo bom estado de conserva o Determinando se a curva de calibra o caber tamb m equipa t cnica estabelecer a percentagem de toler ncia resultando a curva de compara o tal como vis vel na Figura 5 17 70H P dB 10 100 110 l 0 F Hz x 10 Figura 5 17 Curva de Calibra o Verde Curva de Compara o Azul 79 Capitulo 5 Implementa o No fundo este algoritmo ir em muito assemelhar se ao algoritmo de Busca de Padr o diferenciando se apenas no momento da classifica o Tal como o algoritmo do par grafo 5 2 1 ir ser calculada da mesma forma a curva resultante dos ltimos sons de impacto adquiridos tra ando se assim uma curva caracter stica por via da JD monitorizada A classifica o ser determinada pela contagem do n mero de amostras da curva resultante que se encontram acima da curva de compara o Figura 5 17 correspondendo directamente a uma percentagem representativa do estado estrutural da JD 5 3 Conclus es Salientada a import ncia d
92. s algoritmos de decis o se limitam a classificar objectivamente os classificadores baseados em CD s o capazes de quantificar qual o grau de incerteza de um par metro a classificar Para uma melhor compreens o ir ser abordado o seu m todo de funcionamento Tomando como exemplo a classifica o de meia idade de um indiv duo os algoritmos baseados em CD tornam se relevantes ao equacionar quest es da ordem e Entre que idades se pode considerar uma pessoa como sendo de meia idade e Se considerarmos o intervalo 35 55 como sendo a meia idade poderemos dizer que algu m de 35 definitivamente de meia idade e Far sentido que algu m na v spera de completar 35 anos seja definitivamente jovem e no dia seguinte totalmente de meia idade e No entanto algu m com 25 anos certamente jovem tal como algu m com 65 anos idoso sem incerteza Em resposta a estas d vidas existem dois tipos de aproxima es a tradicional atrav s de um conjunto r gido e a aproxima o por um conjunto difuso 39 Capitulo 3 Classificadores Perten a 35 55 Idade Figura 3 8 Exemplo de Conjunto R gido Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 Perten a 35 55 Idade Figura 3 9 Exemplo de Conjunto Difuso Fonseca Apontamentos das Aulas Te ricas de Percep o Sensorial 2006 r Tal como poss vel depreender das figuras acima a gra
93. se encontra Torna se cr tica a rapidez e periodicidade com que estas vistorias s o efectuadas j que se o diagn stico for demorado ou errado p e em risco a integridade da junta conduzindo a aumento de custos de manuten o e deteriora o da qualidade de servi o da ponte uma vez que torna inevit vel o condicionamento do tr nsito na ponte Ao prot tipo em estudo compete a eventual substitui o da equipa t cnica para monitoriza o das juntas de forma permanente continuada e em tempo real Atrav s da an lise do som produzido pela passagem de viaturas na junta ser poss vel concluir se necess ria a interven o de uma equipa t cnica para manuten o e vistoria da mesma Na an lise e estudo dos sons adquiridos in situ foram utilizados os ambientes computacionais Matlab7 e SoundForge8 O Matlab foi utilizado para efectuar os c lculos e an lises aos conjuntos de treino adquiridos possibilitando mais tarde a aplicabilidade da mesma an lise para apresenta o de dados em tempo real O SoundForge foi utilizado como forma de manipular os sons adquiridos em bruto eliminando os sons n o desejados e isolar os mais relevantes para se obter conclus es fi veis Finalmente o prot tipo foi desenvolvido em LabViews apresentando uma interface ao utilizador muito percept vel e beneficiando de uma facilidade na aquisi o do som e integra o dos algoritmos desenvolvidos em Matlab Palavras chave Monitoriza o Classifica
94. sejam detectadas frequ ncias fora do espectro do ouvido humano aS iS ee is Backplate Casing e Insulator Figura 2 10 Constitui o de Microfone PCB PIEZOTRONICS 2007 Existe no mercado um vasto leque de microfones providenciando m ltiplas op es tais como a supress o de ru do amplifica o e aumento de sensibilidade em determinadas gamas de frequ ncias alvo Na Erro A origem da refer ncia n o foi encontrada poss vel omar percep o da constitui o b sica de um microfone e apesar de existirem muitas outras tecnologias de microfones no mercado ir o apenas ser focadas as que s o pass veis de ser aplicadas nos objectivos desta disserta o Existem tr s tipos principais de microfones Din micos funcionam segundo um princ pio de indu o magn tica assemelhando se a um altifalante invertido As ondas de som ir o incidir numa 16 Capitulo 2 Contextualiza o membrana que se encontra ligada a uma bobine m vel convertendo o sinal sonoro num sinal el ctrico Uma vez que depende de uma membrana esta n o vai possuir a mesma din mica para todo o espectro de frequ ncias Dimensionados para gamas de frequ ncias muito limitadas a sua din mica semelhante a um filtro passa baixo passa banda ou passa alto conforme a resposta da membrana tornam se muito resistentes a ru do e frequ ncias indesej veis Piezoel tricos sente as ondas sonoras atrav s de um cristal de
95. sendo as restantes an lises efectuadas por meio de scripts de Matlab Nesta fase optou se pela utiliza o do algoritmo de classifica o por pot ncia espectral com o prop sito de garantir a integridade dos sons adquiridos bem como resultados mais est veis Foi colocada em causa tamb m a cobertura e desempenho deste algoritmo face a diferentes tipos de irregularidades a detectar em JD com propriedades distintas das analisadas 6 2 Valida o Para que o prot tipo desenvolvido fosse validado foi levada a cabo uma simula o laboratorial das inspec es feitas no terreno por meio da configura o apresentada no par grafo 4 2 4 recreando as condi es no local pela reprodu o das amostras adquiridas Posto isto atrav s da valida o do prot tipo torna se poss vel tamb m a valida o dos demais algoritmos que o comp em abrangendo a sua valida o as tr s faixas de rodagem de tr s JD distintas Tal como foi anteriormente referido no par grafo 4 2 3 mostrou se impratic vel a classifica o do estado estrutural de uma JD pela an lise de uma amostra Ficando isto a dever se ao facto de as JD em quest o serem modulares afectando directamente o tipo de som produzido consoante a local de passagem dos mais diversos ve culos Posto isto como forma de aferir qual seria o n mero necess rio de amostras para que fosse estabelecido um n vel de classifica o estrutural est vel determinou se que 25 amostras seriam suf
96. sor o de dilata es ou retrac es entre materiais envolventes No caso em an lise destinam se a preencher os espa os entre as muitas sec es dos viadutos Quando a PVG foi projectada e constru da a sua localiza o contraiu alguma pol mica por se situar numa rea protegida do estu rio do Tejo Como tal os engenheiros e projectistas tiveram o cuidado de optar por juntas de dilata o que emitissem baixos n veis de ru do quando percorridas por ve culos para que a fauna local n o fosse afectada Para que as juntas cumpram as especifica es e requisitos devem encontrar se no mais perfeito estado de conserva o reafirmando a relev ncia da monitoriza o em tempo real Posto isto o tipo de junta analisada e que actualmente se encontra em funcionamento na PVG a EOLE Sendo um produto da empresa francesa Freyssinet como se pode Re Na Sa visualizar na Figura 2 1 trata se de uma junta de dilata o modular sendo constitu da por diversos conjuntos de pe as vari veis consoante a largura e comprimentos pretendidos Figura 2 1 Junta de Dilata o Analisada Capitulo 2 Contextualiza o 2 2 1 Elementos Constituintes Como foi referido atr s as juntas de dilata o s o compostas por diversas pe as que de forma modular constituem os mais variados modelos Sendo compostas por pain is em borracha estes s o apoiados por meio de suportes met licos a vigas
97. ssifica o de amostras rejeitadas surgiu como resultado das inspec es ao local e an lises preliminares dos sinais adquiridos tendo como motivo a normaliza o de amostras face s diferentes vari veis ambiente causadas pela diversidade de ve culos que transitam as JD tais como e Pesos diferentes e Velocidades de transi o diversas e Comprimentos diferentes e Pontos de transi o distintos e Tempos mortos em que nenhum ve culo percorre a JD e M ltiplas transi es em simult neo Todos estes pontos s o pass veis de afectarem negativamente a busca de um padr o dificultando pelo seu princ pio aleat rio e tornando cr tica a detec o dos diferentes casos No entanto dada a elevada frequ ncia com que os ve culos percorrem as JD em an lise prefer vel rejeitar todas as amostras pass veis de afectar negativamente os resultados uma vez que ir o sempre existir futuras amostras suscept veis a an lise Posto isto e em resultado das inspec es ao local foi determinado que as amostras analisadas deveriam desprezar os seguintes casos e Motociclos ou ve culos de peso igualmente reduzido visto que o som resultante reter relativamente pouca informa o sendo por vezes confundidos com transi es de ve culos em outras JD adjacentes 72 Capitulo 5 Implementa o e Ve culos longos ou pesados pela reduzida diferen a entre sinal e ru do que produzem originando por vezes sinais bastante
98. t Fourier Transform Intelig ncia artificial International Electrotechnical Commission Interface de Utilizador Junta de Dilata o Micro Electrical Mechanical Systems Mega Hertz Pascal Piezoel tricos Piezoresistivos Ponte Vasco da Gama Redes Neuronais xix XX xxi xxii Capitulo 1 Introdu o Capitulo 1 Introdu o 1 1 Motiva o Apesar de j existir um vasto leque de solu es de monitoriza o de pontes poucas s o as solu es de monitoriza o de juntas de dilata o e mesmo as que existem tornam se muito dispendiosas As solu es mais comuns para monitorizar as juntas de dilata o de uma ponte necessitam de uma grande quantidade de sensores por junta sensores esses que se ir o multiplicar pelo n mero de juntas existente ao longo de uma ponte implicando um ainda maior n mero de dispositivos de an lise e grava o como meio de suporte a estes sensores Com o comprimento destas vias poder resultar numa instala o dispendiosa complexa e com poss veis problemas derivados da dist ncia Posto isto grande parte das monitoriza es s o feitas apenas com vistorias regulares s juntas por parte de t cnicos qualificados que nem sempre disp em de disponibilidade atempada Este trabalho de disserta o consiste na detec o de falhas nas juntas de dilata o na Ponte Vasco da Gama PVG permitindo uma detec o antecipada de defeitos e obtendo a posteriori uma

Monitorização de Juntas de Dilatação na Ponte Vasco da

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Monitoriza&ccedil;&atilde;o de Juntas de Dilata&ccedil;&atilde;o na Ponte Vasco da

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Monitorização de Juntas de Dilatação na Ponte Vasco da