PT109552B - Método e sistema para a pesquisa de fugas de água através da análise de imagens geradas por sistemas de detecção remotos - Google Patents

Método e sistema para a pesquisa de fugas de água através da análise de imagens geradas por sistemas de detecção remotos Download PDF

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Abstract

DIVULGA-SE UM MÉTODO (1) PARA PESQUISA DE FUGAS NUMA REDE DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA, QUE COMPREENDE: OBTER DADOS DE GEORREFERENCIAÇÃO DE UMA REDE DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA (11); ADQUIRIR, COM BASE NESTES, IMAGENS GERADAS POR SISTEMAS DE DETEÇÃO REMOTA, EM QUE ESTAS REPRESENTAM UMA REGIÃO DA SUPERFÍCIE DA TERRA ONDE A REDE SE ESTENDE (12); EXECUTAR O PROCESSAMENTO DAS IMAGENS E DOS DADOS DE GEORREFERENCIAÇÃO DA REDE E GERAR UM MAPA DIGITAL GEORREFERENCIADO APRESENTANDO A REDE E O TEOR DE HUMIDADE DO SOLO NA REGIÃO (13); DETETAR E LOCALIZAR UMA OU MAIS FUGAS NA REDE COM BASE NO MAPA DIGITAL GEORREFERENCIADO (14). O MÉTODO ADQUIRE (12), DE PELO MENOS UMA BASE DE DADOS CONTENDO IMAGENS DA SUPERFÍCIE DA TERRA GERADAS POR SISTEMAS DE DETEÇÃO REMOTA, APENAS IMAGENS REPRESENTANDO A REGIÃO DA SUPERFÍCIE DA TERRA ONDE SE ESTENDE A REDE, DETETADAS REMOTAMENTE SOB CONDIÇÕES METEOROLÓGICAS QUE SATISFAÇAM REQUISITOS METEOROLÓGICOS PREDETERMINADOS.

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODO E SISTEMA PARA A PESQUISA DE FUGAS DE ÁGUA ATRAVÉS DA ANÁLISE DE IMAGENS GERADAS POR SISTEMAS DE DETECÇÃO REMOTOS"
CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO
A invenção relaciona-se com a pesquisa de fugas numa rede de abastecimento de água, ou melhor, numa rede de pipelines genérica para a transferência e / ou distribuição e / ou transporte de água. Em particular, a presente invenção relaciona-se com um método e sistema para pesquisar a existência de fugas numa rede de abastecimento de água por meio da análise de imagens geradas por sistemas de deteção remotos.
ESTADO DA TÉCNICA
Como é sabido, as fugas numa rede de abastecimento de água, por exemplo num aqueduto, constituem um problema grave, tanto em termos económicos, uma vez que estes causam danos financeiros à administração / entidade pública / empresa que gere a rede, como do ponto de vista ambiental, uma vez que estes causam o desperdício de um recurso natural precioso.
Uma fuga de água pode ter várias causas, tais como um buraco num pipeline por exemplo, ou uma rachadura numa bucha de aperto (gland) , ou a rutura de uma junta de ligação de pipeline, etc. A fuga de água sob pressão produz um "som", ou melhor, uma vibração mecânica, com uma frequência de entre 300Hz e 3000Hz, que se propaga a montante e a jusante com uma velocidade que depende, entre outras coisas, do material de que o tubo é feito, assim como do seu diâmetro e espessura.
Muitos dos métodos atualmente utilizados para a pesquisa de fugas de água são, consequentemente, baseados na utilização de instrumentos que permitem identificar o som acima mencionado, tais como geofones. Em particular, conforme é conhecido, um geofone é sensor, especificamente sensibilidade, calibrado um instrumento equipado com um um para produzidas por uma fuga de água. Quando em uso, um operador posiciona o geofone sobre a superfície do solo ao longo do percurso de uma conduta de água a ser inspecionada e escuta, a fim de detetar a presença de quaisquer fugas. Como se pode facilmente compreender, os métodos de deteção de fugas de água baseados na utilização de geofones envolvem tempos extremamente longos e custos muito elevados, porque a pesquisa deve ser realizada passo a passo ao longo de toda a extensão dos pipelines. Além disso, a fiabilidade e precisão destes métodos dependem da sensibilidade auditiva e, logo, da experiência, dos operadores envolvidos na pesquisa.
microfone de elevada as frequências de som
Ocorreu uma melhoria na pesquisa de fugas de água devido à introdução dos chamados dispositivos de correlação, isto é, equipamento eletroacústico que representa uma evolução do geofone e que permite localizar uma fuga de água com maior precisão. Em particular, os dispositivos de correlação são tipicamente constituídos por uma unidade central à qual estão ligados dois microfones piezoelétricos de elevada sensibilidade, por cabo ou sem fios, sendo estes últimos posicionado nas duas extremidades de uma conduta de água a ser inspecionada e sendo capazes de captar e amplificar os sons que se propagam ao longo desta conduta de água. A unidade central é oportunamente programada para determinar a posição exata de uma possível fuga ao longo da conduta de água com base nos sinais captados pelos dois microfones piezoelétricos.
Além disso, existem também métodos baseados na utilização de gases traçadores, por exemplo um gás inerte formado a partir de uma mistura de hidrogénio (5%) e azoto (95%). Estes métodos incluem geralmente:
• esvaziar completamente a conduta de água a ser inspecionada;
• preencher a conduta de água com gás traçador; e por fim, • realizar uma verificação passo-a-passo ao longo do percurso da conduta de água utilizando um instrumento ou sensor capaz de detetar a presença do gás, de modo a identificar a presença e a posição de uma fuga ao longo da conduta de água.
Além disso, são por vezes utilizados na pesquisa de fugas de água os chamados "testes de etapa", ou seja, testes especiais (normalmente realizados à noite) que contemplam pesquisa seletiva de fugas em secções individuais da rede de abastecimento de água (através do fecho oportuno de válvulas específicas).
Todos os métodos acima indicados incluem tempos de pesquisa extremamente longos, são invasivos para os utilizadores finais e, acima de tudo, não proporcionam resultados ideais, uma vez que não permitem uma redução drástica na presença de fugas.
Além disso, os métodos acima mencionados envolvem também custos de pesquisa bastante elevados. Por exemplo, assumindo uma pesquisa de fuga de água numa área de lOOKm2, onde exista uma rede de abastecimento de água composta por 500Km de pipeline, os métodos de pesquisa acima mencionados, que são geralmente caracterizados por um custo médio de pesquisa de 150 Euros por Km, implicariam um custo de pesquisa global de cerca de 75.000 Euros.
Recentemente, têm também sido propostas técnicas baseadas na utilização de imagens da superfície da Terra geradas por sistemas de deteção remotos para pesquisa e localização de fugas em pipelines, condutas, redes de abastecimento de água, etc.
Por exemplo, o documento EP 1 308 895 A2 (doravante designado por Refl para maior simplicidade descritiva) descreve um método de sobreposição de representações gráficas de localizações terrestres sobre imagens de localizações terrestres após a deteção da presença de falha(s) de materiais ou de falhas em estruturas construídas pelo homem nessas localizações terrestres, o referido método incluindo: proporcionar um sensor de imagem situado remotamente em relação ao solo e que capta sequencialmente uma série de imagens de várias localizações terrestres a fim de proporcionar imagens digitais dessas localizações terrestres; processar as imagens digitais capturadas a fim de determinar a presença de uma potencial falha de materiais numa estrutura feita pelo homem de acordo com coordenadas de posicionamento predeterminadas que localizam as estruturas feitas pelo homem em uma ou mais das imagens digitais captadas; identificar pontos de referência nas localizações terrestres correspondentes aos mesmos pontos de referência nas representações gráficas da localização terrestre; e sobrepor a representação gráfica com os pontos de referência sobre, pelo menos, uma das imagens digitais captadas.
Além disso, o documento US 2010/092241 Al (doravante designado por Ref2 para maior simplicidade descritiva) descreve uma técnica para reduzir a infiltração em canais de irrigação. Em particular, o Ref2 ensina como reduzir esta infiltração realizando as seguintes operações:
• obter dados aéreos de um canal de irrigação obtidos por utilização de uma unidade de aquisição de imagem aérea, • identificar um corpo de água a partir da imagem aérea, • analisar os valores de brilho dos pixeis de água do corpo de água a fim de discernir distúrbios da água indicativos de infiltração de água, e • gerar uma saida contendo a localização do local de infiltração de água num visor bidimensional ou tridimensional.
Além disso, o capitulo 6, por Diofantos G. Hadjimitsis et al., Intitulado "Detection of Water Pipes and Leakages in Rural Water Supply Networks Uslng Remote Sensing Techniques" (doravante designado por Ref3 para maior simplicidade descritiva), do livro "Remote Sensing of Environment - Integrated Approaches", InTech, 10 de julho de 2013, ISBN 978-953-51-1152-8 descreve vários exemplos de processamento de imagens geradas por sistemas de deteção remotos a fim de identificar fugas de água.
Além disso, o documento EP 0 989 353 A2 (doravante designado por Ref4 para maior simplicidade descritiva) descreve um sistema automatizado de vigilância de pipeline, em que esta vigilância se baseia na integração e apresentação de informação relativa ao referido pipeline.
Em particular, de acordo com o REF4, os dados de pipeline e os dados de satélite são utilizados para proporcionar vigilância de um pipeline; os dados de satélite são integrados com os dados do pipeline a fim de produzir um mapa atualizado do pipeline; o mapa atualizado do pipeline é então comparado com um mapa anterior do pipeline a fim de determinar se o percurso do pipeline ou o ambiente circundante do pipeline se modificaram; os dados de satélite incluindo imagens de satélite de resolução muito elevada (VHR) e os dados de pipeline incluindo dados de localização constituídos por uma série de coordenadas de sistema de posicionamento global (GPS).
Por fim, o documento US 2014/000348 Al (doravante designado por Ref5 para maior simplicidade descritiva) descreve um método para localizar uma fuga numa tubagem, o referido método compreendendo as seguintes etapas:
• detetar localmente um evento numa tubagem;
• gerar pelo menos um sinal, codificado de acordo com o evento detetado; e • detetar uma assinatura de frequência do referido sinal em imagens geradas por um radar de abertura sintética (Synthetic Aperture Radar - SAR).
OBJECTO E RESUMO DA INVENÇÃO
O objeto da presente invenção consiste em proporcionar um método de pesquisa de fugas de água que, em geral, permita ultrapassar as desvantagens dos métodos e técnicas atualmente utilizados e, em particular, reduza o tempo e custos de pesquisa, aumente a fiabilidade e precisão de pesquisa, e reduza drasticamente a presença de fugas numa rede de abastecimento de água.
Este e outros objetos são alcançados pela presente invenção de um modo relacionado com um método e um sistema para pesquisar fugas numa rede de abastecimento de água, tal como definido nas reivindicações anexas.
Em particular, o método para pesquisar fugas numa rede de abastecimento de água de acordo com a presente invenção compreende:
a) obter dados de georref erenciação de uma rede de abastecimento de água;
b) adquirir, com base nos dados de georreferenciação da rede de abastecimento de água, imagens geradas por sistemas de deteção remotos, as imagens adquiridas representando uma região da superfície da Terra sobre a qual se estende a referida rede de abastecimento de água;
c) realizar o processamento das imagens adquiridas e dos dados de georreferenciação da rede de abastecimento de água e gerar, com base no processamento realizado, um mapa digital georreferenciado apresentando a referida rede de abastecimento de água e o teor de humidade do solo na região em que a referida rede de abastecimento de água se estende; e
d) detetar e localizar uma ou mais fugas na rede de abastecimento de água com base no mapa digital georreferenciado gerado.
Em detalhe, o método para pesquisar fugas numa rede de abastecimento de água de acordo com a presente invenção é caracterizado por o passo b) incluir a aquisição, a partir de pelo menos uma base de dados que contenha imagens da superfície da Terra geradas por sistemas de deteção remota, apenas imagens que representem uma região da superfície da Terra sobre a qual se estende a rede de abastecimento de água e que tenham sido detetadas remotamente sob condições meteorológicas que satisfaçam requisitos meteorológicos predeterminados.
De um modo preferido, o passo b) inclui:
• selecionar, a partir das imagens armazenadas na referida base de dados que armazena imagens da superfície da Terra geradas por sistemas de deteção remotos, apenas imagens que representem uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende e que tenham sido detetadas remotamente sob condições meteorológicas que satisfaçam os referidos requisitos meteorológicos predeterminados, descartando
- todas as imagens que não representem uma região
da superfície da Terra sobre a qual a rede de
abastecimento de água se estende e
todas as imagens que representem uma região da
superfície da Terra sobre a qual a rede de
abastecimento de água se estende e que tenham
sido detetadas remotamente sob condições
meteorológicas que não satisfaçam os referidos requisitos meteorológicos predeterminados; e • adquirir, a partir da referida base de dados que
armazena imagens da superfície da Terra geradas por
sistemas de selecionadas. deteção remotos, apenas as imagens
Convenientemente, o passo b) inclui:
• pesquisar, na referida base de dados que armazena
imagens da superfície da Terra geradas por sistemas de deteção remotos, imagens de uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende; e, • para cada imagem encontrada,
- verificar, com base em dados adquiridos a partir de uma ou mais bases de dados meteorológicas, as condições meteorológicas da região sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende na data da deteção remota da referida imagem, e
- adquirir a referida imagem apenas se as condições meteorológicas preencherem os referidos requisitos meteorológicos predeterminados.
De preferência, as fugas na rede de abastecimento de água são detetadas e localizadas através da análise do teor de humidade do solo apresentado no mapa digital georreferenciado na referida rede de abastecimento de água ou na vizinhança desta; adicionalmente, os referidos requisitos meteorológicos predeterminados são preferencialmente indicativos de condições meteorológicas predeterminadas adequadas à realização da referida análise de teor de humidade do solo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Para uma melhor compreensão da presente invenção, são proporcionadas algumas formas de realização preferenciais a título de exemplo não limitativo, que serão agora descritas fazendo referência aos desenhos anexos (que não estão à escala), nos quais:
• A Figura 1 apresenta esquematicamente um método para pesquisar fugas numa rede de abastecimento de água de acordo com uma forma de realização preferencial da presente invenção;
• A Figura 2 apresenta um exemplo de um mapa digital georreferenciado gerado por implementação do método da Figura 1; e • A Figura 3 apresenta esquematicamente um sistema para pesquisar fugas numa rede de abastecimento de água de acordo com uma forma de realização preferencial da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE ALGUMAS FORMAS DE REALIZAÇÃO
PREFERENCIAIS DA INVENÇÃO
A seguinte descrição é proporcionada a fim de possibilitar que um especialista nesta área técnica incorpore e utilize a invenção. Tornar-se-ão imediatamente evidentes, para os especialistas nesta área técnica, diversas modificações das formas de realização aqui apresentadas, os princípios genéricos aqui descritos podem também ser aplicados a outras formas de realização e aplicações sem afastamento do âmbito de proteção da presente invenção, tal como definido nas reivindicações anexas.
Assim, a presente invenção não se destina a ser limitada às formas de realização aqui apresentadas, devendo antes abranger o mais vasto âmbito que seja consistente com os princípios e características aqui divulgados e definidos nas reivindicações em anexo.
A presente invenção resulta da requerente de aproveitar imagens sistemas de deteção remotos, ou observação da Terra, para pesquisar abastecimento de água.
ideia inovadora do proporcionadas por seja, sistemas de fugas numa rede de
De facto, como é conhecido, os sistemas de deteção remotos proporcionam imagens espaciais de elevada resolução da superfície da Terra, podendo estas ser utilizadas para fins institucionais, comerciais, civis e militares, tais como, por exemplo:
• monitorização de atividade vulcânica;
• prevenção e gestão de desastres ambientais (por exemplo, terremotos);
• vigilância dos oceanos e costas;
• vigilância dos recursos agrícolas e florestais;
• controlo urbanístico;
• produção de mapas técnicos e temáticos de elevada resolução;
• deteção de gás;
• monitorização do buraco na camada de ozono; e • controlo e análise da humidade do solo.
Com referência específica a este último ponto, nomeadamente, o controlo e análise da humidade do solo, a utilização de imagens de áreas da superfície da Terra fornecidas pelos sistemas de deteção remotos é amplamente conhecida para efeitos de gerar imagens que apresentem o teor de humidade (ou água) do solo nessas áreas, ou seja, mapas georreferenciados de humidade do solo. Em relação a isso, pode ser feita referência, por exemplo, ao capítulo 4 "Satellite Remote Sensing of Surface Soil Moisture" de B. W. Barrett e G. P. Petropoulos do livro "Remote Sensing of Energy Fluxes and Soil Moisture Content" de G. P. Petropoulos, CRC Press 2013, páginas 85-120, onde é apresentada uma visão global sobre:
• tecnologias de deteção remota por satélite utilizadas para fins de análise de humidade do solo; e • métodos para a determinação do teor de humidade do solo com base em imagens de satélite obtidas através da utilização destas tecnologias de deteção remota por satélite.
Em detalhe, em "Satellite Remote Sensing of Surface Soil Moisture" são descritos vários sistemas de satélites de observação da Terra utilizados para analisar o teor de humidade do solo que se baseiam na utilização de satélites equipados com:
• sensores eletrónicos passivos concebidos para medirem radiação eletromagnética com comprimentos de onda entre os 0,4 e os 2,5pm, ou seja, sensores óticos;
• sensores eletrónicos passivos concebidos para medirem radiação eletromagnética com comprimentos de onda entre os 3,5 e os 14pm, ou seja, dentro do chamado espetro do infravermelho térmico (Thermal Infrared - TIR); e • sensores eletrónicos que operam em micro-ondas, ou seja, em frequências entre os 0,3 e os 300 GHz (ou seja, em comprimentos de onda entre lm e 1 mm), ativos e passivos, especificamente e respetivamente
- radares de abertura sintética (Synthetic Aperture Radar - SAR) e
- radiómetros de micro-ondas.
Como é sabido, a utilização destes sensores permite a formação, ou geração de imagens de elevada resolução da superfície da Terra, que podem ser utilizadas para fins de análise de humidade do solo. De facto, em "Satellite Remote Sensing of Surface Soil Moisture" também são descritas técnicas de processamento de imagens de satélite obtidas por deteção remota ótica, TIR, SAR, etc. Estas técnicas permitem gerar imagens que apresentam o teor de humidade do solo, ou seja, mapas georreferenciados do teor de humidade do solo. São utilizadas algumas técnicas para processar apenas as imagens obtidas através de um tipo específico de deteção remota, ou seja, apenas imagens óticas, ou imagens TIR ou imagens SAR, etc. Alternativamente, outras técnicas permitem que a informação contida em diferentes tipos de imagem seja combinada, por exemplo, imagens óticas e TIR, imagens óticas e de micro-ondas, imagens obtidas por meio de sensores de micro-ondas passivos e ativos, etc.
Como é conhecido, cada tipo de sensor tem vantagens e desvantagens relativamente aos outros tipos. Por exemplo, os sensores óticos proporcionam excelentes resoluções espaciais, mas apenas podem funcionar durante o dia. Além disso, a eficácia destes sensores depende fortemente das condições atmosféricas e meteorológicas da cena observada. Por outro lado, os sensores TIR podem operar de dia e de noite e também proporcionam excelentes resoluções espaciais. Infelizmente, a eficácia dos sensores TIR também depende fortemente das condições atmosféricas e meteorológicas da cena observada.
Os sensores SAR representam, provavelmente, a melhor solução. Efetivamente, estes sensores podem operar tanto de dia como de noite, também oferecem excelentes resoluções espaciais e não são substancialmente afetados pelas condições atmosféricas e meteorológicas da cena observada. Como é amplamente conhecido, uma imagem SAR de uma área da superfície da Terra é formada através da transmissão de impulsos de radar para esta área por meio de um SAR a bordo de uma plataforma aérea ou satélite e posterior receção dos sinais de eco correspondentes. Mediante processamento dos sinais de eco recebidos, torna-se possível formar uma imagem de elevada resolução da área observada pelo SAR. Os impulsos de radar transmitidos por um SAR também podem penetrar no solo e na vegetação (até várias profundidades, dependendo do tipo e composição do solo). Portanto, além de informação de superfície, um sistema SAR pode também fornecer informação sobre a subsuperfície, tal como informação relacionada com a humidade do solo, por exemplo.
Hoje em dia, o número de missões de satélite de observação da Terra baseadas em sensores SAR é bastante elevado. Além disso, este número está destinado a crescer continuamente nos próximos anos. Tudo isto significa que atualmente, já existe uma grande disponibilidade de imagens de satélite SAR da superfície da Terra, e que essa disponibilidade está destinada a aumentar ainda mais nos próximos anos.
Considerando todas as vantagens acima indicadas da deteção remota por satélite SAR, uma forma de realização preferencial da presente invenção baseia-se na utilização de imagens de satélite SAR da superfície da Terra. Esta forma de realização preferencial será seguidamente descrita em pormenor, sem qualquer perda de generalidade relativa à invenção. De facto, é importante sublinhar que para fins de pesquisa de fugas numa rede de abastecimento de água, a presente invenção também pode explorar convenientemente imagens geradas por outros tipos de deteção remota, por exemplo, deteção remota ótica, TIR, multiespectral e hiperespectral, etc., adicionalmente ou em alternativa à deteção remota SAR. Além disso, a presente invenção também pode explorar convenientemente imagens provenientes de deteção remota baseada em plataformas aéreas, tais como aviões, drones, etc., adicionalmente, ou em alternativa, a imagens de satélite.
A Figura 1 ilustra pesquisar fugas numa (indicado no seu todo esquematicamente um método para rede de abastecimento de água pelo numeral de referência 1) de acordo com a forma de realização preferencial acima mencionada da presente invenção, baseada na utilização de imagens de satélite SAR da superfície da Terra.
Conforme apresentado na Figura 1, o método 1 visa, antes de tudo o mais, a obtenção de dados de georreferenciação de uma rede de abastecimento de água (11), em que os referidos dados de georreferenciação compreendem de preferência um ou mais mapas georreferenciados da referida rede de abastecimento de água. Convenientemente, os referidos dados de georreferenciação são fornecidos pela administração / entidade pública / empresa que gere a rede de abastecimento de água a ser inspecionada. Os mapas georref erenciados da rede de abastecimento de água podem ser fornecidos, por exemplo, no formato de Gauss Boaga 1984 32N ou 33N, e de forma prática indicar todos os pipelines de interesse, sejam eles condutas primárias ou secundárias.
Em seguida, o método 1 visa a aquisição de imagens de satélite SAR de uma região da superfície da Terra sobre a qual a referida rede de abastecimento de água se estende (12), com base nos dados de georref erenciação da rede de abastecimento de água a ser inspecionada (em particular, com base no(s) referido(s) mapa(s) georreferenciado(s)da rede de abastecimento de água).
Em particular, a aquisição das imagens de satélite SAR (12) inclui adquirir, a partir de pelo menos uma base de dados de imagens de satélite SAR (ou seja, a partir de uma ou mais bases de dados que armazenem imagens de satélite SAR da superfície da Terra - as bases de dados utilizáveis para este efeito podendo ser de qualquer tipo, ou seja, privadas ou públicas, gratuitas ou pagas, etc.), apenas as imagens que representem uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende e que tenham sido detetadas remotamente sob condições
meteorológicas que predeterminados. satisfaçam os requisitos meteorológicos
De preferência, a aquisição das imagens de satélite SAR
(12) inclui:
• selecionar, a partir das imagens de satélite SAR
armazenadas na referida base de dados de imagens de
satélite SAR, apenas as imagens de satélite SAR que
representem uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende e que tenham sido detetadas remotamente sob condições meteorológicas que satisfaçam os referidos requisitos meteorológicos predeterminados, descartando todas as imagens de satélite SAR que não representem uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende e
- todas as imagens de satélite SAR que representem uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende, mas que tenham sido detetadas remotamente sob condições meteorológicas que não satisfaçam os referidos requisitos meteorológicos predeterminados; e • adquirir, a partir da referida base de dados de imagens de satélite SAR, apenas as imagens de satélite SAR selecionadas.
Convenientemente, a aquisição das imagens de satélite SAR (12) inclui:
• pesquisar, na referida base de dados de imagens de satélite SAR, por todas as imagens de satélite SAR de uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende; e, • para cada imagem de satélite SAR encontrada,
- verificar, com base em dados adquiridos a partir de uma ou mais bases de dados meteorológicas, as condições meteorológicas da região sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende na data da deteção remota da referida imagem de satélite SAR e
- adquirir a referida imagem de satélite SAR apenas se as condições meteorológicas preencherem os referidos requisitos meteorológicos predeterminados.
Preferivelmente, os referidos requisitos meteorológicos predeterminados são indicativos de condições meteorológicas predeterminadas adequadas à realização de análises de teor de humidade do solo. Por exemplo, só imagens de satélite SAR que tenham sido detetadas remotamente após N dias a partir da última vez que choveu ou nevou na região sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende poderiam ser selecionadas e, consequentemente, adquiridas (onde N é um número inteiro maior do que zero, por exemplo N = 10) .
Assim, a aquisição seletiva de apenas imagens de satélite SAR detetadas remotamente em condições meteorológicas adequadas para a realização de análises do teor de humidade do solo permite:
• descartar imagens detetadas remotamente em condições meteorológicas que são inadequadas para, ou que interferem com, a análise do teor de humidade (ou de água) do solo (por exemplo, imagens detetadas remotamente durante períodos de chuva forte ou neve);
e selecionar apenas imagens detetadas remotamente em condições meteorológicas adequadas para a realização de análise do teor de humidade do solo (por exemplo, imagens detetadas remotamente durante períodos estáveis de bom tempo e / ou com um clima seco).
A este respeito, é importante notar que nenhuma das técnicas atualmente conhecidas que exploram imagens da superfície da Terra geradas por sistemas de deteção remota para pesquisa e localização de fugas de água, particularmente nenhuma das técnicas descritas em Refl, Ref2, Ref3, Ref4 e Ref5 visam a verificação das condições meteorológicas de deteção remota das imagens; em particular, nenhuma das técnicas descritas em Refl, Ref2, Ref3, Ref4 e Ref5 visam a aquisição seletiva de apenas as imagens de deteção remota sob condições meteorológicas adequadas à realização de análise do teor de humidade do solo.
Além disso, deve também salientar-se que nenhum dos documentos acima indicados, Refl, Ref2, Ref3, Ref4 e Ref5 se referem, nem sequer de passagem, ao facto de que as condições meteorológicas durante a deteção remota das imagens podem ter, tal como explicado anteriormente, um impacto (mesmo bastante grave) no desempenho dos sensores utilizados para deteção remota (por exemplo, sensores óticos e / ou sensores TIR) e, consequentemente, também nos resultados destas técnicas de pesquisa e localização de fugas de água que exploram imagens geradas por sistemas de deteção remota.
Também é importante notar que Ref3 menciona um préprocessamento das imagens de satélite (a este respeito, consultem-se as primeiras nove linhas do parágrafo 4.3 na página 164 de Ref3), onde este pré-processamento inclui uma correção geométrica e uma correção atmosférica das imagens.
Naturalmente, como é bem conhecido no campo da deteção remota por satélite, a correção atmosférica de imagens geradas por sistemas de deteção remota por satélite só serve para remover (ou tentar remover) possíveis artefactos presentes nas imagens de satélite devido a fenómenos atmosféricos (tais como nuvens, neblina, nevoeiro, etc.), mas não é de forma alguma comparável à aquisição seletiva de acordo com a presente invenção (12), baseada na verificação das condições meteorológicas durante a deteção remota das imagens.
Assim, à luz do que acaba de ser explicado, os resultados alcançados através da implementação do método 1 são extremamente fiáveis e precisos, particularmente muito mais precisos e fiáveis do que os obtidos através das técnicas descritas em Refl, Ref2, Ref3, Ref4 e Ref5, devido ao facto de descartarem a priori e portanto não utilizarem para pesquisa e localização de fugas de água todas essas imagens detetadas remotamente sob condições meteorológicas que são inadequadas para, ou que interferem com, a análise do teor de humidade do solo.
Além disso, o método 1 também visa:
• realizar o processamento das imagens de satélite SAR adquiridas e dos dados de georreferenciação da rede de abastecimento de água a inspecionar, em particular do(s) referido(s) mapa(s) georreferenciado(s) da rede de abastecimento processamento georreferenciado gerar, com um mapa a referida base no digital rede de de água e realizado, apresentando abastecimento de água e o teor de humidade do solo na região em que a referida rede de abastecimento de água se estende; e • detetar e localizar uma ou mais fugas na rede de abastecimento de água com base no mapa digital georreferenciado gerado (14).
Convenientemente, o passo de deteção e localização de fugas na rede de abastecimento de água (14) baseia-se numa análise do mapa digital georreferenciado, onde esta análise visa identificar as áreas sobre as quais a rede de abastecimento de água passa (ou que são imediatamente adjacentes aos pipelines da rede de abastecimento de água) e em que o teor de humidade do solo é elevado (por exemplo, superior a um limiar predeterminado indicativo de um valor de humidade médio para o solo circundante).
A Figura 2 apresenta um exemplo de um mapa digital georreferenciado gerado através do método 1. Em particular, no mapa na Figura 2, que apresenta uma rede de abastecimento de água e o teor de humidade do solo na região em que a referida rede de abastecimento de água se estende, as fugas de água detetadas através da execução do método 1 são indicadas, assim como outros elementos identificados nas imagens de satélite processadas (em particular, o telhado de um edifício, um telhado coberto com painéis fotovoltaicos e um terreno agrícola).
Ao utilizar o método 1, é portanto possível enviar um operador para os pontos geográficos identificados para uma pesquisa de campo final (realizada, por exemplo, através de geofone) de modo a encontrar a fuga ou identificar melhor a causa da fuga, tomando em seguida medidas para a eliminar.
O método 1 pode ser convenientemente implementado através de um sistema eletrónico oportuno. A este respeito, a Figura 3 apresenta esquematicamente um sistema de pesquisa de fugas em redes de abastecimento de água (representado no seu todo pelo numeral de referência 2) que está concebido para executar o método 1 e, em particular, inclui meios de processamento 21 programados (através do software oportuno e/ou código de firmware) para implementar o método 1.
De preferência, o sistema 2 também inclui meios de interface de utilizador 22 concebidos para permitir que um utilizador introduza dados e/ou comandos (por exemplo, através de um teclado e/ou rato e/ou ecrã tátil) e exibir os resultados das pesquisas executadas, particularmente exibir os mapas digitais georreferenciados, juntamente com as indicações de fugas identificadas, num ecrã.
Além disso, o sistema 2 está convenientemente configurado para se ligar (por exemplo através de uma ou mais redes de telecomunicações):
• a pelo menos uma base de dados 3 armazenando imagens de satélite SAR da superfície da Terra de modo a realizar a pesquisa, seleção e aquisição das imagens de satélite SAR; e, • de preferência, também a pelo menos uma base de dados de meteorologia 4 para realizar a seleção de imagens de satélite SAR com base na verificação das condições meteorológicas.
As numerosas vantagens da presente invenção são imediatamente óbvias a partir da descrição anterior.
Em particular, é importante sublinhar que a presente invenção permite reduzir drasticamente os tempos de pesquisa e os custos associados aos atuais métodos e técnicas "de campo" para pesquisa de fugas de água, baseados na utilização de geofones, dispositivos de correlação, gases traçadores, testes de etapa, etc.
De facto, a presente invenção permite monitorizar remotamente uma rede de abastecimento de água em tempos muito mais curtos quando comparados com os necessários para pesquisa realizada no campo por operadores ao longo de toda a extensão da rede de abastecimento de água (tal como explicado anteriormente, com a presente invenção a utilização de operadores é limitada apenas ao último passo de deteção e reparação local de fugas nos pontos geográficos identificados com precisão através da utilização da presente invenção).
Em detalhe, a presente invenção tem as seguintes vantagens:
• elevada fiabilidade e elevada precisão na deteção e localização de fugas;
• possibilidade de estimar o tamanho das fugas detetadas, bem prever os potenciais inconvenientes causados por estas fugas;
• aumento da velocidade de resposta na deteção e classificação de fugas com consequente redução de custos com a produção e distribuição de água;
• redução drástica da presença de fugas numa rede de abastecimento de água;
• exibição imediata de fugas num mapa digital georreferenciado;
• sem limite de tamanho;
• pontos identificados em alta resolução (aproximadamente 5 m);
• tecnologia não-invasiva e amiga do ambiente;
• nenhum inconveniente para o utilizador final;
• redução dos custos, riscos e mão de obra necessários para a pesquisa e reparação de pipelines;
• redução dos custos de manutenção, processamento, produtos utilizados, etc.;
• redução dos custos de fornecimento de água aos consumidores;
• curto período de amortização;
• zero burocracia.
Além disso, novamente referindo-nos à situação anteriormente contemplada de pesquisa por fugas de água numa área de 100 km2 onde existe uma rede de abastecimento de água formada por 500km de pipeline, chama-se a atenção para o facto de que, neste caso, a presente invenção implicaria um custo global de 40.000 / 50.000C, com uma consequente poupança de 30/40% em relação aos 75.000 € necessários com os atuais métodos para pesquisa de fugas de água baseados na utilização de geofones, dispositivos de correlação, gases traçadores, testes de etapa, etc.
Assim, é importante sublinhar novamente que os resultados obtidos através da utilização da presente invenção são muito mais precisos e fiáveis do que aqueles obtidos através das técnicas descritas em Refl, Ref2, Ref3, Ref4 e Ref5, devido ao facto de descartarem a priori e portanto não utilizarem para pesquisa e localização de fugas de água todas essas imagens detetadas remotamente sob condições meteorológicas que são inadequadas para, ou que interferem com, a análise do teor de humidade do solo.
Em conclusão, é evidente que podem ser aplicadas à presente invenção várias modificações sem que isso implique um afastamento do âmbito da presente invenção, tal como definido nas reivindicações em anexo. Em particular, é importante sublinhar mais uma vez que a presente invenção, com a finalidade de pesquisar a existência de fugas de água, pode também explorar convenientemente imagens geradas por outros tipos de deteção remota (por exemplo, deteção remota ótica, TIR, multiespectral e hiperespectral, etc.) adicionalmente ou como alternativa à deteção remota SAR.
Além disso, a presente invenção também pode explorar convenientemente imagens provenientes de deteção remota baseada em plataformas aéreas, tais como aviões, drones, etc., adicionalmente, ou em alternativa, a imagens de satélite.
Lisboa, 29 de julho de 2016.

Claims (1)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1 . Método (1) i para pesquisar a existência de fugas de uma rede de abastecimento de água, o referido método (D compreendendo: a) obter dados de georreferenciação de uma rede de
    abastecimento de água (11);
    b) adquirir, com base nos dados de georreferenciação da rede de abastecimento de água, imagens geradas por sistemas de deteção remotos, as imagens adquiridas representando uma região da superfície da Terra sobre a qual se estende a referida rede de abastecimento de água (12);
    c) realizar o processamento das imagens adquiridas e
    dos dados de georreferenciação da rede de abastecimento de água e gerar, com base no processamento realizado, um mapa digital georreferenciado apresentando a referida rede de abastecimento de água e o teor de humidade do solo na
    região em que a referida rede de abastecimento de água se estende (13); e
    d) detetar e localizar uma ou mais fugas na rede de abastecimento de água com base no mapa digital georreferenciado gerado (14);
    onde o referido método (1) é caracterizado por o passo b) (12) incluir a aquisição, a partir de pelo menos uma base de dados (3) que contenha imagens da superfície da Terra geradas por sistemas de deteção remota, apenas imagens que representem uma região da superfície da Terra sobre a qual se estende a rede de abastecimento de água e que tenham sido detetadas remotamente sob condições meteorológicas que satisfaçam requisitos meteorológicos predeterminados.
    os referidos predeterminados,
    2. 0 método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o passo b) (12) incluir:
    — selecionar, a partir das imagens armazenadas na referida base de dados (3) que armazena imagens da superfície da Terra geradas por sistemas de deteção remotos, apenas as imagens que representem uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende e que tenham sido detetadas remotamente sob condições meteorológicas que satisfaçam requisitos meteorológicos descartando:
    - todas as imagens que não representem uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende; e
    - todas as imagens que representem uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede abastecimento de água se estende e sido detetadas remotamente sob meteorológicas que não satisfaçam os referidos requisitos meteorológicos predeterminados; e — adquirir, a partir da referida base de dados (3) que armazena imagens da superfície da Terra geradas por sistemas de deteção remotos, apenas as imagens selecionadas.
    de que tenham condições
    3. 0 método de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o passo b) (12) incluir:
    — pesquisar, na referida base de dados (3) que armazena imagens da superfície da Terra geradas por sistemas de deteção remotos, imagens de uma região da superfície da Terra sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende; e, —para cada imagem encontrada:
    - verificar, com base em dados adquiridos a partir de uma ou mais bases de dados meteorológicas (4), as condições meteorológicas da região sobre a qual a rede de abastecimento de água se estende na data da deteção remota da referida imagem; e adquirir a referida imagem apenas se as condições meteorológicas preencherem os referidos requisitos meteorológicos predeterminados.
    .
    1-3, método de acordo com qualquer uma das reivindicações em que:
    — as fugas na rede de abastecimento de água são detetadas e localizadas através da análise do teor de humidade do solo apresentado no mapa digital georreferenciado, na referida rede de abastecimento de água ou na sua proximidade; e — os referidos requisitos predeterminados são indicativos meteorológicas predeterminadas realização da referida análise de teor de humidade do solo.
    meteorológicos de condições adequadas à
    5. 0 método de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que os referidos dados de georreferenciação compreendem um ou mais mapas georreferenciados da rede de abastecimento de água.
    6. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o passo b) (12) inclui a aquisição de um ou mais dos seguintes tipos de imagens: imagens detetadas remotamente por radar de abertura sintética, imagens detetadas remotamente por meio de sensores óticos, imagens detetadas remotamente por sensores que operam no espetro térmico infravermelho, imagens multiespectrais, imagens hiperespectrais.
    7. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o passo b) (12) inclui a aquisição de imagens detetadas remotamente através de satélite e / ou plataformas aéreas.
    8. 0 sistema (2) configurado para realizar o método (1) para pesquisar a existência de fugas numa rede de abastecimento de água, tal como reivindicado em qualquer das reivindicações precedentes.
    9. Um produto de programa de computador que compreende porções de software e / ou código de firmware que são:
    —executáveis por meios de processamento (21); e — de tal forma que, quando executados, fazem com que os referidos meios de processamento (21) implementem o método (1) para a pesquisa de fugas na rede de abastecimento de água tal como reivindicado em qualquer das reivindicações 1-7.
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