Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38691 |
Resumo: | Leak detection in pipelines is critical to preventing financial losses and environmental damage; however, training artificial intelligence (AI) models for this task is hindered by the difficulty and high cost of acquiring real-world leak data. This study proposes a solution by generating synthetic, yet realistic, leak signals from a small set of real measurements. Acoustic Emission (AE) signals were collected from a 105-meter experimental pipeline, and a generative adversarial network (GAN) was trained to learn their physical characteristics and produce new samples for various leak positions, including locations where no measurements had been taken. To assess the quality of the generated data, a Vision Transformer (ViT) model was trained exclusively on the synthetic leak signals to detect and locate leaks from spectrogram images. The model, which had never been exposed to real leak data during training, was then evaluated on real samples. Results showed that it achieved 100% accuracy in leak classification and an average localization error on synthetic data of only 1.5 meters. These findings demonstrate that synthetic data generation is a viable and effective strategy for addressing data scarcity in anomaly detection, enabling the development of diagnostic systems without the need for extensive and costly field testing. |
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Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulaçõesGenerative models applied to acoustic emission for leak detection and localization in pipelinesEmissão acústicaInteligência artificialRedes neurais (Computação)Localização de falhas (Engenharia)TubulaçãoProcessamento de sinaisAcoustic emissionArtificial intelligenceNeural networks (Computer science)Fault location (Engineering)PipingSignal processingCNPQ::ENGENHARIASEngenharia ElétricaLeak detection in pipelines is critical to preventing financial losses and environmental damage; however, training artificial intelligence (AI) models for this task is hindered by the difficulty and high cost of acquiring real-world leak data. This study proposes a solution by generating synthetic, yet realistic, leak signals from a small set of real measurements. Acoustic Emission (AE) signals were collected from a 105-meter experimental pipeline, and a generative adversarial network (GAN) was trained to learn their physical characteristics and produce new samples for various leak positions, including locations where no measurements had been taken. To assess the quality of the generated data, a Vision Transformer (ViT) model was trained exclusively on the synthetic leak signals to detect and locate leaks from spectrogram images. The model, which had never been exposed to real leak data during training, was then evaluated on real samples. Results showed that it achieved 100% accuracy in leak classification and an average localization error on synthetic data of only 1.5 meters. These findings demonstrate that synthetic data generation is a viable and effective strategy for addressing data scarcity in anomaly detection, enabling the development of diagnostic systems without the need for extensive and costly field testing.A detecção de vazamentos em tubulações é fundamental para evitar perdas financeiras e danos ambientais, mas treinar modelos de inteligência artificial para essa tarefa enfrenta um grande obstáculo: a dificuldade e o alto custo para obter dados de falhas reais. Este trabalho propõe uma solução para atenuar este problema utilizando inteligência artificial para gerar sinais sintéticos, porém realistas, de vazamentos a partir de uma amostra pequena de dados verdadeiros. A metodologia partiu da coleta de sinais de Emissão Acústica (EA) em uma tubulação experimental de 105 metros. Com esses dados limitados, uma rede neural generativa (GAN) foi treinada para aprender as características físicas dos sinais e criar novas amostras correspondentes a diferentes posições de vazamento na tubulação, inclusive em pontos onde não foram realizadas medições. Para validar a qualidade dos dados criados, um segundo modelo de inteligência artificial, um Vision Transformer (ViT), foi treinado exclusivamente com os sinais sintéticos para aprender a identificar e localizar vazamentos a partir de imagens de seus espectrogramas. O teste final consistiu em avaliar o desempenho deste modelo, que nunca viu dados reais de vazamento durante seu treinamento, em amostras reais. Os resultados confirmaram a eficácia da técnica: o modelo treinado apenas com dados sintéticos foi capaz de classificar os vazamentos reais com 100% de acurácia e estimar a localização de vazamentos sintéticos com um erro médio de 1,5 metro. O estudo demonstra que a geração de dados sintéticos é uma estratégia viável e eficaz para contornar a escassez de dados em cenários de anomalias, possibilitando o desenvolvimento de sistemas de diagnóstico sem a necessidade de ensaios de campo extensivos e custosos.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPRLazzaretti, André Eugêniohttps://orcid.org/0000-0003-1861-3369https://lattes.cnpq.br/7649611874688878Arruda, Lucia Valeria Ramos dehttps://orcid.org/0000-0002-5704-8131https://lattes.cnpq.br/8616017152145795Lazzaretti, André Eugêniohttps://orcid.org/0000-0003-1861-3369https://lattes.cnpq.br/7649611874688878Silva, Ivan Nunes dahttps://orcid.org/0000-0002-1296-5454http://lattes.cnpq.br/0448891472280429Mendes Júnior, José Jair Alveshttps://orcid.org/0000-0001-5578-7734https://lattes.cnpq.br/1920188611669631Arruda, Lucia Valeria Ramos dehttps://orcid.org/0000-0002-5704-8131https://lattes.cnpq.br/8616017152145795Priotto, Felipe Messias2025-10-15T18:38:45Z2025-10-15T18:38:45Z2025-09-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfPRIOTTO, Felipe Messias. Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38691porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-10-16T06:21:59Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/38691Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-10-16T06:21:59Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
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