Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Priotto, Felipe Messias
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
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
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
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.
id UTFPR-12_44077bfbfba80a13912070a2a0aef606
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/38691
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling 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
dc.title.none.fl_str_mv Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações
Generative models applied to acoustic emission for leak detection and localization in pipelines
title Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações
spellingShingle Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações
Priotto, Felipe Messias
Emissão acústica
Inteligência artificial
Redes neurais (Computação)
Localização de falhas (Engenharia)
Tubulação
Processamento de sinais
Acoustic emission
Artificial intelligence
Neural networks (Computer science)
Fault location (Engineering)
Piping
Signal processing
CNPQ::ENGENHARIAS
Engenharia Elétrica
title_short Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações
title_full Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações
title_fullStr Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações
title_full_unstemmed Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações
title_sort Modelos generativos aplicados à emissão acústica para detecção e localização de vazamentos em tubulações
author Priotto, Felipe Messias
author_facet Priotto, Felipe Messias
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Lazzaretti, André Eugênio
https://orcid.org/0000-0003-1861-3369
https://lattes.cnpq.br/7649611874688878
Arruda, Lucia Valeria Ramos de
https://orcid.org/0000-0002-5704-8131
https://lattes.cnpq.br/8616017152145795
Lazzaretti, André Eugênio
https://orcid.org/0000-0003-1861-3369
https://lattes.cnpq.br/7649611874688878
Silva, Ivan Nunes da
https://orcid.org/0000-0002-1296-5454
http://lattes.cnpq.br/0448891472280429
Mendes Júnior, José Jair Alves
https://orcid.org/0000-0001-5578-7734
https://lattes.cnpq.br/1920188611669631
Arruda, Lucia Valeria Ramos de
https://orcid.org/0000-0002-5704-8131
https://lattes.cnpq.br/8616017152145795
dc.contributor.author.fl_str_mv Priotto, Felipe Messias
dc.subject.por.fl_str_mv Emissão acústica
Inteligência artificial
Redes neurais (Computação)
Localização de falhas (Engenharia)
Tubulação
Processamento de sinais
Acoustic emission
Artificial intelligence
Neural networks (Computer science)
Fault location (Engineering)
Piping
Signal processing
CNPQ::ENGENHARIAS
Engenharia Elétrica
topic Emissão acústica
Inteligência artificial
Redes neurais (Computação)
Localização de falhas (Engenharia)
Tubulação
Processamento de sinais
Acoustic emission
Artificial intelligence
Neural networks (Computer science)
Fault location (Engineering)
Piping
Signal processing
CNPQ::ENGENHARIAS
Engenharia Elétrica
description 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.
publishDate 2025
dc.date.none.fl_str_mv 2025-10-15T18:38:45Z
2025-10-15T18:38:45Z
2025-09-11
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv PRIOTTO, 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/1/38691
identifier_str_mv PRIOTTO, 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.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38691
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498328115019776