Desarrollo de un software para la adquisición de datos de una estación hidrométrica basada en tecnología LiDAR

El proyecto de desarrollo de un software para la adquisición de datos nació del semestre 2022A de paz y región, cuyo objetivo era diseñar e implementar un sistema de medición en el laboratorio de hidráulica de la Universidad de Ibagué, donde se implementaron diferentes sensores con el objetivo de re...

Full description

Autores:
Ruiz González, Laura Valentina
Trujillo Martínez, Pablo Germán
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Universidad de Ibagué
Repositorio:
Repositorio Universidad de Ibagué
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/4823
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/20.500.12313/4823
Palabra clave:
Estación hidrométrica - Adquisición de datos - Software
tecnología LiDAR
LiDAR
Interfaz gráfica
Adquisición de datos
LiDAR
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Data acquisition
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description El proyecto de desarrollo de un software para la adquisición de datos nació del semestre 2022A de paz y región, cuyo objetivo era diseñar e implementar un sistema de medición en el laboratorio de hidráulica de la Universidad de Ibagué, donde se implementaron diferentes sensores con el objetivo de recolectar datos del canal de agua para estudiar el comportamiento en diferentes entornos y condiciones experimentales. Durante la experiencia de paz y región en el año 2022A se inició la compra, diseño y montaje de la estructura de medición física y de las conexiones eléctricas, donde el objetivo final fue la comunicación eficiente entre todos los dispositivos del sistema. Al culminar la experiencia de paz y región se vio la necesidad de proporcionar herramientas para que la adquisición de datos por parte de los usuarios fuera más eficiente y requiriera la menor interacción física posible con el fin de evitar fallos en el sistema al ser manipulado, siendo de este planteamiento que dio un punto de partida para iniciar el proyecto de desarrollo del software. Se desarrolló un software para la adquisición de datos de diferentes sensores, como lo fueron un sensor LiDAR 2D, una cámara y un sensor de ultrasonido, donde la obtención de datos se realizó mediante algoritmos de procesamiento y una interfaz gráfica. Este desarrollo se realizó en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad de Ibagué. El software se implementó en lenguaje Python y bajo un entorno de (ROS) Robotic Operating System en una tarjeta embebida con sistema operativo Linux. Se realizaron pruebas de adquisición y reporte de datos, de manera que fue posible evaluar las mediciones mediante el error cuadrático medio. El software cuenta con una interfaz gráfica que permite al usuario interactuar con los parámetros más relevantes en la toma de datos, lo cual facilita la experimentación en el laboratorio.
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spelling Peña Rojas, Luis Eduardof24e0614-cb28-4070-af34-1999b9989109-1Murcia Moreno, Harold Fabián96950372-9b10-4420-97ca-3ac40a0bcc8f-1Ruiz González, Laura Valentinab5ab9052-e7d4-4b5c-807a-9395094fd00e-1Trujillo Martínez, Pablo Germán9a18eca7-3b55-48b7-993d-ce0540ef723f-12025-03-13T16:24:01Z2025-03-13T16:24:01Z2022El proyecto de desarrollo de un software para la adquisición de datos nació del semestre 2022A de paz y región, cuyo objetivo era diseñar e implementar un sistema de medición en el laboratorio de hidráulica de la Universidad de Ibagué, donde se implementaron diferentes sensores con el objetivo de recolectar datos del canal de agua para estudiar el comportamiento en diferentes entornos y condiciones experimentales. Durante la experiencia de paz y región en el año 2022A se inició la compra, diseño y montaje de la estructura de medición física y de las conexiones eléctricas, donde el objetivo final fue la comunicación eficiente entre todos los dispositivos del sistema. Al culminar la experiencia de paz y región se vio la necesidad de proporcionar herramientas para que la adquisición de datos por parte de los usuarios fuera más eficiente y requiriera la menor interacción física posible con el fin de evitar fallos en el sistema al ser manipulado, siendo de este planteamiento que dio un punto de partida para iniciar el proyecto de desarrollo del software. Se desarrolló un software para la adquisición de datos de diferentes sensores, como lo fueron un sensor LiDAR 2D, una cámara y un sensor de ultrasonido, donde la obtención de datos se realizó mediante algoritmos de procesamiento y una interfaz gráfica. Este desarrollo se realizó en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad de Ibagué. El software se implementó en lenguaje Python y bajo un entorno de (ROS) Robotic Operating System en una tarjeta embebida con sistema operativo Linux. Se realizaron pruebas de adquisición y reporte de datos, de manera que fue posible evaluar las mediciones mediante el error cuadrático medio. El software cuenta con una interfaz gráfica que permite al usuario interactuar con los parámetros más relevantes en la toma de datos, lo cual facilita la experimentación en el laboratorio.The project of developing a software for data acquisition was born from the semester 2022A of Paz y Region, whose objective was to design and implement a measurement system in the hydraulics laboratory of the University of Ibague, where different sensors will be used with the objective of collecting data from the water channel to study the behavior in different environments and experimental conditions. During the peace and region experience in the year 2022A, the purchase/design and assembly of the physical measurement structure and electrical connections began, where the final objective was the efficient communication between all the devices of the system. At the end of the Paz y Region experience, it was necessary to provide tools to make the acquisition of user data more efficient and require the least possible physical interaction to avoid failures in the system when it is manipulated. A software was developed for the acquisition of data from different sensors, such as a 2D LiDAR sensor, a camera, and an ultrasound sensor, where data acquisition was performed through processing algorithms and a graphical interface. This development was carried out in the Hydraulics laboratory of the University of Ibague. The software was implemented in Python language and under a Robotic Operating System (ROS) environment in an embedded card with Linux operating system. Data acquisition and reporting trials were carried out, so that it was possible to evaluate the measurements by means of the mean square error. The software has a graphical interface that allows the user to interact with the most relevant parameters in the data acquisition and facilitate the laboratory experimentation.PregradoIngeniero ElectrónicoLista de figuras.....7 Lista de ecuaciones.....8 Lista de tablas.....8 Lista de algoritmos.....8 Introducción.....9 1. Marco teórico.....11 1.1. LiDAR 2D (Lidar detection and ranging).....11 1.1.1. ¿Cómo funciona un sensor LiDAR?.....11 1.1.2. Clasificaciones de LiDAR.....12 1.1.3 Características técnicas del sensor LiDAR.....12 1.2. Sensor ultrasónicov.....13 1.3. Ros (Robot Operating System).....13 1.4. Nube de puntos.....14 1.5. Protocolo SSH.....15 1.6. Direccionamiento IP.....15 1.7. Error Cuadrático Medio (RMSE).....16 1.8. Espectro de luz visible.....16 2. Descripción del problema.....17 3. Objetivos.....18 3.1 General.....18 3.2 Específicos.....18 4. Metodología.....19 4.1. Definición estructura de software.....19 4.2. Análisis calidad medición basado en intensidad.....20 4.3. Generación e implementación algoritmo para obtención de datos LiDAR.....20 4.4. Análisis estadístico y post – procesamiento.....20 4.5. Definición de Interfaz gráfica.....20 5. Desarrollo de proyecto.....22 5.1. Etapa 1: Configuración de dispositivos y conexiones.....27 5.2. Etapa 2: Comprobación calidad de las mediciones.....28 5.3. Etapa 3. Desarrollo e implementación del algoritmo para obtenciónde datos.....28 5.4. Etapa 4: Implementación el software para adquisición de datos.....29 5.5. Etapa 5: Diseño e implementación de interfaz.....29 6. Resultados experimentales.....31 6.1. Análisis de calidad de la medición basada en intensidad.....36 6.2. Generación e implementación de algoritmos.....39 6.3. Comprobación y post-procesamiento.....40 6.4. Interfaz gráfica.....43 7. Conclusiones.....47 8. Trabajo futuro.....48 9. Aportes.....48 10. Referencias bibliográficas.....49 11. Anexos.....5356 páginasapplication/pdfRuiz González, L.V. & Trujillo Martínez, P.G. (2023). Desarrollo de un software para la adquisición de datos de una estación hidrométrica basada en tecnología LiDAR.[Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4823https://hdl.handle.net/20.500.12313/4823spaUniversidad de IbaguéIngenieríaIbaguéIngeniería ElectrónicaA. Interciencia, V. Flores-Jacinto, P. Meléndez-Estrada, J. Amezcua-Allieri, And M. Adela, “Propuesta de índice de calidad de agua residual utilizando un modelo aritmético ponderado,” feb. 2013. [online]. available: https://www.redalyc.org/pdf/339/33926950011.pdf“los costos en la salud asociados a la degradación ambiental en colombia ascienden a $20,7 billones,” dnp.gov.co, 2022. https://www.dnp.gov.co/paginas/los-costos-en-la-salud-asociados-a-la- degradaci%c3%b3n-ambiental-en-colombia-ascienden-a-$20,7-billones-.aspxS. 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