Lista zastosowań bezzałogowych statków powietrznych (UAV) stale się poszerza. Duża część tego wzrostu wynika z rozwoju i doskonalenia nowych, cennych możliwości i konfiguracji dronów. Na przykład coraz powszechniejsze staje się obrazowanie termowizyjne.
Drony, które oprócz konwencjonalnych kamer wideo wykorzystują sprzęt do obrazowania termowizyjnego do wykrywania ciepła, znajdują zastosowanie w różnych scenariuszach. Od wykrywania pożarów po poszukiwania i ratownictwo oraz inspekcje obiektów użyteczności publicznej – wykorzystanie dronów termowizyjnych może być odpowiedzią na stale rosnącą listę krytycznych zadań w różnych branżach.
Drony termowizyjne w akcji
Pomimo względnej nowości technologii istnieje już wiele przykładów wykorzystania dronów termowizyjnych DJI, z których każdy może zainspirować większą liczbę użytkowników do korzystania z tej technologii:
20 marca 2022 r. strażacy reagujący na pożar łąk w Cleburne w Teksasie wykorzystali drony termowizyjne, aby zapewnić pełną świadomość sytuacyjną rosnącego pożaru. Drony termowizyjne mogły widzieć przez gęsty dym i kierować zespołami naziemnymi, aby bezpiecznie reagowały na gorące punkty. Udało im się powstrzymać ogniska i zapobiec rozprzestrzenieniu się pożaru na obszary mieszkalne, a w ciągu 4 godzin ogień został opanowany.
W 2020 r. w strefie wykluczenia w Czarnobylu na Ukrainie miały miejsce zakrojone na szeroką skalę pożary lasów. Drony termowizyjne umożliwiły strażakom poruszanie się po gorących strefach pomimo gęstych kłębów dymu, które poważnie ograniczały widoczność.
Drony odegrały kluczową rolę w odnajdywaniu zaginionych osób podczas powodzi i osunięć ziemi związanych z monsunami w Wietnamie. Bezzałogowe statki powietrzne spełniały potrójne zadanie: rejestrowały wysokiej jakości zdjęcia lotnicze, wykorzystywały czujniki termiczne do wyszukiwania sygnatur termicznych oraz zbierały dane telemetryczne w celu tworzenia trójwymiarowych modeli terenu.
Rafinerie ropy naftowej w Argentynie używają dronów z czujnikami termowizyjnymi do określania względnej energii wytwarzanej w różnych częściach infrastruktury zakładu. Dzięki temu inspektorzy mogą uzyskać jasny obraz stanu sprzętu bez zmuszania pracowników do udania się do potencjalnie niebezpiecznych obszarów.
Drony termowizyjne przeprowadziły zwiad powietrzny podczas wycieku substancji chemicznych w Sarasocie na Florydzie. Bezzałogowe statki powietrzne umożliwiły załogom zlokalizowanie źródła problemu wśród rozprzestrzeniającej się chmury amoniaku.
UAV z obrazowaniem termowizyjnym umożliwiły strażakom z Bentonville w stanie Arkansas dokładne monitorowanie temperatury zbiornika zawierającego wysoce łatwopalny difluoroetan podczas pożaru pobliskiego zakładu przemysłowego. Pozwoliło to załodze strategicznie schłodzić czołg i zapobiec jego eksplozji.
Drony termowizyjne pomagają rolnikom skanować pola w poszukiwaniu młodych jeleni, które w przeciwnym razie byłyby ukryte wśród wysokiej trawy. Młode jelenie są zabierane w bezpieczne miejsce, aby rolnicy mogli kosić pola bez narażania życia młodych.
To tylko kilka przykładów zastosowań technologii dronów termowizyjnych, które pokazują, jak ważny jest wybór odpowiedniego ładunku dla drona. Bezzałogowe statki powietrzne wyposażone w systemy obrazowania termowizyjnego już przynoszą korzyści, a sprzęt ten wciąż ewoluuje.
Termowizja: jak to działa?
Rozważając teraźniejszość i przyszłość technologii dronów termowizyjnych warto zagłębić się w zasady techniczne działania kamer termowizyjnych. Zrozumienie, jak działa sprzęt do obrazowania termowizyjnego, może zainspirować do bardziej efektywnego wykorzystania tej technologii i nowych podejść do wdrażania dronów termowizyjnych.
Ciepło 101
Ciepło, znane również jako promieniowanie podczerwone (IR), to po prostu wibracje atomów. Obiekty emitują ciepło w zależności od ruchu ich atomów – im większy ruch, tym cieplejszy obiekt. Termografia to proces badania sygnatur cieplnych i wykorzystania wiedzy na temat promieniowania cieplnego w praktyce.
Ludzie odczuwają ciepło, ale nie widzą promieniowania podczerwonego. Dlaczego? Ponieważ to promieniowanie ma długość fali elektromagnetycznej, której oko nie jest w stanie wykryć. Kamery termowizyjne służą do przekształcania sygnatur w podczerwieni w coś widocznego dla ludzi.
Jak działają kamery termowizyjne?
Kamery termowizyjne wykorzystują specjalistyczne obiektywy wykrywające częstotliwości podczerwone, a także czujniki termiczne i procesory obrazu, które wyświetlają wyniki na wyświetlaczu. Kiedy kamera termowizyjna jest zamontowana na dronie, urządzenie zwykle umieszcza się na gimbalu, który stabilizuje obraz i pozwala na obrót obiektywu o pełne 360 stopni.
Obraz termiczny słupa energetycznego wykonany kamerą H20T
Czujniki termiczne w tych zaawansowanych kamerach, technicznie zwane mikrobolometrami, zostały w ostatnich latach znacząco ulepszone. Dzisiejsze opcje nie wymagają egzotycznych materiałów chłodzących stosowanych w przeszłości, co czyni je znacznie tańszymi.
Schemat działania komory termicznej
Schemat czujnika termicznego (mikrobolometru)
Kamery termowizyjne dronów mogą wykrywać temperaturę powierzchni wielu obiektów, ale są wyjątki. Przykładowo przedmioty wypolerowane, błyszczące i odblaskowe nie pochłaniają dużo ciepła - mają tzw. niską emisyjność. Trudno je wykryć za pomocą kamer termowizyjnych. Obiekty o wysokiej emisji, takie jak drewno, beton, a nawet ludzie, można łatwo skanować.
Drewno ma wysoką emisyjność
Odczyt i obróbka obrazów termowizyjnych
Gdy drony przechwycą informacje termiczne za pomocą kamer na podczerwień, dane te są wyświetlane na ekranie w postaci zwykłego obrazu, który może przeglądać operator.
Oprogramowanie do obrazowania termowizyjnego DJI w locie
Dzięki oprogramowaniu do obrazowania termowizyjnego użytkownicy mogą zmieniać paletę kolorów używanych do przedstawienia zachowania termicznego sceny. Każdy widok jest przydatny do wyróżniania różnych szczegółów obrazu, a opcje te obejmują:
White Hot : Cieplejsze obiekty wydają się jaśniejsze, a chłodniejsze obiekty wydają się ciemniejsze.
Czarny, gorący : W przeciwieństwie do białych, gorących, gorące obiekty wydają się ciemniejsze.
Tęcza : Temperatura odpowiada odcieniom, a ciepłe kolory symbolizują ciepło.
Oczywiście te trzy opcje to dopiero początek. Bardziej zaawansowane kamery termowizyjne oferują szerszą gamę widoków - Zenmuse H20T oferuje 12 oddzielnych palet kolorów.
Ogólne ustawienia palety kolorów dla kamer termowizyjnych
Rodzaj użytej kamery termowizyjnej określa również, w jakim formacie obrazy będą rejestrowane i przechowywane. Podczas gdy niedrogie modele rejestrują obrazy w postaci prostych plików graficznych, zaawansowane rozwiązania zawierają dane termowizyjne i odczyty temperatury, a także znaczniki GPS. Dane termograficzne można dalej badać za pomocą narzędzia DJI Thermal Analysis Tool.
Jak dbać o kamerę termowizyjną i jak chronić ją przed uszkodzeniem
Zanim zaczniesz korzystać z drona termowizyjnego, ważne jest, aby poznać typowe sposoby uszkodzenia czujników termicznych i dowiedzieć się, jak im zapobiegać. Podczas gdy produkty DJI charakteryzują się doskonałą jakością wykonania i trwałością, czujniki termowizyjne są z natury niezwykle precyzyjnymi, precyzyjnie dostrojonymi urządzeniami, które wymagają ostrożności i uwagi podczas użytkowania. Niewłaściwe użycie może spowodować trwałe uszkodzenie czujników termicznych, pozostawiając artefakty w zebranych danych.
Oto kilka przykładów zdjęć termowizyjnych wykonanych kamerą M30T , w których czujniki termiczne zostały uszkodzone w wyniku bezpośredniego wystawienia na działanie światła słonecznego:
Aby temu zapobiec w przypadku czujnika drona termowizyjnego, NIE wystawiaj obiektywu kamery termowizyjnej na działanie silnych źródeł energii, takich jak słońce, lawa lub wiązka lasera. W przeciwnym razie może dojść do spalenia czujnika aparatu i jego trwałego uszkodzenia.
Dokładne pomiary termiczne
Nawet wysokowydajne kamery termowizyjne muszą radzić sobie z różnymi czynnikami środowiskowymi, które mogą utrudniać uzyskanie dokładnych danych o temperaturze powierzchni. Należą do nich warunki atmosferyczne – zbyt duże upały, wilgoć, chmury, deszcz czy śnieg mogą zakłócać dokładność kamer termowizyjnych. Kamery termowizyjne również mają trudności z pracą ze szkłem, ponieważ szkło odblaskowe może odbierać ciepło ze słońca, ziemi lub innego obiektu.
Powłoka powierzchni obiektu może również wpływać na zdolność drona termowizyjnego do dokonywania odczytów temperatury. Korozja lub nowa warstwa farby może zmienić odczyty temperatury względnej obiektu. Względne położenie słońca może również powodować, że obiekty wykonane z tego samego materiału będą wyglądać inaczej w kamerze termowizyjnej.
Efektywne wykorzystanie kamery termowizyjnej wymaga uwzględnienia następujących czynników:
Warunki atmosferyczne
Obecność dymu, kurzu i gruzu
Emisyjność
Przezroczystość
Odbicie
Pory dnia
Kąt widzenia
Malowanie na miejscu
Odległość do obiektu
Ilość energii cieplnej
Chropowatość lub gładkość powierzchni
Biorąc pod uwagę te cechy, możliwe jest dokładne wyobrażenie o właściwościach termicznych obiektu lub krajobrazu.
Zaawansowane kamery
Wysoka rozdzielczość i możliwość wyświetlania większej liczby kolorów to tylko niektóre z zalet zaawansowanych technologicznie systemów kamer termowizyjnych. W dzisiejszym szybko zmieniającym się krajobrazie technologicznym najbardziej obiecujące możliwości leżą poza tymi stopniowymi ulepszeniami.
Zaawansowane nowe funkcje obejmują:
Opcje ładunku dla dronów z dwoma kamerami : Drony wyposażone w zaawansowane systemy obrazowania termowizyjnego mogą jednocześnie rejestrować wiele rodzajów obrazów. Hybrydowe ładunki termowizyjne to dwie kamery w jednym: konwencjonalny system obrazowania i kamera na podczerwień.
Niestandardowe ustawienia izotermy użytkownika : Korzystając z panelu sterowania drona termowizyjnego, użytkownicy mogą ustawić izotermy – niestandardowe ustawienia temperatury. Na przykład użytkownicy szukający potencjalnych pożarów mogą poprosić kamerę o automatyczne wyświetlanie obrazów zawierających gorące obszary.
Oprogramowanie do obrazowania termowizyjnego nowej generacji : Oprogramowanie używane do interpretacji obrazów w podczerwieni ewoluowało z biegiem czasu, zapewniając nowe możliwości, takie jak śledzenie temperatury określonych obiektów, aktualizacja danych o temperaturze w czasie rzeczywistym, nakładanie obrazów w świetle widzialnym i podczerwieni i wiele więcej. Jedną z opcji jest narzędzie do analizy termicznej DJI.
Dzięki stale rozwijającej się technologii dronów termowizyjnych firmy mogą rozszerzać możliwości tych UAV. Wyzwania, które jeszcze kilka lat temu wydawały się niemożliwe, warto ponownie rozważyć, ponieważ obrazowanie termowizyjne stanie się dokładniejsze, wszechstronne i dostępne.
Ładunki do rozważenia
Dobór ładunku dla drona termowizyjnego to kwestia dopasowania możliwości sprzętu do celów organizacji. Istnieje kilka różnych czynników, które decydują o tym, jak system kamer będzie działał w terenie, a także o tym, ile możesz się spodziewać za niego. Obejmują one:
Pole widzenia (FOV) : Jest to miara tego, jak duży obraz może uchwycić kamera.
Odporność na warunki atmosferyczne : mierzona stopniem ochrony IP, określa odporność obudowy elektrycznej na czynniki atmosferyczne, w tym wilgoć spowodowaną deszczem i mgłą.
Pasmo widmowe : Pasmo widmowe to pasmo elektromagnetyczne wykrywane przez czujnik podczerwieni aparatu.
Czułość termiczna : Ta metryka oznacza stopień, w jakim czujnik może mierzyć różnice w temperaturze względnej i jest również nazywana różnicową temperaturą równoważną szumowi (NEDT).
Rozdzielczość obrazu : Ta metryka nie odzwierciedla obszaru rejestrowanego przez kamerę, ale liczbę pikseli tworzonych obrazu cyfrowego, co z kolei określa poziom szczegółowości.
Mavic 2 Enterprise Advanced : matryca 640x512 (po lewej) vs Mavic 2 Enterprise Dual : matryca 160x120 (po prawej)
W zależności od rodzaju pracy, do której szukasz drona oraz warunków, w jakich planujesz używać UAV termowizyjnego, możesz wybrać udźwig kamery termowizyjnej, który będzie odpowiadał Twoim potrzebom. Do wysokowydajnych ładunków dostępnych obecnie na rynku zalicza się seria Zenmuse H20, taka jak:
Zenmuse H20T : Standardowy model Zenmuse H20 to kamera dronowa z trzema czujnikami, składająca się z kamery z zoomem 20 MP, kamery szerokokątnej 12 MP i dalmierza laserowego o zasięgu 1200 m. Zenmuse H20T posiada również radiometryczną kamerę termowizyjną o rozdzielczości 640x512px. Kamera generuje pliki R-JPEG z osadzonymi informacjami o temperaturze, co pozwala na dalszą analizę. Kamera termowizyjna nagrywa z szybkością 30 klatek na sekundę, zapewniając wysoki stopień czułości termicznej. Dzięki szerokiemu wyborowi palet kolorów, konfigurowalnym izotermom i alarmom temperatury kamera umożliwia użytkownikom wybór pomiędzy trybem wysokiego i niskiego wzmocnienia, w zależności od tego, czy potrzebny jest szerszy zakres temperatur czy wyższa czułość.
Tryb podziału z Zenmuse H20T
Zenmuse H20N : Ładunek Zenmuse H20N jest podobny do H20T, ale ma jeszcze bardziej zaawansowane funkcje, z których wiele wiąże się z przeznaczeniem kamery noktowizyjnej. Kamera noktowizyjna w świetle gwiazd może przybliżać obraz zsynchronizowany z kamerą termowizyjną, wyświetlając wyniki na podzielonym ekranie obok siebie. Dzięki dwóm kamerom termowizyjnym z zoomem 2× i 8× system jest w stanie powiększać obrazy aż do 32×. Powiększanie obrazu termowizyjnego pozwala na dokładne przyjrzenie się wykrytym gorącym punktom lub innym anomaliom temperaturowym.
Zastosowanie nowoczesnych kamer pozwala dronom brać udział w najróżniejszych sytuacjach, czy to w poszukiwaniu zaginionych osób w nocy, skanowaniu potencjalnych pożarów, sprawdzaniu urządzeń elektrycznych czy w każdym innym możliwym zastosowaniu.
Zastosowania: teraz i w przyszłości
Dzisiejsze drony termowizyjne mogą wykonywać więcej funkcji niż w przeszłości, a dzięki dokładniejszym czujnikom i niższym cenom otwierają się nowe możliwości. Ten proces ekspansji i odkrywania trwa, stale odkrywane są nowe przypadki użycia.
Korzystanie z dronów termicznych dzisiaj
Jeśli Twoja organizacja zajmuje się jedną z poniższych działalności, dron termowizyjny może być idealną technologią dla Twoich potrzeb:
Gaszenie pożarów : Jednym z najczęstszych zastosowań dronów termowizyjnych jest sprzęt gaśniczy. Lotnicze mapy cieplne pozwalają strażakom wyprzedzać czynniki ryzyka. Podczas pracy wewnątrz konstrukcji można wytyczyć potencjalne punkty zniszczenia, a w przypadku pożarów lasów drony mogą pomóc załogom w przechwytywaniu postępu pożarów na otwartych przestrzeniach.
Poszukiwanie i ratownictwo : Pożary to nie jedyne rodzaje katastrof, w których drony z obrazowaniem termowizyjnym mogą pomóc ratownikom. Podczas reagowania na klęski żywiołowe, takie jak powodzie, osunięcia ziemi, trzęsienia ziemi, tornada i huragany, drony termowizyjne mogą pomóc zespołom znaleźć zaginione ofiary nawet w nocy. Te termiczne UAV są również w stanie szukać ludzi zagubionych na wolności.
Inspekcje z powietrza obiektów użyteczności publicznej i kopalń za pomocą dronów : Inspekcje infrastruktury użyteczności publicznej, od fabryk i instalacji paneli słonecznych po odległe linie energetyczne, są łatwiejsze dzięki dronom. Korzystanie z kamer termowizyjnych w połączeniu z konwencjonalnymi pomiarami pozwala załogom przyjrzeć się potencjalnemu ryzyku awarii, a nawet sprawdzić stan paneli termicznych w nowy sposób. Bez względu na to, jak duża jest roślina lub kopalnia, drony mogą latać nad miejscem i dokonywać odczytów.
Zaawansowane rolnictwo : Monitorowanie upraw i wypasanych stad z powietrza jest potencjalnie nieuzasadnionym wykorzystaniem dronów. Obrazowanie termowizyjne pozwala rolnikom mierzyć wpływ ciepła na pola i śledzić zwierzęta nawet w nocy. Ciągłe wysiłki na rzecz poprawy wydajności rolnictwa poprzez przyjęcie technologii idealnie nadają się do wykorzystania dronów.
Rozszerzanie aplikacji: w toku
Zastosowanie dronów termowizyjnych nie tylko w obszarze bezpieczeństwa publicznego, ale także w celu poprawy efektywności przedsiębiorstw użyteczności publicznej i rolnictwa rozpoczęło się stosunkowo niedawno. Sugeruje to, że użytkownicy, zarówno profesjonaliści, jak i entuzjaści, stale wymyślają nowe zastosowania dronów termowizyjnych.
Jeśli Twoja firma musi przeprowadzać dokładne inspekcje z powietrza trudno dostępnej infrastruktury lub monitorować personel lub aktywa w nocy lub w niesprzyjających warunkach pogodowych, dron termowizyjny może być właściwym rozwiązaniem dla Twojego zastosowania. W miarę jak ładunki kamer termowizyjnych stają się coraz bardziej złożone, a jednocześnie tańsze, możliwości dronów rosną.
Zwiększanie możliwości profesjonalnych użytkowników dronów
Niezależnie od wybranej konfiguracji drona termowizyjnego, możesz zwiększyć komfort swoich użytkowników, wybierając dodatkowe opcje. Na przykład program DJI Care Enterprise, który obejmuje wszelkiego rodzaju opiekę i konserwację Twojego sprzętu, niezależnie od liczby dronów DJI w Twojej flocie. Inwestycja we wsparcie może pomóc chronić Twoją inwestycję i sprawić, że Twoje drony będą latać, niezależnie od tego, co napotkają.
Dzięki stale rosnącej liście zastosowań i dostępnemu obecnie wysokiemu poziomowi zaawansowania technologicznego, nigdy nie było lepszego czasu na wykorzystanie dronów termowizyjnych. Niezależnie od tego, czy zapewniasz nowe możliwości urzędnikom odpowiedzialnym za bezpieczeństwo publiczne, czy tworzysz nową, wydajną metodę inspekcji w zakładach użyteczności publicznej, rolnictwie lub w jakimkolwiek innym zastosowaniu przemysłowym, dron termowizyjny może nadać nowy wymiar Twoim operacjom.