Тепловизионное обследование дроном: ЛЭП, кровли, теплотрассы, солнечные станции

Тепловизионная съёмка дроном за один вылет покрывает километры линии электропередачи, крышу торгового центра или поле солнечных панелей, на которые с ручным тепловизором уходят дни. Но тепловизор измеряет излучение поверхности, а не «находит дефекты»: нагретый контакт при малой нагрузке или на ветру легко пропустить, а блик неба — принять за перегрев. Ниже — что видит камера, когда снимать каждый тип объектов и что должно быть в отчёте, чтобы им можно было пользоваться.

Что видит тепловизор и чего не видит

Бортовые тепловизоры для обследований — неохлаждаемые микроболометрические камеры диапазона примерно 8–14 мкм, чаще всего с матрицей 640×512. Они регистрируют длинноволновое инфракрасное излучение и пересчитывают его в температуру поверхности.

Ключевое слово — поверхности. Тепловизор не видит сквозь стену, кровельный пирог, грунт или стекло: оконное стекло в этом диапазоне непрозрачно и работает скорее как зеркало. О скрытом дефекте камера узнаёт только по тому, как он меняет температуру снаружи: мокрый утеплитель дольше держит тепло, утечка теплоносителя прогревает грунт над трубой, плохой контакт греется сильнее соседнего провода.

Вторая особенность — излучательная способность ε. Матовые неметаллические поверхности — бетон, кирпич, битум, окрашенный металл — излучают почти как идеальное тело (ε около 0,9 и выше). Блестящий металл излучает слабо и отражает до 90–95 % падающего излучения, поэтому на нём камера видит в основном отражение неба, солнца или соседних конструкций. Новый алюминиевый провод, оцинкованная кровля, нержавеющие трубы — классические источники ошибок.

Радиометрическая и нерадиометрическая съёмка

Нерадиометрический тепловизор выдаёт картинку «светлее — значит теплее», но температуры в пикселях не сохраняет. Этого достаточно для поиска людей и животных, охраны периметра, обнаружения очагов тления — задач, где важен сам контраст.

Радиометрическая камера записывает температуру в каждом пикселе (радиометрический JPEG, TIFF или формат производителя). После полёта можно сменить палитру, задать излучательную способность и дистанцию, измерить температуру в точке или области и сравнить с соседними элементами. Для обследования оборудования, где решение принимают по разнице в градусах, подходит только радиометрия.

Погрешность бортовых камер обычно составляет ±2–5 °C или ±2–5 % от измеренного значения. Поэтому выводы делают не по абсолютной температуре, а по превышению над однотипным элементом в тех же условиях: фаза над соседней фазой, модуль над соседним модулем.

Условия: когда тепловизионная съёмка дроном даёт результат

Большинство неудачных обследований испорчено не камерой, а выбором времени. Общие правила:

• Нужен тепловой поток. Дефект виден, только если через конструкцию идёт тепло: в здании топят, по линии течёт ток, в трубе горячий теплоноситель, панели работают под солнцем.
• Солнце мешает зданиям и линиям. Солнечный нагрев и тени маскируют аномалии на фасадах, кровлях и контактах. Для них лучше пасмурная погода, ночь или утро до восхода. Исключение — солнечные электростанции, их снимают как раз при ярком солнце.
• Ветер охлаждает. Он уменьшает превышение температуры над окружением; при ветре сильнее 8 м/с отраслевая методика для электрооборудования рекомендует измерения не проводить.
• Поверхность должна быть сухой. Дождь, туман, мокрый снег и роса выравнивают температуры и рассеивают излучение.
• Отражения проверяют ракурсом. Блестящие поверхности снимают под углом, при котором в них не отражаются небо и солнце, и с нескольких точек: настоящий нагрев остаётся на месте, блик «переезжает».
• Объекту нужны пиксели. Чтобы измерить температуру, объект должен занимать хотя бы 3×3 пикселя, лучше больше. Камера 640×512 с пикселем 12 мкм и объективом 13,5 мм с 50 м даёт около 4,4 см на пиксель — болтовой зажим размером 10 см займёт пару пикселей. Нужно подлетать ближе или брать зум.

Обследование ЛЭП дроном

На воздушных линиях тепловизор ищет нагрев контактных соединений (зажимов, соединителей, шлейфов), повреждённые изоляторы и разрядники, провода с обрывом проволок. Оценку в отрасли традиционно ведут по РД 153-34.0-20.363-99 «Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ». Для планирования полётов из неё важно:

• снимать при токовой нагрузке не ниже 50 % номинальной: при 30 % и меньше дефект на ранней стадии не проявляется, поэтому время согласуют с диспетчером сетевой компании;
• лучше пасмурная погода, невысокая температура воздуха, высокая облачность и слабый ветер;
• состояние соединений оценивают по коэффициенту дефектности — отношению превышения температуры соединения к превышению температуры целого участка провода. До 1,2 — начальная степень неисправности, которую держат под контролем; 1,2–1,5 — развившийся дефект, устраняемый при ближайшем выводе линии в ремонт; больше 1,5 — аварийный дефект, требующий немедленного устранения.

В методике описана и съёмка с вертолёта, а дрон делает ту же работу ближе и точнее: держит постоянную дистанцию и ракурс, совмещает тепловой и обычный кадр, чтобы было видно, какой именно зажим греется и на какой опоре. Для онлайн-контроля удобны аппараты с зависанием и долгим временем в воздухе, например Vega X18: до 90 минут полёта и до 2 кг полезной нагрузки под камеру или тепловизор.

Кровли и теплотрассы

Плоские кровли. Главная задача — найти намокший утеплитель под гидроизоляцией. Мокрые участки теплоёмче сухих: днём набирают тепло, а вечером после солнечного дня остывают медленнее и видны как тёплые пятна. Снимают в первые часы после заката, на сухой кровле, без ветра. В отопительный сезон по кровле видны и теплопотери: мостики холода, утечки тёплого воздуха у парапетов и шахт. Требования к тепловизионному контролю теплозащиты зданий установлены ГОСТ Р 54852 (проверяйте действующую редакцию); съёмка с дрона обычно служит первым этапом — поиском зон для детальной проверки.

Теплотрассы. Утечка или разрушенная изоляция подземной трубы прогревает грунт — с воздуха видна тёплая полоса вдоль трассы с пятном в месте повреждения. Лучшее время — холодный сезон, ночь или раннее утро, когда грунт не прогрет солнцем. Тонкий снег не мешает, а проталины видны даже обычной камерой. Дрон снимает трассу непрерывно на десятки километров, и по тепловому ортофотоплану удобно сравнивать результаты разных сезонов.

Солнечные электростанции

Солнечные станции снимают в ясный день около полудня: дефекты проявляются, только когда модули вырабатывают ток. Международная практика (IEC TS 62446-3) ориентирует на освещённость в плоскости модулей не менее 600 Вт/м²; её проверяют пиранометром у массива. Типичные находки:

• горячие точки — отдельные перегретые элементы: трещины, дефекты пайки, локальное затенение;
• нагрев трети модуля — признак отказа обходного диода и отключённой группы элементов;
• целиком тёплый модуль или вся строка — модуль не отдаёт энергию из-за обрыва или отключения;
• мозаика нагретых элементов, чаще у рамки, в модулях одного конца строки — характерный признак потенциально-индуцированной деградации (PID);
• нагрев распределительных коробок и разъёмов, пятна от загрязнений и затенения растительностью.

Снимают под углом, при котором в стекле не отражается солнце, а результат сводят в карту станции с номерами строк и модулей — иначе бригаде не найти перегретую панель среди тысяч одинаковых.

Что должно быть в отчёте

Отчёт о тепловизионном обследовании — рабочий документ для ремонтной бригады, а не альбом цветных картинок. Минимум:

1. Условия съёмки: дата и время, температура воздуха, ветер, облачность; для ЛЭП — токовая нагрузка, для СЭС — освещённость.
2. Камера и параметры расчёта: модель, принятая излучательная способность, дистанция.
3. Перечень дефектов с привязкой: опора, пролёт и фаза; участок кровли; пикет трассы; строка и номер модуля — и координаты.
4. Для каждого дефекта — пара снимков (тепловой и обычный) с одной точки, температура аномалии и эталонного элемента, превышение и, где применимо, коэффициент дефектности.
5. Классификация по срочности: устранить немедленно, при ближайшем ремонте, держать под контролем.
6. Исходные радиометрические файлы — чтобы через год сравнить с повторным обследованием.

Ограничения стоит понимать заранее: тепловизор не заменяет приборные измерения и вскрытие, он показывает, где искать. Без теплового потока он не видит внутренних дефектов, плохо работает по блестящим металлам и в неподходящую погоду, а окна съёмки для ЛЭП и кровель привязаны к нагрузке и времени суток.

«Дронология» выполняет видео- и тепловизионный мониторинг с камерами, работающими на высоте до 1500 м, а для наблюдения с воздуха выпускает Vega X18. Обсудить объект можно через страницу контактов. О выборе аппарата под такие задачи — в статье «Как выбрать промышленный дрон», а о собственной службе обследований — в материале «Своё подразделение БПЛА на предприятии».

Частые вопросы

Можно ли снимать ЛЭП тепловизором днём?

Можно, но солнце нагревает провода и арматуру и даёт блики, поэтому слабые дефекты легко пропустить. Отраслевая методика рекомендует пасмурную погоду или тёмное время суток и нагрузку не ниже половины номинальной.

Видит ли тепловизор через стекло?

Нет. Обычное стекло непрозрачно для длинноволнового ИК-излучения: камера покажет температуру самого стекла и отражения в нём, а не то, что за ним.

Чем радиометрическая съёмка лучше обычной?

В ней в каждом пикселе сохранена температура. После полёта можно измерить нагрев, сравнить его с эталонным элементом, поменять палитру и излучательную способность и сопоставить данные с прошлыми обследованиями.

Когда лучше обследовать кровлю?

Плоскую кровлю на намокание — вечером после солнечного дня, на сухой поверхности и без ветра. Теплопотери — в отопительный сезон, ночью или рано утром, при большом перепаде температур снаружи и внутри.