Выявить утечки или плохую теплоизоляцию на теплотрассе можно долгим способом — вручную — или быстро — при помощи тепловизионных квадрокоптеров. В Приморском крае параллельно использовали обе технологии на одном участке. Это позволило сравнить результат: точность, затраты, возможности в целом. Оказалось, что квадрокоптер ничем не уступает классическому способу обследования теплотрассы и даже превосходит его по многим параметрам. В статье рассказываем про опыт и результаты обисследования дронами теплосетей в посёлке Дунай и городе Фокино Приморского края.
Проблема: выявить места потери тепла
Когда теплопотери на теплотрассе больше, чем нормативные, нужно выявить места утечек в трубах и степень их изношенности. К тому же, оценка реальных теплопотерь позволяет точно рассчитать экономическую эффективность замены труб и обосновать стоимость тепла в региональной комиссии.
Первый способ — проведение температурных и гидравлических испытаний перед отопительным сезоном.
В системе повышают температуру и давление. Если труба повреждена, она не выдерживает такой нагрузки и даёт течь, тогда её ремонтируют. Такой метод не показывает скрытые проблемы, например, плохую теплоизоляцию труб, и не позволяет оценить количество теплопотерь в цифрах.
Второй, менее распространённый способ, — ручное проведение замеров температуры.
Специализированные компании проводят обследование теплосетей и с помощью специальных приборов измеряют температуру поверхности. Так можно оценить теплопотери, но есть свои недостатки:
- Карта теплотрассы не всегда соответствует реальному положению труб в грунте, поэтому маршрут приходится уточнять на месте и тратить на это дополнительное время.
- Температура на улице должна быть достаточно низкой, чтобы был хороший контраст. Иначе результаты могут быть неточными.
- Обход пешком протяжённых участков занимает несколько недель.
Третий способ — тепловизионная съёмка теплотрассы с помощью квадрокоптера.
Дроны исследования отмечают температуру поверхности и точные координаты всех точек. Такой метод позволяет точно определить расположение труб, выявить скрытые изъяны и точно оценить места и количество теплопотерь.
В посëлке Фокино и городе Дунай Приморского края модернизация теплосетей не проводилась с 1987 года, из-за этого часто случались проблемы с теплоснабжением: изнашивалась теплоизоляция, происходили аварии. Только за осенне-зимний период 2019—2020 года случилось более 800 аварий на теплотрассах. Примерно в половине случаев жители оставались на какое-то время без отопления и горячей воды.
Теплопотери большие, а средств на модернизацию в бюджете не было. Администрация города решила привлечь частных инвесторов. Раньше для оценки теплотрассы всегда использовали метод проведения температурных и гидравлических испытаний. Но весной 2020 в рамках подготовки концессионного соглашения для ускорения оценки затрат инвестор решил параллельно провести исследование с помощью квадрокоптера DJI Matrice 210 RTK v2.
После обследования теплосетей обоими способами результаты измерений с квадрокоптера и разрывы в трубах совпали до нескольких сантиметров.
Квадрокоптер облегчает жизнь не только при исследованиях теплотрасс. Сейчас такая техника незаменима на любой большой стройке. Дроны исследования могут:
- Сканировать местность и строящиеся объекты для создания высокоточной цифровой модели с помощью лазера или фотограмметрическими методами. Это нужно для последующей работы в BIM или CAD — информационном моделировании или системе автоматизированного проектирования.
- Проводить высокоточную топографическую съемку для создания фотопланов, картографирования, межевания и кадастра.
- Делать художественные фото и видеосъёмку для рекламы, виртуальных туров и панорам на 360 градусов.
- Регулярно мониторить стройку, проводить обследование дронами, контролировать и показывать заказчику процесс строительства в режиме реального времени из любой точки мира. Так можно выявить проблемы с техникой безопасности и технологиями проведения работ, которые иначе очень сложно заметить.
- Следить за экологической обстановкой: обнаруживать утечки газа, воды, контролировать параметры воздуха с помощью специальных датчиков.
- Обеспечивать безопасность: обнаруживать проникновение посторонних лиц и расхищение имущества.
Фокино и Дунай: исследование теплотрассы дроном
Исследование теплосетей в городе Фокино и посëлке Дунай Приморского края проходило в апреле 2020 года. Нужно было определить степень износа, выявить дефекты и определить места утечек теплоносителя. Погода для запуска была подходящая: +4°С без снега, сильного ветра и осадков. Общая протяжённость теплосетей в двутрубном исполнении — 38 км.
Для мониторинга при помощи тепловизионных квадрокоптеров нужно получить разрешения: в зональном центре ОРВД и в городской администрации. Если есть закрытые зоны — у их собственников. После получения разрешений перед полётом оценили конфигурацию участка, сложные моменты: есть ли провода, высокие здания, открытость пространства, чтобы не потерять связь с техникой.
Для исследования использовался квадрокоптер DJI Matrice 210 RTK v2 с комбинированным подвесом DJI Zenmuse XT2.
Погодные условия | Без осадков, ветра и палящего солнца |
Выбор площадки для запуска | 10×10 м с хорошей радиовидимостью и без проводов рядом |
Скорость | 5 м/с |
Высота | 75−90 м |
Дальность | До 10 км прямой видимости |
Время на одном аккумуляторе | 20−30 минут |
В процессе участвовали два человека: оператор и техник. Съёмка проходила ночью, потому что солнце — самый мощный инфракрасный излучатель, к тому же оно нагревает окружающие предметы. Чтобы земля и здания охладились до естественной температуры, а снимки не были «засвеченными», лучше выждать несколько часов после заката.
Данные с дрона сразу после мониторинга загрузили на сервер, где специальное программное обеспечение автоматически провело анализ.
Весь процесс занял две с небольшим недели: три ночи на мониторинг, а остальное время — на обработку результатов.
Чтобы предоставить документы заказчику, нужно было провести ещё и традиционное исследование. Участки с теплопотерями подтвердились полностью.
После мониторинга: что делают с данными, полученными от дрона
Когда съёмка закончена, данные передают в компьютер. Данные с дрона исследования получаются в виде отдельных фотоснимков, перекрывающих друг друга продольно и поперечно. При этом перекрытие требуется значительно большее, чем при съемке в видимом диапазоне. Каждый снимок имеет точные координаты точки съемки. В процессе получается не только детальная карта температур с точной геопривязкой, но и фотоплан, который может использоваться для разных целей. Например, для кадастра, планирования территории, градостроительства, визуализации, расчетов, мониторинга, 3D моделирования.
Обработка данных для каждого участка на мощной технике занимает несколько часов чистого машинного времени. Это зависит от количества снимков и размера участка, который исследовали. Анализировать данные можно визуально, автоматически по алгоритму или при помощи нейросети.
После мониторинга в Фокино и Дунае данные загрузили в мощный компьютер:
- Тепловой слой. Программа составила тепловой слой — своеобразную карту, на которой каждому пикселю присваивается значение температуры.
- Совмещение с координатами и объектами. Данные из первого этапа загрузили в программу, совмещенную с ГИС-системой и сопоставили с реальными координатами и зданиями, которые находятся на исследованной территории.
- Анализ и разделение данных на участки. Визуально это разделение показали тремя цветами, как у светофора: зелёный — всё хорошо, жёлтый — есть незначительные повреждения, красный — повреждения значительные.
Расчёты — составление реестра повреждений и интерактивной карты, расчет эффекта от устранения повреждения.
В строительстве используют разные дроны, их оснащение зависит от задачи, которую надо решить.
— Дроны самолётного типа взлетают со взлётно-посадочной полосы, но могут работать автономно достаточно долго и переносят тяжёлое оборудование. Это хорошо для инспекций землеустроительных работ.
— Всем привычные квадрокоптеры, похожие на вертолёт, взлетают и садятся вертикально, но автономность полёта у них ниже. Они отлично подходят для исследований помещений и недолгих инспекций. Если нужна долгая работа такого типа дронов — их подключают кабелем к большим аккумуляторам.
На квадрокоптер можно повесить множество датчиков и камер. Например, камеру для ночной съёмки, тепловизор, датчики для измерения температуры, качества воздуха, воды.
Когда квадрокоптер лучше
У квадрокоптера, как и у ручного способа оценки теплопотерь, тоже есть свои недостатки: это дорогая техника, чувствительная к ветру и осадкам. Но он оказался незаменим, когда нужно:
— Быстро обнаружить теплопотери. Исследование происходит с воздуха и на более высокой скорости, чем может ходить человек — 5 м/с, поэтому вместо нескольких недель на изучение трассы уходит несколько дней.
— Обследовать, если ещё нет морозов: весной или осенью. При ручном исследовании нужна большая разница температур между поверхностями, поэтому для точности его стараются проводить зимой. Для квадрокоптера эта разница может быть всего лишь 5 градусов, а значит, полёт можно совершать весной или осенью, когда солнце не сильно нагревает поверхности.
— Уточнить карту и определить точные координаты участков. Тепловизоры на квадрокоптере измеряют абсолютную температуру объектов с точностью до десятых градуса Цельсия. Так можно увидеть не только участки с большими теплопотерями, но и точное расположение труб по всей трассе. — Оценить протяженность повреждений с высокой точностью. Квадрокоптер может долететь в труднодоступные места и точно измерить температуру объектов. По получившимся данным можно составить карту и посчитать все участки, требующие замены труб. Точность определения — 13 см на пиксель.
Обследование дронами открывает новые возможности для инвесторов, которые хотят участвовать в восстановлении теплотрасс: можно очень быстро рассчитать точную стоимость работ, уточнить расположение труб, оценить выгоду вложений и составить финансовую модель. Для этого есть специальные программы, которые анализируют данные и показывают их в удобном и интуитивно понятном интерфейсе. Без цифровизации процессов такая скорость расчетов и оценки невозможна.
Беспилотный энергоаудит — технология, которая в скором времени в большинстве случаев заменит традиционные способы исследований теплотрасс и ещё шире будет применяться в строительстве и в ЖКХ. от тепловизионных квадрокоптеров можно использовать для составления карт, анализа, прогнозирования, расчётов. А скорость и простота доступа к любому объекту — главные преимущества дрона перед человеком.