30.08.2021

Как квадрокоптер победил ручное обследование теплосетей в Приморском крае

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.

В Фокино результаты нанесли на интерактивную карту. Так легко увидеть все проблемные участки и оценить масштаб будущих работ
В Фокино результаты нанесли на интерактивную карту. Так легко увидеть все проблемные участки и оценить масштаб будущих работ

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.
Вид котельной Фокино с высоты
Вид котельной Фокино с высоты

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 запуска дрона подходит ровная площадка с хорошей радиовидимостью вдали от проводов электросетей
Для запуска дрона подходит ровная площадка с хорошей радиовидимостью вдали от проводов электросетей

Для исследования использовался квадрокоптер DJI Matrice 210 RTK v2 с комбинированным подвесом DJI Zenmuse XT2.

Погодные условияБез осадков, ветра и палящего солнца
Выбор площадки для запуска10×10 м с хорошей радиовидимостью и без проводов рядом
Скорость5 м/с
Высота 75−90 м
ДальностьДо 10 км прямой видимости
Время на одном аккумуляторе20−30 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.

Ночная съёмка с квадрокоптера даёт самые точные результаты при исследовании теплотрассы
Ночная съёмка с квадрокоптера даёт самые точные результаты при исследовании теплотрассы

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.

    Подпишитесь на рассылку
    Раз в неделю будем присылать вам самые интересные материалы

    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.

    В городе Орехово-Зуево провели обычную и тепловизионную съёмку с квадрокоптера. На основе этих данных удалось построить 3D модель местности — котельной
    В городе Орехово-Зуево провели обычную и тепловизионную съёмку с квадрокоптера. На основе этих данных удалось построить 3D модель местности — котельной

    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:

    1. Тепловой слой. Программа составила тепловой слой — своеобразную карту, на которой каждому пикселю присваивается значение температуры.
    2. 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.
    3. 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.

    После анализа и обработки данных на интерактивной карте можно увидеть всю информацию о выбранном участке
    После анализа и обработки данных на интерактивной карте можно увидеть всю информацию о выбранном участке

    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.

      Подпишитесь на рассылку
      Раз в неделю будем присылать вам самые интересные материалы

      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.

      Все участки с теплопотерями с квадрокоптера определяются с точностью до сантиметра
      Все участки с теплопотерями с квадрокоптера определяются с точностью до сантиметра

      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.