Применение беспилотников с тепловизионными камерами

Основные направления использования беспилотников с тепловизором

Современный дрон с тепловизором является очень практичным способом для инспекции промышленных строений и оборудования, контроля линий электропередач, обнаружения очагов возгорания, охоты и многого другого. Он способен:

1. Без риска для персонала проверить утечку тепла через стены и кровлю промышленных зданий;
2. Составить тепловую сигнатуру солнечной батареи и обнаружить в ней дефектный элемент;
3. Провести проверку электроподстанций без выключения оборудования;
4. Проверить линии высокого напряжения, особенно расположенные в труднодоступных местах;
5. Удаленно обнаружить и эффективно замерить объем утечек на предприятиях нефтегазового комплекса и на трубопроводах;
6. Проверить температуру сельскохозяйственных полей, обнаружить проблемы оросительных систем и разыскать отбившееся от стада животное.
7. В сфере безопасности дроны с тепловизором используются для обнаружения лесных пожаров и анализа обстановки в таких районах. Одним из преимуществ подобной системы является ее способность видеть сквозь дым, а также обнаруживать подземные очаги возгорания.
8. Спасательные операции являются еще одной причиной широкого применения тепловых камер. Они способны легко обнаружить человека, чья одежда сливается с фоном окружающей среды.
9. В последнее время набирают популярность и БПЛА, предназначенные для охоты в темное время суток. Каждый из них также оборудован тепловизором.

Flir duo

FLIR Duo – тепловизионная камера для квадрокоптера под кардан GoPro. Этот прибор является относительно дешевой альтернативой всем другим тепловизорам для БПЛА, выпускаемым FLIR Systems.

FLIR Duo обладает размерами обычной экшн-камеры формата GoPro (41x59x29,6 мм). Как следует из названия, прибор имеет два объектива, один из которых регистрирует тепловые изображения, а другой – оптические. Оптический объектив позволяет получать картинку в формате Full HD (1920×1080).

Термальное изображение снимается с разрешением 160×120 pix. Режим «картинка в картинке» допускает совмещение двух изображений. Дистанционное управление использует широтно-импульсную модуляцию. Что касается ввода-вывода, то для этих целей у FLIR Duo есть порты miniUSB и HDMI.

Flir vue pro r 640

Этой камере мы отдаем первое место. Этот прибор выпускается в нескольких версиях, лучшая из которых называется FLIR Vue Pro R 640 19 мм. Главные особенности этого изделия указаны прямо в названии: R означает радиометрический, 640 указывает на формат картинки 640х512, а величина 19 мм говорит о фокусном расстоянии объектива.

Впервые компания FLIR реализовала радиометрическую технологию в одной из своих камер. Эта особенность позволяет FLIR Vue Pro R считывать данные о температуре окружающей среды с чрезвычайно высокой точностью. Если стандартные тепловизоры позволяют создавать лишь достаточно общую цветовую картинку тепловой обстановки, то FLIR Vue Pro R определяет точное значение температуры для каждого пикселя в кадре.

Подобно другим моделям компании FLIR, Vue Pro R может захватывать видео и записывать его в формате MJPEG и H.264 на карту памяти microSD. Туда же заносятся и 14-битные фото. Частота кадров записанного видеоизображения равна 30 Гц.

Для удаленной настройки параметров используется MAVLink – протокол обмена информацией между наземной станцией и летательным аппаратом. Пилоту дается право удаленно выбирать цветовую палитру, запускать и останавливать запись, а также изменять масштаб изображения.

Анализ полученных материалов и создание на их основе развернутого отчета выполняется в приложении FLIR Tools. Стоит упомянуть, что модуль Bluetooth этого прибора позволяет связаться с мобильными устройствами, работающими как под iOS, так и под Android.

С учетом всех обстоятельств, на данный момент FLIR Vue Pro R 640 19 мм является лучшим инструментом для всех типов работ, требующих точных тепловых показателей.

Цена прибора соответствует ее возможностям. FLIR Vue Pro R 640 19 мм продается за US $4849.

Workswell wiris mini heat vision

Этот прибор выпускается чешской компанией Workswell – лидером европейского рынка термографических продуктов. Компания сфокусирована на машинном зрении и бесконтактном измерении температуры.

WIRIS Mini Heat Vision представляет собой систему, разработанную для беспилотных летательных аппаратов. Устройство имеет относительно небольшие размеры (85х65х45 мм) и вес (160 г). Этот прибор объединяет в себе две камеры (тепловую и цифровую оптическую) и блок управления.

Тепловизор имеет разрешение 384×288 pix и двенадцатикратное цифровое увеличение изображения. Он способен определять температуру с точностью до 3% и в очень широком диапазоне. В комплект поставки входят 2 сменные линзы – 71 град. (6,8 мм) и 35 град. (13 мм).

Цифровая часть имеет разрешение 1600×1200 pix и 16-тикратное цифровое масштабирование.

Данные могут храниться во внутренней памяти или на внешней карте micro SD. Основным преимуществом системы WIRIS является широкий диапазон управления в реальном времени непосредственно на стандартных RC-передатчиках (поддерживаются протоколы PWM, SBus и USB 2.0).

Система позволяет изменять целый ряд рабочих параметров – от диапазона температур до палитры и масштаба получаемого изображения. Все настройки легко контролируются в ходе полетов, после выключения прибора все установленные параметры полностью сохраняются.

Анализ полученной информации производится в приложении CorePlayer, которое позволяет редактировать полученные данные, экспортировать их в другие форматы (PNG, AVI и т. д.), проводить анализ радиометрических данных, создавать автономные отчеты и 3D модели, а также обладает множеством других функций.

Цена прибора составляет € 3995.

Yuneec cgo-et

Наш обзор мы продолжим изделием китайской компанией Yuneec – весьма популярного производителя беспилотных летательных аппаратов. CGO-ET представляет собой комбинацию из тепловизора и камеры с низкой освещенностью, заключенных в один корпус. Комплект дополняет 3-хосевой карданный подвес, способный к круговому вращению.

CGO-ET имеет размеры 81x108x138 мм и весит всего 275 г. На прибор устанавливается оптический объектив с углом зрения 90 градусов. У термального объектива FOV несколько меньше – 71 градус по диагонали. Оптическая съемка ведется в формате 1920×1080 pix при 30 fps. Термальное изображение имеет формат 160×120 pix.

Ключевой особенностью этого прибора является измерение температуры объекта и формирование двух картинок – оптической и термальной. Оба изображения могут воспроизводиться на экране наземной станции ST-16. Оптическое и термальное изображения могут воспроизводиться отдельно, формировать две расположенные рядом картинки или накладываться друг на друга.

Нужно признать, что YUNEEC CGO-ET является, безусловно, высококачественной камерой, цена которой (приблизительно, US $2500) полностью соответствует ее возможностям.

Zenmuse xt2

Zenmuse XT2 является очень интересным коммерческим решением для дронов DJI Matrice 200 Series и DJI Matrice Pro, в котором тепловой датчик FLIR Tau 2 сочетается с оптической камерой 4K. Помимо реального изображения, прибор создает и термальную картинку, которая способна определять температуру в каждом пикселе с частотой 30 Гц.

На XT2 может устанавливаться несколько типов ИК объективов – 9, 13, 19 и 25 мм. В максимальной конфигурации устройство имеет габаритные размеры 124x113x127 мм. Штатный карданный подвес способен изменять угол наклона съемочной аппаратуры в диапазоне от 45 до -130 градусов и создавать панорамы в пределах /- 330 градусов.

Тепловая съемка ведется в формате 640×512, оптическая часть делает фото с разрешением 12 Mpix и снимает видео в формате 4K Ultra HD (3840×2160 pix) и Full HD (1920×1080 pix). Съемка может вестись с увеличением изображения в 2, 4 или 8 раз. Запись полученных материалов ведется на карты формата microSD, для установки которых у XT2 имеются 2 слота.

Электронная начинка прибора размещена в специальном корпусе, имеющем степень защиты IP44.

ПО Zenmuse XT2 обладает целым набором функций, которые позволяют этой камере сосредоточиться на самом горячем объекте контролируемой зоны и в режиме реального времени уведомлять оператора о превышении заданных температурных параметров. Более того, если проверка ведется в промышленной зоне, где присутствуют несколько источников тепла, то XT2 поможет оператору сосредоточиться на контроле выбранного им объекта.

Анализ потоков огня и дыма

Не важно, с каким типом пожара сталкивается пожарное подразделение. Ему приходится анализировать не только расположение очагов возгорания, но и направление потоков огня и дыма. Всесторонний и точный анализ сложившейся ситуации возможен только тогда, когда у командира подразделения и его подчиненных есть детальная картина.

Именно это и помогает сделать беспилотник, оборудованный тепловизионной камерой. Способность увидеть траекторию пожара часто оказывается решающим фактором при принятии решения о стратегии и тактике тушения, а также позволяет спасти людей и имущество.

Горячие точки

Речь идет о тех местах, где даже после уничтожения основных очагов пожара может сохраняться слабый огонь или тление. Такие точки потенциально опасны, так как могут спровоцировать новое возгорание. С помощью тепловизионных камер гораздо легче и проще обнаружить подобные зоны или точки и быстро потушить их, чтобы ликвидировать малейшую возможность для нового распространения огня. На земле команды пожарных без помощи БПЛА с тепловизором вряд ли смогли бы быстро и точно выявить тлеющие места.

Защитные линии влаги

Пожарные при тушении используют метод влажных линий для контроля распространения огня. Такие “линии” создаются с помощью полива способного к возгоранию материала перед наступающим огнем. Такой метод будет сравнительно эффективным только при условии, если в защитных линиях не будет “прорех”. С помощью тепловизионных камер дронов можно быстро узнать, обладает ли целостностью та или иная защитная линия.

Инфракрасная термография

Инфракрасная термография – это методика применения специальных электронно-оптических устройств, регистрирующих и измеряющих величину теплового потока. В соответствии с этой методикой создаются приборы, которые применяются для теплового контроля различных конструкций или оборудования и позволяют решать бесчисленное количество задач.

Простейшие тепловизоры способны создавать видеосигнал, в котором белые области отображают максимумы излучаемой энергии, а темные области указывают на более низкий уровень теплового излучения. Чтобы облегчить общую интерпретацию тепловых изображений, получаемая сигнатура чаще всего искусственно окрашивается. Это достигается путем присвоения различным уровням серого определенных цветов и оттенков.

Отметим, что выбор правильной цветовой палитры улучшает изображение и способствует более четкому восприятию различных уровней энергии.

Использование тепловизионных камер пожарными подразделениями

Как показала практика, дроны, оснащенные тепловизионными камерами, способны эффективно помогать пожарным при ликвидации возгораний любого масштаба. Более того, сегодня уже существуют специальные руководства и онлайн-уроки по применению камер такого типа во время пожаротушения. В частности, компания FLIR, помогавшая DJI разрабатывать летающие тепловизоры, выпустила пособия для пожарных.

Практическое применение дронов Mavic 2 Enterprise Dual и других дронов DJI с подвесными тепловизионными камерами показало, что в реальности может быть множество способов поддержки беспилотниками действий пожарных подразделений, причем как больших, так и малых команд.

В таких ситуациях прежде всего ценной становится способность тепловизора видеть разницу в температурных параметрах, причем это возможно даже в условиях задымления. Летающие тепловизионные камеры доказали свою эффективность при борьбе с самыми разными типами пожаров: в городской застройке, в лесных угодьях и др.

Во-первых, как показывает видео ниже, дроны с тепловизионной камерой способны “видеть” обстановку сквозь клубы дыма. Это помогает не только выявлять очаги возгорания, но и людей, находящихся в опасности. Детальное знание о происходящем внутри здания или другого объекта помогает принимать нужные решения.

Но это не единственное преимущество летающих тепловизионных камер. Интеграция таких систем дает и другие выгоды. Например, данные о горячих точках, о состоянии кровли, о направлении потоков огня и дыма, а также наличии влаги. Вот несколько конкретных примеров.

Когда может быть полезным дрон с тепловизионной камерой?

Возможно, вы и сами уже знаете ответ на этот вопрос. В конце концов, трудно было бы не догадаться об этом и новичку, если он прочитал то, что написано выше. Однако следует все же внести некоторую ясность в поставленный вопрос. 

Специалисты прекрасно знают, что тепловизоры уже давно используются в гражданской и военной сферах. Однако использование тепловизионных камер на подвеске или в корпусе (в качестве встроенного оборудования) беспилотных летательных аппаратов представляет собой нечто более новое и интересное.

При наземном использовании тепловизора вам все равно пришлось бы приближаться к интересующему вас объекту. Но представьте, что вы – пожарный или инспектируете опасный промышленный объект. В этом случае применение даже самой совершенной камеры с тепловизионной матрицей создавало бы риск для здоровья и даже жизни. Совсем другое дело, если камера закреплена на корпусе беспилотника.

БПЛА может быстрее и лучше выполнить вашу работу. Во-первых, он сможет охватить гораздо большую площадь для проверки и сделать это за считанные минуты (или часы, если зона занимает значительную площадь). Во-вторых, камера сможет передать вам изображение не только сверху, но и с необычных ракурсов.

Это поможет лучше и детальнее определить ситуацию на месте. В-третьих, вся информация будет передана в реальном режиме времени. В критических случаях время – решающий фактор. Полная информация и оперативность помогут принимать правильные и адекватные ситуации решения.

Какие это могут быть ситуации? Мы уже упоминали их: поиск и спасение людей, борьба с пожарами, наблюдение за поведением толпы, поиск нелегальных посадок наркотических растений (конопли и т.п.). В последнем случае можно вспомнить, как во время съемки велогонки в Испании дрон обнаружил нелегальные посадки марихуаны на крыше одного из частных домов. Полиция немедленно прибыла на место и задержала злоумышленников.

На примере квадрокоптера с тепловизионной камерой dji mavic 2 enterprise dual

Сравнительно недавно коллекция промышленных дронов DJI пополнилась линейкой Mavic 2 Enterprise (далее M2E). Это был первый и довольно успешный опыт компании в создании портативных дронов корпоративного уровня. Однако интересен не сам факт такого шага компании, а решение создать дрон с двойной камерой, в которой имеется стандартная RGB-матрица и тепловизионный датчик.

Это первая и довольно удачная, как показала практика, попытка создать суперкомпактный дрон с двойной камерой профессионального уровня. При этом у многих вызывает большой интерес именно наличие встроенного тепловизора, а также то, как можно использовать подобный летательный аппарат для выполнения различных по своей сложности задач: поиска и спасения людей, полицейских операций, борьбы с пожарами или проведении промышленных инспекций.

Mavic 2 Enterprise Dual, как все дроны серии DJI Mavic (первого и второго поколений), отличается компактными размерами, высокой мобильностью и наличием более совершенным компонентов управления и интересными новыми аксессуарами. Собственно, об этих аксессуарах мы уже рассказывали, упоминая серию промышленных квадрокоптеров Mavic 2 Enterprise. Речь идет о громкоговорителе, прожекторе и маячке.

Однако настоящей “фишкой” модели M2E Dual является возможность создавать тепловые изображения. Этот функционал по сути является ключевыми в данном аппарате. Он уже хорошо зарекомендовал себя в реальных ситуациях и действительно помогает пилотам решать самые сложные задачи намного быстрее и безопаснее. Например, с помощью тепловизионной камеры можно легко увидеть разницу температур на объекте и даже увидеть это сквозь дым.

Столь мощную (по крайней мере, для такого компактного БПЛА) камеру удалось создать благодаря сотрудничеству DJI с компанией FLIR Systems. Это ведущий частный разработчик и производитель тепловизионных камер, компонентов и датчиков изображения. Как и на других моделях серии Mavic, у Mavic 2 Enterprise Dual съемочная система оборудована особым вариантом подвеса с 3-осной стабилизацией. Визуальная матрица и тепловизионная матрица  FLIR Lepton размещены в одном корпусе рядом друг с другом.

Камеры и другое оборудование M2E Dual предоставляют пилотам и целым командам работать не только днем, но и ночью (или же в сложных дневных условиях). Программный пакет DJI Pilot и интеллектуальные режимы пилотирования и съемки также будут хорошими помощниками во время полетной миссии. Среди несомненно полезных интеллектуальных функций следует особо отметить:

• FLIR MSX
• Spot Meter
• Area Measurement
• Isotherm

FLIR MSX, или мультиспектральная динамическая визуализация (multispectral dynamic imaging) – запатентованная компанией FLIR технология, с помощью которой на тепловизионные снимки в реальном режиме времени наносят детали высокой четкости в видимом свете.

Интеллектуальная функция Spot Meter помогает определить среднюю температуру объекта, а также отследить и измерить температуру критически важных или опасных объектов на безопасном расстоянии. 

Функция Area Measurement помогает определить среднюю, минимальную и максимальную температуру, а также соответствующие местоположения каждой температурной зоны. При проведении инспекций данная функция незаменима, так как помогает специалистам быстро обнаружить соответствующие объекты и определить, не перегрелся ли он.

И, наконец, функция Isotherm будет полезной в том случае, если необходимо узнать более точные температурные параметры объектов и областей. “Изотерма” позволяет пилотам создавать нужные диапазоны температур и присваивать для них цветовые палитры.

С помощью такого решения можно более четко рассмотреть температурные контрасты и детально увидеть всю картину. В функции предусмотрены настраиваемые профили, которые будут полезны при поиске людей или при тушении пожаров. Цветовые палитры, соответствующие определенным температурным данным, помогают лучше идентифицировать либо очаги возгорания, либо возможное нахождение людей в зоне поиска.

Общие положения

В нашей природе все предметы, температура которых превышает показатель абсолютного нуля (-273,15 град. C), испускают тепло в окружающую среду в виде волн инфракрасного диапазона. Чем выше температура объекта, тем больше тепловой энергии он может отдавать.

Тепловое излучение может распространяться и в вакууме. Ярким примером может послужить солнечная энергия, которая распространяется в космической среде виде электромагнитных волн.

Проверка целостности кровли

Во время пожара, да и не только, часто необходимо знать реальное состояние кровли, которая может в неожиданный момент обрушиться на людей. Это проще всего сделать с помощью беспилотника, оснащенного тепловизионной камерой. И здесь не так важно, используете ли вы DJI Mavic 2 Enterprise Dual или DJI Matrice 600 Pro / Matrice 200, оборудованные тепловизорами.

Важен сам результат. Операторы и руководители команды спасателей/пожарников смогут увидеть те области кровли, которые представляют опасность. Разность температур четко укажет на это. Для этого очень хорошо подходит функция Isotherm. Можно будет быстрее обнаружить возможное обрушение кровли и тем самым спасти находящихся внутри людей.

Рейтинг лучших тепловизоров для бпла

Тепловые камеры сравнительно недавно вышли на широкий рынок беспилотных летательных аппаратов. Мировым лидером в области разработки и производства таких приборов является американская компания FLIR Systems. Ее продукция совместима с фирменным программным пакетом FLIR Tools, позволяющим настраивать параметры съемки и превращать полученные изображения в профессиональные отчеты.

Сервисные инспекции с помощью беспилотников

Инспектирование объектов с воздуха – далеко не новый метод работы различных организаций. Но дроны, оборудованные тепловизионной камерой, могут внести и уже вносят в эту процедуру существенные изменения как с точки зрения эффективности, так и с точки зрения безопасности.

Проверка подстанций и линий электропередач – один из самых красноречивых примеров. Это довольно сложное и затратное для инспекций оборудование. Оно требует большого количества сотрудников и значительного количества времени на инспектирование. И все равно этого оказывается недостаточно, особенно если действовать традиционными способами.

Кроме того, проверки часто сопряжены с риском для здоровья и жизни самих сотрудников компаний. Попытки использовать для проверки высотных объектов вертолеты оказались слишком затратными для бюджета компаний. Ни самолет, ни вертолет также не смогут провести проверку по соображениям безопасности.

Уже первые опыты применения дронов с визуальными и тепловизионными камерами показало все преимущества использования беспилотников для инспектирования ЛЭП и других инфраструктурных или промышленных объектов. 

1. Прежде всего обращает на себя внимание стоимость выполнения работ. Хотя для будущих инспекций придется закупать БПЛА и оборудование для них, тем не менее, в целом, использование тепловизионных и визуальных летающих камер стоит намного дешевле с точки зрения эксплуатационных расходов. 
2. Второе важное преимущество – быстрота получения результатов. Компании существенным образом экономят время: как самой организации, так и ее сотрудников. Экономия времени также позволяет изменить подходы к проведению инспекций. Например, отказаться от длительных отключений некоторых линий электропередач во время проверок. 

Еще одно направление эффективного использования беспилотников с тепловизорами – проверка зданий различного назначения. Такая технология позволяет обнаружить различные повреждения, недостающие конструкции, наличие воды под кровлей, проблемы с электроснабжением и многое-многое другое.

О других примерах применения промышленных дронов можно узнать из статьи “Горнодобывающая промышленность: преимущества применения дронов сегодня и перспективы на ближайшее время”.

Все вышеописанные операции можно эффективно выполнять с помощью промышленного квадрокоптера DJI Mavic 2 Enterprise Dual. Подробнее о нем можно прочитать в нашем обзоре (ожидается) или на странице продукта.

Тепловизионные камеры для охраны правопорядка

Целенаправленное оснащение полицейских подразделений квадрокоптерами DJI Mavic 2 Enterprise Dual наряду с другими моделями БПЛА – характерный тренд для целого ряда стран. В Великобритании и США беспилотники с тепловизорами используются для поиска преступников или пропавших людей. Подобных примеров можно найти довольно много.

Недавно полиция Уилтшира (Великобритания) получила сообщение о том, что пропала пожилая женщина 83 лет. Лесистый ландшафт затруднял поиски, поэтому было решено использовать M2E Dual с расчетом на то, что его тепловизионная камера поможет обнаружить пропавшую женщину.

Была создана большая поисковая группа. Ее направили в тот район, где женщину видели в последний раз. Примерно через час поисков беспилотник смог обнаружить источник тепла на краю лесистого участка. Операторы смогли увидеть очертания человека, лежащего на земле.

Она провела на улице более 5 часов, крайне устала и испытывала страдания не только от возрастных болезней, но и холодной погоды. Если бы не оперативные действия полиции, оснащенной квадрокоптером M2E Dual, то все могло закончиться гораздо печальнее. 

И это не единственный пример. Другой пример успешных действий полиции – события в Линкольншире (опять же в Великобритании). Здесь местная полиция смогла с помощью Mavic 2 Enterprise Dual расследовать дело о незаконном выращивании марихуаны. Виновный получил наказание и был заключен в тюрьму.

Сначала беспилотник провел разведывательную миссию и обнаружить незаконную ферму по выращиванию марихуаны. Были собраны неопровержимые улики, которые и стали решающими в судебном разбирательстве. Тепловизионная камера смогла предотвратить продажу наркотиков на сумму более 50 тысяч фунтов стерлингов.

Операция кажется простой только на первый взгляд. Во-первых, необходимо было собрать улики таким образом, чтобы подозреваемый не догадался о действиях полиции. Во-вторых, ферма с каннабисом была окружена множеством деревьев и кустарников, превративших это место в своего рода участок с естественной оградой.

Провести наземную операцию было непросто. Именно поэтому было решено провести разведку с помощью беспилотника, причем сделать это посреди ночи. Операция началась в 2 часа после полуночи. Тепловой эффект от посадок наркосодержащих растений стал ориентиром для полиции.

Более подробно работе беспилотников в британской полиции можно прочитать в статье “Как дроны повышают эффективность работы полиции”.

Промежуточное заключение

Во второй части нашей статьи мы рассмотрим несколько зарубежных и отечественных дронов, оснащенных тепловыми камерами.