搭載紅外熱成像儀無人機(jī)用于供熱管道巡檢

1 概述

全國歷年城市集中供熱情況：2018年蒸汽供熱能力為92 322 t/h，熱水供熱能力為578 244 MW；蒸汽供熱總量為5.773 1×10

GJ，熱水供熱總量為32.366 5×10

GJ；供熱管道總長度為371 120 km，集中供熱面積為87.805×10

m

。2019年蒸汽供熱能力為100 943 t/h，熱水供熱能力為550 530 MW；蒸汽供熱總量為6.506 7×10

GJ，熱水供熱總量為32.747 5×10

GJ；供熱管道總長度為392 917 km，集中供熱面積為92.514×10

m

。

面對龐大的供熱管網(wǎng)，傳統(tǒng)人工巡檢方式效率低、反應(yīng)慢、失誤多。紅外熱成像關(guān)注的是熱源，而不是可見光，可以拍攝設(shè)備的過熱點(diǎn)、建筑物熱量流失位置，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可測量體表溫度的差異。對于直埋供熱管道，通過紅外熱成像儀航拍，得到直埋供熱管道上方地面的熱圖像，從而監(jiān)測管道的完好程度。無人機(jī)搭載紅外熱成像儀的巡檢方式靈活機(jī)動(dòng)，受地形影響小，極大提高了巡檢效率。本文對無人機(jī)搭載紅外熱成像儀在直埋供熱管道巡檢中的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行探討。

廣西航運(yùn)服務(wù)業(yè)作為其航運(yùn)主業(yè)的主要支撐，是廣西建設(shè)北部灣區(qū)域性國際航運(yùn)中心和西江黃金水道的保證，也是發(fā)展廣西現(xiàn)代航運(yùn)服務(wù)業(yè)的重大依托。廣西因其具備突出的區(qū)位優(yōu)勢，其快速的港航主業(yè)發(fā)展速度，為廣西發(fā)展現(xiàn)代航運(yùn)服務(wù)業(yè)奠定了厚實(shí)的基礎(chǔ)。結(jié)合廣西航運(yùn)服務(wù)業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況、船舶情況和地理區(qū)位特點(diǎn)，廣西應(yīng)把船用商品的供應(yīng)服務(wù)、船員服務(wù)、船舶交易服務(wù)、航運(yùn)金融服務(wù)、航運(yùn)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展等作為其航運(yùn)服務(wù)集聚區(qū)的重點(diǎn)發(fā)展功能。

2 可行性分析

文獻(xiàn)[1]以承德某直埋熱水管道為研究對象，結(jié)合實(shí)際參數(shù)，建立多孔介質(zhì)中的熱水管道的三維CFD模型，對管子及周圍土壤的溫濕度進(jìn)行研究，得到以下研究結(jié)果。

國內(nèi)學(xué)者也對軌道站點(diǎn)評價(jià)展開了多層次的研究. 黃洪超[7]基于對軌道換乘站內(nèi)客流密度和速度的分析，對客流安全狀態(tài)進(jìn)行等級劃分. 陳艷艷等[8]基于交通仿真和調(diào)查，以客流量和客流密度對軌道站內(nèi)擁堵程度進(jìn)行評價(jià). 孫宇星等[9]提出了軌道交通換乘客流檢測與信息管理的系統(tǒng)解決方案. 劉浩然[10]提出客流密集度指數(shù)，用于衡量軌道交通客流分布的擁擠程度. 王雪梅等[11]采用三層指標(biāo)體系和層次分析法評價(jià)軌道客流狀態(tài).

夜靜如水，月光映在床前。紫云回到現(xiàn)實(shí)中來，看見兒子又進(jìn)來了，不能讓孩子失望。紫云來到餐桌前，沒有正眼看丈夫，隨便吃了幾口。

① 直埋蒸汽管道

泄漏后的地面溫度場顯示，泄漏位置上方地面出現(xiàn)高溫異常，異常區(qū)形狀與泄漏形狀對應(yīng)，呈圓形且溫度由中心向四周遞減。表明在管道泄漏位置，高溫供熱介質(zhì)直接進(jìn)入土壤，與土壤發(fā)生劇烈換熱，熱量擴(kuò)散至地面，且到達(dá)地面的時(shí)間很短，在對應(yīng)位置形成局部高溫區(qū)域。

H20T型紅外熱成像儀外形見圖1。H20T型紅外熱成像儀帶有增益模式，高增益模式下對溫度差異更加敏感，低增益模式下測溫范圍更大。具有紅外變焦、任意點(diǎn)測溫、區(qū)域高溫報(bào)警等功能。測溫方式包括點(diǎn)測溫、區(qū)域測溫，測溫范圍為-40～550 ℃。視頻格式為MP4，照片格式為PEG。

完好工況下的地面溫度場顯示，直埋熱水管道上方地面溫度略高于周圍地面溫度，沿管道走向形成一條顏色較亮的線，地面顏色亮度向管道周圍遞減。表明管道的存在對周圍土壤的溫度有影響，土壤溫度升高，但由于存在保溫層，且管道的埋深較深，地面的溫升不明顯。

3 主要裝置

① 紅外熱成像儀

以往的河道整治工程主要是通過三個(gè)方面對河道加以影響和作用。一是采用固化的方式，通過固定邊岸的方法影響河流的流勢。二是控制水流的方式，影響河道上游與下游水勢的變化。三是通過幾何斷面設(shè)計(jì)的方式，利用河流沖擊形成自然的斷面。護(hù)岸材料的鋪設(shè)會(huì)影響河道自然變化；改變河道的形態(tài)及坡度雖然利于航運(yùn)的進(jìn)行，但限制了水體生物的物質(zhì)傳導(dǎo)；斷面的幾何設(shè)計(jì)改變了河岸的斷面結(jié)構(gòu)以至于改變了水體生物生存的環(huán)境及它們的食物來源。

根據(jù)上述理論，可對直埋供熱管道進(jìn)行紅外熱成像儀航拍，對熱圖像使用紅外熱分析工具進(jìn)行色彩校準(zhǔn)處理，得到熱圖像各區(qū)域的溫度顯示，進(jìn)而分析得出管道的異常位置。

使用無人機(jī)搭載紅外熱成像儀進(jìn)行航拍作業(yè)，能夠快速、實(shí)時(shí)、全方位、安全地獲取目標(biāo)區(qū)域的熱圖像。相比地面監(jiān)測，無人機(jī)機(jī)動(dòng)性好，效率高，覆蓋更為全面，節(jié)約巡檢時(shí)間，降低巡檢成本，可有效避免巡檢人員傷亡。拍攝的熱圖像能附帶地理位置、時(shí)間等信息，針對可疑位置能多次復(fù)拍核對。操作簡單，操作人員培訓(xùn)期短，維護(hù)和使用成本易于接受。

② 無人機(jī)

紅外熱成像儀主要由紅外探測器、光學(xué)成像物鏡、光機(jī)掃描器等組成。用于探測目標(biāo)物體的紅外輻射信息，將紅外輻射信息轉(zhuǎn)換為電信號，再對電信號處理，以灰度級或偽彩色顯示，即得到目標(biāo)物體的溫度分布。

搭載H20T型紅外熱成像儀的M300RTK型無人機(jī)外形見圖2。M300RTK型無人機(jī)集成先進(jìn)的飛控系統(tǒng)，最大載質(zhì)量2.7 kg。具備6向定位和避障、精準(zhǔn)復(fù)拍、智能跟蹤、打點(diǎn)定位、位置共享、飛行輔助等先進(jìn)功能。機(jī)身結(jié)構(gòu)在飛行過程中防護(hù)等級可達(dá)IP45。機(jī)身配備夜航燈，便于在夜間被識別。配備補(bǔ)光燈，以便在夜間及弱光下獲得更好的視覺定位效果，提升無人機(jī)起降和飛行安全性。

4 實(shí)測結(jié)果與分析

保溫層破壞后的地面溫度場顯示，保溫層破損位置上方地面出現(xiàn)高溫異常，異常區(qū)形狀與保溫層破損形狀對應(yīng)，呈橢圓形且溫度由中心向四周遞減，其他區(qū)域地面溫度特征與完好工況類似。表明在保溫層破損位置，工作鋼管直接與周圍土壤換熱，在對應(yīng)位置的地面形成局部高溫區(qū)域。

室外溫度為8 ℃，相對濕度為80%，拍攝高度為50 m。直埋蒸汽管道管頂埋深為1.6 m，蒸汽溫度為350 ℃。直埋蒸汽管道熱圖像見圖3。由圖3能清晰辨別直埋蒸汽管道走向，直埋蒸汽管道上方地面溫度明顯高于周圍地面溫度，也能辨認(rèn)出補(bǔ)償器位置(圖中間斷出現(xiàn)的高亮位置)。圖中藍(lán)色方框內(nèi)的補(bǔ)償器有泄漏情況，導(dǎo)致該補(bǔ)償器后側(cè)管段外護(hù)鋼管與工作鋼管間進(jìn)入高溫蒸汽，管段上方地面呈高亮狀態(tài)，溫度明顯高于周圍地面，也高于未發(fā)生泄漏管段上方地面溫度。熱圖像分析結(jié)果與開挖后的實(shí)際情況一致。

② 直埋熱水管道

第三代圖書館服務(wù)平臺旨在建設(shè)一個(gè)擁有先進(jìn)架構(gòu)體系，具備新的資源組織和服務(wù)模式，基于云計(jì)算和規(guī)?；瘮?shù)據(jù)分析技術(shù)，提供傳統(tǒng)資源服務(wù)、數(shù)字資源服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和知識服務(wù)的新一代圖書館服務(wù)平臺，其設(shè)計(jì)理念如下：

室外溫度為-1 ℃，相對濕度為73%，拍攝高度為3 m。直埋熱水管道管頂埋深為0.8 m，熱水溫度為70 ℃。直埋熱水管道熱圖像見圖4。由圖4可知，管道上方地面溫度高于周圍地面溫度，紅色區(qū)域沒有向周圍擴(kuò)散的情況，說明直埋熱水管道完好。熱圖像分析結(jié)果與實(shí)際一致。

5 結(jié)語

無人機(jī)搭載紅外熱成像儀的直埋供熱管道巡檢方式靈活機(jī)動(dòng)，受地形影響小，提高了巡檢效率，能精準(zhǔn)定位異常位置。隨著數(shù)據(jù)積累、完善解析，將在直埋供熱管道巡檢中發(fā)揮不可替代的作用。

[1] 劉宜霖，杜聰，劉聯(lián)勝，等. 埋地供熱管道周圍的土壤溫濕度特征研究[J]. 河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2021(4)：63-69.