Проверки крыш с помощью тепловизионных дронов – ключ к энергетической революции в городе

Для большинства домохозяйств счета за электроэнергию – постоянный и дорогостоящий расход. Эти расходы достигают пика в зимние месяцы, когда наступают холода. По прогнозам Управления энергетической информации США, зимой 2022 года расходы домохозяйств на электроэнергию достигнут многолетнего максимума из-за роста розничных цен на энергоносители.

У домовладельцев есть два способа борьбы с этим ростом: Надеть на себя дополнительный слой одежды и убавить температуру термостата, либо принять меры по минимизации теплопотерь в доме. Второй вариант становится все более популярным, поскольку улучшение изоляции может привести к значительной экономии в долгосрочной перспективе.

Первый шаг к снижению теплопотерь – понять, откуда они происходят. Картина меняется в зависимости от возраста дома и его местоположения, но в целом главными виновниками являются внешние стены, окна и крыша. Как же выяснить, не утекает ли ваше здание в мир тепла и денег?

Инициатива Уоррена, штат Миннесота, показала, что беспилотники и тепловые инспекции сверху могут стать важной частью решения проблемы.

Тепловизионные проверки крыш: Инициатива одного города по энергосбережению

Уоррен – небольшой город на севере штата Миннесота. Зимы здесь лютые и холодные, но у жителей есть одно существенное преимущество в плане энергопотребления: Город владеет и управляет всеми своими коммунальными службами. Такая динамика означает, что местная администрация и жители города заинтересованы в снижении расходов на отопление и в том, чтобы каждый дом и строение были максимально эффективными.

С помощью расположенного неподалеку Общественного и технического колледжа Нортленд в 2017 году Уоррен запустил инициативу в области энергетики. Студентам аэрокосмического отделения Northland, изучающим беспилотные летательные системы и анализ снимков, было поручено составить тепловую карту всего города. Это взаимовыгодное партнерство: студенты получают практический опыт в развивающейся индустрии беспилотников, а город получает данные с воздуха, которые показывают, как местные здания теряют тепло.

Получив тепловую карту каждого здания в Уоррене, жители могут отправиться в мэрию, чтобы узнать о своих теплопотерях. “Таким образом, они смогут принять решение, которое обеспечит им наибольшую экономию энергии и снижение затрат”, – сказал городской администратор Уоррена Шеннон Мортенсон в интервью подкасту Local Energy Rules.

Тепловое сканирование выявляет теплопотери и указывает на участки – обычно это крыши, стены, окна и двери, – которые требуют дополнительной изоляции или полной замены. Предполагается, что результаты будут предоставляться вместе с доступом к программе инклюзивного финансирования, которая позволит жителям взять у города кредит на модернизацию системы энергоэффективности. Кредит постепенно выплачивается за счет регулярных коммунальных платежей, а после его погашения домовладелец получает сэкономленные средства.

По мнению Мортенсона, этот проект открывает новые возможности для города и его жителей. “Со стороны города мы можем определить, каковы потери энергии в целом по району и где они происходят. [Это помогло нам узнать: “Как мы можем быть более эффективными, как мы можем быть хорошими управляющими, как мы можем смягчить последствия изменения климата и как мы можем повысить устойчивость нашего сообщества”.

Сбор тепловых данных в условиях мороза

Закари Никлин – инструктор по беспилотным авиационным системам, возглавляющий программу UAS в Northland Community & Technical College. Он объясняет, что важной частью программы колледжа “Малые беспилотные летательные аппараты” является практическое обучение. В 2017 году студентам представилась возможность собрать тепловые данные для города Уоррен. Использование парка Northland, который включает в себя несколько самолетов и датчиков DJI Enterprise, в том числе Matrice 600 Pro, M210 RTK, Inspire 2 и тепловые датчики Zenmuse XT и XTR, стало важным механизмом обучения.

Как и в любом другом экспериментальном проекте, здесь была крутая кривая обучения. Предполагалось, что для сбора полезных тепловых данных студентам придется летать зимой, когда жители активно обогревают свои дома и разница между наружной и внутренней температурой наиболее заметна. Но быстро стало ясно, что в игре есть и другие факторы. Тепловизионное сканирование началось в ноябре, но низкие температуры и периодический сильный ветер снизили эффективность аккумуляторов дронов. К тому же сразу после захода солнца остаточному теплу дня требовалось дополнительное время, чтобы рассеяться.

Никлин решил проводить сканирование в спокойные ночи, иногда до двух часов ночи, при температуре значительно ниже нуля. Студенты продолжали летать до тех пор, пока не происходило одно из двух: им становилось слишком холодно или целевой участок был завершен.

Многие процессы картографирования уже знакомы. Например, команда работала по схеме сетки, каждый участок перед взлетом разведывался, чтобы избежать высоких объектов, а полеты планировались и выполнялись с помощью Pix4D. Но были и некоторые сложности, связанные с низкими зимними температурами.

В два часа ночи в лютый холод Миннесоты вы не услышите от пилотов дронов жалоб на то, что им приходится двигаться, чтобы поддерживать VLOS.

Особую осторожность пришлось проявить и с аккумуляторами. Полностью заряженные аккумуляторы хранили в холодильнике, чтобы обеспечить температурный контроль, или оставляли в грузовике с включенным отоплением. Приборы, на которые полагалась команда, тоже пострадали от непогоды. Чтобы планшеты не отключались, на их заднюю часть приклеивали грелки. Также потребовалась комбинация грелок для рук и перчаток без пальцев, чтобы аккуратно манипулировать стиками управления и нажимать на экраны без онемения рук. Сразу после взлета дроны должны были зависнуть на несколько минут, чтобы прогреть батареи и дать датчику камеры адаптироваться к температуре окружающей среды.

На втором этапе студенты сшивали снимки и накладывали их на карту ГИС. Соединив фотографии каждого строения с тепловой подписью, отражающей его теплопотери, они смогли обнаружить корреляцию между возрастом здания и количеством тепловых утечек.

Лучшие дроны для тепловизионного обследования крыш

Если вы планируете собственную инициативу по составлению тепловой карты, вам понадобится способный, прочный, энергоэффективный и совместимый с инфракрасной полезной нагрузкой беспилотник. Мы рекомендуем три летательных аппарата для масштабной съемки тепловых данных.

Mavic 3T

Mavic 3T – самое маленькое решение DJI для тепловизионной съемки, оснащенное тепловизионной и визуальной камерами высокого разрешения. Его инфракрасный датчик с разрешением 640×512 пикселей сочетается с сантиметровым RTK-позиционированием для точного теплового картирования. Этот летательный аппарат быстро развертывается, прост в управлении, легок и предлагает максимум 45 минут полета.

Matrice 30

Matrice 30 – это идеальный баланс между мощностью и портативностью. Он обладает флагманскими характеристиками камеры, устойчивостью к погодным условиям и приспособленностью к окружающей среде, которые вы ожидаете от Matrice, и все это в компактном планерном корпусе.

Matrice 300 + H20T

Matrice 300 RTK – это флагманская промышленная платформа DJI. Она способна работать в экстремальных условиях и погодных условиях. 55 минут полета, обнаружение препятствий в шести направлениях и совместимость с самыми современными вариантами полезной нагрузки от DJI – этот прочный самолет не подведет вас. H20T – это мультисенсорная полезная нагрузка, включающая 20-Мп зум-камеру, 12-Мп широкоугольную камеру, лазерный дальномер на 1200 м и тепловизионную камеру с разрешением 640×512 px. Он идеально подходит для тепловизионных съемок в сложных условиях.

Тепловизионные дроны и более экологичное будущее

Инициатива Уоррена по тепловому картированию – прекрасный пример того, как технология беспилотников может расширить возможности сообществ и помочь в принятии решений по энергоэффективности. Конечно, проекту помогло наличие городских коммунальных служб и близлежащего колледжа, в котором учились студенты, нуждающиеся в опыте работы с UAS. Но это не значит, что его основные элементы не могут быть повторены для сообществ по всему миру.

На самом деле, проект был вдохновлен участием Уоррена в программе Climate Smart Cities Partnership. Аналогичные картографические миссии были проведены в Арнсберге, Германия (городе-партнере Уоррена), и они сравнили результаты.

Энергетическая устойчивость никогда не была столь важна, и тепловое картирование – это лишь один из способов, с помощью которого дроны могут поддержать экологические усилия и заложить основу для более зеленого будущего. О том, как беспилотники спасают мир, читайте в статье “Как беспилотники спасают мир”.