Inspekcje techniczne dronem – termowizja, fotogrametria i pomiary 3D

Dron wykorzystywany w diagnostyce technicznej nie jest dla nas wyłącznie „latającą kamerą”. To mobilna platforma pomiarowa, która pozwala w krótkim czasie zebrać informacje wizualne, termiczne i przestrzenne z dużych oraz trudno dostępnych obiektów.

W zależności od zadania wykorzystujemy obraz w paśmie widzialnym, termowizję, precyzyjne pozycjonowanie RTK, pomiar odległości oraz techniki fotogrametryczne. Dzięki temu możemy nie tylko wykrywać anomalie temperaturowe, ale również wykonywać inspekcje wizualne, dokumentować postęp robót, lokalizować obserwowane elementy, wykonywać pomiary geometryczne i tworzyć przestrzenne modele badanego obiektu.

Najważniejszy nie jest przy tym sam dron. Wartość powstaje dopiero przez połączenie właściwego sposobu pozyskania danych, ich opracowania oraz interpretacji przez specjalistę.

Co zmienia zastosowanie drona?

Klasyczna inspekcja wykonywana z poziomu gruntu jest bardzo skuteczna, gdy operator ma bezpośredni dostęp do badanego elementu. Trudność rośnie jednak wraz z wysokością, powierzchnią obiektu, ograniczeniami dostępu oraz liczbą elementów wymagających kontroli.

Platforma latająca zmienia skalę i sposób pozyskiwania danych. Operator może szybko zmieniać pozycję, wysokość i kąt obserwacji, rejestrować większe obszary oraz wracać do dokładnie wskazanych miejsc. W wielu zadaniach oznacza to ograniczenie konieczności używania podnośników, rusztowań i wykonywania prac na wysokości.

Dron nie zastępuje badań wykonywanych z bliska. Pozwala natomiast szybko przeskanować rozległy obszar, wskazać miejsca wymagające uwagi oraz przygotować materiał do dalszej diagnostyki, dokumentacji lub pomiarów.

Przykład połączenia obrazu termicznego, obrazu w paśmie widzialnym i modelu przestrzennego instalacji PV.

Jedna platforma, kilka różnych rodzajów danych

W TERMOCENT stosujemy między innymi drona DJI Matrice 4T. Z punktu widzenia pracy pomiarowej najważniejsze jest połączenie kilku technologii: kamer światła widzialnego o różnych polach widzenia, radiometrycznej kamery termowizyjnej, precyzyjnego pozycjonowania RTK, dalmierza laserowego, systemów obserwacji otoczenia oraz oprogramowania do fotogrametrycznej rekonstrukcji 2D i 3D.

Element	Najważniejsze parametry
Kamera szerokokątna	48 MP, odpowiednik ogniskowej 24 mm, FOV 82°, f/1.7
Kamera o średnim przybliżeniu	48 MP, odpowiednik 70 mm, FOV 35°, f/2.8
Kamera z teleobiektywem	48 MP, odpowiednik 168 mm, FOV 15°, f/2.8
Kamera termowizyjna	640 x 512 px, 30 Hz, pasmo 8-14 µm, DFOV 45°, zapis radiometryczny R-JPEG 16 bit; tryb Super Resolution 1280 x 1024
Pozycjonowanie RTK	dokładność rozwiązania RTK: 1 cm + 1 ppm w poziomie i 1,5 cm + 1 ppm w pionie
Dalmierz laserowy	zasięg pomiaru do 1800 m dla warunków określonych przez producenta

Inspekcja wizualna i dokumentacja postępu robót

Nie każda inspekcja wymaga termowizji. Kamery światła widzialnego pozwalają wykonywać przeglądy elementów trudno dostępnych, dokumentować ich stan, oglądać szczegóły z bezpiecznej odległości oraz tworzyć materiał porównawczy z kolejnych terminów.

W praktyce może to służyć m.in. do dokumentowania postępu robót budowlanych, kontroli wykonania wybranych elementów, odbiorów, inwentaryzacji dachów i elewacji, oceny stanu konstrukcji, obserwacji korozji lub uszkodzeń mechanicznych oraz dokumentowania zmian zachodzących na obiekcie w czasie.

Jeżeli naloty są wykonywane w sposób powtarzalny, materiał z kolejnych terminów można porównywać. Daje to znacznie więcej niż pojedyncze zdjęcie wykonane „z góry” – tworzy uporządkowaną dokumentację rozwoju inwestycji lub zmian stanu technicznego.

Fotogrametria, RTK i geometria – od zdjęcia do danych przestrzennych

W zadaniach inwentaryzacyjnych kluczową rolę odgrywa fotogrametria, czyli odtwarzanie kształtu i położenia obiektów na podstawie serii odpowiednio wykonanych fotografii. Pozycjonowanie RTK zwiększa jakość informacji o położeniu materiału zdjęciowego, a dalsze przetwarzanie pozwala utworzyć model przestrzenny.

W efekcie zdjęcia nie są już tylko dokumentacją wizualną. Powstaje środowisko, w którym można analizować położenie elementów, wykonywać pomiary odległości i różnic wysokości, określać nachylenie oraz wracać do wskazanych punktów po zakończeniu lotu.

To obszar łączący zagadnienia znane z geodezji i diagnostyki technicznej: fotogrametrię, precyzyjne pozycjonowanie GNSS/RTK, rekonstrukcję 3D, pomiary geometrii oraz – w razie potrzeby – termowizję.

Od nalotu trwającego mniej niż 4 minuty do modelu 3D

Podczas przykładowego nalotu fotogrametrycznego, zebranie materiału zdjęciowego dla budynku, jego otoczenia oraz carportu zajęło mniej niż cztery minuty. Po zakończeniu lotu zdjęcia zostały przetworzone w oprogramowaniu DJI Terra.

Ten sam zestaw danych można przedstawić w kilku formach. Każda z nich eksponuje inny aspekt modelu i może być użyteczna w innym rodzaju zadania.

Model 3D jako materiał pomiarowy i dokumentacyjny

Przestrzenny model pozwala wrócić do miejsca inspekcji już po zakończeniu lotu. Może służyć do dokumentacji stanu istniejącego, planowania dalszych oględzin, pomiarów elementów trudno dostępnych oraz porównywania kolejnych stanów obiektu.

• inwentaryzacja obiektów, instalacji i elementów zagospodarowania terenu,
• kontrola i dokumentowanie postępu robót budowlanych,
• pomiary odległości, różnic wysokości i nachylenia,
• lokalizacja obserwowanych usterek i obszarów zainteresowania,
• przygotowanie dokumentacji przestrzennej do późniejszej analizy,
• porównywanie zmian zachodzących na obiekcie w czasie.

Termowizja – jedna z warstw informacji

Termowizja jest bardzo ważną częścią naszych możliwości. Jej przewaga pojawia się wtedy, gdy temperatura lub rozkład promieniowania podczerwonego może wskazać element pracujący inaczej niż otoczenie.

Zapis termogramów pozwala analizować dane, wskazywać punkty i obszary pomiarowe oraz porównywać wartości temperatur. Nie chodzi więc wyłącznie o kolorowy obraz, lecz o materiał pomiarowy wymagający prawidłowej konfiguracji i interpretacji.

Fotowoltaika – przykład połączenia obrazu widzialnego i termowizji

Instalacje fotowoltaiczne dobrze pokazują, dlaczego warto łączyć kilka sposobów obserwacji. W obrazie światła widzialnego wiele nieprawidłowości jest niewidocznych lub bardzo trudnych do rozpoznania. W podczerwieni różnica może stać się oczywista.

Zestawienie obu obrazów pozwala najpierw wykryć nietypowy wzór termiczny, a następnie przypisać go do konkretnego elementu w obrazie rzeczywistym. To ważne szczególnie na dużych instalacjach, gdzie dziesiątki lub setki modułów wyglądają z góry bardzo podobnie.

Przykład z realizacji – lokalna anomalia termiczna modułu PV

Podczas jednej z inspekcji instalacji fotowoltaicznej zarejestrowano moduł o charakterystyce termicznej wyraźnie odbiegającej od elementów sąsiednich. Punkty referencyjne na prawidłowo pracujących fragmentach instalacji miały temperaturę około 38-40°C, natomiast w obszarze anomalii zarejestrowano wartość maksymalną 60,7°C.

W obszarze SQ2, ograniczonym do uszkodzonego modułu, średnia temperatura wynosiła około 41,1°C. Różnica przekraczająca 20°C względem sąsiednich fragmentów była podstawą do zakwalifikowania modułu do szczegółowej oceny.

W raporcie z badania jako prawdopodobną przyczynę podwyższonej temperatury wskazano uszkodzenie związane ze spękaniami modułu, a jako działanie korygujące zalecono jego wymianę. Jest to przykład konkretnego przypadku – sama podwyższona temperatura nie stanowi automatycznie potwierdzenia określonego rodzaju uszkodzenia.

Od wykrycia usterki do jej precyzyjnej lokalizacji

W dużej instalacji samo stwierdzenie, że „gdzieś na carporcie występuje anomalia”, ma ograniczoną wartość. Serwisant musi jeszcze wiedzieć, gdzie dokładnie znajduje się wskazany element i jak do niego wrócić.

Model przestrzenny pozwala odnieść położenie usterki do charakterystycznych krawędzi i elementów konstrukcji. Dla zaznaczonej linii można otrzymać jednocześnie cztery informacje geometryczne: odległość w linii prostej, składową poziomą, różnicę wysokości oraz kąt nachylenia.

• Straight Distance – rzeczywista długość odcinka w przestrzeni,
• Horizontal Distance – odległość w rzucie poziomym,
• Vertical Distance – różnica wysokości pomiędzy punktami,
• Slope – kąt nachylenia wyznaczonego odcinka.

W wykonanej inspekcji dane termiczne połączono z dokumentacją przestrzenną i obrazem w świetle widzialnym. Pozwoliło to wskazać położenie uszkodzonych modułów w obrębie całej konstrukcji oraz określić ich lokalizację względem charakterystycznych punktów obiektu.

W przedstawionym przykładzie raport lokalizacyjny wskazuje m.in. odległości przestrzenne do badanego miejsca. Dzięki temu osoba odpowiedzialna za serwis nie musi ponownie przeszukiwać całej instalacji – otrzymuje informację umożliwiającą dotarcie bezpośrednio do wskazanego modułu.

Oprócz samych wartości pomiarowych raport zawiera opis miejsca, ocenę prawdopodobnej przyczyny oraz zalecenie dotyczące dalszego postępowania. Dzięki temu dokumentacja z lotu staje się materiałem przydatnym nie tylko dla termografisty, ale również dla służb utrzymania ruchu, zarządcy instalacji czy firmy serwisowej.

Gdzie jeszcze wykorzystujemy takie podejście?

Połączenie obrazu, termowizji i danych przestrzennych można wykorzystywać w bardzo różnych zadaniach. Nie chcemy zamykać listy zastosowań, ponieważ często to konkretny problem techniczny Klienta decyduje o tym, które metody będą najbardziej przydatne.

• dachy hal przemysłowych, magazynowych i komercyjnych,
• elewacje wysokich lub trudno dostępnych budynków,
• instalacje fotowoltaiczne i infrastruktura energetyczna,
• rurociągi, zbiorniki, instalacje technologiczne i urządzenia na wysokości,
• konstrukcje stalowe i elementy wymagające inspekcji wizualnej,
• inwentaryzacja przestrzenna obiektów i instalacji,
• dokumentacja postępu robót budowlanych,
• lokalizacja i wymiarowanie obszarów zainteresowania,
• okresowa dokumentacja stanu obiektu i porównywanie zmian w czasie.

Dachy i elewacje

Dron pozwala obserwować dachy i elewacje z perspektywy trudnej lub niemożliwej do uzyskania z poziomu gruntu. W zależności od celu badania możemy wykonywać dokumentację wizualną, termiczną albo fotogrametryczną, a następnie wskazywać obszary wymagające dalszej kontroli.

W przypadku diagnostyki cieplnej budynków obserwacja elewacji od zewnątrz jest jednak tylko uzupełnieniem pełnego badania.

Z doświadczenia TERMOCENT wynika, że w typowych badaniach może dostarczać jedynie niewielkiej części informacji istotnych dla pełnej oceny – orientacyjnie około 5%. Kompleksowa diagnostyka przegród wymaga więc również kontroli od strony wnętrza, prowadzonej w odpowiednich warunkach temperaturowych.

Przemysł i obiekty trudno dostępne

W zakładach przemysłowych temperatura bywa bardzo wartościowym parametrem diagnostycznym, ale równie istotna może być zwykła obserwacja wizualna oraz geometria obiektu. Ta sama platforma może więc służyć do wykrywania nietypowych rozkładów temperatury, dokumentowania korozji i uszkodzeń, kontroli stanu konstrukcji, sprawdzania trudno dostępnych elementów oraz inwentaryzacji ich położenia i wymiarów.

W praktyce najciekawsze zadania często wynikają z problemu, z którym klient przychodzi do nas po raz pierwszy. Dlatego metodę dobieramy do pytania technicznego, a nie odwrotnie.

Dlaczego nie każde badanie można wykonać „od ręki”?

Skuteczność inspekcji zależy od warunków i celu. W termowizji znaczenie mają m.in. nasłonecznienie, wiatr, temperatura otoczenia, obciążenie instalacji, właściwości powierzchni oraz geometria obserwacji. W fotogrametrii ważne są m.in. sposób zaplanowania nalotu, pokrycie zdjęć, dostępność widoku badanego elementu i jakość pozycjonowania.

Do tego dochodzą warunki bezpiecznego wykonania lotu, ograniczenia przestrzeni powietrznej i charakter samego obiektu. Dlatego przed realizacją najpierw ustalamy, co chcemy wykryć, zmierzyć lub udokumentować, a dopiero potem dobieramy sposób pozyskania danych.

Kamera rejestruje promieniowanie – specjalista interpretuje wynik

Kamera termowizyjna nie „widzi temperatury” bezpośrednio. Detektor rejestruje promieniowanie podczerwone docierające do kamery – w stosowanym systemie w zakresie 8-14 µm – a następnie na podstawie zarejestrowanego sygnału i przyjętych parametrów pomiarowych wyznaczana jest wartość temperatury.

Dlatego kolorowy termogram sam w sobie nie jest diagnozą. Na wynik i jego interpretację wpływają między innymi emisyjność powierzchni, promieniowanie odbite, warunki atmosferyczne, odległość, geometria obserwacji oraz sposób pracy badanego elementu.

Zadaniem specjalisty jest rozdzielenie obserwacji od wniosku technicznego. Raport powinien jasno pokazywać, co zostało zarejestrowane, jakie wartości zmierzono oraz która interpretacja jest prawdopodobna i wymaga ewentualnego potwierdzenia inną metodą.

Połączenie inspekcji dronowej i klasycznych pomiarów

Największą wartość daje nie pojedyncze narzędzie, lecz możliwość łączenia metod. Dron może szybko przeskanować duży obszar, wykryć lub zlokalizować interesujące miejsce, a następnie – jeżeli charakter obiektu na to pozwala – dalszą diagnostykę można wykonać z bliska lub innym przyrządem.

• ETAP 1 – inspekcja z powietrza: zebranie obrazu, danych termicznych lub materiału fotogrametrycznego,
• ETAP 2 – lokalizacja: przypisanie obserwacji do konkretnego elementu i określenie jego położenia,
• ETAP 3 – pomiar lub weryfikacja lokalna: badanie z bliska, dodatkowy pomiar lub kontrola serwisowa,
• ETAP 4 – analiza i raport: połączenie obserwacji, wartości pomiarowych, geometrii i wniosków.

Co powinien dawać klientowi raport?

Jego zadaniem jest uporządkowanie danych w taki sposób, aby osoba odpowiedzialna za obiekt mogła podjąć decyzję techniczną.

W zależności od zakresu inspekcji dokumentacja może zawierać fotografie w paśmie widzialnym, termogramy radiometryczne, wartości temperatur, modele i pomiary geometryczne, lokalizację wskazanych miejsc, opis obserwacji, prawdopodobne przyczyny oraz zalecenia dotyczące dalszej weryfikacji lub naprawy.

W prezentowanym przykładzie raport wskazuje konkretny element instalacji PV, pokazuje wartości temperatur oraz opisuje prawdopodobną przyczynę i zalecane działanie. Dzięki temu materiał z lotu staje się podstawą do dalszych działań serwisowych, inwestycyjnych lub utrzymaniowych.

Najważniejsze korzyści z inspekcji technicznych dronem

• szybkie pozyskanie danych z dużych i trudno dostępnych obszarów,
• ograniczenie konieczności pracy na wysokości,
• połączenie inspekcji wizualnej, termowizji i danych przestrzennych,
• możliwość tworzenia modeli 3D, chmur punktów i dokumentacji fotogrametrycznej,
• lokalizacja obserwowanych anomalii i usterek,
• pomiary geometrii: odległości, różnic wysokości i nachylenia,
• dokumentowanie postępu robót i stanu istniejącego,
• możliwość powtarzania inspekcji i porównywania zmian w czasie,
• radiometryczny zapis termogramów do późniejszej analizy,
• wytypowanie miejsc wymagających dalszej diagnostyki bez przeszukiwania całego obiektu.

Dron jest narzędziem. Najważniejsze są dane i sposób ich wykorzystania.

Połączenie obrazu w paśmie widzialnym, termowizji, precyzyjnego pozycjonowania i fotogrametrii pozwala spojrzeć na obiekt z kilku perspektyw jednocześnie. Możemy wykryć anomalię, zobaczyć jej rzeczywisty wygląd, określić położenie, zmierzyć geometrię otoczenia i zachować cyfrową dokumentację umożliwiającą późniejsze porównania.

Wartość inspekcji nie wynika z nazwy urządzenia użytego do wykonania lotu. Wynika z właściwego zaplanowania pomiaru, jakości pozyskanych danych, odpowiedniego ich opracowania oraz doświadczenia osoby, która potrafi przełożyć wynik na użyteczną informację techniczną.

W tym kierunku rozwijamy diagnostykę TERMOCENT: od pojedynczego zdjęcia lub termogramu do kompleksowej informacji o stanie, położeniu i geometrii badanego obiektu.

Masz obiekt, którego nie da się łatwo sprawdzić z poziomu gruntu?

Opisz nam problem techniczny. Dobierzemy zakres inspekcji i sposób pozyskania danych odpowiednio do obiektu oraz celu badania.

TERMOCENT
tel. 530 105 398
e-mail: biuro@termocent.com