搭載紅外熱成像儀無人機用于供熱管道巡檢

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

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。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

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。

面對龐大的供熱管網，傳統人工巡檢方式效率低、反應慢、失誤多。紅外熱成像關注的是熱源，而不是可見光，可以拍攝設備的過熱點、建筑物熱量流失位置，在醫學領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，從而監測管道的完好程度。無人機搭載紅外熱成像儀的巡檢方式靈活機動，受地形影響小，極大提高了巡檢效率。本文對無人機搭載紅外熱成像儀在直埋供熱管道巡檢中的應用實踐進行探討。

廣西航運服務業作為其航運主業的主要支撐，是廣西建設北部灣區域性國際航運中心和西江黃金水道的保證，也是發展廣西現代航運服務業的重大依托。廣西因其具備突出的區位優勢，其快速的港航主業發展速度，為廣西發展現代航運服務業奠定了厚實的基礎。結合廣西航運服務業發展的實際情況、船舶情況和地理區位特點，廣西應把船用商品的供應服務、船員服務、船舶交易服務、航運金融服務、航運信息產業發展等作為其航運服務集聚區的重點發展功能。

2 可行性分析

文獻[1]以承德某直埋熱水管道為研究對象，結合實際參數，建立多孔介質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行研究，得到以下研究結果。

國內學者也對軌道站點評價展開了多層次的研究. 黃洪超[7]基于對軌道換乘站內客流密度和速度的分析，對客流安全狀態進行等級劃分. 陳艷艷等[8]基于交通仿真和調查，以客流量和客流密度對軌道站內擁堵程度進行評價. 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解決方案. 劉浩然[10]提出客流密集度指數，用于衡量軌道交通客流分布的擁擠程度. 王雪梅等[11]采用三層指標體系和層次分析法評價軌道客流狀態.

夜靜如水，月光映在床前。紫云回到現實中來，看見兒子又進來了，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高溫異常，異常區形狀與泄漏形狀對應，呈圓形且溫度由中心向四周遞減。表明在管道泄漏位置，高溫供熱介質直接進入土壤，與土壤發生劇烈換熱，熱量擴散至地面，且到達地面的時間很短，在對應位置形成局部高溫區域。

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、任意點測溫、區域高溫報警等功能。測溫方式包括點測溫、區域測溫，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計的方式，利用河流沖擊形成自然的斷面。護岸材料的鋪設會影響河道自然變化；改變河道的形態及坡度雖然利于航運的進行，但限制了水體生物的物質傳導；斷面的幾何設計改變了河岸的斷面結構以至于改變了水體生物生存的環境及它們的食物來源。

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

使用無人機搭載紅外熱成像儀進行航拍作業，能夠快速、實時、全方位、安全地獲取目標區域的熱圖像。相比地面監測，無人機機動性好，效率高，覆蓋更為全面，節約巡檢時間，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、時間等信息，針對可疑位置能多次復拍核對。操作簡單，操作人員培訓期短，維護和使用成本易于接受。

② 無人機

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

搭載H20T型紅外熱成像儀的M300RTK型無人機外形見圖2。M300RTK型無人機集成先進的飛控系統，最大載質量2.7 kg。具備6向定位和避障、精準復拍、智能跟蹤、打點定位、位置共享、飛行輔助等先進功能。機身結構在飛行過程中防護等級可達IP45。機身配備夜航燈，便于在夜間被識別。配備補光燈，以便在夜間及弱光下獲得更好的視覺定位效果，提升無人機起降和飛行安全性。

4 實測結果與分析

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高溫異常，異常區形狀與保溫層破損形狀對應，呈橢圓形且溫度由中心向四周遞減，其他區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，在對應位置的地面形成局部高溫區域。

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，也能辨認出補償器位置(圖中間斷出現的高亮位置)。圖中藍色方框內的補償器有泄漏情況，導致該補償器后側管段外護鋼管與工作鋼管間進入高溫蒸汽，管段上方地面呈高亮狀態，溫度明顯高于周圍地面，也高于未發生泄漏管段上方地面溫度。熱圖像分析結果與開挖后的實際情況一致。

② 直埋熱水管道

第三代圖書館服務平臺旨在建設一個擁有先進架構體系，具備新的資源組織和服務模式，基于云計算和規模化數據分析技術，提供傳統資源服務、數字資源服務、數據服務和知識服務的新一代圖書館服務平臺，其設計理念如下：

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，紅色區域沒有向周圍擴散的情況，說明直埋熱水管道完好。熱圖像分析結果與實際一致。

5 結語

無人機搭載紅外熱成像儀的直埋供熱管道巡檢方式靈活機動，受地形影響小，提高了巡檢效率，能精準定位異常位置。隨著數據積累、完善解析，將在直埋供熱管道巡檢中發揮不可替代的作用。

[1] 劉宜霖，杜聰，劉聯勝，等. 埋地供熱管道周圍的土壤溫濕度特征研究[J]. 河北工業大學學報，2021(4)：63-69.