Квадрокоптер с тепловизором: задачи, характеристики, выбор

Что это и зачем нужен тепловизор на дроне

Тепловизор регистрирует инфракрасное излучение объектов и строит изображение по разнице температур. Ему не нужен свет, поэтому он одинаково работает днём и ночью, а тёплый объект хорошо выделяется на холодном фоне. На квадрокоптере тепловизор позволяет за минуты осмотреть площадь, которую пешком обходили бы часами.

Основные гражданские задачи:

поиск пропавших людей в лесу, в поле, в зоне чрезвычайной ситуации;
инспекция линий электропередачи, подстанций, трубопроводов и солнечных электростанций — поиск перегретых узлов и неисправных панелей;
обследование кровли и фасадов на теплопотери и протечки;
мониторинг очагов возгорания и тления, контроль территории и периметра объектов;
учёт диких животных, поиск скота, сельскохозяйственный мониторинг.

Основные типы дронов с тепловизором

Компактные складные дроны — например, тепловизионные версии DJI Mavic 3 Enterprise и Autel EVO. Быстро разворачиваются, помещаются в рюкзак, подходят поисковым группам, для инспекции и мониторинга небольших объектов.
Промышленные платформы, например серии DJI Matrice, со встроенной или сменной многосенсорной камерой: тепловизор, зум-камера, широкоугольная камера и лазерный дальномер в одном подвесе. Защищённый корпус, долгое время полёта, работа в ветер и дождь.
Беспилотники самолётного типа с вертикальным взлётом, например Autel Dragonfish, с тепловизионной нагрузкой — для протяжённых маршрутов вдоль линий, трубопроводов и лесных массивов.
Сменные подвесные камеры — устанавливаются на совместимые промышленные платформы; позволяют менять нагрузку под задачу: тепловизор с зумом для инспекции, камеру для картографирования, прожектор или громкоговоритель для поисковых работ.

Ключевые характеристики тепловизионной камеры

Разрешение матрицы определяет детализацию и расстояние, с которого объект ещё различим. В профессиональных дронах чаще всего встречается 640×512, у более доступных моделей разрешение ниже, у камер верхнего уровня есть варианты 1280×1024. Чем выше разрешение, тем выше можно лететь при той же детализации, а значит, быстрее осматривать площадь.

Детектор. Почти все дроны используют неохлаждаемый микроболометр на основе оксида ванадия (VOx), работающий в диапазоне примерно 8–14 мкм.

NETD (термочувствительность) — минимальная разница температур, которую различает камера, в милликельвинах. Чем меньше число, тем контрастнее картинка при малой разнице температур: в дождь, туман, на рассвете. У тепловизионных приборов в каталоге встречаются значения от 20 до 60 мК.

Объектив и поле зрения. Широкое поле зрения удобно для обзора и поиска, узкое — для детального осмотра с расстояния. Цифровое увеличение тепловизора не добавляет деталей, а лишь растягивает изображение, поэтому важна исходная матрица.

Частота кадров. Для плавной картинки в движении лучше высокая частота; в характеристиках тепловизионных камер встречаются варианты 30 Гц и 9 Гц — уточняйте, какая версия поставляется.

Радиометрия. Измерительный (радиометрический) тепловизор сохраняет температуру каждого пикселя: на снимке можно измерить температуру точки или области и подготовить отчёт. Для инспекции электрооборудования и солнечных панелей это необходимо, для поиска людей достаточно контрастной картинки.

Палитры и фьюжн. Цветовые палитры (White Hot, Black Hot, «железо» и другие) помогают выделить нужный объект. Режим фьюжн совмещает тепловую картинку с контурами обычной камеры, так проще ориентироваться на местности.

Характеристики дрона, которые важны для работы

Время полёта и ветроустойчивость: смотрите максимальное время полёта и парения и допустимую скорость ветра (в карточках встречается 10–12 м/с). Реальное время зависит от температуры и ветра, зимой оно заметно короче.
Зум-камера: у многосенсорных моделей рядом с тепловизором стоит камера с оптическим и гибридным увеличением (в каталоге встречается гибридный зум до 56x) — найденный по теплу объект можно рассмотреть в видимом диапазоне.
Лазерный дальномер: определяет расстояние и координаты точки на изображении, чтобы передать наземной группе точное место находки.
Навигация: поддержка ГНСС (GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou) и модуль RTK для привязки снимков с сантиметровой точностью при картографировании и повторяющихся инспекциях.
Защита корпуса: степень IP показывает защиту от пыли и дождя; для работы в плохую погоду выбирайте модели с заявленной защитой.
Рабочая температура: у многих моделей нижняя граница −10 или −20 °C; для зимних работ важны подогрев аккумуляторов и расширенный диапазон.
Система передачи видео: от неё зависит, на каком удалении пилот видит стабильную картинку.
Дополнительные модули: прожектор и громкоговоритель полезны при поиске людей.
Программное обеспечение: приложения для анализа радиометрических снимков, построения карт и ортофотопланов, полётов по заданному маршруту и подготовки отчётов.

Что влияет на результат тепловизионной съёмки

Тепловизор показывает разницу температур, поэтому результат сильно зависит от условий. Лучший контраст получается ночью и ранним утром, когда поверхности остыли, а тёплые объекты выделяются на фоне. Днём солнце нагревает камни, крыши и дорожное покрытие, появляются ложные горячие пятна, и искать людей или животных становится сложнее.

Ветер охлаждает поверхности и снижает контраст, дождь и туман ослабляют тепловое излучение и уменьшают дальность. Блестящий металл и мокрые поверхности отражают тепло окружающих предметов, поэтому радиометрические измерения на них дают погрешность: для инспекции учитывают излучательную способность материала и угол съёмки. Чем ниже высота полёта, тем больше пикселей приходится на объект и тем надёжнее его распознать, но тем меньше площадь, охваченная за один вылет.

Как выбрать под задачу

Если задачи смешанные, ориентируйтесь на самую требовательную из них: радиометрический тепловизор с хорошим разрешением подойдёт и для поиска, а камера без измерения температуры не закроет инспекцию. Для организаций с несколькими сценариями удобны промышленные платформы со сменными камерами.

Поиск людей и спасательные работы: компактный дрон с тепловизором 640×512, зум-камерой, громкоговорителем и прожектором; быстрое развёртывание важнее максимального времени полёта.
Инспекция электросетей и солнечных станций: радиометрический тепловизор, высокая детализация, RTK, полёты по маршруту и подготовка отчётов.
Строительная диагностика: радиометрия и хорошая NETD важнее дальности; обследование проводят при заметной разнице температур внутри и снаружи, обычно в холодное время года.
Мониторинг территории и охрана объектов: время полёта, ветроустойчивость, защищённый корпус, работа ночью, при необходимости — док-станция для автоматических вылетов.
Сельское хозяйство и учёт животных: широкое поле зрения, полёты по маршрутам, долгое время работы; для больших площадей — беспилотники самолётного типа.
Охотничьи угодья: компактный дрон с тепловизором помогает найти животных и спланировать маршрут; учитывайте шум дрона и правила охоты в своём регионе.

Типичные ошибки при выборе

Ориентироваться на цифровой зум тепловизора вместо разрешения матрицы.
Брать нерадиометрическую камеру для задач, где нужны измерения температуры и отчёты.
Не учитывать сокращение времени полёта на холоде и в ветер.
Не уточнить частоту кадров тепловизора в поставляемой версии.
Забыть о запасных аккумуляторах и зарядке в поле: для поисковых работ обычно нужны несколько комплектов аккумуляторов и портативная электростанция.
Ожидать, что тепловизор увидит сквозь стекло, воду или плотную крону: эти препятствия сильно ослабляют или полностью блокируют тепловое излучение.
Не проверить заранее требования к регистрации дрона и порядку полётов — уточняйте их для своей организации.

Что подготовить для запроса КП

Чтобы менеджер подобрал модель и комплектацию, пришлите:

задачу: поиск людей, инспекция, строительная диагностика, мониторинг, сельское хозяйство;
нужны ли радиометрия и отчёты по температуре;
типичную площадь или протяжённость объекта и высоту полётов;
требования к зум-камере, дальномеру, RTK и защите корпуса;
условия работы: зима, ночь, ветер, дождь;
сколько нужно аккумуляторов и зарядных устройств, требуется ли портативная электростанция;
количество комплектов и форму оплаты: с НДС или без НДС.

Отправить запрос КП

Частые вопросы

Какое разрешение тепловизора нужно для поиска людей?

Для большинства поисковых задач выбирают 640×512: такая матрица позволяет лететь выше и охватывать большую площадь, сохраняя различимость. Меньшее разрешение подходит для работы на малой высоте.

Видит ли тепловизор через стекло и листву?

Через обычное стекло тепловизор не видит — оно непрозрачно для теплового излучения. Редкая листва мешает мало, а плотная крона может скрыть объект, поэтому участок полезно облетать под разными углами.

Нужен ли радиометрический тепловизор?

Он измеряет температуру каждой точки снимка и нужен для инспекции оборудования, солнечных панелей и зданий. Для поиска и наблюдения достаточно обычного тепловизора.

Можно ли летать с тепловизором в мороз?

Можно, если это допускает рабочий диапазон температур дрона. На холоде аккумуляторы отдают меньше энергии, поэтому их хранят в тепле и берут с запасом.

Квадрокоптер с тепловизором: задачи (поиск людей, инспекция, мониторинг) и выбор