搭载红外热成像仪无人机用于供热管道巡检

1 概述

全国历年城市集中供热情况：2018年蒸汽供热能力为92 322 t/h，热水供热能力为578 244 MW；蒸汽供热总量为5.773 1×10

GJ，热水供热总量为32.366 5×10

GJ；供热管道总长度为371 120 km，集中供热面积为87.805×10

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。2019年蒸汽供热能力为100 943 t/h，热水供热能力为550 530 MW；蒸汽供热总量为6.506 7×10

GJ，热水供热总量为32.747 5×10

GJ；供热管道总长度为392 917 km，集中供热面积为92.514×10

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面对庞大的供热管网，传统人工巡检方式效率低、反应慢、失误多。红外热成像关注的是热源，而不是可见光，可以拍摄设备的过热点、建筑物热量流失位置，在医学领域可测量体表温度的差异。对于直埋供热管道，通过红外热成像仪航拍，得到直埋供热管道上方地面的热图像，从而监测管道的完好程度。无人机搭载红外热成像仪的巡检方式灵活机动，受地形影响小，极大提高了巡检效率。本文对无人机搭载红外热成像仪在直埋供热管道巡检中的应用实践进行探讨。

广西航运服务业作为其航运主业的主要支撑，是广西建设北部湾区域性国际航运中心和西江黄金水道的保证，也是发展广西现代航运服务业的重大依托。广西因其具备突出的区位优势，其快速的港航主业发展速度，为广西发展现代航运服务业奠定了厚实的基础。结合广西航运服务业发展的实际情况、船舶情况和地理区位特点，广西应把船用商品的供应服务、船员服务、船舶交易服务、航运金融服务、航运信息产业发展等作为其航运服务集聚区的重点发展功能。

2 可行性分析

文献[1]以承德某直埋热水管道为研究对象，结合实际参数，建立多孔介质中的热水管道的三维CFD模型，对管子及周围土壤的温湿度进行研究，得到以下研究结果。

国内学者也对轨道站点评价展开了多层次的研究. 黄洪超[7]基于对轨道换乘站内客流密度和速度的分析，对客流安全状态进行等级划分. 陈艳艳等[8]基于交通仿真和调查，以客流量和客流密度对轨道站内拥堵程度进行评价. 孙宇星等[9]提出了轨道交通换乘客流检测与信息管理的系统解决方案. 刘浩然[10]提出客流密集度指数，用于衡量轨道交通客流分布的拥挤程度. 王雪梅等[11]采用三层指标体系和层次分析法评价轨道客流状态.

夜静如水，月光映在床前。紫云回到现实中来，看见儿子又进来了，不能让孩子失望。紫云来到餐桌前，没有正眼看丈夫，随便吃了几口。

① 直埋蒸汽管道

泄漏后的地面温度场显示，泄漏位置上方地面出现高温异常，异常区形状与泄漏形状对应，呈圆形且温度由中心向四周递减。表明在管道泄漏位置，高温供热介质直接进入土壤，与土壤发生剧烈换热，热量扩散至地面，且到达地面的时间很短，在对应位置形成局部高温区域。

H20T型红外热成像仪外形见图1。H20T型红外热成像仪带有增益模式，高增益模式下对温度差异更加敏感，低增益模式下测温范围更大。具有红外变焦、任意点测温、区域高温报警等功能。测温方式包括点测温、区域测温，测温范围为-40～550 ℃。视频格式为MP4，照片格式为PEG。

完好工况下的地面温度场显示，直埋热水管道上方地面温度略高于周围地面温度，沿管道走向形成一条颜色较亮的线，地面颜色亮度向管道周围递减。表明管道的存在对周围土壤的温度有影响，土壤温度升高，但由于存在保温层，且管道的埋深较深，地面的温升不明显。

3 主要装置

① 红外热成像仪

以往的河道整治工程主要是通过三个方面对河道加以影响和作用。一是采用固化的方式，通过固定边岸的方法影响河流的流势。二是控制水流的方式，影响河道上游与下游水势的变化。三是通过几何断面设计的方式，利用河流冲击形成自然的断面。护岸材料的铺设会影响河道自然变化；改变河道的形态及坡度虽然利于航运的进行，但限制了水体生物的物质传导；断面的几何设计改变了河岸的断面结构以至于改变了水体生物生存的环境及它们的食物来源。

根据上述理论，可对直埋供热管道进行红外热成像仪航拍，对热图像使用红外热分析工具进行色彩校准处理，得到热图像各区域的温度显示，进而分析得出管道的异常位置。

使用无人机搭载红外热成像仪进行航拍作业，能够快速、实时、全方位、安全地获取目标区域的热图像。相比地面监测，无人机机动性好，效率高，覆盖更为全面，节约巡检时间，降低巡检成本，可有效避免巡检人员伤亡。拍摄的热图像能附带地理位置、时间等信息，针对可疑位置能多次复拍核对。操作简单，操作人员培训期短，维护和使用成本易于接受。

② 无人机

红外热成像仪主要由红外探测器、光学成像物镜、光机扫描器等组成。用于探测目标物体的红外辐射信息，将红外辐射信息转换为电信号，再对电信号处理，以灰度级或伪彩色显示，即得到目标物体的温度分布。

搭载H20T型红外热成像仪的M300RTK型无人机外形见图2。M300RTK型无人机集成先进的飞控系统，最大载质量2.7 kg。具备6向定位和避障、精准复拍、智能跟踪、打点定位、位置共享、飞行辅助等先进功能。机身结构在飞行过程中防护等级可达IP45。机身配备夜航灯，便于在夜间被识别。配备补光灯，以便在夜间及弱光下获得更好的视觉定位效果，提升无人机起降和飞行安全性。

4 实测结果与分析

保温层破坏后的地面温度场显示，保温层破损位置上方地面出现高温异常，异常区形状与保温层破损形状对应，呈椭圆形且温度由中心向四周递减，其他区域地面温度特征与完好工况类似。表明在保温层破损位置，工作钢管直接与周围土壤换热，在对应位置的地面形成局部高温区域。

室外温度为8 ℃，相对湿度为80%，拍摄高度为50 m。直埋蒸汽管道管顶埋深为1.6 m，蒸汽温度为350 ℃。直埋蒸汽管道热图像见图3。由图3能清晰辨别直埋蒸汽管道走向，直埋蒸汽管道上方地面温度明显高于周围地面温度，也能辨认出补偿器位置(图中间断出现的高亮位置)。图中蓝色方框内的补偿器有泄漏情况，导致该补偿器后侧管段外护钢管与工作钢管间进入高温蒸汽，管段上方地面呈高亮状态，温度明显高于周围地面，也高于未发生泄漏管段上方地面温度。热图像分析结果与开挖后的实际情况一致。

② 直埋热水管道

第三代图书馆服务平台旨在建设一个拥有先进架构体系，具备新的资源组织和服务模式，基于云计算和规模化数据分析技术，提供传统资源服务、数字资源服务、数据服务和知识服务的新一代图书馆服务平台，其设计理念如下：

室外温度为-1 ℃，相对湿度为73%，拍摄高度为3 m。直埋热水管道管顶埋深为0.8 m，热水温度为70 ℃。直埋热水管道热图像见图4。由图4可知，管道上方地面温度高于周围地面温度，红色区域没有向周围扩散的情况，说明直埋热水管道完好。热图像分析结果与实际一致。

5 结语

无人机搭载红外热成像仪的直埋供热管道巡检方式灵活机动，受地形影响小，提高了巡检效率，能精准定位异常位置。随着数据积累、完善解析，将在直埋供热管道巡检中发挥不可替代的作用。

[1] 刘宜霖，杜聪，刘联胜，等. 埋地供热管道周围的土壤温湿度特征研究[J]. 河北工业大学学报，2021(4)：63-69.