Уоррен, штат Міннесота, використовує тепловізійні дрони для створення карт енергоефективності

Для більшості домогосподарств рахунки за електроенергію є постійною і високою статтею видатків. Ці витрати досягають піку в зимові місяці. Згідно з прогнозом Управління енергетичної інформації США, взимку 2022 року витрати домогосподарств на електроенергію досягнуть багаторічного максимуму через зростання роздрібних цін на енергоносії. 

Домовласники можуть боротися з цим зростанням двома способами: надягти додатковий шар одягу і зменшити температуру на термостаті або вжити заходів для мінімізації побутових тепловтрат. Другий варіант стає все популярнішим, оскільки поліпшення ізоляції може забезпечити значну економію в довгостроковій перспективі. 

Першим кроком до зменшення тепловтрат є розуміння того, як вони з’являються. Картина змінюється залежно від віку будинку та його розташування, але, як правило, головними винуватцями є зовнішні стіни, вікна й дах. Тож як дізнатися, чи не випускає Ваша будівля зайві тепло та гроші назовні?

Ініціатива в Уоррені, штат Міннесота, показала, що дрони й тепловізійні інспекції згори можуть стати значною частиною рішення. 

Обстеження дахів тепловізором: енергозберігальна ініціатива одного міста 

Уоррен — невелике місто на півночі штату Міннесота. Зими тут дуже холодні, але мешканці мають один нюанс в плані енергозбереження: місто володіє та управляє всіма своїми комунальними послугами. Це означає, що місцева адміністрація та громада зацікавлені у скороченні витрат на опалення та підвищенні енергоефективності кожного будинку та споруди. 

За допомогою сусіднього Нортлендського громадського технічного коледжу Уоррен у 2017 році запустив енергетичну ініціативу. Студенти аерокосмічного факультету Нортленда, які вивчають безпілотні літальні апарати та аналіз зображень, отримали завдання скласти теплову карту всього міста. Партнерство є взаємовигідним: студенти отримують практичний досвід у галузі безпілотників, а місто — дані аерофотозйомки, які показують, як місцеві будівлі втрачають тепло.  

Маючи теплову карту кожної будівлі в Уоррені, мешканці можуть звернутися до мерії, щоб отримати інформацію про втрати тепла. «Так вони можуть ухвалити рішення, яке дасть їм найбільшу економію енергії та коштів», — сказала міський голова Уоррена Шеннон Мортенсон в ефірі подкасту «Місцеві енергетичні правила».

Тепловізійне сканування висвітлює втрати тепла і вказує на ділянки — зазвичай це дахи, стіни, вікна і двері — які потребують подальшої ізоляції або повної заміни. Мета в тому, щоб надати результати разом із доступом до програми інклюзивного фінансування, яка дасть змогу мешканцям отримати кредит від міста для проведення енергоефективної модернізації. Кредит поступово повертається через регулярні рахунки за комунальні послуги, а після його погашення власник житла може залишити собі зекономлені кошти.

На думку Мортенсона, проєкт розширює можливості міста та його мешканців. «З боку міста ми можемо визначити, якими є наші втрати енергії в цілому по громаді, і де саме вони відбуваються. Це допомогло нам дізнатися, як ми можемо бути більш ефективними, як ми можемо бути добрими управителями, як ми можемо впливати на зміну клімату і як ми можемо підвищити стійкість у нашій громаді».

Збирання теплових даних в умовах низьких температур

Закарі Ніклін — інструктор із безпілотних авіаційних систем, який очолює програму UAS (БПЛА) в Нортлендському громадсько-технічному коледжі. Він пояснює, що важливою частиною навчання на програмі Small UAS в коледжі є практична підготовка. У 2017 році студентам випала нагода зібрати тепловізійні дані для міста Уоррен. Використання флоту Нортленда, який включає в себе ряд літаків DJI Enterprise і датчиків, в тому числі Matrice 600 Pro, M210 RTK, Inspire 2 і корисні навантаження з тепловізором Zenmuse XT і XTR, стало життєво важливим навчальним механізмом. 

Як і в будь-якому пілотному проєкті, тут була крута крива навчання. Передбачалося, що для збору корисних теплових даних студентам доведеться літати взимку, коли мешканці активно опалюють свої будинки, і різниця між зовнішньою і внутрішньою температурами є найбільш помітною. Але швидко з'ясувалося, що існують інші фактори. Тепловізійне сканування розпочалося в листопаді, але низькі температури і періодичні сильні вітри знижували ефективність батарей дронів. До того ж, одразу після заходу сонця залишковому денному теплу потрібен був додатковий час, щоб розсіятися. 

Ніклін вирішив проводити сканування в тихі ночі, іноді до 2 години ночі, в умовах значно нижчих за нульову температуру. Студенти продовжували літати доти, доки не траплялося одне з двох: вони змерзали або цільова ділянка була завершена. 

Багато процесів картографування знайомі. Наприклад, команда працювала за сітчастою схемою, кожна ділянка перед зльотом розвідувалася, щоб уникнути високих об'єктів, а польоти планувалися й виконувалися за допомогою програми Pix4D. Не обійшлося й без певних нюансів, пов'язаних із мінусовою температурою взимку. 

З акумуляторами також потрібно було бути особливо обережними. Ті, що були повністю заряджені, зберігали в «термосі», щоб підтримувати температуру, або залишали у вантажівці з увімкненим обігрівом. Пристрої, на які покладалася команда, також зазнали впливу погоди. До задньої панелі планшетів були приклеєні грілки, щоб запобігти втраті ними реагування, і відповідно можливості керувати коптером. Також знадобилася комбінація грілок для рук і рукавичок без пальців, щоб делікатно маневрувати стіками управління й натискати на екрани, уникаючи заніміння пальців. Одразу після зльоту дрони повинні були зависнути на кілька хвилин, щоб розігріти батареї й дати змогу сенсору камери пристосуватися до температури довкілля. 

На другому етапі ініціативи студенти зшивали зображення разом і накладали їх на ГІС-карту. Поєднавши фотографії кожної будівлі з тепловою сигнатурою, що відображає її тепловтрати, вони змогли виявити кореляцію між віком будівлі та кількістю теплових витоків. 

Найкращі дрони для тепловізійного обстеження дахів

Якщо Ви плануєте власну ініціативу з теплового картографування, Вам знадобиться потужний, міцний, енергоефективний дрон, сумісний із корисним навантаженням, що  несе тепловізійне обладнання. DJI Enterprise рекомендує три літальні апарати для масштабних проєктів щодо знімання теплових даних. 

Mavic 3T 

Mavic 3T — найменший тепловізійний коптер DJI, оснащений тепловізійною та візуальною камерами з високою роздільною здатністю. Його інфрачервоний датчик з роздільною здатністю 640×512 пікселів поєднується з системою позиціонування RTK на сантиметровому рівні для точного теплового картографування. Цей літальний апарат забезпечує максимальну тривалість польоту 45 хвилин. Він легкий, швидко розгортається, ним легко керувати.  

Matrice 30

DJI Matrice 30T — це ідеальний баланс між потужністю та портативністю. Цей коптер має флагманський рівень продуктивності камери, стійкий до погодних умов та адаптивність до довкілля, яку Ви очікуєте від Matrice. І все це в компактному корпусі.

Matrice 300 + H20T

Matrice 300 RTK — флагманська промислова платформа DJI. Вона здатна працювати в екстремальних середовищах і погодних умовах. Завдяки максимальним 55 хвилинам польоту, виявленню перешкод у шести напрямках та сумісності з найсучаснішими варіантами корисного навантаження DJI, цей міцний літальний апарат не підведе Вас. Підвіс із тепловізором DJI Zenmuse H20T —  це мультисенсорне корисне навантаження, яке включає 20-Мп зум-камеру, 12-Мп ширококутну камеру, лазерний далекомір на 1200 м і тепловізійну камеру з роздільною здатністю 640×512 пікселів. Він ідеально підходить для тепловізійного картографування у складних умовах. 

Тепловізійні дрони і майбутнє

Ініціатива Уоррена з теплового картографування є чудовим прикладом того, як технологія безпілотників може розширити можливості громад і сприяти ухваленню рішень щодо енергоефективності. Звичайно, проєкту допомогли міські комунальні служби та коледж, розташований неподалік, де навчаються студенти, які потребують досвіду роботи з БПЛА. Але це не означає, що його основні елементи не можна повторити для громад по всьому світу.  

Проєкт був натхненний участю Уоррена в партнерстві з програмою «Кліматично розумні міста» (Climate Smart Cities Partnership). Подібні картографічні місії були проведені в Арнсберзі, Німеччина (місто-партнер Уоррена), і обидва міста порівняли результати. 

Енергетична стійкість ніколи не була такою важливою, і теплове картографування — це лише один зі способів, як дрони можуть підтримати природоохоронні зусилля та закласти основи для більш зеленого майбутнього.