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【论文精选】搭载红外热成像仪无人机用于供热管道巡检

时间：2023-09-09 来源：浏览：

【论文精选】搭载红外热成像仪无人机用于供热管道巡检

原创邱华伟，等煤气与热力杂志

煤气与热力杂志

微信号 GAS-HEAT1978

功能介绍《煤气与热力》始于1978年，创刊于1981年，中国核心期刊，中国土木工程学会燃气分会会刊。筛选燃气供热行业最有价值的技术信息，新闻分类整理、政策标准、热点讨论、投稿查询、论文检索、写作指导、编委风采、精品会议……

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作者：邱华伟，王梓涵，王帅，李广山，宋得良

第一作者单位：唐山兴邦管道工程设备有限公司

摘自《煤气与热力》2022年9月刊

参考文献示例

邱华伟，王梓涵，王帅，等，搭载红外热成像仪无人机用于供热管道巡检［J］. 煤气与热力， 2022，42（9）：A26-A28.

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热力管道

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 ⁸ GJ ，热水供热总量为 32.366 5 × 10 ⁸ GJ ；供热管道总长度为 371 120 km ，集中供热面积为 87.805 × 10 ⁸ m ² 。 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 ⁸ GJ ，热水供热总量为 32.747 5 × 10 ⁸ GJ ； 供热管道 总长度为 392 917 km ，集中供热面积为 92.514 × 10 ⁸ m ² 。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

3 主要装置

①红外热成像仪

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。

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 。

图 1 H20T 型红外热成像仪外形

②无人机

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。

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。

图 2 搭载 H20T 型红外热成像仪的 M300RTK 型无人机外形

4 实测结果与分析

①直埋蒸汽管道

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。