УФ-камера ZH580-UAV-S для комплексной инспекции энергосети

УФ-камера для дрона ZH580-UAV-S с ИК- и VIS-спектрами

ZH580-UAV-S — УФ-камера для комплексной инспекций высоковольтной инфраструктуры, рассчитанная на установку через стандартный разъем PSDK на дроны DJI Matrice 300 RTK и Matrice 350 RTK. В корпусе размером 118 × 83 × 58 мм и массой 550 грамм размещены три независимых сенсора: ультрафиолетовый с солнечно-слепым диапазоном 240–280 нм, тепловизор с разрешением 640 × 512 и диапазоном 8–14 мкм, камера в видимом VIS-спектре с переменным полем зрения 9–52° и цифровым зумом ×10, а также лазерный дальномер. 

За один полет собираются данные, для получения которых ручными методами потребовалось бы несколько отдельных выездов с разным оборудованием. Совмещение спектральных каналов в режимах UV+IR+VIS позволяет выявлять дефекты на разных стадиях развития и ранжировать их по приоритету обслуживания. Все 3 потока данных обрабатываются алгоритмом высокоточной регистрации изображений на базе ИИ и выводятся на пульт оператора в виде совмещенного кадра с точностью наложения не более 1 мрад. 

Камера ZH580-UAV-S разработана для эксплуатирующих и сервисных организаций, отвечающих за техническую эксплуатацию ЛЭП, диагностику электрооборудования подстанций и генераторов, мониторинг контактной сети железных дорог и обслуживание высоковольтных промышленных установок.

Технические особенности УФ-камеры ZH580-UAV-S с ИК- и VIS-спектрами

Мультиспектральная интеграция 3 в 1: УФ + ИК + VIS

УФ-канал — предназначен для регистрации коронных разрядов в солнечно-слепом диапазоне, поэтому инспекции можно проводить днем. Усиление регулируется от 0 до 100% через интерфейс пульта. Снижение усиления минимизирует ложные срабатывания при фоновой УФ-засветке, а повышение фиксирует слабые разряды на удаленных объектах. Доступно 7 цветов для визуализации коронного разряда на совмещенном изображении: красный, белый, синий, желтый, голубой, зеленый, пурпурный.

ИК-канал — работает в диапазоне 8–14 мкм и измеряет температуру поверхностей от −20 до +550 °C. Разрешение 640 × 512 пикселей с размером пикселя 12 мкм обеспечивает детальное тепловое изображение. Поле зрения 46° × 37° с фиксированным фокусом и цифровым зумом 1–4× позволяет проводить тепловую диагностику на разных дистанциях. ИК-канал выявляет резистивный нагрев контактных соединений, перегрев трансформаторных выводов, локальные тепловые точки на изоляторах — дефекты, которые УФ-канал не фиксирует, так как они находятся на более поздней стадии развития.

VIS-канал — это видимое изображение с переменным полем зрения и цифровым зумом ×10 для визуального подтверждения и осмотра объекта обследования. Видимый канал обеспечивает поле зрения от 9° до 52° и цифровой зум ×10: широкое поле в 52°  используется для общего обзора опоры или подстанции, узкое 9° с зумом для детального осмотра конкретного узла. Чувствительность 0,1 лк позволяет работать в условиях низкой освещенности. Размер сенсора 20 × 30 мм.

Лазерный дальномер — измеряет дистанцию до объекта для точного позиционирования камеры и дрона. Три потока обрабатываются совместно и выводятся в виде совмещенного кадра.

Солнечно-слепой УФ-диапазон 240–280 нм

Солнечный спектр в диапазоне UVC ниже 280 нм поглощается озоновым слоем и не достигает поверхности Земли. Любой зафиксированный УФ-сигнал в полосе 240–280 нм с высокой вероятностью является следствием коронного разряда, а не солнечной засветки. Это позволяет проводить инспекцию ЛЭП с УФ-камерой в светлое время суток без ложных срабатываний.

6 режимов отображения данных

Камера поддерживает шесть режимов отображения: только УФ, только ИК, только VIS, УФ+VIS, УФ+ИК, УФ+ИК+VIS. Режим тройного совмещения UV+IR+VIS накладывает на один кадр разрядную активность, тепловую карту и визуальное изображение объекта. Это позволяет за один полет выявлять дефекты на разных стадиях развития и снижать вероятность ложных и пропущенных срабатываний.

Точность совмещения ≤ 1 мрад

Алгоритм высокоточной регистрации изображений на базе ИИ сопоставляет координаты УФ-, ИК- и VIS-сигналов с пикселями видимого изображения и накладывает их на фотографическое изображение объекта с точностью не более 1 мрад.

Таблица режимов работы ZH580-UAV-S

Количественный анализ: подсчет фотонов и температурный контроль

УФ-канал регистрирует каждый УФ-фотон и подсчитывает их количество в заданной области за единицу времени. ИК-канал измеряет температуру поверхностей в реальном времени. Пороговая сигнализация поддерживает настройку порогов как по количеству фотонов, так и по температуре. При превышении порога камера формирует предупреждение и присваивает дефекту класс. На экране пульта отображается: режим, усиление, подсчет фотонов, цвет, температура, сигнализация.

Совместимость и рабочие параметры

Прецизионный воздушный PTZ-подвес обеспечивает устойчивость к вибрациям, стабильность и адаптивность при маневрировании БПЛА. Установка и снятие подвеса на объекте занимает до 2 минут, что позволяет оперативно менять конфигурацию дрона между вылетами. Камера разработана на платформе DJI Payload SDK и совместима с DJI Matrice 300 RTK и Matrice 350 RTK. Подключение через стандартный разъем PSDK — питание и данные передаются через бортовую систему дрона. Камера определяется в DJI Pilot 2 и управляется через стандартное меню полезной нагрузки .

Корпус ZH580-UAV-S имеет класс защиты IP54 — это защита от песка и пыли, а также от брызг при умеренных осадках. Допустимая влажность до 90% RH.

Сферы применения УФ-камеры ZH580-UAV-S с ИК- и VIS-спектрами

Инспекция линий электропередачи

БПЛА с многосенсорной УФ-камерой пролетает вдоль высоковольтных линий на дистанции 10–15 метров от проводов, осматривая гирлянды изоляторов, арматуру, контактные соединения и высоковольтные провода ЛЭП. УФ-канал фиксирует коронный разряд на проводах и изоляторах — самую раннюю стадию деградации изоляции. ИК-канал выявляет тепловые аномалии на контактных соединениях — резистивный нагрев, указывающий на плохой контакт. VIS-канал с зумом ×10 документирует видимые дефекты: трещины, сколы, коррозию. 

Режим UV+IR+VIS выводит на один кадр все три потока, поэтому оператор видит конкретный дефектный изолятор с маркированной зоной разрядной активности, тепловым профилем и визуальным изображением. RTK-позиционирование дрона с точностью 1 см + 1 ppm обеспечивает привязку каждого дефекта к координатам самого дрона. Время полета 55 минут позволяет осмотреть 5–6 километров линии за один вылет.

Обследование подстанций

Диагностика электрооборудования подстанции включает осмотр вводов трансформаторов, выключателей, разъединителей, шинных мостиков и изоляционных конструкций. На одной подстанции камера фиксирует десятки источников УФ- и ИК-излучения. Пороговая сигнализация по фотонам и температуре позволяет автоматически отсеять фоновую засветку и выделить критичные дефекты. 

Совмещение УФ и ИК на одном кадре позволяет коррелировать разрядную и тепловую активность на одном узле, например, если на вводе трансформатора одновременно фиксируется коронный разряд и аномальный нагрев, приоритет ремонта повышается. VIS-канал читает маркировку оборудования и паспортные таблички с дистанции. Шестинаправленная система датчиков препятствий у Matrice 300 и Matrice 350 обеспечивает безопасное маневрирование между порталами и шинными конструкциями.

Осмотр генераторов

Коронный разряд и электрические разряды на обмотках статора и выводных шинах генераторов — признак деградации изоляции, который может привести к пробою и аварийной остановке агрегата. БПЛА облетает генератор снаружи на безопасной дистанции в 15 метров, фиксируя УФ-активность на высоковольтных выводах. ИК-канал одновременно контролирует температуру выводов и контактных соединений — локальный перегрев указывает на ухудшение контакта, которое может не сопровождаться разрядом. VIS-канал документирует визуальное состояние: трещины на изоляторах выводов, следы перегрева, коррозию кожухов.

Мониторинг контактной сети железных дорог

Контактная сеть электрифицированных железных дорог — протяженная высоковольтная инфраструктура с изоляторами, струнами, фиксаторами и контактными проводами. БПЛА пролетает вдоль перегона, осматривая контактную подвеску сверху — это ракурс, недоступный при осмотре с путейской машины. УФ-канал фиксирует коронный разряд на изоляторах контактной сети, указывающий на загрязнение или механические дефекты. ИК-канал выявляет перегрев контактных проводов и зажимов, являющихся признаками ухудшения токопровода, который ведет к нарушению движения поездов. RTK-позиционирование обеспечивает привязку каждого дефекта к километражу перегона.

Предотвращение лесных пожаров

Искрение и дуговые процессы при деградации изоляции в сухую погоду воспламеняют лесную или травяную подстилку под линией. БПЛА с многосенсорной УФ-камерой выполняет облет ЛЭП в пожароопасный сезон. УФ-канал выявляет участки с повышенной разрядной активностью до перехода разряда в дуговой режим. ИК-канал обнаруживает тепловые точки. VIS-канал документирует состояние просеки: наличие сухой растительности под проводами, расстояние от крон деревьев до высоковольтных проводов ЛЭП. Лазерный сенсор измеряет расстояние от проводов до крон, фиксируя нарушения габаритов. Полет на скорости до 15 м/с с временем автономности 55 минут позволяет за один вылет покрыть десятки километров лесной просеки.

Техническое обслуживание высоковольтных установок

Промышленные высоковольтные установки — это заводские подстанции, испытательные стенды, оборудование электролизных цехов. Они требуют периодической диагностики электрооборудования электрических станций и подстанций без вывода из эксплуатации. Современные методы диагностики электрооборудования на основе мультиспектральной визуализации относятся к неразрушающему контролю, когда обследование проводится под рабочим напряжением. Совмещенный УФ-, ИК-, VIS-кадр документирует состояние для отчета. Подсчет фотонов и температурные измерения позволяют количественно оценить интенсивность дефектов и отслеживать динамику между циклами обследования.

Сравнительная таблица ZH580-UAV-S на БПЛА и ручноф УФ-камеры

Сценарий применения ZH580-UAV-S на DJI Matrice 350 RTK