L’elenco dei casi d’uso dei veicoli aerei senza equipaggio (UAV) è in continua espansione. Gran parte di questa crescita è dovuta allo sviluppo e al perfezionamento di nuove e preziose capacità e dotazioni per i droni. Ad esempio, la prevalenza delle immagini termiche è in aumento.

I droni che sfruttano le telecamere termiche per rilevare il calore, oltre alle telecamere convenzionali, sono utilizzati in una varietà di scenari. Dal rilevamento degli incendi alle missioni di ricerca e soccorso e alle ispezioni delle reti di distribuzione, l’impiego di droni termici potrebbe essere la risposta a un elenco sempre crescente di lavori importanti in tutti i settori.

Droni termici in azione

Nonostante la relativa novità di questa tecnologia, esistono già numerosi esempi di droni termici DJI in azione, ognuno dei quali può ispirare un maggior numero di utenti ad adottare questa tecnologia:

  • Il 20 marzo 2022, i vigili del fuoco intervenuti a Cleburn, in Texas, hanno utilizzato i droni termici per fornire una conoscenza completa della situazione dell’incendio in corso. I droni termici sono stati in grado di vedere attraverso il fumo denso e soffiante e di guidare le squadre a terra per rispondere in modo sicuro ai punti caldi. Sono riusciti a contenere i focolai e a tenere le fiamme lontane dalle aree residenziali, riportando l’incendio sotto controllo entro 4 ore.
  • Nel 2020, la zona di esclusione di Chernobyl in Ucraina è stata colpita da enormi incendi. I droni termici hanno permesso ai vigili del fuoco di raggiungere le aree calde nonostante i densi pennacchi di fumo che limitavano fortemente la loro visibilità.
  • I droni si sono rivelati fondamentali per la ricerca di persone disperse durante le inondazioni e le frane causate dai monsoni in Vietnam. Gli UAV hanno svolto un triplice ruolo, catturando filmati aerei di alta qualità, utilizzando sensori termici per cercare le tracce di calore e raccogliendo dati telemetrici per modelli 3D dell’area.
  • Le raffinerie di petrolio in Argentina impiegano droni termografici per rilevare l’energia relativa generata in diverse parti dell’infrastruttura dell’impianto. Ciò consente agli ispettori di ottenere un’immagine chiara dello stato delle apparecchiature, senza costringere i dipendenti ad avvicinarsi ad aree potenzialmente pericolose.
  • I droni termici hanno fornito immagini di ricognizione aerea durante una fuga di sostanze chimiche a Sarasota, in Florida. Gli UAV hanno permesso alle squadre di individuare la fonte del problema in mezzo a una nube di ammoniaca che si stava diffondendo.
  • Gli UAV termici hanno permesso ai vigili del fuoco di Bentonville, in Arkansas, di monitorare attentamente la temperatura di un serbatoio di difluoroetano infiammabile mentre un impianto industriale circostante bruciava. Questo ha permesso alle squadre di raffreddare il serbatoio in modo strategico ed evitare che esplodesse.
  • I droni termici aiutano gli agricoltori a scansionare i campi alla ricerca di cuccioli di cervo, che altrimenti sarebbero nascosti tra l’erba alta. I cuccioli di cervo vengono portati al sicuro e gli agricoltori possono falciare i loro campi senza mettere in pericolo la vita dei cerbiatti.

Queste sono solo alcune delle applicazioni della tecnologia termica dei droni e dimostrano quanto sia importante avere il giusto carico utile per il lavoro. Gli UAV dotati di sistemi di imaging termico stanno già facendo la differenza e l’attrezzatura è in continua evoluzione.

Immagini termiche: Come funziona?

Quando si considera il presente e il futuro della tecnologia dei droni a imaging termico, vale la pena approfondire i principi tecnici che fanno funzionare le termocamere. Capire come funzionano le apparecchiature per la termografia può ispirare un uso più efficace della tecnologia e nuovi approcci di impiego per i droni termici.

IR 101

Il calore, noto anche come radiazione infrarossa (IR), è semplicemente la vibrazione degli atomi. Gli oggetti emettono una traccia di calore in base al movimento dei loro atomi: maggiore è il movimento, più caldo è l’oggetto. La termografia è il processo di studio di queste firme di calore e di utilizzo pratico delle conoscenze termografiche.

Gli esseri umani percepiscono il calore, ma non possono vedere gli infrarossi. Perché? Perché questa radiazione avviene su una lunghezza d’onda elettromagnetica che l’occhio non è in grado di rilevare. Le termocamere sono progettate per trasformare le firme infrarosse in qualcosa di visibile all’uomo.

Come funzionano le termocamere

Le termocamere utilizzano obiettivi specializzati che rilevano le frequenze IR, insieme a sensori termici e processori di immagini per visualizzare i risultati su un display. Quando una termocamera a infrarossi viene montata su un drone, il dispositivo è in genere posizionato su un giunto cardanico, che stabilizza l’immagine e consente all’obiettivo di ruotare di 360 gradi.

I sensori termici di queste telecamere avanzate, tecnicamente noti come microbolometri, hanno ricevuto notevoli aggiornamenti negli ultimi anni. Le opzioni odierne non richiedono i materiali di raffreddamento esotici utilizzati in passato, rendendoli molto più accessibili.

Schema di funzionamento di una termocamera
Schema di un sensore termico (microbolometro)

Le termocamere per droni possono rilevare la temperatura superficiale di molti oggetti, ma ci sono delle eccezioni. Ad esempio, gli oggetti molto lucidi, brillanti e riflettenti non assorbono molto calore: hanno una cosiddetta bassa emissività. È difficile rilevarli con le termocamere. Gli oggetti ad alta emissività, come il legno, il cemento e persino le persone, sono facili da scansionare.

Il legno è altamente emissivo

Lettura ed elaborazione delle immagini termiche

Una volta che i droni catturano le informazioni termiche con le loro telecamere a infrarossi, i dati termici vengono visualizzati su uno schermo come immagine convenzionale che gli operatori possono esaminare.

Software di termografia in volo di DJI

Utilizzando il software di termografia, gli utenti possono cambiare la tavolozza dei colori utilizzati per rappresentare il calore della scena. Ciascuna visualizzazione è utile per cogliere vari dettagli dell’immagine:

Bianco caldo: gli oggetti più caldi appaiono più chiari, mentre le aree più fredde sono più scure.
Nero caldo: l’opposto del bianco caldo, con gli oggetti più caldi che appaiono più scuri.
Arcobaleno: La temperatura corrisponde alle tonalità, con i colori caldi che rappresentano il calore.

Naturalmente, queste tre opzioni sono solo l’inizio. Le termocamere più avanzate offrono una maggiore varietà di visualizzazioni: la Zenmuse H20T offre 12 palette di colori separate.

Impostazioni comuni della tavolozza dei colori termici

Il tipo di termocamera utilizzata determina anche il formato in cui le immagini vengono acquisite e memorizzate. Mentre le opzioni di fascia bassa catturano le immagini come semplici file di immagine, le soluzioni avanzate contengono anche dati termografici e letture della temperatura, oltre a tag GPS. I dati termografici possono essere analizzati ulteriormente con lo strumento di analisi termica DJI.

Misurazioni termiche accurate

Anche le termocamere più efficaci devono fare i conti con una serie di fattori ambientali che possono rendere difficile una lettura accurata della temperatura superficiale. Tra questi, le condizioni atmosferiche: troppo calore, umidità, nuvole, pioggia o nevicate possono ostacolare la precisione delle termocamere. Le termocamere hanno problemi anche con il vetro, poiché il vetro riflettente può catturare il calore del sole, del terreno o di un altro oggetto.

Anche il rivestimento superficiale di un oggetto può influire sulla capacità di un drone termico di rilevare la temperatura. La corrosione o una nuova verniciatura possono modificare la lettura della temperatura relativa di un oggetto. Anche la posizione relativa del sole può far sì che oggetti dello stesso materiale appaiano diversi in una termocamera.

Utilizzare efficacemente una termocamera significa tenere presente i seguenti fattori:

  • Condizioni atmosferiche
  • presenza di fumo, polvere e detriti
  • Emissività
  • Trasparenza
  • Riflettività
  • Ora del giorno
  • Angolo di osservazione
  • Vernice su un oggetto
  • Distanza dal bersaglio
  • Quantità di energia termica
  • Rugosità o levigatezza della superficie

Tenendo presenti queste caratteristiche, è possibile costruire un quadro accurato delle proprietà termiche di un oggetto o di un paesaggio.

La lettura della superficie da parte delle termocamere può essere influenzata da una serie di fattori

Considerazioni sulle termocamere avanzate

L’alta risoluzione e le opzioni di visualizzazione a colori sono solo alcuni dei vantaggi offerti dai sistemi di termocamera ad alta tecnologia. Nell’attuale panorama di sviluppo tecnologico in rapida evoluzione, le funzionalità più lungimiranti andranno oltre questi aggiornamenti incrementali.

Tra le nuove e potenti funzionalità da prendere in considerazione ci sono:

  • Opzioni di carico utile per droni a doppia telecamera: I droni dotati di moderni sistemi di imaging termico possono essere in grado di catturare più tipi di immagini contemporaneamente. I payload termici ibridi sono due telecamere in una, un sistema di imaging convenzionale e una telecamera IR.
  • Impostazioni isotermiche personalizzate dall’utente: Utilizzando il pannello di controllo di un drone termico, gli utenti possono impostare le isoterme, ovvero le impostazioni di temperatura personalizzate. Ad esempio, gli utenti alla ricerca di potenziali incendi possono chiedere alla termocamera di visualizzare automaticamente le immagini che contengono zone ad alta temperatura.
  • Software di imaging termico di nuova generazione: Il software utilizzato per interpretare le immagini IR si sta evolvendo nel tempo, offrendo nuove capacità come il rilevamento della temperatura per oggetti specifici, gli aggiornamenti sul calore in tempo reale, la sovrapposizione di immagini a luce visibile e IR e altro ancora. Un’opzione è lo strumento di analisi termica DJI.

Grazie alla tecnologia termica dei droni in continua evoluzione, le aziende possono ampliare le modalità di utilizzo di questi UAV. Le specifiche di missione che potevano essere impossibili fino a pochi anni fa meritano di essere riviste man mano che la termografia diventa più precisa, versatile e conveniente.

Tecnologia delle termocamere: Payload da considerare

La scelta di un carico utile per la termografia di un drone è una questione di corrispondenza tra le capacità dell’apparecchiatura e il caso d’uso dell’organizzazione. Esistono diversi fattori che determinano le prestazioni di un sistema di termocamera sul campo e l’importo da pagare. Tra questi vi sono:

Campo visivo (FOV): È la misura dell’ampiezza dell’immagine osservabile che la telecamera può acquisire.
Resistenza agli agenti atmosferici: Misurata in termini di protezione all’ingresso (IP), determina la resistenza di un involucro elettrico agli elementi, compresa l’umidità della pioggia e della nebbia.
Banda spettrale: La banda spettrale è la gamma elettromagnetica rilevabile dal sensore IR della telecamera.
Sensibilità termica: Questo parametro indica il grado di capacità di un sensore di misurare le differenze di temperatura relativa ed è chiamato anche temperatura differenziale equivalente al rumore (NEDT).
Risoluzione dell’immagine: Più che l’ampiezza dell’area catturata dalla telecamera, riflette il numero di pixel dell’immagine digitale generata, che a sua volta determina il livello di dettaglio.

Mavic 2 Enterprise Advanced: sensore 640×512 (sinistra) vs. Mavic 2 Enterprise Dual: sensore 160×120 (destra)

A seconda del tipo di lavoro per cui si cerca un drone e delle condizioni in cui si intende utilizzare l’UAV termico, è possibile scegliere un carico utile per la termocamera che soddisfi le proprie esigenze. Alcuni dei carichi utili altamente capaci attualmente sul mercato includono i modelli della serie Zenmuse H20, come ad esempio:

Zenmuse H20T: lo Zenmuse H20 standard è una telecamera per droni a triplo sensore composta da una telecamera zoom da 20MP, una telecamera wide da 12MP e un telemetro laser da 1200m. Lo Zenmuse H20T aggiunge anche una telecamera termica radiometrica da 640×512px. La fotocamera genera file R-JPEG con informazioni sulla temperatura incorporate, consentendo ulteriori analisi.

La termocamera registra a 30 fps con un elevato grado di sensibilità termica. Con un’ampia varietà di palette di colori, isoterme personalizzabili e allarmi di temperatura, il payload consente agli utenti di scegliere tra modalità ad alto guadagno e a basso guadagno, a seconda che sia necessario un intervallo di temperatura più ampio o una maggiore sensibilità.

Modalità split con la Zenmuse H20T

Zenmuse H20N: il payload Zenmuse H20N è simile all’H20T, ma presenta caratteristiche ancora più avanzate, molte delle quali legate al suo profilo di missione come telecamera per la visione notturna. La telecamera per la visione notturna a luce stellare del payload può effettuare uno zoom sincronizzato con la telecamera termica, mostrando i risultati in split-screen affiancati.

Con due telecamere termiche, capaci di zoom 2× e 8×, il sistema è in grado di ottenere uno zoom di 32×. L’ingrandimento di un’immagine termica consente agli utenti di ispezionare attentamente eventuali punti caldi o altre anomalie di temperatura rilevate.
L’uso di payload avanzati della telecamera consente ai droni di intervenire in un’ampia varietà di situazioni, che si tratti di ricerca di persone scomparse di notte, di scansione di potenziali incendi, di ispezioni elettriche o di qualsiasi altra potenziale applicazione.

Casi d’uso dei droni termici: Oggi e in futuro

Oggi i droni termici possono svolgere più ruoli rispetto al passato, grazie a sensori più precisi e a prezzi più bassi che aprono nuove possibilità. Questo processo di espansione e scoperta è in corso, con nuovi casi d’uso che si aprono continuamente.

L’uso dei droni termici oggi

Se la vostra organizzazione è impegnata in una delle seguenti attività, un drone termico potrebbe essere la tecnologia perfetta per le vostre esigenze:

  • Antincendio: Uno degli usi più comuni dei droni termici è quello di strumento antincendio. La mappatura del calore dall’alto consente ai vigili del fuoco di anticipare i fattori di rischio. Quando si lavora all’interno di strutture, è possibile mappare i possibili punti di rottura, mentre negli scenari di incendi selvaggi, i droni possono aiutare le squadre a intercettare l’avanzamento degli incendi all’aperto.
  • Ricerca e salvataggio: Gli incendi non sono gli unici tipi di disastri in cui i droni termici possono aiutare le squadre di soccorso. In seguito a catastrofi come alluvioni, frane, terremoti, tornado e uragani, i droni termici possono aiutare le squadre a trovare le vittime disperse, anche di notte. Questi UAV termici sono anche in grado di rintracciare individui che si sono persi nella natura.
  • Ispezioni aeree di servizi e miniere con i droni: L’ispezione delle infrastrutture di pubblica utilità, dagli impianti e dalle installazioni di pannelli solari alle linee elettriche più lontane, è più facile con i droni. L’uso di telecamere termiche accanto alle immagini convenzionali consente alle squadre di osservare i potenziali rischi di guasto in modi nuovi, o persino di ispezionare lo stato dei pannelli termici. Indipendentemente dalle dimensioni di un impianto o di una miniera, i droni possono sorvolare il sito e rilevare i dati.
  • Agricoltura avanzata: Il monitoraggio delle colture e delle mandrie al pascolo dall’alto è un uso potenzialmente trascurato dei droni. Le immagini termiche consentono agli agricoltori di misurare l’esposizione al calore dei campi e di seguire gli animali, anche di notte. Gli sforzi in corso per rendere l’agricoltura più efficiente attraverso la diffusione della tecnologia si sposano perfettamente con l’impiego dei droni.

Espansione dei casi d’uso: Ancora in corso

L’espansione dell’uso dei droni termici al di là dei ruoli di sicurezza pubblica, per arrivare alla sua parte di efficienza nei servizi pubblici e nell’agricoltura, è uno sviluppo relativamente recente. Ciò dimostra che gli utenti, sia professionisti che appassionati, pensano costantemente a nuovi usi dei droni termici.

Se la vostra azienda ha bisogno di effettuare accurate ispezioni aeree di infrastrutture difficili da raggiungere o di sorvegliare il personale o i beni di notte o in condizioni meteorologiche avverse, un drone termico potrebbe essere adatto al vostro caso d’uso. Poiché i carichi utili delle termocamere diventano sempre più sofisticati e allo stesso tempo più accessibili, il limite è il cielo.

Opzioni del drone: Trova il miglior drone termico per i tuoi scopi

Se la scelta del carico utile della telecamera è importante per le prestazioni del drone termico, lo è anche il telaio del drone commerciale scelto. Il corpo del drone giusto fornirà la velocità, la manovrabilità, il raggio d’azione, la durata della batteria e altre caratteristiche che determineranno i tipi di attività che il vostro nuovo drone termico può svolgere.

Di seguito sono elencati alcuni dei droni commerciali leader di mercato tra cui scegliere per il vostro impiego termico.

DJI Mavic 2 Enterprise Advanced

Il Mavic 2 Enterprise Advanced è un drone estremamente compatto e leggero, ma dotato di un’ampia gamma di potenti funzioni. Dispone di un sensore termico integrato 640×512 in grado di effettuare uno zoom 16× e una frequenza di fotogrammi di 30hz. Il modulo RTK del drone consente il posizionamento a livello centimetrico e la sua capacità di lavorare con un massimo di 240 waypoint lo rende perfetto per le missioni di ispezione automatizzate, anche in ambienti complessi.

DJI Matrice 30T

L’M30T è un robusto telaio per droni costruito per resistere agli elementi e progettato per essere altamente portatile nonostante il suo impressionante carico di sensori. Le specifiche della fotocamera sono in linea con quelle dell’M2EA: risoluzione 640×152, 30fps. Il sistema di controllo dell’M30T è particolarmente avanzato, con un display widescreen da 7 pollici sul sistema di controllo a doppio stick progettato per l’uso da parte dei piloti di droni aziendali.

DJI Matrice 300 RTK

L’M300 RTK è l’ultimo ritrovato della tecnologia dei droni commerciali, con la possibilità di trasportare fino a tre carichi utili contemporaneamente. Al massimo, il drone può essere equipaggiato con un gimbal verso l’alto e due verso il basso. L’M300 RTK utilizza un nuovo sistema di visualizzazione, che incorpora un maggior numero di informazioni nello schermo principale, per aiutare l’operatore del drone a navigare intorno a qualsiasi potenziale ostacolo. Equipaggiando l’M300 RTK con uno Zenmuse H20T o H20N come uno dei suoi carichi utili, gli utenti possono acquisire livelli senza precedenti di informazioni termiche ad alta risoluzione.

Potenziamento degli utenti professionali di droni

Qualunque sia la configurazione di drone termico scelta, è possibile potenziare ulteriormente i propri utenti selezionando opzioni aggiuntive. Ad esempio, il programma DJI Care Enterprise, che include tutti i tipi di assistenza e manutenzione per le vostre apparecchiature, indipendentemente dal numero di droni DJI presenti nella vostra flotta. Investire nell’assistenza vi aiuta a salvaguardare il vostro investimento e a far volare i vostri droni termici, indipendentemente da ciò che incontrano.

Con un elenco di casi d’uso in continua espansione e un alto grado di sofisticazione tecnologica oggi disponibile, non c’è mai stato un momento migliore per immergersi nell’uso dei droni termici. Che si tratti di fornire nuove funzionalità al personale della pubblica sicurezza o di creare un nuovo metodo di ispezione efficiente nei settori delle utilities, dell’agricoltura o in qualsiasi altro ambiente industriale, un drone termico può aggiungere una nuova dimensione alle vostre operazioni.

Per aiutarvi a decidere se un dispositivo di imaging termico è adatto alle vostre specifiche circostanze, potete contattarci a [email protected] per maggiori info o una dimostrazione tecnica dedicata.