Termovize a možnosti jejího využití

Termovize je metoda bezkontaktního měření povrchové teploty sledovaného objektu. Termovizní snímkování spadá do kategorie snímkování pro účely dálkového průzkumu Země.

Detektor termovizní kamery měří objektem vyzařovanou elektromagnetickou radiaci v infra­červené oblasti spektra. Číselně lze toto pásmo vyjádřit v rozmezí vlnových délek λ = 0,75 μm až 1 mm. Skutečnost, že záření přímo závisí na povrchové teplotě objektu (Planckův vyzařovací zákon, Wienův posunovací zákon,
Stefan-Boltz­manův zákon), umožňuje kameře tuto teplotu vypočítat a zobrazit.

Pro kvalitní pořizování termovizních záznamů platí několik základních podmínek:

• přesná definice účelu termovizního snímkování,
• kvalitní termovizní kamera,
• povětrnostní podmínky, denní a roční doba snímkování,
• vhodná letecká a navigační technika.

Přesné definování účelu termovizního snímkování
Je nutné k tomu, aby mohly být zvoleny odpovídající podmínky pro splnění dané zakázky, případně aby mohlo být pozměněno zadání podle toho, co je z termozáznamů vůbec možné vyčíst. Definice účelu je zásadní zejména při zjišťování tepelných ztrát v intravilánu. Důležitým parametrem je rozlišení termozáznamů, neboť ovlivňuje nejen čitelnost, ale i celkovou ekonomiku zakázky.

Principů termovize lze využít hlavně pro sledování projevů teplotních kontrastů v těchto případech:

• produktovody – rozvody vody, rozvody tepla, plynovody, ropovody (vyhledávání produktovodů uložených pod i nad povrchem a jejich lokalizace, analýza rozvodů, diagnostika, detekce poruch, předcházení haváriím, kontrola kvality izolace potrubí),
• tepelné ztráty budov – registrace úniků tepla ze střech a zdí budov, plošné snímkování městských aglomerací,
• skládky odpadů, depozity, haldy, výsypky, kontaminace, ekologické zátěže,
• geologie, vyhledávání tektonických poruch, kontaminace,
• vodní díla, hráze, znečištění vodních ploch, zdroje znečišťování vodních ploch,
• podzemní stavby, stará důlní díla, archeologie,
• monitorování stavu populace živočichů,
• klimatické analýzy, monitoring městských aglomerací v tropických dnech.

Kvalitní termovizní kamera
Pro realizaci většiny zakázek se používají termovizní kamery, které splňují náročné požadavky, zejména na spektrální rozsah a přesnost měření. Přídavné vyměnitelné objektivy umožňují efektivně plánovat snímkování.

Kamera s maticí 640 × 480 obrazových bodů umožňuje snímkování velkých ploch, zejména měst. Dochází k významnému snížení letových os, zvláště když úspora letového času hraje rozhodující roli. Celkovou cenu ovlivňuje i menší počet snímků.

Povětrnostní podmínky a denní a roční doba snímkování
Velice důležitým faktorem ovlivňujícím kvalitu pořizovaných dat jsou povětrnostní podmínky. Nevhodné povětrnostní podmínky pro realizaci zakázky jsou:

• sluneční záření – úkol je realizován v noci nebo pod souvislou oblačností, pouze v případě zjišťování distribuce slunečního záření ve městě toto neplatí;
• sněhová pokrývka – souvislé nebo částečné pokrytí lokality sněhem není přípustné;
• vítr nad 3 m/s – vítr musí být pod touto hodnotou, jinak dochází k degradaci toku signálu ze Země;
• mraky a stíny – negativním způsobem ovlivňují měření, musí se snímkovat pod souvislou oblačností nebo za jasného počasí v noci;
• vlhkost terénu – snímkuje se za suchého počasí, posledních 36 hodin muselo být beze srážek – platí zejména pro snímkování podzemních vedení;
• rostlinný pokryv – předpokládá se snímkování v zimních, podzimních, časných jarních měsících roku bez vegetace;
• denní doba – snímkování probíhá v nočních nebo ranních hodinách před východem Slunce, mimořádně ve dne pod souvislou hustou oblačností;
• vnější teplota pod 5 °C.

Tyto podmínky výrazným způsobem limi­tují použití metody termovizního snímkování. Počet vhodných dní pro snímkování se velmi zužuje. Někdy je těžké dodržet všechny podmínky a může se stát, že požadované snímkování nelze realizovat vůbec.

Vhodná letecká a navigační technika
Pro náležité splnění zakázky je nutno mít vhodnou leteckou a navigační techniku. Jenom tak je možno provést snímkování lokality souvisle a pokrytě. Téměř všechny faktory, které ovlivňují kvalitu fotografického a fotogrammetrického snímkování, jsou důležité i pro snímkování termovizní. Je nutno dodržet podélný a příčný překryt, výšku letu, snímky nesmějí být posunuté ani pootočené vůči náletové ose, velký podélný a příčný sklon je rovněž na škodu. Ostrost snímků musí být během letu neustále kontrolována – nelze obecně zaostřit na nekonečno. Letoun musí letět stabilně a pomalu, protože přístroje nejsou opatřeny jako u měřické kamery protismazovým zařízením. Z těchto důvodů je používána následující technika:

Intravilán stupnice – rain	Intravilán stupnice – iron	Intravilán stupnice – gray

Letoun
Pro realizaci termovizních zakázek je volen zpravidla letoun Cessna 206, a to z několika důvodů. Především pro větší možnost volby rychlostí. Snímkuje se při rychlostech 120 až 150 km/h. Do prostoru snímkování je však třeba se dostat co nejrychleji, jakmile to povětrnostní podmínky dovolí. Přeletová rychlost činí 220 km/h. Letoun je hornoplošník, což přispívá obecně k jeho stabilitě během letu. Letoun Piper Aztec je používán zejména při letu nad velkými městskými aglomeracemi, kde jsou zakázány lety jednomotorových letounů.

Gyroskopický závěs SM 2000 a GSM 3000
Aby pás terénu zachycený termovizní kamerou a následně kvalitu výsledných snímků neovlivnily turbulence, je nutno kameru instalovat do gyroskopického závěsu SM 2000 (GSM 3000). Gyroskopický závěs zabezpečuje během letu:

• dynamickou stabilizaci termovizní kamery proti kývání letounu kolem všech tří os,
• pasivní ochranu termovizní kamery proti chvění vlivem vibrací letounu,
• automatickou horizontaci termovizní kamery,
• kompenzaci úhlu snosu letounu.

Navigační systém
Vlastní navigace v prostoru snímkování je rea­lizována prostřednictvím navigačního systému CCNS. Tento systém je standardní v oblasti navigačních systémů pro fotogrammetrické snímkování, které má vysoké nároky na dodržení přesnosti vedení letounu po náletové ose a přesné dodržení letové výšky. Výraznou předností tohoto systému je jednoduchost obsluhy a odolnost vůči podmínkám snímkového letu. Součástí systému je přijímač signálu GPS, anténa, navigační obrazovka a řídicí počítač.

Technologie zpracování
Termovizní záznamy je možno prezentovat stejně jako jiné mapové polohopisné podklady. Georeferencováním termovizních záznamů dohází k umístění do souřadného systému. Termovizní záznamy dostanou konkrétní souřadnice, a tím získáváme možnost prezentace v měřítku, měření vzdáleností a ploch. Prezentace společně s dalšími mapovými podklady je možná jak v tištěné formě, tak v různých softwarových platformách (CAD, GIS …). Podkreslení mapovým podkladem nebo ortofotomapou zlepšuje orientaci v termovizním záznamu. Pro určité typy úloh, kdy je vyžadovaná rychlost vyhodnocení, lze nasadit metodu tzv. přímého georeferencování (využít jen přímo měřené prvky GPS/INS bez nutnosti použití jiných mapových podkladů).

Fabrika (stupnice – rain)	Fabrika (stupnice – iron)

Závěr
V souvislosti se vzrůstajícími cenami energií a nákladů na jejich dopravu pomocí dálkových teplovodů k uživateli se zvyšuje snaha tyto sítě mapovat a dobře spravovat. Současný rozvoj termovizního snímkování podporuje mimo jiné i skutečnost, že se na šetření energie a ochranu životního prostředí v souvislosti s globálním oteplením zaměřují také programy EU.

Zdeněk Klusoň, Marcel Janoš
Foto: GEODIS BRNO

Zdeněk Klusoň je od roku 1994 jednatelem společnosti ARGUS GEO SYSTÉM, s. r. o. V roce 1985 absolvoval Vojenskou akademii – obor geodézie a kartografie, v letech 1985–1987 pracoval ve VTOPÚ v Dobrušce a v letech 1987–1994 ve fotoletecké skupině řízení leteckého snímkování.

Marcel Janoš pracuje jako specialista pro zpracování dat a obchodní manažer ve společnosti ARGUS GEO SYSTÉM, s. r. o. V letech 1986–1988 praxoval v důlním měřictví OKD, v roce 1995 ukončil VŠB – TU v Ostravě obor inženýrská geodézie a v roce 2000 skončil doktorandské studium důlního měřictví a fotogrammetrie.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžienierske stavby/Inženýrské stavby.