Introduction
L'utilisation des capteurs d'imagerie thermique infrarouge (TIR) a connu une croissance spectaculaire au cours des dernières décennies, répondant à de nombreuses applications pour les utilisateurs de cartographie et SIG.
Le but de ce blog est de présenter certains des nombreux cas d'utilisation, et de fournir des recommandations aux utilisateurs d'ArcGIS pour tirer parti de ces capteurs. Les exemples inclus ici se concentreront sur l'imagerie capturée à partir d'un drone aérien suivie d'un traitement photogrammétrique pour générer une image composite True Ortho, mais l'utilisation d'un drone et le traitement post-vol ne sont pas toujours nécessaires - certaines applications très puissantes peuvent également être traitées avec des images uniques ou des vidéos (aériennes ou au sol), et pour les études de grandes zones, les capteurs satellites peuvent être les plus appropriés.
Notez que nous utilisons l'acronyme "TIR" ici pour faire référence à la région infrarouge thermique du spectre électromagnétique. Ce blog n'aborde pas les propriétés du proche infrarouge ("NIR") ou de l'infrarouge à ondes courtes ("SWIR") ni des capteurs correspondants.
Cas d'utilisation
Quelques-unes des nombreuses applications de l'imagerie TIR dans ArcGIS incluent :
1. Surveillance des pertes d'énergie des bâtiments
Cette application connaît une croissance rapide car elle fournit une méthode analytique à faible coût permettant à une installation de réduire ses coûts opérationnels ainsi que son impact environnemental. L'imagerie thermique infrarouge est généralement capturée par un drone pour visualiser les toits des bâtiments étudiés, et les zones qui perdent de l'énergie peuvent être facilement observées comme plus chaudes ou plus froides que leur environnement. C'est-à-dire que, si le temps extérieur est chaud et que le bâtiment est climatisé, les fuites d'énergie apparaîtront comme des régions froides. Si le bâtiment perd de la chaleur intérieure en hiver, des zones relativement chaudes peuvent être visibles. Les zones du bâtiment qui sont visiblement plus froides ou plus chaudes que leur environnement aident les gestionnaires de bâtiments à prioriser les améliorations des systèmes de ventilation ainsi qu'à localiser et réparer les zones d'isolation insuffisante du bâtiment.
Des exemples peuvent être trouvés dans cette publication de ACCESSiFLY. Une image exemple (montrant des couleurs fausses appliquées à l'image TIR à bande unique) est présentée ici, mettant en évidence les régions chaudes autour des évents de toit.
2. Détection de problèmes potentiels de maintenance dans les équipements électriques/mécaniques
Une autre application où l'imagerie TIR peut apporter une valeur ajoutée est l'identification d'équipements qui semblent surchauffer, indiquant une usure physique possible ou une défaillance électronique. Cela s'applique à divers types d'équipements, y compris mais sans s'y limiter aux panneaux photovoltaïques, transformateurs électriques, moteurs industriels, et plus encore.
Une image exemple est montrée ci-dessous, fournie gracieusement par Rocky Mountain Unmanned Systems. Sur cette image, une section du panneau photovoltaïque (PV) est visiblement plus brillante (plus chaude) que les panneaux voisins dans l'installation, indiquant un défaut possible soit dans le panneau soit dans son électronique de contrôle. Avec une maintenance rapide, l'opérateur peut réduire la perte de productivité et éventuellement éviter une panne plus grave à l'avenir.
3. Détection de fuites dans les pipelines
L'imagerie thermique infrarouge est également utilisée pour surveiller les pipelines sous pression afin de détecter des fuites. Une fuite peut parfois être observée comme une zone sur ou près du pipeline présentant une anomalie thermique – plus chaude ou plus froide que la région environnante. Si un liquide tel que l'eau fuit, il peut refroidir la végétation/le sol local par rapport à la température ambiante environnante. Dans le cas d'autres pipelines, tels que le gaz naturel, une fuite peut entraîner une perte de pression, et la présence de gaz émergent peut parfois être observée comme un panache froid (bien qu'il existe d'autres capteurs mieux adaptés pour détecter le gaz inflammable).
Dans les images exemples ci-dessous (fournies gracieusement par EagleHawk) nous pouvons clairement voir le tracé d'une conduite de vapeur souterraine (1 dans la première image, TIR), avec preuve d'une fuite de condensat (2) entrant dans un drain pluvial. En haut au centre (3) nous pouvons voir le condensat d'eau chaude s'écoulant dans un ravin voisin. La deuxième image offre une vue en couleur naturelle du même site. Sur la base de cette imagerie, la fuite a été rapidement localisée et corrigée.
4. Autres cas d'utilisation
Les cas d'utilisation listés ci-dessus ne sont qu'un échantillon du large éventail d'applications pour l'imagerie thermique infrarouge. Il y en a beaucoup d'autres – par exemple :
- Les capteurs TIR sont utilisés sur drones ainsi que sur avions habités pour rechercher des randonneurs perdus ou réaliser des enquêtes fauniques.
- Dans l'application des lois, la chaleur résiduelle peut être détectée et utilisée comme preuve médico-légale montrant où un véhicule avait été stationné puis a quitté la scène avant la capture d'image – soit là où la chaleur d'un véhicule en fonctionnement avait réchauffé le pavement, soit là où l'ombre d'un véhicule stationné avait laissé une preuve sous forme d'une région plus froide ayant réduit le chauffage solaire de la surface.
- Les études environnementales axées sur les habitats aquatiques où des plages étroites de température sont requises pour la réussite de la reproduction des poissons peuvent couvrir des zones relativement vastes avec l'imagerie thermique infrarouge pour compléter l'échantillonnage in situ des températures.
Interprétation / Analyse
Pour la plupart des exemples ci-dessus, les utilisateurs peuvent détecter des anomalies thermiques par simple évaluation visuelle de la zone d'intérêt afin d'identifier les régions qui semblent plus chaudes (ou plus froides) que tout ce qui se trouve à proximité. En conséquence, l'utilisateur peut extraire des informations utiles avec des observations relatives (qualitatives), mais sans effectuer des mesures absolues (quantitatives) exactes des températures. L'exception à cela dans les exemples ci-dessus est une application telle que la surveillance des températures de l'eau dans les frayères à poissons, où le succès de la reproduction peut dépendre des températures de l'eau dans une plage relativement étroite.
Dans les cas nécessitant des mesures absolues et précises de température, les utilisateurs devront considérer
- l'étalonnage radiométrique de leur système capteur,
- les propriétés des matériaux observés, en particulier les surfaces métalliques qui montrent souvent des réflexions d'énergie TIR provenant d'une autre source – par exemple le ciel (qui apparaîtra généralement très froid) ou le soleil.
Propriétés de surface et émissivité
Faire des mesures précises à distance de la température d'un objet est un défi.
Les images capturées par les capteurs thermiques infrarouges sont proportionnelles à l'énergie reçue, et ces mesures énergétiques sont ensuite utilisées pour déterminer la température apparente des surfaces en vue. Certains fabricants de capteurs fournissent des informations permettant la conversion des images TIR en unités énergétiques, puis de l'énergie en température superficielle.
Une considération importante est la propriété superficielle appelée Émissivité (représentée par b5). Différents matériaux superficiels émettent l'énergie thermique à différents taux. La différence d'énergie émise pour deux surfaces à la même température est caractérisée par leur émissivité, allant de 0,0 à 1,0. La température apparente d'une surface est généralement inférieure à la température réelle, en supposant que l'émissivité de la surface soit inférieure à 1,0. <\/P>
Les mesures de température à distance peuvent être trompeuses pour les surfaces à faible b5<\/STRONG> telles que la plupart des me9taux, car elles émettent très peu d'énergie et peuvent également refle9ter<\/U> l'énergie TIR provenant d'une autre source (par exemple le ciel, qui apparaîtra très froid, ou une source de chaleur distincte). <\/P>Une discussion plus détaillée sur ce sujet dépasse le cadre de cet article de blog, mais il est important de comprendre que le calcul de la température la plus précise de toute surface 013 béton, eau, herbe, métal, etc. 013 nécessiterait la connaissance de l'émissivité de cette surface ainsi que la possibilité d'observer des sources de chaleur réfléchies. <\/P>Un tableau des valeurs d'émissivité peut être trouvé ICI<\/A>. Notez que, puisque la plupart des surfaces naturelles ont une valeur d'émissivité de 0,9 ou plus, dans la plupart des applications décrites ci-dessus, la correction pour l'émissivité peut ne pas être nécessaire.<\/P> <\/P>
Application Pratique<\/H2>En pratique, l'utilisateur doit considérer si des mesures de température absolue sont nécessaires pour son cas d'utilisation. Puisque de nombreuses applications ne nécessitent pas de températures absolues, il est raisonnable d'identifier visuellement les anomalies thermiques, et ainsi tirer une valeur significative des images TIR sans avoir besoin d'étalonner en unités de température. <\/P>Pour les capteurs TIR embarqués sur un drone, les utilisateurs souhaitant générer un produit de données True Ortho doivent capturer plusieurs images (avec un chevauchement recommandé de 90 % en raison de la faible résolution d'image) puis effectuer un traitement photogrammétrique pour créer un orthomosaïque pour l'interprétation visuelle. <\/LI>Pour les capteurs satellites, une seule image couvrira souvent l'ensemble du site d'intérêt.<\/LI><\/UL>
Si des mesures de température absolue sont requises, le support dans le logiciel Esri dépendra du capteur.<\/P>Un logiciel supplémentaire du fabricant du capteur peut être nécessaire pour effectuer la conversion. Reportez-vous à la documentation d'aide ArcGIS pour votre logiciel et capteur. Le fabricant du capteur peut également disposer d'outils séparés à appliquer pour l'étalonnage thermique.<\/LI>Pour les capteurs satellites, le Raster Type<\/EM><\/STRONG> approprié doit être défini, puis des modèles de traitement peuvent être appliqués aux bandes TIR pour convertir les valeurs des pixels en degrés Celsius ou Fahrenheit<\/LI><\/UL> <\/P> <\/P>
