Phantom4にスマホを無理やりマウントしてみたら色々と使えそうです(その2:FLIR ONE IR調査)

前回は、Phantom4にスマホを無理やりマウントして、スマホのカメラアプリを利用した空撮に挑戦してみました。
今回は、そのスマホにFLIR ONEを装着して、太陽光パネルのホットスポットが判別できるか試してみました。

最近はドローンを活用した太陽光パネルのIR検査が流行の兆しを見せているようですが、実際に依頼すると軽く20万円は必要になります。
改正FIT法によってメンテナンスが強要されることになりましたが、予算の取れるメガソーラー発電所ならまだしも、50kW未満の発電所で点検に何十万円も払っていたら何やってるか意味不明になってしまいます。

太陽光パネルのIR検査を始めるために、通常考えられる必要機材をあげてみます。
機材は上を見たらキリがないので、最低限の構成を考えると、以下の構成に落ち着くのではないでしょうか?

  • 機体:DJI Inspire 2 Standard Combo ¥543,300
  • 追加送信機:スレーブ送信機 ¥65,200
  • 赤外線サーモグラフィカメラ:Zenmuse XT 約150万(高性能な赤外線カメラは輸出規制対象品で価格は時価みたいなものです)
  • モニタ:iPad mini4 ¥49,464

思いっきり妥協して220万円です。IR検査以外にも使いたかったりと普通は300万超コースになります。
実際には追加バッテリーや周辺機器が必要になります。

いざ点検となりますと、この機材を持ち出して、
作業チーム:機体操縦担当1名、カメラ撮影担当1名、安全管理担当1名
の3名が最低でも出動することになります。

3名のプロフェッショナルの人件費と、出張料、機材の稼働率を考慮した経費、利益、保険料等々を考えると、、、
点検費用20万円でも安いかもしれません。
実際にプロの業者が使用している機材は500万円超クラスですし、これにロケハンなんか入れられたらわけわかりませんね。

そこで私のような庶民はPhantom4にFLIR ONE乗っけたらイケるんじゃ? なんて妄想してしまいます。

題して「なんちゃってIR検査」です!

なんちゃってIR検査に使用した機材は以下のとおりです

  • 機体:Phantom4
  • モニタ:iPad mini2(中古)
  • 赤外線サーモグラフィカメラ:FLIR ONE(第2世代)
  • スマホ:Galaxy6(SIMなし中古)
  • ポケットWi-Fiルーター:504HW(Yモバイル)
  • ミラーリングアプリ:Apower Mirror(有料版)
  • タブレットPC:ASUS TransBook T300Chi(中古)
  • その他:スマホホルダ、固定用シャーシ、金具等細かい材料

中古品を活用すると30万円ちょっとです。
実際には、バッテリーや周辺機材、実験費用等で別途20万円以上費やしていますが、それはまぁ研究開発費として別計上とします。
もしInspire 2なんかを導入したら諸経費20万円では到底収まらないと思います。

上記のなんちゃって構成の中では、特にコレじゃなきゃいけないという機材はありませんので、ありあわせの機器を活用できれば結構お手軽に構成できてしまうのではと思います。

こんな感じになりました。

マウントに使用している材料は以下のとおりです。

  • ラジコンショップで見つけた何用かわからないシャーシ
  • デジカメ用雲台
  • スマホホルダ
  • 長めのストラップ(落下防止用)
  • T字金物
  • 1/4インチネジ
  • 針金
  • ビニールテープ
  • 固定バンド

マウントの制作を簡単に説明すると、

ラジコン用シャーシに1/4インチネジが通るよう穴を広げます。

雲台とラジコン用シャーシを1/4インチネジで固定します。

スマホホルダにT字金物を両面テープで貼り付けて、1/4インチネジで固定します。
ネジが浮く場合はワッシャーで埋めます。

針金を適当な長さで切ってT字金物から伸ばします。

それぞれを合体させてマウント完成です。

写真ではスマホの角度が水平から10°くらいに装着しています。
実験を重ねた結果、30°くらいにしたほうが、Phantomのカメラの画角と近づけることが出来るので、撮影しやすいと感じました。
それに合わせて、Phantomのカメラのじゃまにならないよう、シャーシの固定位置も微調整するとより良くなります。太陽光パネルの角度によっても微調整が必要かと思います。
厳密には現地の状況でケースバイケースになると思いますので、角度が変えられるように雲台を使用するのは正解だったと思います。

マウント + FLIR ONE + Galaxy6 の重量は290g、プロペラガードが75g ですので、総重量は365g増となります。
飛行時間はあまり変わりません。バッテリーアラームが出るまで15分程度は飛行できました。

 

さて、そんな安物を使って本当にIR検査が出来るのか?
まずは机上の空論から。

IR検査における色々な根拠を調べました。
国際規格として以下の文書があるようです。

  • IEC 60904-12
  • IEC 60904-14
  • IEC 62446-3

ただし、まだプレビューというのかドラフトというのか、試作段階ですので今後注意深くウォッチする必要があります。

さらに、FLIRのホームページを探しまくって、1セルのホットスポットを判断するためには、1セルを小さ目に見積もって150cm×150cmとした場合、最低限5×5Pixelの解像度で撮影することが望ましい。ということまで判明しました。

問題はFLIR ONEの仕様が不明瞭で仮定の計算しかできません。そのため以下信憑性が低いということをご了承ください。

FLIR ONEのIFOVが公表されていないので、同じ解像度のFLIR E6の仕様を流用して、IFOV 5.2mradと仮定します。
計算は割愛しますが、150cm×150cmのセルを1辺5Pixelで撮影するためには5.8mまで近づくと可能になります。
1辺4Pixelでよければ7.2m、1辺3Pixelでよければ9.6mという計算になるはずです。

調査の手順として、空撮のみで一発回答するのではなく、疑わしいパネルの当たりを付ける目的と割り切れば、Phantom4の高度計で10mから撮影しても、ホットスポットの判別には十分実用に耐えられます。

空撮の目的は「違いを見つける」ことに置いて、違いを見つけたら地上から詳しく調査すれば良いだけのことです。

ここを割り切れるかどうかで「なんちゃってIR検査」が実用的か判断が分かれると思います。

そして実際に撮影したサンプルが次の写真です。

5m~10m程度でこのような撮影が可能ですので、不良の可能性のあるパネルにあたりを付けて、改めて地上から詳しく撮影します。

その画像を FLIR TOOLS で解析します。

重要な点は、これらの画像からどのようにホットスポットを判断したら正解かということですが、現在入手可能な資料をまとめた結果、個人的な判断基準として以下の基準を目安とています。

※あくまでも個人的な基準ですので、業務で採用される場合は十分な裏をとってからにしてください。私は責任持ちません。

 

日射強度1000W/m2以上の条件で、

  • 温度差10℃未満:問題なし (※10℃未満は発見し難い)
  • 温度差10℃以上~20℃未満:現状は問題ないが悪化する可能性がある
  • 温度差20℃以上:発電量の低下が懸念され、点検時の安全性に問題があり、放置すると事故の可能性がある

実はホットスポット調査はザックリとした温度差が出れば良いので、正確な絶対温度を知る必要はありません。

困ったことに温度差10℃未満のホットスポットは、日によって出たり出なかったりします。ところがこの程度であれば、発電量の低下には繋がらないので、目くじら立てて発見したところで、メーカー保証による交換はできません。
弱いホットスポットを予兆として記録しておくことは重要ですが、もっと重要なのは深刻なホットスポットを発見して事故を未然に防ぐことです。

そのようなスタンスで撮影すれば、サラッと流す程度でもハッキリと発見できるホットスポットだけをターゲットにすれば、無駄な時間をかけずにInspireクラスで行うのと遜色ないIR調査が可能となります。解像度が低いので見た目は悪ですが。

 

ところが、良いことばかりではなく、残念ながら「なんちゃってIR検査」の限界はあります。

 

1.バッテリーの限界により調査規模が限られる

  • Phantom4 20分
  • Galaxy6 60分
  • FLIR ONE 20分
  • タブレットPC 60分

それぞれの機器についてバッテリーの持ちが悪いため、1フライト毎に充電が必要で、連続して大規模の調査ができません。

 

2.FLIR ONEの画角の限界により調査規模が限られる

高高度から撮影できないため、広い範囲だとどこを撮影したのかわからなくなります。

これらを解消するために工夫しながら調査を進めると、200kW程度が限界と思われます。慣れてくれば拡大できるかもしれませんが。

 

3.風に弱い

スマホが帆になって、かなりの風を受けるため、風速3mだと挙動が怖くなります。

風が強くて飛行できない場合は、5mの伸縮ポールの先端にスマホを固定することで、同様にIR検査を行うことができます。清掃用や応援旗用のアルミポールなら6mのものもあります。

 

これらの欠点を把握して、工夫を凝らせば「なんちゃってIR検査」などと言わなくても、堂々と業務に使用できると思います。

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