【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所紅外精密儀器團(tuán)隊(duì)在氣體遙感三維成像研究領(lǐng)域取得系統(tǒng)性突破。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建起多平臺(tái)適配、重建速度快、部署便捷的泄漏氣體立體探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，大幅提升了泄漏氣體的快速空間定位和分布重建的能力。兩項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)先后發(fā)表于Environment International、Remote Sensing等國(guó)際知名期刊。
 

　　近年來，氣體泄漏引發(fā)的火災(zāi)、爆炸等重大危害事故頻發(fā)，其危害已遠(yuǎn)超單純的環(huán)境污染范疇。因此，氣體泄漏檢測(cè)領(lǐng)域備受關(guān)注，其中氣體遙感成像技術(shù)憑借其高靈敏度、高分辨率、非接觸式的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于危害氣體的遠(yuǎn)程定量檢測(cè)。然而，現(xiàn)有的氣體遙測(cè)成像系統(tǒng)僅能獲取氣體濃度的二維投影，無法快速、準(zhǔn)確地獲取氣體云的體積、分布、擴(kuò)散情況和空間位置等詳細(xì)的關(guān)鍵信息。針對(duì)這一技術(shù)瓶頸，紅外精密儀器團(tuán)隊(duì)圍繞“泄漏氣體種類識(shí)別、泄漏源空間定位、泄漏量精準(zhǔn)量化”等核心問題，開展了系統(tǒng)性深入研究。
 

　　針對(duì)氣體快速泄漏場(chǎng)景，團(tuán)隊(duì)提出利用兩臺(tái)多光譜成像系統(tǒng)協(xié)同探測(cè)的解決方案，實(shí)現(xiàn)了泄漏氣云的三維成像。為快速探測(cè)泄漏氣體，團(tuán)隊(duì)研制了多光譜氣體遙測(cè)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成光學(xué)鏡頭、濾波輪、氧化釩非制冷紅外焦平面探測(cè)器、電源模塊、主控電路、電機(jī)等核心組件，在成像速度和分辨率上具備顯著優(yōu)勢(shì)。搭配Yolo V10模型后，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)(Fps>25赫茲)的氣云泄漏檢測(cè)。結(jié)合團(tuán)隊(duì)開發(fā)的非軸對(duì)稱逆阿貝爾重建方法，氣體云團(tuán)重建時(shí)間控制在200毫秒。仿真試驗(yàn)結(jié)果顯示，重建的結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)的峰值信噪比(PSNR)為25.633、結(jié)構(gòu)相似性(SSIM)為 0.940。驗(yàn)證了該方案可提供高質(zhì)量的氣體云團(tuán)分布特征，能滿足泄漏氣云三維遙測(cè)成像的需要。
 

　　針對(duì)大尺度空間氣體泄漏場(chǎng)景，團(tuán)隊(duì)利用單臺(tái)紅外遠(yuǎn)程遙測(cè)系統(tǒng)即可完成氣體空間定位和分布重建。傳統(tǒng)氣體羽流的空間定位和分布重建方法都需要來自多臺(tái)儀器或多角度的測(cè)量數(shù)據(jù)，增加了部署成本，實(shí)際部署過程復(fù)雜。此外，紅外遠(yuǎn)程遙測(cè)系統(tǒng)的分辨率和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量限制了氣體羽流重建的空間分辨率。為了破解上述問題，團(tuán)隊(duì)依托自主研發(fā)的ZK-FTIR-GS1000型氣體遙感成像儀，提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的三維氣體羽流重建生成網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用八叉樹表示來模擬氣體羽流的稀疏三維分布特征，能夠從粗到細(xì)地輸出氣云三維結(jié)構(gòu)，且僅需要較小的計(jì)算和內(nèi)存資源支撐?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該方法可以確定泄漏氣體羽流的空間位置及分布范圍，適配大尺度場(chǎng)景應(yīng)用需求。
 

　　這一系列工作將進(jìn)一步拓展氣體遙感三維成像技術(shù)的多領(lǐng)域精準(zhǔn)應(yīng)用，有望為安全生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)保等領(lǐng)域提供更高效的技術(shù)保障。
 

　　博士生張磊為上述論文的第一作者。相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃與企業(yè)委托項(xiàng)目的資助。