油气泄漏红外光谱气云成像监测预警技术｜中国应急展新技术

油气泄漏红外光谱气云成像监测预警技术

近年来，危险化学品生产领域因泄漏造成的火灾爆炸事故多发频发，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。据统计，危险化学品生产领域因泄漏造成的事故占到事故总量的40%以上。

在提高设备设施本质安全的同时，加强危化品泄漏的动态监测预警，提前处置是预防事故的重要手段。但因点线式可燃气体报警器受安装位置及环境的影响，存在监测范围小、容易发生漏报的问题，难以满足大范围动态监测预警的需要。对此，中国石油集团安全环保技术研究院有限公司基于气体的红外“指纹”特性，研发了油气泄漏红外光谱气云成像监测预警系统。

油气泄漏红外光谱气云成像监测预警系统主要由红外光谱监测仪、智能识别算法以及可视化预警软件等组成，是一款滤波片式制冷型红外光谱监测预警系统。该系统可以实现对360°旋转扫描监测半径500米范围内的气体泄漏，监测波长范围3微米至5微米，可探测甲烷、乙烷等50种以上的气体泄漏。

该系统的主要特点如下：

一是增强了系统的信噪比。在光学镜头方面，综合采用电源纹波抑制、采样抗混叠设计和PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）信号完整性系统布局等技术，对复杂电路系统下的微弱光谱信号进行高保真采样，从而实现中红外特征波段下的微弱气体信号的高信噪比光谱探测。

二是提升了监测成像质量。该系统创新提出了多尺度空间宽动态范围光谱信号映射方法，与传统算法相比，峰值信噪比提升约3分贝至7分贝，解决了红外探测器图像高动态范围场景适应性差的问题。

三是提高了气体识别准确率。针对VOC（挥发性有机物）气体特征微弱、视觉显著性差、形态多变等难题，提出了一种时-空-谱协同表征的气体泄漏识别算法。通过时-空-频联合去噪、多模态视差匹配清晰展现气体目标，在此基础上挖掘时-空-谱高维数据的本征信息来实现气体的高精度识别，并利用多模块级联配合优化将传统方法的可解释性与深度学习的强大表征能力进行了有机结合。

目前，该系统已在多家石油石化企业试验应用，取得了良好的应用效果，能够有效弥补现场泄漏监测能力的不足，为提升危险化学品领域安全生产能力提供了技术支撑。

（本文将刊登于《中国应急管理》杂志2023年第7期“中国应急展”栏目）