据麦姆斯咨询报道，近期，中国科学院安徽光学精密机械研究所（简称“安光所”）徐亮研究员团队在傅立叶红外光谱气体探测技术上取得新进展，实现了污染气云三维图像的被动遥测，该研究为气体泄漏成分分析、泄漏源精准定位和扩散态势评估提供了全新的技术路线。相关研究成果以“Three-dimensional
reconstruction of a leaking gas cloud based on two scanning FTIR
remote-sensing imaging systems”为题发表在国际知名光学期刊Optics Express上，并被选为“Editor’s Pick”文章，博士生胡运优为论文第一作者。
安光所的研究团队负责人徐亮表示：“随着社会的快速发展，现在世界各地都有大型设施储存着有毒、有害、易燃易爆化学品。如果其中一个设施发生泄漏，快速了解其成分、浓度、位置和分布非常重要。”在发表的论文中，研究团队描述了他们提出的新方法，将来自两个远程傅里叶变换红外光谱（FTIR）成像系统的信息与来自GPS和陀螺仪传感器的精确定位信息相结合，以在谷歌地球（Google Earth）数字地图上创建叠加气云的三维图像。该论文第一作者胡运优说：“以前，当泄漏发生时，气体的具体位置和移动方向无法确定。我们提出的气云三维重建的方法可用于精确找到泄漏气体的经度和纬度。这一信息对于确定可能暴露的人员，以及快速阻止泄漏以减少释放到大气中的气体非常重要。”红外光谱成像检测技术，是以FTIR气体探测技术为基础的在线监测技术，它具备监测距离远、监控范围广、灵敏度高、监测成分多等特点，可实现泄漏气云的成分甄别、柱浓度定量和图像再现。然而，单个FTIR遥感成像系统只能提供气体泄漏的二维信息。为了获得气云的三维图像，研究团队使用两个FTIR遥感成像系统从不同角度获得气云的二维测量数据。然后，这些信息与使用GPS和陀螺仪传感器获得的位置信息进行空间配准。将数据输入计算机层析成像算法，即同步代数重建技术（SART），最终生成气云的三维重建。
图2 双机扫描成像原理图胡运优说：“三维重建气云中的每一个体素或三维像素都包含有关气体相对地面的经度、纬度、浓度和高度的三维信息。使用GPS和陀螺仪传感器对监测空间进行精确定位是实现气云三维定量重建的关键。”研究团队在户外现场实验中测试了他们的方法，在该实验中，他们使用两个扫描FTIR遥感成像系统，对在约315立方米的空间中两分钟内释放的少量六氟化硫（SF6）和甲烷（CH4）进行了远程监测。他们成功地生成气云的三维重建，其中包含两种气体的经度、纬度、高度和浓度分布信息。
图3 基于双机扫描的SF6气云三维图像
图4 基于双机扫描的CH4气云三维图像胡运优说：“为了将我们的技术应用于实际场景中，需要在监控区域周围安装两个或多个扫描FTIR成像系统，以形成交叉扫描网络。我们提出的方法可用于泄漏气云的三维重建，进而可用于查找泄漏源并提供早期预警信息。”研究团队目前正在优化重建方法，并在多个化工园区开展气体泄漏早期预警测试。如近日某厂区发生泄漏事故后，团队应邀使用开发的系统获取了厂内风险区域的泄漏成分、泄漏位置，并与现场工作人员的核验结果吻合，为装置复产试车提供了准确的监测数据，为安全复工提供了有力的技术保障。
论文信息：
https://doi.org/10.1364/OE.460640
延伸阅读：
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