气体遥感三维成像重大突破！中国实现快速泄漏气体立体探测

探索宇宙奥秘 · 理性思考

气体泄漏是工业生产和环境监测中的重大隐患，传统技术难以快速定位和三维重建气体分布。近日，中国科学院合肥物质科学研究院团队取得关键进展，构建了多平台适配、重建速度快、部署便捷的泄漏气体立体探测网络，实现了泄漏气体的快速空间定位和分布重建。这项突破为安全生产和生态环保提供了更高效的技术保障，标志着中国在气体遥感领域迈入国际前列。

气体遥感成像技术凭借高灵敏度、高分辨率和非接触式优势，广泛应用于危害气体检测。现有系统仅能获取气体浓度的二维投影图像，无法快速准确获取气云的体积、分布、扩散情况和空间位置。这导致泄漏事故响应滞后，难以满足大尺度场景需求。传统方法依赖多台仪器或多角度测量，部署成本高、过程复杂，且受限于红外系统的分辨率和计算机存储容量，重建精度不足。 气体泄漏的快速三维成像成为行业长期难题。

针对快速泄漏场景，团队提出两台多光谱成像系统协同探测的解决方案。系统集成了光学镜头、滤波轮、氧化钒非制冷红外焦平面探测器等组件，搭配Yolo V10模型实现实时气云泄漏检测。结合自主研发的非轴对称逆阿贝尔重建方法，气体云团重建时间控制在200毫秒。仿真试验显示，重建结果与仿真数据的峰值信噪比达25.633，结构相似性为0.940，证明方案能提供高质量气云分布特征。 针对大尺度空间泄漏，团队利用单台红外远程遥测系统（ZK-FTIR-GS1000型），提出基于深度学习的三维气体羽流重建生成网络。该网络采用八叉树表示模拟气体羽流的稀疏三维分布，从粗到细输出气云结构，仅需较小计算资源。现场实验证实，方法能确定泄漏气云的空间位置及分布范围，适配大场景应用需求。

中国方案的核心优势在于重建速度和精度双提升。两台系统协同方案将三维成像时间压缩至200毫秒，比眨眼还快，满足实时响应需求。单台系统通过深度学习网络，解决了传统方法的多角度依赖问题，部署成本降低50%。仿真数据中，25.633的信噪比和0.940的结构相似性表明重建结果高度可靠，接近理论极限。 团队还优化了系统兼容性，支持无人机、固定平台等多场景部署。这些成果源自十年技术积累，从跟跑到领跑，中国自主研制设备已占全球市场份额30%，发表在《Environment International》和《Remote Sensing》等顶级期刊，显示国际认可。

技术突破将推动安全生产和生态环保领域变革。在工业领域，快速三维成像可实时监测化工厂泄漏，减少事故损失；在环保领域，它能追踪大气污染物扩散，助力碳中和目标。全球气体遥感市场预计2030年达50亿美元，中国方案有望主导标准制定。 历史对比显示，中国从2010年依赖进口设备，到如今自主研制领先，技术迭代速度加快。国家重点研发计划持续支持，未来可能扩展至城市安防和太空探测。这一突破不仅提升中国科技话语权，还为全球气体监测贡献中国智慧。