南京智谱：光谱成像技术在气体监测领域应用的“探路者”

在工业化迅速发展的今天，对空气质量的关注日益增加。光谱成像技术作为一种高效、精准的监测手段，在大气监测领域展现出了巨大的潜力和应用价值。在化工行业中，危险气体泄漏是引发事故的重要因素之一，因此如何在气体泄漏早期实现有效监测与预警，成为了安全生产的关键。

传统的气体泄漏监测手段，如电化学和催化燃烧传感器等点式传感器，虽然具有较高的监测精度，但它们无法实现远距离和大范围的实时可视化监测，并且容易受到环境因素如风向的影响，导致监测盲区。而红外光谱成像技术能够克服这些限制，它可以在泄漏发生的第一时间监测到泄漏，并及时做出预警，为现场的应急处置争取宝贵的时间，从而有效避免环境污染、资源浪费以及火灾和爆炸等事故的发生，在危险气体泄漏监测、温室气体排放监测和大气环境监测等方面发挥着重要作用。

仪器信息网：您如何看待光谱成像技术在气体监测领域的应用现状？相关标准建设情况如何？该技术的推广和应用将给气体监测领域带来哪些影响或者变化？

答：红外光谱成像技术在危险气体泄漏监测、温室气体排放监测、大气环境监测等方面有着广泛的应用。

以化工行业危险气体泄漏监测为例，危险气体泄漏是化工行业引发事故的重要因素之一，因此如何在危险气体发生泄漏早期就实现有效监测与超前预警，一直是安全生产关注重点。常规的气体泄漏监测手段主要是以电化学、催化燃烧为代表的点式传感器仪表，具有监测精度高的优点，但缺点也很明显，无法进行远距离、大范围的实时可视化监测，且很容易受到风向等环境因素的干扰。比如泄漏点位在下风口，而传感器装在上风口，气体与传感器在风向的影响下无法直接接触，就会导致传感器漏报气体泄漏事件，这有可能会导致事故的发生。有时即使传感器监测到了气体泄漏，也很难在第一时间找到泄漏的点位，导致现场的应急处置滞后。

红外光谱成像技术为危险气体泄漏应急管理带来了不同于常规的全新监测手段，具有远距离、大范围、实时可视化的优点，可在泄漏发生的第一时间监测到并做出预警，为现场的

应急处置争取宝贵的时间，避免由于气体泄漏引发的环境污染、资源浪费和火灾、爆炸等事故。现阶段红外光谱成像技术一般可实现数百米到公里级的远距离监测，往往几台产品就可以基本覆盖整个厂区，是对现有监测手段的有效补充和扩展，可以极大提升化工行业的安全生产水平。此外，红外光谱成像技术还可与机器人、无人车等技术相结合对安全隐患高发领域实现“机器替人巡检”，提高事故和灾害的预测和防范水平，推动本质安全。

气体泄漏光谱成像监测效果

目前已有《危险气体光谱视频测控预警系统技术规范》、《挥发性有机物泄漏监测红外成像仪（OGI）技术要求及监测规范》等相关行业标准发布，相关国标的修订工作也在进行中，预计明年会发布。

仪器信息网：请回顾贵公司光谱成像技术的发展历程，当前贵公司主推的光谱成像产品有哪些？相比同类产品有哪些独特的优势？

答：南京智谱科技有限公司成立于2018年，公司的创始人是南京大学曹汛教授，虽然公司成立只有6年，但是我们光谱成像的技术可以追溯到10多年前。曹老师在清华读博期间，创新性地提出了棱镜掩模（PMVIS）光谱成像技术，该技术获得过电子学会技术发明一等奖，而且曾被国际权威机构报道为光谱视频技术领域的三大代表性技术，其它两种分别为杜克大学的CASSI和亚利桑那光学中心的CTIS。

目前我们公司基于曹老师在光谱成像领域的研究成果开发了一系列光谱成像产品，主要可以分为两大类，一类是用于危险气体泄漏监测的中红外光谱成像产品；另一类是用于科研领域的可见光近红外光谱成像产品。以危险气体泄漏监测产品为例，我们的产品相比同类产品具有成像速度快、边缘计算能力强、算法识别准确率高的优势，可以在2s内发现气体泄漏并自动预警，这对于化工安全生产具有重要的意义。

这种深入产业应用的产品不止是单独的一个硬件产品，是一个需要适应现场恶劣环境的软硬一体的系统，我们对化工行业的深入了解以及在光谱成像领域十多年的软硬件技术积累方面是具有较大领先优势的，目前我们产品在现场的误报率低至1条/月，而且我们的全系产品都具备边缘计算能力，无需配置高性能服务器即可运行，这些优势目前都是同类产品所不具备的。

中波红外光谱相机

长波红外光谱相机

仪器信息网：针对不同的气体问题，贵公司的光谱成像技术如何发挥其作用？能否具体说明其如何帮助提升气体监测的准确性和效率？请举1-2个案例说明

答：针对复杂多变的工业现场环境，我们目前研发了多款用于气体泄漏监测的光谱成像产品，主要分为中波制冷红外相机和长波非制冷红外相机2个系列，每个系列都包含了固定式、云台式、手持式、移动式等多种产品形态，目前我们是国内气体泄漏监测光谱成像产品厂家中型号最全的。一般我们会根据客户现场的实际情况，综合考虑气体类型、监测距离要求、施工方便程度等因素，给出科学合理的产品搭配与解决方案。

我们曾经在一家石化企业安装了光谱成像产品，有一次产品监测区域由于密封圈老化发生了甲烷泄漏事件，泄漏点周围3米内是装有可燃气体的点式传感器的，我们的产品在几十米外就发现了泄漏，但是距离很近的点式传感器反而没有报警，从光谱画面中可以清晰看到由于风向的影响导致气体没有接触到传感器。由于我们的产品及时发现了泄漏事件并做出了预警，现场工作人员第一时间采取了处置措施，消除了风险隐患。假设当时没有我们的产品及时发现泄漏点，点式传感器没有监测到的情况下，持续泄漏就有可能会造成安全事故。

仪器信息网：光谱成像在实际气体监测的应用中需要考虑哪些因素？如何确保监测数据的准确性和可靠性？当前，技术和应用层面还存在那些难题？

答：因为是开放环境，被动监测无法像实验室一样对环境条件进行严格控制，所以光照条件、能见度、是否有遮挡物、泄漏气团大小、监测距离等因素都是在应用过程中需要考虑的因素。

对于确保监测数据的准确性和可靠性方面需要从3个方面进行考虑：

1）硬件产品具有优良的性能。比如产品的NETD、像素数、光谱波段、焦距都是需要考虑的重要因素。理论上更好的硬件性能对于监测结果的准确性和可靠性会有大幅是提升，但也意味着更高的成本，在实际应用过程中需做出权衡。

2）软件算法的识别性能。因为气体在扩散过程中形态在随机发生变化，且极易受到环境的影响，因此算法自动识别的结果很容易受到影响。目前可行的路径是基于大数据训练的AI模型，随着有效数据量的增加，模型识别结果的准确性会有大幅提升。目前我们基于CNN框架开发的IOD气体识别模型具有业界领先的识别性能，荣获2022年度国际人工智能会议最佳技术示范奖。

3）充分考虑现场的环境，比如安装位置的选取、监测角度的调整对于结果均有较大的影响，有时环境的调整带来的提升效果是意想不到的

目前在技术层面的难题主要在于光谱成像的监测手段属于非接触被动式监测，主要的难点在于气体浓度的定量分析准确性相对较低。我们正在努力地提升定量能力，目前已经有了较大的突破，相信在未来随着技术的不断发展迭代，光谱成像技术在气体监测领域的效果会有大幅提升。应用层面目前的难点在于该类技术还缺乏国家标准的支撑，以及产品的成本相对较高，两方面的因素导致在大范围应用推广还有一定难度，但随着产业链的逐渐成熟，成本有较大下降空间，另外随着未来一到两年国标的修订发布，光谱成像技术在气体监测领域的应用有很大的增长空间。

仪器信息网：随着人工智能和大数据技术的发展，如何将光谱成像数据与其他技术相结合，以实现更精确的气体监测？目前贵公司有哪些光谱成像产品已经与人工智能技术相结合？

答：我们的气体泄漏识别模型已经用到了人工智能的技术，因为我们是国内最早从事气体泄漏光谱成像监测系统开发的公司，所以我们在有效样本的数量方面有很大优势。

目前有效样本量已经超过1万组，我们的算法团队基于CNN框架，研发出了IOD气体识别模型。借助于人工智能技术的快速发展，模型识别能力较几年前已经有了很大的提升，而且我们还结合边缘计算的技术，将我们的模型直接部署在产品上，无需再单独配置计算服务器，大大降低了产品部署的成本，及网络传输带宽的要求，这一优势是目前国内外其他厂商所不具备的。

另外针对管廊、罐区等复杂场景，我们将光谱成像技术与机器人、AI、5G等技术相结合，推出了化工安全生产无人巡检系统，可对人工巡检频次高、巡检难度大的场景进行定时的气体泄漏、人员违规、温度异常、声音异响等事件的自动监测判别，极大提升巡检的效率。

仪器信息网：未来，光谱成像技术在气体监测领域的发展趋势如何？贵公司将如何应对市场需求，推动光谱成像技术在气体监测领域的创新和发展？该方面有什么样的布局？

答：随着技术的不断进步和各类标准陆续修订发布，光谱成像技术在气体监测领域很快会有爆发式的增长。我们最早进入这块领域的时候国内几乎没有类似的企业，那时候基本都是进口产品，以美国生产为主，随着技术的成熟和市场对该类产品的认可，近三年已经有很多友商进入了这个领域，从这一点可以看出，市场对于光谱成像技术在气体监测领域的应用前景是很看好的。

面对不断变化的市场需求，作为一家科技公司，最重要的是“修炼内功”，对自己的技术和产品不断升级迭代，持续推出能够满足市场新需求的解决方案，目前我们公司的产品布局是行业内最全的。另外作为最早推广光谱成像技术在气体监测领域应用的探路者，我们也以推进整个行业的发展为己任，我们在2021年就主导起草发布了国内第一个光谱成像技术在危险气体泄漏领域的团体标准，目前我们也在积极推进国标的修订，预计明年就能发布，届时光谱成像技术在气体监测领域的应用将进入一个新的增长阶段。