通過能力更強的履帶式小車

“在一些化工園區，日常巡檢主要靠人力完成，但很多事故往往發生在夜深人靜的時候，苗頭難以被發現，同時事故現場復雜且危險，因此，迫切需要有智能機器人代替人力去完成尋找危化品泄漏源的工作。”

在從事多年危化品生產安全研究的北京化工大學教授張建文看來，一旦發生由危化品泄漏引發的火災爆炸事件，首要的是找到泄漏的源頭。

“在一些化工園區，日常巡檢主要靠人力完成，但很多事故往往發生在夜深人靜的時候，苗頭難以被發現，同時事故現場復雜且危險，因此，迫切需要有智能機器人代替人力去完成尋找危化品泄漏源的工作。”張建文對科技日報記者說道。

1月13日，在青海西寧舉行的國家科技支撐計劃項目“城市生產安全風險防范與控制關鍵技術研究與示范”中期檢查會上，該項目負責人張建文展示了他們研發的一款針對危化品事故溯源的智能機器人裝置。

百米范圍數秒鎖定泄漏源

眼前這款A4紙大小的四輪小車，就是張建文團隊研發的智能溯源機器人樣機。它看起來就像孩子們的玩具車，和小巧的車身相比，4個黑色的輪胎顯得尤為壯碩。

可別小瞧它，車上搭載的傳感器模塊、無線通信模塊、嵌入式計算系統等組裝而成的“大腦”，能讓它在很短的時間里鎖定危化品泄漏的源頭。

“我們做的驗證試驗表明，百米范圍內，溯源機器人最快幾秒鐘就能找到泄漏源，長的距離可能要十多分鐘，比人力搜尋要快得多，在很多事故中，往往需要少則半小時多則數天才找到泄漏源。”張建文說道。

智能溯源機器人是如何工作的呢？通過連接無線網絡，接收到從手機或電腦端發來的指令后，由幾輛智能小車組成的車隊在現場展開搜尋。車上的探測芯片組采集空氣中甲烷、硫化氫等氣體的濃度值和分布狀況等信息。

越靠近泄漏源，氣體的濃度值越高。車載嵌入式計算系統通過群智能算法對采集到的數據進行分析處理，進而鎖定泄漏源和判斷泄漏規模。確定泄漏源位置后，小車挪動到該位置附近拍照，再將現場視頻圖像和處置建議回傳到遠程計算機或手機終端。

輪式智能溯源小車主要適用于平整的地面，考慮到眾多油氣管線布置在江河、沼澤地區，張建文團隊還專門研發了通過能力更強的履帶式小車，以適應不同地形和復雜工況條件。

“偷師”螞蟻的智能機器人群

為了更通俗地解釋智能溯源小車的工作模式，張建文把它比作是“機械螞蟻”，幾輛智能溯源小車組成的便是“機械螞蟻”群。

“螞蟻視覺非常弱，主要靠嗅覺來尋找食物，我們研發的智能溯源小車也是靠‘嗅覺’——探測氣體濃度來尋找泄漏源的。”張建文說道。

在張建文看來，視覺看到的不一定真實，但嗅覺不會騙人。比如一些化學物質本來無色無味，但在某些條件下，受到反光或水汽的影響可能會出現“騙人”的顏色。就像彩虹一樣，彩虹其實是白光經水滴散射后產生七種顏色。“而化學物質分子結構是特定的，氣味不會變，如同‘面包屑’的外形大小不一，但對螞蟻來說氣味是一樣的。因此在最初信息采集過程中，我們有意屏蔽視覺渠道，減少干擾”。

螞蟻是群居動物，在覓食過程中，一只螞蟻發現了面包屑，會向其它螞蟻發出信號。智能溯源小車在工作中也借鑒了螞蟻的這一習性。一旦一輛小車發現某個地點的氣體濃度值很高，就會向相鄰車輛發出信號，其他小車就開始向這輛小車所在位置移動。

“我們會在現場布置5臺左右的小車，如果其中3輛以上都認為某一地點為泄漏源，那這個結論的可靠性就比較高”。張建文介紹，在設計算法的過程中，采用了人工群體智能的理念。譬如，對某一事件進行研判，一兩個人的認識會有遺漏或偏差，十個人以上的討論會影響決策效率，而五六個人協作研判的效率和精度都可以兼顧。

機器人“自學”2萬種工況數據

人工智能非常重要的一點，就是培養機器人的學習能力。在北京化工大學實驗室里，學習各種事故工況是溯源智能機器人每天的必修課。

“我們在實驗室里創造了一些和現實事故可以類比的工況，讓智能機器人不斷學習應對，在它的‘大腦’里存了很多工況數據，比如晴天、陰天、風速等，最多的學習了2萬多種工況數據。”張建文說道。

在學習的過程里，智能機器人會得到很多離散的數據，它會根據算法將離散點的數據歸納成某一種濃度分布規律，比如二次或其他分布。起初，它分析出的分布規律可能偏離實際分布情形，研究人員會告訴它哪里算的不對，它繼續學習并給出新的結果。幾次修正以后，它會給出正確答案，得到肯定后就把正確答案存進“大腦”里。

這款針對危化品事故溯源的智能機器人裝置目前還處于實驗室樣機階段，還將接受一系列現場測試。據悉，此前的測試中沒有設置躲避障礙物場景，在2017年5月將進行的現場測試里，將考驗它自主繞過障礙物的能力。

張建文非常看好溯源智能機器人的應用前景。他表示，單個溯源機器人成本僅數千元，它不僅可用于事故溯源，也可以應用到化工園區的日常巡檢中，相對于人力成本來說，機器人的使用成本還是比較低的。“全國有1400多家成規模的化工園區，潛在需求量很大，我們去過的十多家園區，對溯源智能機器人都很感興趣”。（記者 唐婷）

“嗅”到危險的味道：百米范圍可鎖定泄漏源

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