天地一体 全方位监测

　　近年来，我国一些企业发生过多起重特大工业生产安全事故，其中严重危害企业周边公众安全的有毒气体泄漏事故因发生频率高、影响范围大、后果严重，引起全社会的高度关注。如：2003年中石油西南油气田分公司罗家16#井“12·23”井喷事故造成243人死亡，疏散群众6万余人，直接经济损失9 262万余元; 2005年11月13日，中石油吉林石化公司双苯厂因作业人员操作不当引发苯胺装置发生爆炸着火，造成8人死亡，1人重伤，59人轻伤，除疏散群众1万多人外，还造成了松花江水的严重污染，引起国际社会的关注; 2010年7月27日，四川广元一个重达250kg的氯气罐发生严重泄漏，造成千人被紧急疏散，多人出现不同程度的中毒症状。

　　总结事故演化过程可以发现，存在极度危险物质，或潜在可释放能量、事故演化过程复杂、事故影响范围最终超出场界，并严重危害周边公众安全，是此类事故的共同特征。灾害发生后的应急决策过程，决定了是否能够最大限度的抢救人民的生命财产。但是一般在事故发生后的几小时，甚至几天内，由于现场断电、混乱、危险气体弥漫等复杂情况，以及目前监测与应急处置技术比较落后，缺乏必要的信息获取和应急救援设备等原因，导致无法在灾害发生后有效获取危险气体扩散、人员分布等现场信息，并将关键信息有效传递给相关人员，从而无法进行有效救援。因此，迫切需要一套整体解决方案进行快速信息采集与应急响应。为攻克这一难题，国家科技部委托中国安全生产科学研究院等单位进行“有毒气体泄漏事故现场立体监测及预警技术”研究。

研究过程

　　“有毒气体泄漏事故现场立体监测及预警技术”研究，是以保护重大工业设施周边公众安全为核心目标，以有毒气体泄漏扩散为典型事故情景，从网络化气体传感器、飞行机器人、地面机器人、立体监测与应急救援信息集成系统4个方面开展科学研究及设备研发，为快速准确获取有毒气体泄漏事故现场信息并进行合理处置提供技术保障。

　　网络化气体传感器

网络化气体传感器现场试点

　　基于嵌入式系统、GPS定位、传感器和现代无线通信等技术手段，设计开发了面向有毒气体泄漏事故现场及日常监测需求的网络化气体传感器基本型、坚固型和便携式系列节点。该设备可采集温度、可燃及有毒气体浓度、监测位置等多种监测信息，并可将监测数据通过无线方式传输，多个设备间可自组织形成现场气体浓度监测网络，可以在现场快速部署，对现场气体浓度进行网络化监测。

　　飞行机器人

飞行机器人现场试点

　　项目研制出了我国首台适用于有毒气体泄漏事故现场复杂地形、气象环境的飞行机器人平台，可对现场网络化气体传感器和地面机器人监测数据进行中继。还搭建了适于山区飞行、可弹射起飞和开伞降落的载机平台,该平台可将中继信息、无人机动态飞行时拍摄到的电视图像以及飞行参数，实时传送到地面接收站并接收地面指令。

　　地面机器人

地面机器人现场试点

　　地面机器人系统由机器人、无线通信子系统及监控子系统、载荷子系统组成。机器人采用“轮腿复合移动机构”，提高了机器人通过障碍的能力，以及适应地形环境的能力。地面机器人还支持遥控操作，我们可利用机器人的有限智能和决策能力，执行简单的救援任务。此外，还可以借助监控站实现对机器人和应用载荷的远程无线监控，并利用无人机与地面机器人之间的配合，提高通信在遮挡环境下的适应性。

　　立体监测与应急救援信息集成系统

　　该系统由立体监测软件、应急救援信息集成系统和报警通知系统组成。立体监测软件采集飞行机器人、地面机器人和网络化传感器的监测数据，并集成显示。基于地理信息系统平台的应急救援信息集成软件，可以根据报警通知方案、人员疏散预案和立体监测软件显示的现场监测数据，得到报警通知方案和人员疏散方案。报警通知方案则可以自动通过报警通知设备，以短信和广播的方式对相关居民进行通知，为应急决策提供技术支持。

成果应用

　　该课题研究和开发的网络化气体传感器、飞行机器人、地面机器人、立体监测与应急救援信息集成系统，既可用于日常监测，也可用于事故现场快速部署。该课题研究成果可实时获取气体浓度、气象和现场音视频等信息，可根据现场监测数据和扩散模型，对事故后果进行模拟预测，并根据事故现场情况对人员进行分组报警通知，为日常安全管理和事故应急救援提供技术支撑。

　　目前，课题相关成果已在中国石油西南油气田分公司的川东北气矿、川中气矿龙岗气田进行了试点应用。结果显示，网络化传感器、飞行机器人、地面机器人和立体监测与应急救援集成系统在代替或辅助救援人员执行危险救援任务、快速响应、准确获得事故现场信息、定点数据采集、区域预警通知等方面都发挥了重要的和不可替代的作用，同时研究和开发的相关装备也符合自动化、智能化的未来发展趋势和要求，受到了企业用户的好评。

　　飞行机器人子系统在2010年青海玉树地震抗灾救援工作中取得了突出的应用效果。该系统以小型无人飞行器地面控制系统和机载导航设备的方式，集成在AW13小型无人飞行器系统中，将灾区地面是否存在有毒气体等情况传输到接收站，保证了救援人员的安全。应用效果显示了我国应急救援机器人装备的研发实力，推动了我国应急救援机器人系统与现场相结合的研发和应用。

　　目前，项目研究单位已经和相关企业展开合作，计划将研制的原型软件和硬件系统进一步完善，在油气田及相关行业进行推广应用。

发展前景

　　有毒气体泄漏事故现场是复杂的特殊环境，本研究开展的网络化传感器、飞行机器人、地面机器人和立体监测与应急救援集成系统相关技术研究和实验验证，可为山区、震区等特殊环境下的空中飞行器、地面移动机器人，以及各种监测设备应用研究，提供重要的技术支撑和技术验证方案。在本研究取得的成果中，网络化传感器技术、飞行机器人的可靠弹射起飞技术、基于轮-腿复合结构的地面机器人移动装置、飞行机器人信息中继和传感器节点投掷技术，经适当改进和功能扩充后，都可以应用于事故现场、震区和边远山区等特殊环境。本研究多系统集成联动的思想方法也值得继续发展和应用。

　　本研究开发的网络化传感器系统在有毒气体监测预警领域及其他相关领域也具有很好的应用前景，除了在油气田现场的试点应用取得了较好的效果之外，经适当扩充功能后，也同样适用于大型化工企业和大型化工区、危险化学品运输车辆泄漏事故现场、大型原油进出口港口等其他复杂环境下的现场信息采集。

　　项目研制的地面机器人最大特点是采用轮-腿复合移动机构，该移动机构机器人对野外、复杂环境具有很强的适应性，也可在其他具有类似任务要求的领域应用，如：极地科考机器人、星球探测机器人以及国防军事领域机器人或机器人化装备。

　　本技术目前已完成自主研发、样机加工及局部试点示范工作，需进行成果转化、形成规模生产能力等产业化工作。在下一步的研究中，以中国安科院为核心的研究团队，在系统可靠性、耐用性以及全天候适应性等方面，将进一步深入并进行成果转化，研制出适合实际应用的工程化的技术集成系统，为相关应用领域的事故预防、现场监测和应急救援提供整体解决方案。

　　编辑 杨 璇