年月，应急管理部、财政部联合印发了《重点化工产业聚集区重大安全风险防控项目工作总体方案》。

办法和方案对于应急监测设备有了明确的要求，要配置易燃易爆有毒有害气体泄漏监测管控设备：

易燃易爆有毒有害气体泄漏探测。在重点区域部署单点式气体传感器、基于激光吸收光谱技术的水平场分布测量设备、气云光谱成像气体检测设备及由空基、地基探测系统构成的空地一体化危险气体探测网络，实时监测化工产业聚集区危险气体浓度，实现公共区域气体泄漏快速感知、及时报警。

我公司依托“产学研用”一体化平台，发展了基于傅里叶变换红外光谱、紫外差分光谱以及激光、雷达等为核心的多种技术平台，集成和自主研发了开放光路面源排放vocs气体分析仪、高温烟气多组分气体监测系统、便携式傅里叶红外检测仪、傅里叶红外被动扫描成像报警系统、车载式傅里叶红外排放通量遥测系统、便携式差分吸收气体检测仪、紫外荧光光谱分析仪、大气颗粒物激光雷达、大气臭氧激光雷达以及激光吸收光谱（tdlas）、光谱气云成像设备等核心产品，在环境大气监测、固定污染源监测、工业园区立体化监测等方面得到了广泛的应用，并为石油化工、金属冶炼、精细化工、垃圾处理等不同工业园区及化工园区提供了差异化整体监测解决方案。

我司红外光谱技术合作团队是国内较早开展傅里叶变换红外光谱技术开发与应用研究的科研团队，近20年来，相继开展了环境大气红外光谱检测方法与技术、工业燃烧过程气体在线检测方法与技术、国防和公共安全气体检测方法与技术等方面的研究工作，为国家环境大气污染监控和治理提供了科学依据，为工业燃烧过程分析与控制提供了技术手段，为国家国防和公共安全提供了技术保障。

近年来，我司红外光谱技术合作团队在园区有毒有害气体监测方面，先后承担或参与了总理基金攻关项目、国家项目“工业源多组分污染排放现场监测设备”、国家重大仪器设备开发专项“燃烧过程高温气体光谱检测关键技术研发”、国家科技支撑计划“化工园区气体排放现场监测技术系统与应用示范”、国家重点研发计划“突发大气污染事故应急预警评估技术与示范研究”、“精细化工园区大气污染全过程控制与技术集成示范”、中科院重点部署项目“化工园区废气排放监测关键技术设备研发与应用”等国家和地方科研任务，其相关研究成果“工业园区有毒有害气体光学监测技术”荣获年度国家科技进步二等奖、年度安徽省科技进步一等奖。

图山东聚远环境光学系列产品简图

一、技术原理

vocs遥感设备是综合利用傅里叶变换红外光谱技术和微光夜视/可见光成像技术开发的先进监测系统。基于傅里叶变换红外光谱技术，利用待测气体与遥测背景之间的等效辐射亮温差产生的红外光谱指纹特征信息，实现对多种有毒有害气体的快速高灵敏度定性识别和半定量浓度反演；基于微光夜视/可见光成像技术，获取扫描区域的昼夜全天候视频图像。依据反演的污染气体种类和浓度信息，分别以不同颜色与扫描区域的视频图像进行伪彩叠加，实时呈现有毒有害污染气体在扫描区域的动态分布及扩散趋势。

.硬件系统

污染物分布红外光谱成像应急遥测系统组成如3所示，主要由接收望远镜、微光夜视/可见相机、二维扫描云台、ftir光谱仪与计算机相连接组成。接收望远镜口径为80mm；可见彩色变焦相机采用/3英寸靶面ccd，焦距范围为4.8～57.6mm，输出图像分辨率为×；二维扫描云台的水平和竖直方向角分辨率均为0.0°，水平运动范围0～°，垂直运动范围-45°～+45°，可实时回传两个方向的角位移参数；ftir光谱仪最高分辨率cm-，采集波段设置为～cm-；利用高温辐射黑体对系统进行标定，得到系统红外可探测视场角度为4mrad，在像素为×的可见图像中占据6×6个像素点。

图2污染物分布红外光谱扫描成像应急遥测系统结构简图

.2大气辐射传输模型

在使用红外傅里叶变换光谱仪对污染物进行被动遥测时，考虑到污染气团与一般大气辐射特性的不同，建立了三层辐射模型，如4所示。

图3被动遥测三层模型

第三层为远处背景（天空、大地、植被、建筑物）的辐射，第二层为待测区域污染层大气的辐射，第一层为待测区域到探测器之间的大气辐射。如果用l表示各层对下一层的辐射亮度贡献，用b表示各层自身温度对应的黑体辐射亮度，表示各层透过率，为对应的波数，下标数字表示层数。则根据辐射传输原理，可得第二层的辐射贡献为（）同理，探测器通过第一层大气获取的总的辐射贡献可表示为：

（2）在该模型中，假设第二层中污染气团为均匀分布，当第二层与周边环境处于热平衡时有b=b=b2，实际测量时选取的波段内第一层大气的透过率τ≈，将三层大气模型简化为两层模型，由此联立（）和（2）两式可得

（3）从该式可推导出目标气体的透过率表达式为

（4）背景谱获取采用从测量光谱l中实时提取背景辐射亮光谱和待测气体层辐射亮度光谱的算法。为了避开大气中水和二氧化碳的吸收波段并减少大气分子对辐射的散射，选择长波段的大气窗口区～cm-。在～cm-波段大气透过率很高，可看做透明，同时很多自然背景例如建筑物外墙、森林植被等在该波段都具有一个较高且几乎不变的发射率，与黑体的辐射特性具有高度的一致性，所以背景在测量光谱的亮温谱中表现为一个恒定的基线，由该基线所对应的辐射亮温即为背景温度，因此可用与该温度相同的黑体辐射亮度光谱来模拟背景光谱l3；对于长度大于00m的测量光程，在～cm-波段附近由于co2的吸收累积效应，大气可看作是不透明的，因此在这个波段的光谱对应的亮温谱的最低温度可认为仅由待测区域环境温度贡献，同温度的黑体辐射亮度可看作待测区域大气辐射亮度b。

对实测光谱进行定标后，提取背景辐射亮度光谱和待测气体层辐射亮度光谱，在～cm-波段对每一点通过普朗克辐射公式反推辐射亮温，代入常量获得数值公式如下：

（5）

使用式（5）的计算结果在其中取出最大值、最小值分别作为背景光谱辐射亮温和待测气体层辐射亮温，图9为显示了使用上述算法针对测量光谱计算出的背景光谱和待测气体层光谱，背景光谱为.5k的黑体辐射普朗克曲线，待测气体层光谱为.03k的黑体辐射普朗克曲线，结合测量光谱根据辐射传输模型一节推导出的公式（4）式可计算出透过率光谱。

图4(a)测量光谱和计算出的背景光谱及待测气体层光谱；(b)由a图计算出的透过率谱

.3预警成像软件系统

图5红外遥测系统软件工作流程图

开发的预警成像软件系统，实现了对于污染气体的自动扫描、光谱采集、浓度定量分析、浓度分布可视化呈现和预警等功能。红外遥测系统软件工作流程如图所示：

）对三部分模块进行自检；

2）设置ftir光谱仪和可见光摄像机的采集参数，并在可见光图像界面中框选扫描范围，程序以扫描视场不重叠为原则自动规划扫描模块运行参数；

3）扫描模块带动系统运行至预定扫描点时采集光谱数据、可见光图像和位置参数；

4）根据采集到的数据生成气体浓度伪彩色分布融合图，同时将图片数据、浓度分布数据和位置信息以文件的方式存储。

软件运行主要界面如下图所示，软件界面主要功能包括有实时扫描，可以区域实时扫描，并在扫描到的超标位置进行技术声光预警；历史数据查看，可通过地点或时间等关键词进行检索，获取历史数据；参数设置，可设置相机倍率、测试地点等信息；光谱实时现实区域，可实时现实测量光谱；历史图片查看，可以查看历史浓度分布图像以及生成时间序列动图。

图6红外遥测系统软件运行界面

图7红外遥测系统软件观测结果查看界面

二、应用场景举例

管廊管道遥测

傅里叶红外被动扫描成像系统具有极强的灵活性，可以方便的应对管廊管道遥测扫描巡查任务。设备安装在合适位置可以对数公里范围内的管廊管道进行扫描，如下图，可应对不同场景管廊管道实施扫描遥测。

图8无遮挡管廊管道遥测效果图

装置、储罐区周边管廊遥测

傅里叶红外被动扫描成像系统安装在合适的制高点位置可以对数公里视场范围内的工艺装置和储存罐进行扫描，如下图，对装置区和罐区实施扫描遥测。

图9装置区遥测案例图

图0装置区周边管廊扫描效果图

图储罐周边管廊遥测案例图

管廊漏液溢液遥测

针对管廊管道可能出现渗液、漏液、溢液等问题，若不及时发现极易造成重大的设备生产安全事故。如果渗液、漏液、溢液等排除液体具有挥发性可通过管廊管道遥测巡查实现其组分的化学成像，同时系统配备的相机还可以远距离发现无挥发性渗液、漏液、溢液等排除液体，在发生此类事故的早期，不仅及时预警,而且为采取处置措施提供监测数据支持，防患于未然。

三、主要技术指标

表4被动扫描成像系统主要技术指标

四、主要技术优势

l研发团队实力雄厚，并配有专业工程运维团队，能够保证仪器长期稳定运行；

l关键核心技术实现全部国产，不受复杂国际环境影响；

l免费赠送云平台，业主可实时查看仪器历史数据；

l无需人工光源，以天空、地物作为背景，可以实现对待测气体的远距离（公里级）、非接触式遥测；

l对多种有毒有害气体快速响应、实时预警，污染气体动态分布与扩散趋势实时显示；

l定期自动定标，无需人工标定，数据自动上传；

l使用方便灵活，可与车载、机器人、机载等移动平台配合使用，也可24h全天候在线扫描预警；

l视频图像和化学成像重叠能实时提供泄露气体的位置、浓度和成分；

l微光夜视成像全天候视频成像，解决可见光和红外双模式成像系统光路同轴性差、伪彩叠加精度低的难题。

五、目前项目应用案例：

一、上虞精细化工园区、

二、福建泉惠石化园区、

三、扬州化工园区、

四、湛江临港工业园区、

五、烟台循环经济园、

六、山东京博石化、

七、中海沥青等多个工业园区

另外：公司设计并投入使用了我国首台傅里叶红外大气环境综合监测车，已应用于雄安生态环境局、平遥环保局、南亚（昆山）电子材料等，公司聚焦环境光学监测技术的研发及应用，并为客户提供全方位、专业化的科学分析解决方案。

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