通過能力更強的履帶式小車

“在一些化工園區(qū)，日常巡檢主要靠人力完成，但很多事故往往發(fā)生在夜深人靜的時候，苗頭難以被發(fā)現(xiàn)，同時事故現(xiàn)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?！?/p>

在從事多年?；飞a(chǎn)安全研究的北京化工大學教授張建文看來，一旦發(fā)生由危化品泄漏引發(fā)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(qū)，日常巡檢主要靠人力完成，但很多事故往往發(fā)生在夜深人靜的時候，苗頭難以被發(fā)現(xiàn)，同時事故現(xiàn)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?；沸孤┰吹墓ぷ??！睆埥ㄎ膶萍既請笥浾哒f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(chǎn)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(fā)的一款針對?；肥鹿仕菰吹闹悄軝C器人裝置。

百米范圍數(shù)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(fā)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(tǒng)等組裝而成的“大腦”，能讓它在很短的時間里鎖定?；沸孤┑脑搭^。

“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(shù)天才找到泄漏源?！睆埥ㄎ恼f道。

智能溯源機器人是如何工作的呢？通過連接無線網(wǎng)絡，接收到從手機或電腦端發(fā)來的指令后，由幾輛智能小車組成的車隊在現(xiàn)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(tǒng)通過群智能算法對采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理，進而鎖定泄漏源和判斷泄漏規(guī)模。確定泄漏源位置后，小車挪動到該位置附近拍照，再將現(xiàn)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(qū)，張建文團隊還專門研發(fā)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(fā)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?！睆埥ㄎ恼f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(xiàn)“騙人”的顏色。就像彩虹一樣，彩虹其實是白光經(jīng)水滴散射后產(chǎn)生七種顏色?！岸瘜W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(fā)現(xiàn)了面包屑，會向其它螞蟻發(fā)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(fā)現(xiàn)某個地點的氣體濃度值很高，就會向相鄰車輛發(fā)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(xiàn)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(xié)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(shù)據(jù)

人工智能非常重要的一點，就是培養(yǎng)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(chuàng)造了一些和現(xiàn)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(shù)據(jù)，比如晴天、陰天、風速等，最多的學習了2萬多種工況數(shù)據(jù)?！睆埥ㄎ恼f道。

在學習的過程里，智能機器人會得到很多離散的數(shù)據(jù)，它會根據(jù)算法將離散點的數(shù)據(jù)歸納成某一種濃度分布規(guī)律，比如二次或其他分布。起初，它分析出的分布規(guī)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(xù)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?；肥鹿仕菰吹闹悄軝C器人裝置目前還處于實驗室樣機階段，還將接受一系列現(xiàn)場測試。據(jù)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(xiàn)場測試里，將考驗它自主繞過障礙物的能力。

張建文非?？春盟菰粗悄軝C器人的應用前景。他表示，單個溯源機器人成本僅數(shù)千元，它不僅可用于事故溯源，也可以應用到化工園區(qū)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?！叭珖?400多家成規(guī)模的化工園區(qū)，潛在需求量很大，我們去過的十多家園區(qū)，對溯源智能機器人都很感興趣”。