近日，中国科学院合肥物质院安光所张志荣研究员团队在甲烷泄漏检测激光气云三维成像与泄漏率量化反演技术方面取得重要突破，相关研究成果以《基于激光扫描技术的甲烷气云动态成像与反演量化方法》为题，发表于Environmental Science & Technology 。
油气管道甲烷泄漏不仅造成巨大经济损失与资源浪费，而且会极大加剧全球气候变暖进程，更重要的是还有严重安全隐患，进一步造成人身伤害的风险。传统甲烷管道泄漏检测以激光云台单点测量为主，仅能获取局部浓度数据，易受风速干扰产生漏报、误报。现有气体成像技术同样存在明显短板：被动阵列探测器成像气体选择性差，极易受背景热辐射影响；主动阵列高分辨率成像硬件成本高昂；传统扫描成像则面临回光效率低、视场受限、扫描滞后效应干扰精度等一系列技术瓶颈，难以同步实现微泄漏可视化、泄漏点定位与泄漏率定量识别。
团队基于传统可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），开创性地实现了检测光束“动态扫描”的特殊处理，成功研发出高性能甲烷三维气云成像遥测系统与泄漏率量化新方法。研发的甲烷成像遥测系统由光收发模块、硬件电路、自研扫描云台与上位机四部分组成，采用收发同轴光路设计，大幅提升了开放光路长距离后向散射回波耦合效率，光学损耗显著降低。通过将扫描获取的路径积分浓度数据与风场模拟深度耦合，成功建立基于通量原理的泄漏率反演算法，为油气管网甲烷泄漏智能监测与精准减排提供了全新技术路径。
该新型甲烷成像遥测系统已在中缅、中俄油气管道等国家重要能源作业区典型场景完成示范应用。在高温、高湿、雨雾雪、高风速、强光等复杂恶劣环境下，系统均有效抵御外界干扰，稳定输出高质量成像与泄漏率精准数据，未出现漏报、误报情况。
该技术与现场传统激光云台设备对比测试显示，其性能优势显著，为泄漏源稳定分析与精准定位奠定了坚实技术基础，推动泄漏感知从“定性判断”到“定量、定形、定位”的跨越，逐步形成“安全监测无死角、风险预警微感知、运维决策数智化”的新判识闭环，为国家能源应急安全夯稳基石。
博士生王夏春、孙鹏帅副研究员为论文第一作者，张志荣研究员为论文通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划、国家科技重大项目、国家自然科学基金、安徽省杰出青年科学基金、中国科学院合肥物质院青年基金、合肥市自然科学基金等项目的支持。
图1.激光甲烷气云成像传感器系统结构图
图2.气云成像效果及预警量化分析
