人工智能在核能行業發展應用初探

文 | 肖心民，沙睿

肖心民

中國核能行業協會信息化專業委員會秘書長，長期從事核能行業信息化研究。曾任核工業計算機所所長。

沙睿

中國核能行業協會信息化專業委員會技術部主任，信息系統項目管理師、IT審計師，高級工程師。

2017年7月，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》（國發〔2017〕35號），提出了面向2030年我國新一代人工智能發展的指導思想、戰略目標、重點任務和保障措施，部署構筑我國人工智能發展的先發優勢，加快建設創新型國家和世界科技強國。規劃提出，到2020年人工智能總體技術和應用與世界先進水平同步，人工智能產業成為新的重要經濟增長點，人工智能技術應用成為改善民生的新途徑，有力支撐進入創新型國家行列和實現全面建成小康社會的奮斗目標；到2025年人工智能基礎理論實現重大突破，在智能制造、智慧醫療、智慧城市、智能農業、國防建設等領域得到廣泛應用；到2030年人工智能理論、技術與應用總體達到世界領先水平，在生產生活、社會治理、國防建設各方面應用的廣度深度極大拓展。由此可見到，國家已經把人工智能發展提升至國家戰略層面。

核工業是高科技戰略產業，是國家安全重要基石。我國已建立起包括鈾礦地質勘探、鈾礦采冶、鈾純化、鈾濃縮、元件制造、核電、乏燃料后處理、放射性廢物處理處置等環節的完整核工業體系，核工業已經成為軍民結合產業的標桿。作為我國核工業自主創新、集成創新和機制創新成果并擁有完整自主知識產權的三代核電技術“華龍一號”也已成為中國在“一帶一路”建設中核電走出去的一張亮麗的國家名片。

為落實新一代人工智能在核能行業發展規劃，深入并廣泛應用以工業機器人、圖像識別、深度學習、自主無人駕駛、人機混合智能、虛擬現實智能建模等為代表的新型人工智能技術，筆者建議從以下幾方面開展部署與應用。

一、以需求牽引為主導，拉動全產業鏈廣泛應用。

當前，以“數字礦山、智能制造、數字（智能）核電、智慧經營”為主線的行業科技發展路徑已清晰顯現。這將在未來幾年拉動核能行業全產業鏈上建設并逐步實現鈾礦勘察開采的全數字化、可視化平臺；核燃料智能生產與元件智能制造平臺；核電設計與建造一體化、數字化、全壽期平臺；從集團到各級單位應用大數據、云計算技術的智慧經營平臺。在多個平臺建設需求牽引下，新型人工智能技術將大有用武之地，大顯身手。

在數字礦山平臺建設中，可以通過研究與應用“不確定性推理與決策”，特別是應用主觀Bayes方法，在地礦勘探應用中建立專家系統，實現快速、數字化礦脈勘探，節約大量探礦時間成本與費用。

在核燃料智能制造平臺建設中，既有以流程型為主的制造業態，又有以離散加工為主的制造業態。可以在核燃料智能制造平臺建設初期，充分利用云服務平臺，加強網絡化協同設計制造，并結合虛擬現實（Virtual Reality）技術、增強現實(Augmented Reality)技術實現設計-制造-質量管控一體化的基于模型的企業(MBE)形態。在核燃料智能制造平臺建設中期，要對燃料的純化轉化、濃縮、元件制造等關鍵技術裝備配置高可靠性智能傳感器，實現大規模物聯網應用，通過同步捕捉制造過程中高速產生的海量數據，實現對這些數據進行分析和管理，做到對機器設備的實時監測、調整和優化，從而提升生產運營效率、提高制造產品的性能和質量。在核燃料智能制造平臺建設遠期，要聚焦開發出具有自主知識產權的專用工業數據與分析底層操作系統軟件與核心支撐軟件，保障民用與軍工生產任務的全智能制造過程技術處于領先地位，并保障生產和信息安全。

在核電設計與建造一體化、數字化、全壽期平臺建設過程中，在核電站設計階段，特別是反應堆設計方面，可以建立專用大規模超級智能計算中心，以支撐構建多物理量、多因素耦合、參數化數字反應堆設計套件；在核電站建造階段，可以結合建筑信息模型（BIM）技術與虛擬現實技術實現智能建模，將工程建設項目的工期、成本、質量控制做到最優；在核電站運營階段，可以在高放射人員不可達區域，大量使用專用工業機器人，來完成諸如環境檢測、水下焊接、筒體內壁爬行視頻檢測、應急救援等操作。

在智慧經營平臺建設中，大數據分析與云計算技術將被廣泛采用。在采集海量的生產數據、經營數據、外部數據、預測數據的基礎上，通過無監督學習、綜合深度推理等技術，建立數據驅動的決策分析體系，輔助企業決策人員進行智慧經營。企業運營是眾多人員共同參與的有機運行的綜合動態過程，在人員越來越多的以互聯網形式組成群組結構的情景下、依據群體智能理論實現匯聚和管理大規模參與者并以競爭和合作等多種自主協同方式來共同應對挑戰性任務，從而涌現出來的超越個體智力的群體智能形態，也將推動企業的經營管理水平日新月異快速發展。

二、以技術創新為助推，驅動科研生產升級。

人工智能技術的突飛猛進，一次次改變了人類的生產和生活，目前處于人工智能研究熱度最強的語音識別技術、深度學習圖像識別技術和自主無人駕駛技術預期將帶來核行業科研、生產的升級。

在語音識別技術方面，國內的一些科研機構在智能語音識別及人工智能核心技術某些領域已經持續保持國際領先地位，并獲得多個國際大賽的冠軍。可以相信，在繼續深入推動語言識別技術與行業場景相結合過程中，當我們將語音識別技術與現有的基于輸入計算機指令操作方式聯姻，有望實現直接使用人類的自然語言來操作工業設備，并可以通過語音識別聲紋技術實現關鍵操作防偽檢驗。

在深度學習圖像識別技術方面，中國研發的基于深度學習技術醫學影像人工智能分析系統，僅耗時23秒，就完成300張核磁共振影像圖的直腸癌病灶勾畫，經與病理切片比對，準確率達95.22%。在耗時和準確率方面，已經超過了與它競賽的三甲醫院3名影像科醫生在5分鐘內完成149張影像圖勾畫，成績為93%的準確率。可以預見，當我們將基于深度學習的圖像識別技術與行業實踐相結合，就會出現利用人工智能設備輔助診斷工業影像的應用場景，可以使用人工智能設備實現24小時運轉、快速、高于人類準確率的核級焊縫X射線探傷識別應用。

在地面自主無人駕駛技術方面，中國已經計劃于2018年在幾個城市選擇區域性的地段，正式開展無人駕駛試驗。可以推斷，在使用了視覺傳感器、毫米波雷達、激光雷達、超聲波多傳感器及全球定位系統、高精度地圖等構建的融合技術體系后，陸地無人自動駕駛車輛可以應用在露天鈾礦開采區，承擔部分運輸任務。

在核行業典型的水下復雜操作技術方面，大量的水下小型無人航行器，水下焊接機器人等無人智能設備未來可以在大量的人員不宜到達區域、水域完成精細操作，提升核電運行安全水平。

在空中無人機技術應用方面，多旋翼小型無人飛行器可以應用于高輻射區域的近距離多角度視頻傳輸、輻射劑量實時探測及特殊情況下全廠鳥瞰圖像收集、網絡信號中繼等服務，提高特殊情況下協同處理效率，確保核安全。

三、集中資源做好頂層規劃，建設核電安全運營智能保障平臺

《新一代人工智能發展規劃》中明確提出要建立混合增強智能支撐平臺，建立“支撐核電安全運營的智能保障平臺”。安全是核電的生命線，核安全是核電運營企業的立身之本、發展之基，同時核電行業又具有全球核電運營單位高度關聯相互影響的特點，歷史上國外幾次核電事故至今還在深刻影響全球各國的核電發展。

由此可見，在管理上，核電安全運營不是一廠一家單位的事情，也不是只影響一個核電企業集團的事情，而是全行業共同的事情，要集中全行業多家央企集團的資源做好全行業的頂層規劃，統一體系、統一方向、統籌安排。

在技術上，建立核電安全運營的智能保障平臺，需要有大規模超級智能計算中心作為支撐環境，需要創立“人在回路”的復雜性分析與風險評估平臺，需要建立以物聯網為基礎的多維人、機、物協同與互操作的網絡結構。要完成這些平臺建設就需要構建一個由全行業各個專項業務頂級專家構成的，多專業、跨學科、綜合性的科研技術攻關團隊，團隊成員可以分別來自各家央企核電集團、科研院所、高等院校，發揮核工業“大力協同，聯合攻關”的光榮傳統，鼎力協作，攻堅克難，以期在較短時間內建立并運行核電安全運營智能保障平臺。

黨的十九大報告提出，創新是引領發展的第一動力。所以在建設核電安全運營智能保障平臺過程中要鼓勵引領性、原創性創新，要敢于突破、敢于構想、敢于嘗試。可以基于高動態、高維度、多模式分布式大場景感知體系建立整體核電運營的實時態勢感知平臺；基于高性能計算與量子算法混合模型，建立高效精確自主的量子人工智能系統架構，來高效精確處理來自核電運營企業百萬量級的實時智能傳感器數據。可以構想，通過未來20年的努力與創新，建立由“量子人工智能大腦”統一協調管控的“無人核電運營”狀態是有望實現的，這會使核電運營安全指標在現在基礎上實現幾個數量級的安全提升。

總結

核工業是高科技戰略產業，也是軍民融合的重點行業，在面臨新一輪人工智能發展的重大戰略機遇期，在構筑我國人工智能發展的先發優勢，建設創新型國家和世界科技強國過程中，要繼續發揚“兩彈一星”精神，勇于登攀，奮發進取，加快實現我國由核大國向核強國跨越。