人工智能在核能行业发展应用初探

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2017.12.10ichina

人工智能在核能行业发展应用初探

文 | 肖心民，沙睿

2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》（国发〔2017〕35号），提出了面向2030年我国新一代人工智能发展的指导思想、战略目标、重点任务和保障措施，部署构筑我国人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国。规划提出，到2020年人工智能总体技术和应用与世界先进水平同步，人工智能产业成为新的重要经济增长点，人工智能技术应用成为改善民生的新途径，有力支撑进入创新型国家行列和实现全面建成小康社会的奋斗目标；到2025年人工智能基础理论实现重大突破，在智能制造、智慧医疗、智慧城市、智能农业、国防建设等领域得到广泛应用；到2030年人工智能理论、技术与应用总体达到世界领先水平，在生产生活、社会治理、国防建设各方面应用的广度深度极大拓展。由此可见到，国家已经把人工智能

中国核能行业协会信息化专业委员会秘书长，长期从事核能行业信息化研究。曾任核工业计算机所所长。

中国核能行业协会信息化专业委员会技术部主任，信息系统项目管理师、IT审计师，高级工程师。

发展提升至国家战略层面。

核工业是高科技战略产业，是国家安全重要基石。我国已建立起包括铀矿地质勘探、铀矿采冶、铀纯化、铀浓缩、元件制造、核电、乏燃料后处理、放射性废物处理处置等环节的完整核工业体系，核工业已经成为军民结合产业的标杆。作为我国核工业自主创新、集成创新和机制创新成果并拥

有完整自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”也已成为中国在“一带一路”建设中核电走出去的一张亮丽的国家名片。

为落实新一代人工智能在核能行业发展规划，深入并广泛应用以工业机器人、图像识别、深度学习、自主无人驾驶、人机混合智能、虚拟现实智能

建模等为代表的新型人工智能技术，笔者建议从以下几方面开展部署与应用。

一、以需求牵引为主导，拉动全产业链广泛应用。

当前，以“数字矿山、智能制造、数字（智能）核电、智慧经营”为主线的行业科技发展路径已清晰显现。这将在未来几年拉动核能行业全产业链上建设并逐步实现铀矿勘察开采的全数字化、可视化平台；核燃料智能生产与元件智能制造平台；核电设计与建造一体化、数字化、全寿期平台；从集团到各级单位应用大数据、云计算技术的智慧经营平台。在多个平台建设需求牵引下，新型人工智能技术将大有用武之地，大显身手。

在数字矿山平台建设中，可以通过研究与应用“不确定性推理与决策”，特别是应用主观

肖心民

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Bayes方法，在地矿勘探应用中建立专家系统，实现快速、数字化矿脉勘探，节约大量探矿时间成本与费用。

在核燃料智能制造平台建设中，既有以流程型为主的制造业态，又有以离散加工为主的制造业态。可以在核燃料智能制造平台建设初期，充分利用云服务平台，加强网络化协同设计制造，并结合虚拟现实（Virtual Reality）技术、增强现实(Augmented Reality)技术实现设计-制造-质量管控一体化的基于模型的企业(MBE)形态。在核燃料智能制造平台建设中期，要对燃料的纯化转化、浓缩、元件制造等关键技术装备配置高可靠性智能传感器，实现大规模物联网应用，通过同步捕捉制造过程中高速产生的海量数据，实现对这些数据进行分析和管理，做到对机器设备的实时监测、调整和优化，从而提升生产运营效率、提高制造产品的性能和质量。在核燃料智能制造平台建设远期，要聚焦开发出具有自主知识产权的专用工业数据与分析底层操作系统软件与核心支撑软件，保障民用与军工生产任务的全智能制造过程技术处于领先地位，并保障生产和信息安全。

在核电设计与建造一体化、数字化、全寿期平台建设过程中，在核电站设计阶段，特别是反应堆设计方面，可以建立专用大规模超级智能计算中心，以支撑构建多物理量、多因素耦合、参数化数字反应堆设计套件；在核电站建造阶段，可以结合建筑信息模型（BIM）技术与虚拟现实技术实现智能建模，将工程建设项目的工期、成本、质量控制做到最优；在核电站运营阶段，可以在高放射人员不可达区域，大量使用专用工业机器人，来完成诸如环境检测、水下焊接、筒体内壁爬行视频检测、应急救援等操作。

在智慧经营平台建设中，大数据分析与云计算技术将被广泛采用。在采集海量的生产数据、经营数据、外部数据、预测数据的基础上，通过无监督学习、综合深度推理等技术，建立数据驱动的决策分析体系，辅助企业决策人员进行智慧经营。企业运营是众多人员共同参与的有机运行的综合动态过程，在人员越来越多的以互联网形式组成群组结构的情景下、依据群体智能理论实现汇聚和管理大规模参与者并以竞争和合作等多种自主协同方式来共同应对挑战性任务，从而涌现出来的超越个体智力的群体智能形态，也将推动企业的经营管理水平日新月异快速发展。

二、以技术创新为助推，驱动科研生产升级。

人工智能技术的突飞猛进，一次次改变了人类的生产和生活，目前处于人工智能研究热度最强的语音识别技术、深度学习图像识别技术和自主无人驾驶技术预期将带来核行业科研、生产的升级。

在语音识别技术方面，国内的一些科研机构在智能语音识别及人工智能核心技术某些领域已经持续保持国际领先地位，并获得多个国际大赛的冠军。可以相信，在继续深入推动语言识别技术与行业场景相结合过程中，当我们将语音识别技术与现有的基于输入计算机指令操作方式联姻，有望实现直接使用人类的自然语言来操作工业设备，并可以通过语音识别声纹技术实现关键操作防伪检验。

在深度学习图像识别技术方面，中国研发的基于深度学习技术医学影像人工智能分析系统，仅耗时23秒，就完成300张核磁共振影像图的直肠癌病灶勾画，经与病理切片比对，准确率达95.22%。在耗时和准确率方面，已经超过了与它竞赛的三甲医院3名影像科医生在5分钟内完成149张影像图勾画，成绩为93%的准确率。可以预见，当我们将基于深度学习的图像识别技术与行业实践相结合，就会出现利用人工智能设备辅助

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诊断工业影像的应用场景，可以使用人工智能设备实现24小时运转、快速、高于人类准确率的核级焊缝X 射线探伤识别应用。

在地面自主无人驾驶技术方面，中国已经计划于2018年在几个城市选择区域性的地段，正式开展无人驾驶试验。可以推断，在使用了视觉传感器、毫米波雷达、激光雷达、超声波多传感器及全球定位系统、高精度地图等构建的融合技术体系后，陆地无人自动驾驶车辆可以应用在露天铀矿开采区，承担部分运输任务。

在核行业典型的水下复杂操作技术方面，大量的水下小型无人航行器，水下焊接机器人等无人智能设备未来可以在大量的人员不宜到达区域、水域完成精细操作，提升核电运行安全水平。

在空中无人机技术应用方面，多旋翼小型无人飞行器可以应用于高辐射区域的近距离多角度视频传输、辐射剂量实时探测及特殊情况下全厂鸟瞰图像收集、网络信号中继等服务，提高特殊情况下协同处理效率，确保核安全。

三、集中资源做好顶层规划，建设核电安全运营智能保障平台

《新一代人工智能发展规划》中明确提出要建立混合增强智能支撑平台，建立“支撑核电安全运营的智能保障平台”。安全是核电的生命线，核安全是核电运营企业的立身之本、发展之基，同时核电行业又具有全球核电运营单位高度关联相互影响的特点，历史上国外几次核电事故至今还在深刻影响全球各国的核电发展。

由此可见，在管理上，核电安全运营不是一厂一家单位的事情，也不是只影响一个核电企业集团的事情，而是全行业共同的事情，要集中全行业多家央企集团的资源做好全行业的顶层规划，统一体系、统一方向、统筹安排。

在技术上，建立核电安全运营的智能保障平台，需要有大规模超级智能计算中心作为支撑环境，需要创立“人在回路”的复杂性分析与风险评估平台，需要建立以物联网为基础的多维人、机、物协同与互操作的网络结构。要完成这些平台建设就需要构建一个由全行业各个专项业务顶级专家构成的，多专业、跨学科、综合性的科研技术攻关团队，团队成员可以分别来自各家央企核电集团、科研院所、高等院校，发挥核工业“大力协同，联合攻关”的光荣传统，鼎力协作，攻坚克难，以期在较短时间内建立并运行核电安全运营智能保障平台。

党的十九大报告提出，创新是引领发展的第一动力。所以在建设核电安全运营智能保障平台过程中要鼓励引领性、原创性创新，要敢于突破、敢于构想、敢于尝试。可以基于高动态、高维度、多模式分布式大场景感知体系建立整体核电运营的实时态势感知平台；基于高性能计算与量子算法混合模型，建立高效精确自主的量子人工智能系统架构，来高效精确处

理来自核电运营企业百万量级的实时智能传感器数据。可以构想，通过未来20年的努力与创新，建立由“量子人工智能大脑”统一协调管控的“无人核电运营”状态是有望实现的，这会使核电运营安全指标在现在基础上实现几个数量级的安全提升。

总结

核工业是高科技战略产业，也是军民融合的重点行业，在面临新一轮人工智能发展的重大战略机遇期，在构筑我国人工智能发展的先发优势，建设创新型国家和世界科技强国过程中，要继续发扬“两弹一星”精神，勇于登攀，奋发进取，加快实现我国由核大国向核强国跨越。