现代工业和城市综合管廊中大量使用运输危险气体的管道,管道老化、腐蚀或工作环境发生火灾等事故造成管道破损等都有可能导致管道气体泄漏。危险气体的泄漏不仅影响到了工作人员的安全,而且可能引起爆炸等事故。在管廊等复杂的工作环境下,人工巡检成本高、危险性强,因此需要自动巡检机器人代替人工巡检。本文设计并实现了一种基于超声的气体泄漏360度定位装置,同时设计了通信协议且实现了与自动巡检机器人进行通信,可以指引巡检机器人进行追踪和定位。本文首先阐述了高压气体通过孔隙产生超声信号的原理。然后根据气体泄漏的声信号检测和定位泄漏源的流程分析了系统的软硬件需求。系统选择树莓派作为硬件平台,连接数据采集卡对微机电麦克风信号进行采集,利用10000 m Ah的移动电源作为供电,使用3D打印的定制外壳将所有硬件部分固定在一起。系统整体装置的尺寸较小、重量仅约1.5 kg,续航时间较长,便于手持或固定在移动设备上工作。同时,本文对不同距离、不同放气孔径和不同放气压强的气体泄漏信号以及多种环境信号进行了采集和分析。结合带平滑预处理的决策树和神经网络算法,提出了一种基于四通道信号的气体泄漏识别和泄漏源360度定位算法。其中使用神经网络获得准确率达到99.83%的气体泄漏检测算法,使用决策树获得气体泄漏的关键频率26.9 k Hz、47.0 k Hz和30.7 k Hz,利用各麦克风方向的上述频率的频谱值完成了泄漏定位。最终构建了含有采样模块、控制模块、显示模块以及与巡检机器人通信模块等有机结合的软硬件系统,完成了可移动气体泄漏定位装置的软硬件实现。本系统分别在华中科技大学校内和宜昌模拟管廊实验场地进行了相关实验。测试了装置的显示和采集功能以及与巡检机器人通信的远程连接功能。根据气体泄漏定位装置提供的气体泄漏方向和强度信息,巡检机器人成功追踪到距离20 m、放气口径分别为1 mm、2 mm、4 mm且压强为1 MPa的气体泄漏点。