打造敏感強(qiáng)健的“大地感知神經(jīng)”　　——解讀國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎項目“地質(zhì)工程分布式光纖監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”

分布式光纖大地感知系統(tǒng)概念圖（黃色線條為傳感光纖）

（施斌項目團(tuán)隊供圖）

1月8日，施斌代表獲獎項目團(tuán)隊領(lǐng)獎并留影。

一根頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖，根據(jù)不同地質(zhì)環(huán)境和多場監(jiān)測要求，穿上各種“定制”的外衣，變成敏感強(qiáng)健的“大地感知神經(jīng)”，使得大地一有災(zāi)害異動，遠(yuǎn)在千里的監(jiān)測系統(tǒng)就能立刻發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，精準(zhǔn)預(yù)警。

在1月8日舉行的國家科技獎勵大會上，南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院施斌教授團(tuán)隊的“地質(zhì)工程分布式光纖監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”項目榮獲2018年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。這也是中國科研團(tuán)隊在地質(zhì)與巖土工程監(jiān)測領(lǐng)域取得的又一項引領(lǐng)國際科技前沿的重要成果。

①

將光纖變成連接人類與大地之間的“感知神經(jīng)”

中國是世界上地質(zhì)災(zāi)害十分嚴(yán)重的國家。尤其是隨著我國基礎(chǔ)工程建設(shè)的高速發(fā)展，人類工程活動對地質(zhì)環(huán)境的擾動，更加劇了各類災(zāi)害的發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年因各類自然和工程災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2000億元人民幣。

2018年10月10日，習(xí)近平總書記主持召開中央財經(jīng)委員會第三次會議。習(xí)近平在會上發(fā)表重要講話強(qiáng)調(diào)，加強(qiáng)自然災(zāi)害防治關(guān)系國計民生，要建立高效科學(xué)的自然災(zāi)害防治體系，提高全社會自然災(zāi)害防治能力，為保護(hù)人民群眾生命財產(chǎn)安全和國家安全提供有力保障。因此，防治各類地質(zhì)與巖土工程災(zāi)害是我們國家的重大需求。

據(jù)施斌介紹，地質(zhì)災(zāi)害和各類巖土工程具有規(guī)模大、影響因素復(fù)雜、隱蔽性強(qiáng)、跨越區(qū)域多、環(huán)境惡劣、實(shí)時性監(jiān)測要求高、監(jiān)測周期長等特點(diǎn)，因此，傳統(tǒng)的點(diǎn)式、電測類監(jiān)測技術(shù)和手段還難以滿足防災(zāi)減災(zāi)需求，也給災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報和防治帶來巨大的挑戰(zhàn)。

從1998到2018這20年間，施斌團(tuán)隊經(jīng)過艱辛探索和不斷創(chuàng)新，在地質(zhì)與巖土工程多場多參量分布式傳感介質(zhì)、長距離解調(diào)設(shè)備、監(jiān)測方法與系統(tǒng)集成、地質(zhì)工程災(zāi)害機(jī)理和理論判據(jù)等方面取得了十余個關(guān)鍵理論和技術(shù)問題的突破。他形象地將這些成果比喻為“神經(jīng)”、“大腦”和“身體”：

團(tuán)隊研制出的米級量程的大變形場和厘米級空間分辨率的溫度場傳感光纜、可加熱的水分場監(jiān)測復(fù)合傳感光纜等，為地質(zhì)工程監(jiān)測提供了堅韌而敏感的“神經(jīng)”；團(tuán)隊研制出了我國第一臺、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的商用化的分布式光纖應(yīng)變單端解調(diào)設(shè)備，為地質(zhì)工程光纖監(jiān)測提供了精準(zhǔn)而智能的“大腦”；團(tuán)隊還創(chuàng)建了邊坡、地面沉降、樁基、隧道等多場分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，為地質(zhì)災(zāi)害和巖土工程光纖監(jiān)測提供了強(qiáng)健而高效的“身體”，監(jiān)測精度大大提高，監(jiān)測成本大大降低。

“將光纖變成連接人類與大地之間的“神經(jīng)”，讓我們能夠感知大地，減輕各類地質(zhì)與巖土工程災(zāi)害，造福人類，這是我畢生的追求。”施斌說。

②

應(yīng)用性科研成果一定要做到落地開花

“我們這個成果的形成大致有三個階段。”施斌介紹說。

從1998年至2008年這十年間，是成果的基礎(chǔ)研究階段。施斌團(tuán)隊主要開展理論和室內(nèi)外試驗研究，解決地質(zhì)與巖土工程光纖監(jiān)測中的關(guān)鍵理論和技術(shù)問題。

從2009年到2015年，是成果的產(chǎn)業(yè)化階段。研究成果在蘇州工業(yè)園區(qū)開始轉(zhuǎn)化，成立了由南京大學(xué)（蘇州）高新技術(shù)研究院、蘇州市基礎(chǔ)工程分布式傳感監(jiān)測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室和蘇州南智傳感科技有限公司組成的產(chǎn)學(xué)研平臺。“這一階段是本成果形成過程中最具挑戰(zhàn)、最為艱辛、最能考驗信心、決心、毅力和膽略的生死關(guān)鍵階段，團(tuán)隊在產(chǎn)學(xué)研機(jī)制方面創(chuàng)出了一條新路，并取得了成效。”施斌表示。

從2016年至今，是成果的快速應(yīng)用和推廣階段。這一階段技術(shù)產(chǎn)品不斷被社會了解和接受，事業(yè)得到快速發(fā)展，同時先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品又反過來促進(jìn)了南京大學(xué)地質(zhì)工程學(xué)科的科學(xué)研究，相關(guān)研究成果在國際重要刊物上多次得到大篇幅的報道和認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)了學(xué)校、地方和團(tuán)隊都贏的良好局面。

據(jù)介紹，目前成果有40余種產(chǎn)品推向了國內(nèi)外市場，并在“長三角”和京津冀地面沉降區(qū)、南水北調(diào)、三峽庫區(qū)、青藏鐵路、港珠澳大橋、北京故宮、錦屏電站、延長油田、城建隧道等300余個項目中得到應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品已出口到英國、美國、意大利、智利、馬來西亞等國，節(jié)省部分工程監(jiān)測費(fèi)用70%-80%，產(chǎn)生了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過近20年的研發(fā)積淀與發(fā)展，該成果已成為我國地質(zhì)與巖土工程領(lǐng)域中的一項特色成果，2008年獲教育部科技進(jìn)步獎一等獎，2012年中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果獎，2017年獲教育部技術(shù)發(fā)明獎一等獎，2018年獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。不僅如此，施斌還創(chuàng)立了地質(zhì)與巖土工程光電傳感監(jiān)測國際論壇，引領(lǐng)了地質(zhì)與巖土工程分布式光纖監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。

③

發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊精神是事業(yè)成功的保證

一個科研成果的形成，不僅包括學(xué)科知識、科研成果的不斷積淀，同時也伴隨一個創(chuàng)新團(tuán)隊的成長過程。施斌時常感到非常驕傲，因為他領(lǐng)導(dǎo)著一支非常優(yōu)秀的中青年科研隊伍，他們中有青年長江，托舉工程青年人才、李四光優(yōu)秀博士研究生，數(shù)位我國本領(lǐng)域中最高青年科技獎“谷德振青年科技獎”獲得者等。一些優(yōu)秀的年輕教師和研究生去英國劍橋大學(xué)、美國斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、日本京都大學(xué)等國際著名學(xué)習(xí)交流，他們在國際重要刊物上發(fā)表了許多高水平的論文，在國際舞臺上已初露鋒芒，獲得了國內(nèi)外同行的肯定。

“他們勇于創(chuàng)新、勇于擔(dān)當(dāng)、非常團(tuán)結(jié)、非常敬業(yè)、具有團(tuán)隊精神、具有國際視野。在我培養(yǎng)出的100多位博士后、博士和碩士中，有的已成為大學(xué)教授、單位里的總工和技術(shù)骨干，有的已走上了中高層領(lǐng)導(dǎo)崗位，有的成為了公司總經(jīng)理正在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，他們在各自的崗位上做出了十分優(yōu)異的成績。而這些優(yōu)秀的人才是我們事業(yè)成功的保證，也是對我們大學(xué)教師的最高獎賞。我為他們自豪！”

“這一成果的取得凝聚了100多位教師、科研人員、研究生、工人技術(shù)人員的辛勤付出，沒有這樣一個團(tuán)結(jié)奮進(jìn)、富有創(chuàng)新精神的群體，一切無從談起。我們一定會再接再厲，勇攀高峰。”施斌說，今后，他們將進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，在光纖化學(xué)場監(jiān)測、地震波監(jiān)測等方面，不斷開拓，在地質(zhì)與巖土工程領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮引領(lǐng)者的作用，為中華民族偉大復(fù)興事業(yè)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

鏈接

“大地感知神經(jīng)”系統(tǒng)四大突破

一、 創(chuàng)制了地質(zhì)體多場傳感光纜系列。研制了米級量程的大變形場和厘米級空間分辨率的溫度場光纖傳感器以及可加熱的水分場監(jiān)測復(fù)合傳感光纜。

二、研制了地質(zhì)工程長距離分布式光纖解調(diào)設(shè)備。發(fā)明了能量分布的布里淵譜識別及BOTDR空間分辨率提升方法，研制了中國第一臺商用化的分布式光纖應(yīng)變單端解調(diào)設(shè)備。

三、創(chuàng)建了地質(zhì)工程分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)。攻克了地質(zhì)工程內(nèi)部和深部變形監(jiān)測瓶頸以及海量數(shù)據(jù)處理難點(diǎn)，創(chuàng)建了邊坡、地面沉降、樁基、隧道等多場分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)。

四、揭示了多種地質(zhì)災(zāi)害新機(jī)理，提出了理論新判據(jù)。提出了地層壓縮潛力新判據(jù)；確立了土質(zhì)滑坡預(yù)警應(yīng)變閾值；提出了錨桿與巖土耦合時效判據(jù)。

（科技部官網(wǎng)）

石 暢 齊 琦

[責(zé)任編輯：楊凡、穆楠]

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