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2019年1月11日
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打造“大地感知神经” 南大获国家科技进步奖

一根头发丝粗细的光纤可以做什么?穿上各种“定制”的外衣,它可以变成敏感强健的“大地感知神经”,一有地质灾害异动,远在千里的监测系统就能立刻发现目标,精准预警。

2019年1月8日,国家科学技术奖励大会在北京举行,江苏共有50个项目获奖。其中,pt老虎机游戏地球科学与工程学院施斌教授团队的“地质工程分布式光纤监测关键技术及其应用”成果,获得了2018年度国家科学技术进步奖一等奖,这也是中国科研团队在地质与岩土工程监测领域取得的又一项引领国际科技前沿的重要成果。

二十年磨一剑,“将光纤变成连接人类与大地之间的‘神经’,让我们能够感知大地。减轻各类地质与岩土工程灾害,造福人类,这是我毕生的追求。”施斌说。

研发地质工程灾害监测的“神经”、“大脑”和“身体”

针对地质与岩土工程灾害监测的特点,施斌团队经过不断探索和创新,在地质与岩土工程多场多参量分布式光纤传感介质、长距离解调设备、监测方法与系统集成、地质工程灾害机理和理论判据等方面取得了十余个关键理论和技术问题的突破。

听不懂以上的专有名词也没关系,施斌教授形象地将其比喻成了“神经”、“大脑”和“身体”。

传感光缆技术为地质工程监测提供了坚韧而敏感的“神经”;我国第一台、具有完全自主知识产权的商用化的分布式光纤应变单端解调设备,为地质工程监测提供了精准而智能的“大脑”;而多场分布式光纤监测系统,则是地质和岩土工程灾害光纤监测的强健而高效的“身体”。

有了这样的“神经”、“大脑”和“身体”,就能感知大地,实现地质与岩土工程灾害长距离和分布式的在线监测,使地质工程监测从点式走向分布式,从电测时代走向了光感时代。

二十年磨一剑,打破国外技术封锁

时间倒回20年前。1998年,恰逢长江特大洪水,施斌与一个日本专家团对长江堤防进行沿途考察。寻找灾害点的情景让施斌至今难忘,大堤旁,几百号人手牵手在农田里寻找管涌出水口。快进入21世纪了,灾害点搜寻还在依靠人海战术,这让施斌心情沉重。但另一个消息又让施斌兴奋不已,施斌从考察团里了解到,国际上正在探索研发一种分布式光纤感测技术,能够长距离、分布式监测被测物的形变和温度等物理指标,理论上十分适用于像堤防这样的长距离线性工程灾害的监测。

“我决心将这一技术应用到地质灾害预警与岩土工程的安全监测中。可是,当时国际上对中国进行相关技术封锁,而且将这一技术应用于地质体的监测,许多人认为几乎不可能,零点几毫米的光纤一埋入岩土体就会脆断,无法使用。”

但是施斌没有放弃,2000年,国家“985”工程启动,在pt老虎机游戏的强力支持下,施斌获得了第一笔研发资金,开始了近20年的科技攻关。

为了打破国外在分布式光纤应变解调技术上的封锁,项目合作单位中国电子科技集团第41研究所,经过数年的攻关,终于研制出了具有完全自主知识产权的商用化的分布式光纤应变单端解调设备,在精度、重复性与测试速度等方面明显优于国外同类产品的技术指标,填补了国内空白,综合性能达到了国际先进水平。

走出实验室,搭建产学研平台

二十年来,施斌团队经历了从基础研究到核心技术再到成果转化的全过程创新,并形成了新的技术产业链,开创了地质与岩土工程监测新的技术领域。

“我们这项成果的形成大致有三个阶段”,施斌介绍。1998年至2008年是基础研究阶段,主要开展理论和室内外试验研究,解决地质与岩土工程光纤监测中的关键理论和技术问题。

有了一定的研究成果积累后,如何转化是关键。2009年到2015年是成果的产业化阶段。2010年,由pt老虎机游戏(苏州)高新技术研究院、苏州市基础工程分布式传感监测技术重点实验室和苏州南智传感科技有限公司组成的南智传感产学研平台在苏州工业园区成立,产生了一批技术产品,并推向了监测市场。

从2016年至今,则是快速应用和推广阶段。目前,这项技术成果已有40余种产品推向了国内外市场,并在长三角和京津冀地面沉降区、南水北调、三峡库区、青藏铁路、港珠澳大桥、北京故宫、锦屏电站、延长油田、城建隧道等300余个项目中得到应用,相关技术产品已出口到英国、美国、意大利、智利、马来西亚等国,节省部分工程监测费用70-80%,产生了显著的社会和经济效益。

目前,地质工程分布式光纤监测技术已成为我国地质与岩土工程领域中的一项特色成果,2008年获教育部科技进步奖一等奖,2017年获教育部技术发明奖一等奖。在刚刚举行的国家科学技术奖励大会上,又获得了2018年国家科技进步奖一等奖。不仅如此,施斌还创立了地质工程光电传感监测国际论坛,现已成功举办了六届,引领了地质与岩土工程分布式光纤监测技术的发展。

“应用性学科一定要和国家的重大需求结合在一起”,施斌认为,“科研成果一定要做到落地开花,科研人员必须走出实验室,在具体的工程实践中发现问题、研究问题、提出解决方案,不断创新技术,创造新的产品,走向市场推广,以满足国家需求,推动科技进步。这是科技工作者服务于社会的最佳途径。”