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搭建敏感强健的“大地感知神经”

——访2018年度国家科技进步奖一等奖获得者施斌团队

发布时间:2019-01-09 作者:本报记者 缪志聪 通讯员 齐琦 来源:永利娱乐

一根头发丝粗细的光纤,根据不同地质环境和多场监测要求,穿上各种“定制”的外衣,变成敏感强健的“大地感知神经”,使得大地一有灾害异动,远在千里之外的监测系统就能立刻发现目标、精准预警。

这是南京大学地球科学与工程学院教授施斌团队历经20年攻关形成的具有完全自主知识产权的技术和设备,创造性地建立了地质工程分布式光纤监测技术体系,是一项引领国际科技前沿的重要成果。

打破技术封锁,开拓新领域

中国是世界上地质灾害十分严重的国家。据不完全统计,我国每年因各类自然和工程灾害造成的经济损失高达2000亿元。传统的点式、电测类监测技术和手段难以满足防灾减灾需求,给灾害的预警预报和防治带来巨大的挑战。

1998年,施斌从美国访学归国。这一年恰逢长江特大洪水,他随一个专家团对长江堤防进行沿途考察。当来到最危险的荆江大堤考察时,施斌看到几百号人手牵手在农田里寻找管涌灾害点,感到心情十分沉重:都快21世纪了,我们的灾点搜寻还在依靠人海战术这种十分落后的方式!

他从考察团里了解到,国际上正在探索研发一种分布式光纤测量技术,能够长距离、分布式监测被测物的形变和温度等物理指标。得知这一消息后,施斌当时十分兴奋,因为这一技术十分适合像堤防这样的地质工程灾害监测。

从实验室建设到研发设备购买,从理论模型的建立到试验模型的创立,从一次次的试验失败到一个个理论和技术问题的突破,从强强合作到技术体系的形成……“凿空之旅”,个中艰辛可想而知。

经过数年的攻关,项目合作单位中国电子科技集团第41研究所,终于打破国外技术上的封锁,研制出了具有完全自主知识产权的商用化分布式光纤应变单端解调设备,填补了国内空白,综合性能达到了国际先进水平。

引领前沿技术,走向光感时代

1979年,施斌考进了南京大学地质系(即现在的地球科学系)水文地质工程地质专业。“与纯理论的基础研究相比,我更喜欢应用基础研究,因为这样能更快、更直接地报效社会,这也是我们那个时代一大批年轻人的想法。”施斌说。

正是因为这样的性格和信念,20年来,施斌带领团队取得了10余个关键理论和技术问题的突破,引领着地质工程监测技术从点式走向分布式,从电测时代走向了光感时代。

这些突破性的成果也被施斌形象地比喻为“神经”“大脑”和“身体”:

坚韧而敏感的“神经”——提出了纤—土耦合时效判据,创制出了30余种适用于不同地质工程条件监测的传感光缆;研制出了米级量程的大变形场和厘米级空间分辨率的温度场传感光缆、可加热的水分场监测复合传感光缆等;

精准而智能的“大脑”——发明了能量分布的布里渊谱识别及BOTDR空间分辨率提升方法等,研制出了我国第一台具有完全自主知识产权的商用化分布式光纤应变单端解调设备;

强健而高效的“身体”——创建了边坡、地面沉降、桩基、隧道等多场分布式光纤监测系统,使得监测精度大大提高,监测成本大大降低。

“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,造福祖国和人类,这是我毕生的追求。”施斌说。

对接国家需求,形成产业链

刚开始的10年,是基础研究阶段。施斌团队主要开展理论和室内外试验研究。到了2009年,研究成果开始走向产业化。

施斌来到了苏州工业园区,在学校和地方政府的支持下,成立了由南京大学(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产学研平台。“这一阶段是该成果形成过程中最具挑战、最为艰辛、最能考验信心、决心、毅力和胆略的生死关键阶段,团队在产学研机制方面闯出了一条新路,并取得了成效。”施斌说。

目前项目成果有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。

本报南京1月8日电

《永利娱乐》2019年01月09日第4版 

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