打造敏感強(qiáng)健的“大地感知神經(jīng)”　　——解讀國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)項(xiàng)目“地質(zhì)工程分布式光纖監(jiān)測(cè)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(xiàn)條為傳感光纖）

（施斌項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)供圖）

1月8日，施斌代表獲獎(jiǎng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)領(lǐng)獎(jiǎng)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(chǎng)監(jiān)測(cè)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(dòng)，遠(yuǎn)在千里的監(jiān)測(cè)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(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院施斌教授團(tuán)隊(duì)的“地質(zhì)工程分布式光纖監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲2018年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。這也是中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在地質(zhì)與巖土工程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)引領(lǐng)國(guó)際科技前沿的重要成果。

①

將光纖變成連接人類(lèi)與大地之間的“感知神經(jīng)”

中國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害十分嚴(yán)重的國(guó)家。尤其是隨著我國(guó)基礎(chǔ)工程建設(shè)的高速發(fā)展，人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的擾動(dòng)，更加劇了各類(lèi)災(zāi)害的發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因各類(lèi)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(shū)記主持召開(kāi)中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第三次會(huì)議。習(xí)近平在會(huì)上發(fā)表重要講話(huà)強(qiáng)調(diào)，加強(qiáng)自然災(zāi)害防治關(guān)系國(guó)計(jì)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(huì)自然災(zāi)害防治能力，為保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和國(guó)家安全提供有力保障。因此，防治各類(lèi)地質(zhì)與巖土工程災(zāi)害是我們國(guó)家的重大需求。

據(jù)施斌介紹，地質(zhì)災(zāi)害和各類(lèi)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(shí)性監(jiān)測(cè)要求高、監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此，傳統(tǒng)的點(diǎn)式、電測(cè)類(lèi)監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段還難以滿(mǎn)足防災(zāi)減災(zāi)需求，也給災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)和防治帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。

從1998到2018這20年間，施斌團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)艱辛探索和不斷創(chuàng)新，在地質(zhì)與巖土工程多場(chǎng)多參量分布式傳感介質(zhì)、長(zhǎng)距離解調(diào)設(shè)備、監(jiān)測(cè)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(gè)關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)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(duì)研制出的米級(jí)量程的大變形場(chǎng)和厘米級(jí)空間分辨率的溫度場(chǎng)傳感光纜、可加熱的水分場(chǎng)監(jiān)測(cè)復(fù)合傳感光纜等，為地質(zhì)工程監(jiān)測(cè)提供了堅(jiān)韌而敏感的“神經(jīng)”；團(tuán)隊(duì)研制出了我國(guó)第一臺(tái)、具有完全自主知識(shí)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(cè)提供了精準(zhǔn)而智能的“大腦”；團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)建了邊坡、地面沉降、樁基、隧道等多場(chǎng)分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為地質(zhì)災(zāi)害和巖土工程光纖監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)健而高效的“身體”，監(jiān)測(cè)精度大大提高，監(jiān)測(cè)成本大大降低。

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

②

應(yīng)用性科研成果一定要做到落地開(kāi)花

“我們這個(gè)成果的形成大致有三個(gè)階段。”施斌介紹說(shuō)。

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(duì)主要開(kāi)展理論和室內(nèi)外試驗(yàn)研究，解決地質(zhì)與巖土工程光纖監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)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(kāi)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(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和蘇州南智傳感科技有限公司組成的產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)。“這一階段是本成果形成過(guò)程中最具挑戰(zhàn)、最為艱辛、最能考驗(yàn)信心、決心、毅力和膽略的生死關(guān)鍵階段，團(tuán)隊(duì)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(huì)了解和接受，事業(yè)得到快速發(fā)展，同時(shí)先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品又反過(guò)來(lái)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(guó)際重要刊物上多次得到大篇幅的報(bào)道和認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)了學(xué)校、地方和團(tuán)隊(duì)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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，并在“長(zhǎng)三角”和京津冀地面沉降區(qū)、南水北調(diào)、三峽庫(kù)區(qū)、青藏鐵路、港珠澳大橋、北京故宮、錦屏電站、延長(zhǎng)油田、城建隧道等300余個(gè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品已出口到英國(guó)、美國(guó)、意大利、智利、馬來(lái)西亞等國(guó)，節(jié)省部分工程監(jiān)測(cè)費(fèi)用70%-80%，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過(guò)近20年的研發(fā)積淀與發(fā)展，該成果已成為我國(guó)地質(zhì)與巖土工程領(lǐng)域中的一項(xiàng)特色成果，2008年獲教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，2012年中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果獎(jiǎng)，2017年獲教育部技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，2018年獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。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(cè)國(guó)際論壇，引領(lǐng)了地質(zhì)與巖土工程分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

③

發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)精神是事業(yè)成功的保證

一個(gè)科研成果的形成，不僅包括學(xué)科知識(shí)、科研成果的不斷積淀，同時(shí)也伴隨一個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的成長(zhǎng)過(guò)程。施斌時(shí)常感到非常驕傲，因?yàn)樗I(lǐng)導(dǎo)著一支非常優(yōu)秀的中青年科研隊(duì)伍，他們中有青年長(zhǎng)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(guó)本領(lǐng)域中最高青年科技獎(jiǎng)“谷德振青年科技獎(jiǎng)”獲得者等。一些優(yōu)秀的年輕教師和研究生去英國(guó)劍橋大學(xué)、美國(guó)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(guó)際著名學(xué)習(xí)交流，他們?cè)趪?guó)際重要刊物上發(fā)表了許多高水平的論文，在國(guó)際舞臺(tái)上已初露鋒芒，獲得了國(guó)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(duì)精神、具有國(guó)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?cè)诟髯缘膷徫簧献龀隽耸謨?yōu)異的成績(jī)。而這些優(yōu)秀的人才是我們事業(yè)成功的保證，也是對(duì)我們大學(xué)教師的最高獎(jiǎng)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(méi)有這樣一個(gè)團(tuán)結(jié)奮進(jìn)、富有創(chuàng)新精神的群體，一切無(wú)從談起。我們一定會(huì)再接再厲，勇攀高峰。”施斌說(shuō)，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(chǎng)監(jiān)測(cè)、地震波監(jiān)測(cè)等方面，不斷開(kāi)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(chǎng)傳感光纜系列。研制了米級(jí)量程的大變形場(chǎng)和厘米級(jí)空間分辨率的溫度場(chǎng)光纖傳感器以及可加熱的水分場(chǎng)監(jiān)測(cè)復(fù)合傳感光纜。

二、研制了地質(zhì)工程長(zhǎng)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(shí)別及BOTDR空間分辨率提升方法，研制了中國(guó)第一臺(tái)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(cè)系統(tǒng)。攻克了地質(zhì)工程內(nèi)部和深部變形監(jiān)測(cè)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(chǎng)分布式光纖監(jiān)測(cè)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(shí)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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