打造敏感強健的“大地感知神經”　　——解讀國家科學技術進步獎一等獎項目“地質工程分布式光纖監測關鍵技術及其應用”

分布式光纖大地感知系統概念圖（黃色線條為傳感光纖）

（施斌項目團隊供圖）

1月8日，施斌代表獲獎項目團隊領獎并留影。

一根頭發絲粗細的光纖，根據不同地質環境和多場監測要求，穿上各種“定制”的外衣，變成敏感強健的“大地感知神經”，使得大地一有災害異動，遠在千里的監測系統就能立刻發現目標，精準預警。

在1月8日舉行的國家科技獎勵大會上，南京大學地球科學與工程學院施斌教授團隊的“地質工程分布式光纖監測關鍵技術及其應用”項目榮獲2018年國家科學技術進步獎一等獎。這也是中國科研團隊在地質與巖土工程監測領域取得的又一項引領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”

中國是世界上地質災害十分嚴重的國家。尤其是隨著我國基礎工程建設的高速發展，人類工程活動對地質環境的擾動，更加劇了各類災害的發生。據不完全統計，我國每年因各類自然和工程災害造成的經濟損失高達2000億元人民幣。

2018年10月10日，習近平總書記主持召開中央財經委員會第三次會議。習近平在會上發表重要講話強調，加強自然災害防治關系國計民生，要建立高效科學的自然災害防治體系，提高全社會自然災害防治能力，為保護人民群眾生命財產安全和國家安全提供有力保障。因此，防治各類地質與巖土工程災害是我們國家的重大需求。

據施斌介紹，地質災害和各類巖土工程具有規模大、影響因素復雜、隱蔽性強、跨越區域多、環境惡劣、實時性監測要求高、監測周期長等特點，因此，傳統的點式、電測類監測技術和手段還難以滿足防災減災需求，也給災害的預警預報和防治帶來巨大的挑戰。

從1998到2018這20年間，施斌團隊經過艱辛探索和不斷創新，在地質與巖土工程多場多參量分布式傳感介質、長距離解調設備、監測方法與系統集成、地質工程災害機理和理論判據等方面取得了十余個關鍵理論和技術問題的突破。他形象地將這些成果比喻為“神經”、“大腦”和“身體”：

團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、可加熱的水分場監測復合傳感光纜等，為地質工程監測提供了堅韌而敏感的“神經”；團隊研制出了我國第一臺、具有完全自主知識產權的商用化的分布式光纖應變單端解調設備，為地質工程光纖監測提供了精準而智能的“大腦”；團隊還創建了邊坡、地面沉降、樁基、隧道等多場分布式光纖監測系統，為地質災害和巖土工程光纖監測提供了強健而高效的“身體”，監測精度大大提高，監測成本大大降低。

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

②

應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，是成果的基礎研究階段。施斌團隊主要開展理論和室內外試驗研究，解決地質與巖土工程光纖監測中的關鍵理論和技術問題。

從2009年到2015年，是成果的產業化階段。研究成果在蘇州工業園區開始轉化，成立了由南京大學（蘇州）高新技術研究院、蘇州市基礎工程分布式傳感監測技術重點實驗室和蘇州南智傳感科技有限公司組成的產學研平臺。“這一階段是本成果形成過程中最具挑戰、最為艱辛、最能考驗信心、決心、毅力和膽略的生死關鍵階段，團隊在產學研機制方面創出了一條新路，并取得了成效。”施斌表示。

從2016年至今，是成果的快速應用和推廣階段。這一階段技術產品不斷被社會了解和接受，事業得到快速發展，同時先進的技術產品又反過來促進了南京大學地質工程學科的科學研究，相關研究成果在國際重要刊物上多次得到大篇幅的報道和認可，實現了學校、地方和團隊都贏的良好局面。

據介紹，目前成果有40余種產品推向了國內外市場，并在“長三角”和京津冀地面沉降區、南水北調、三峽庫區、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余個項目中得到應用，相關技術產品已出口到英國、美國、意大利、智利、馬來西亞等國，節省部分工程監測費用70%-80%，產生了顯著的社會和經濟效益。

經過近20年的研發積淀與發展，該成果已成為我國地質與巖土工程領域中的一項特色成果，2008年獲教育部科技進步獎一等獎，2012年中國產學研合作創新成果獎，2017年獲教育部技術發明獎一等獎，2018年獲國家科學技術進步獎一等獎。不僅如此，施斌還創立了地質與巖土工程光電傳感監測國際論壇，引領了地質與巖土工程分布式光纖監測技術的發展。

③

發揚團隊精神是事業成功的保證

一個科研成果的形成，不僅包括學科知識、科研成果的不斷積淀，同時也伴隨一個創新團隊的成長過程。施斌時常感到非常驕傲，因為他領導著一支非常優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、李四光優秀博士研究生，數位我國本領域中最高青年科技獎“谷德振青年科技獎”獲得者等。一些優秀的年輕教師和研究生去英國劍橋大學、美國斯坦福大學、加州大學伯克利分校、日本京都大學等國際著名學習交流，他們在國際重要刊物上發表了許多高水平的論文，在國際舞臺上已初露鋒芒，獲得了國內外同行的肯定。

“他們勇于創新、勇于擔當、非常團結、非常敬業、具有團隊精神、具有國際視野。在我培養出的100多位博士后、博士和碩士中，有的已成為大學教授、單位里的總工和技術骨干，有的已走上了中高層領導崗位，有的成為了公司總經理正在創新創業，他們在各自的崗位上做出了十分優異的成績。而這些優秀的人才是我們事業成功的保證，也是對我們大學教師的最高獎賞。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、工人技術人員的辛勤付出，沒有這樣一個團結奮進、富有創新精神的群體，一切無從談起。我們一定會再接再厲，勇攀高峰。”施斌說，今后，他們將進一步完善相關技術和產品，在光纖化學場監測、地震波監測等方面，不斷開拓，在地質與巖土工程領域繼續發揮引領者的作用，為中華民族偉大復興事業作出應有的貢獻。

鏈接

“大地感知神經”系統四大突破

一、 創制了地質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測復合傳感光纜。

二、研制了地質工程長距離分布式光纖解調設備。發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變單端解調設備。

三、創建了地質工程分布式光纖監測系統。攻克了地質工程內部和深部變形監測瓶頸以及海量數據處理難點，創建了邊坡、地面沉降、樁基、隧道等多場分布式光纖監測系統。

四、揭示了多種地質災害新機理，提出了理論新判據。提出了地層壓縮潛力新判據；確立了土質滑坡預警應變閾值；提出了錨桿與巖土耦合時效判據。

（科技部官網）

石 暢 齊 琦

[責任編輯：楊凡、穆楠]

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