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光纤变“神经”大地能感知(深聚焦·科技创新,高校在行动③)

2019-03-31 09:03

光纤变“神经”大地能感知(深聚焦·科技创新,高校在行动③)

 
 

  人物小传

  施斌,1961年10月生于江苏启东,南京大学地球科学与工程学院教授、博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者,国家“973计划”、国家科技支撑计划、国家重大仪器专项、国家自然科学基金重点项目等数十个科研课题和项目的负责人。曾任国际环境岩土工程协会副主席,现任国际智能基础设施结构健康监测学会理事、中国地质学会工程地质专业委员会副主任委员等职。长期从事地质与岩土工程的监测与评价研究,已获得国家发明专利34项。

  

  你能相信吗?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,就能变身敏感强健的“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。

  这并非传说。近日,记者从南京大学获悉,该校地球科学与工程学院施斌教授团队历经20年攻关,形成了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,并在地质工程灾害机理和理论判据方面取得新突破,获得2018年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站在国际科技前沿的重要成果。

  这一“大地感知神经”,到底是怎样炼成的呢?

  光纤“神经”

  感知大地

  我国是世界上地质灾害十分严重的国家。

  据施斌介绍,地质灾害和各类岩土工程具有规模大、影响因素复杂、隐蔽性强、跨越区域多、环境恶劣、实时性监测要求高、监测周期长等特点。地质工程监测是防治地质灾害、确保地质工程安全的关键环节,但传统的点式、电测类监测技术和手段还难以满足防灾减灾需求,也给灾害的预警预报和防治带来巨大的挑战。

  过去20年间,施斌团队在地质与岩土工程多场多参量分布式传感介质、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10余个关键理论和技术问题的突破:创制了30余种地质体多场传感光缆,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,为地质工程监测打造了坚韧而敏感的“神经”;研制出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,为地质工程光纤监测提供了精准而智能的“大脑”;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,为地质灾害和岩土工程光纤监测形成了强健而高效的“身体”……

  “将光纤变成连接人类与大地之间的‘神经’,我们就能够感知大地、减轻各类地质与岩土工程灾害。如何给脆弱的裸纤‘穿好衣服’,成为坚韧、敏感和多量程的感测‘神经’,是我们的主要工作。”施斌说。20年来,团队完成了基础研究—核心技术—硬件设备—系统集成—成果转化—工程应用的全过程创新,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,使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。

  突破技术封锁

  形成自主产权

  1998年,施斌从美国访学归国。这一年恰逢长江特大洪水,他与一个日本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,了解到几百号人手牵手在农田里寻找管涌灾害点,施斌心情十分沉重:快21世纪了,可灾点搜寻还在依靠人海战术这种十分落后的方式,这远远不能满足国家防灾减灾的重大需求。

  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,可用于长距离线性工程的监测。

  “我当时十分兴奋,因为这一技术十分适合像堤防这样的地质工程灾害的监测,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,而且许多人认为,将这一技术应用于地质体的监测在技术上几乎不可能,零点几毫米的光纤一埋入岩土体就会脆断,无法使用。”施斌顶住压力,坚持要将这件事做下去。

  2000年,国家“985”工程启动,在学校支持下,施斌获得了第一笔研发资金,开始了近20年的科技攻关。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,从传感光缆的设计到生产试制,从产品的中试再到工程应用,从产学研平台搭建到企业平台的成果转化,从强强合作到技术体系的形成……个中艰辛难以想象。

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