打造敏感强健的“大地感知神经”，南大团队获国家科学技术进步奖一等奖

分布式光纤大地感知系统概念图（图中黄色线条为传感光纤）

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，远在千里的监测系统就能立刻发现目标，精准预警。

记者近日从南京大学获悉，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；在地质工程灾害机理和理论判据方面取得新突破，荣获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引领国际科技前沿的重要成果。

开拓地质工程灾害监测技术新领域

分布式光纤应变单端解调设备

中国是世界上地质灾害十分严重的国家，建立高效科学的自然灾害防治体系，提高全社会自然灾害防治能力尤为重要。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，传统的点式、电测类监测技术还难以满足防灾减灾需求，也给灾害的预测预警和防治带来巨大的挑战。

从1998到2018这二十年间，施斌团队经过艰辛探索和不断创新，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十余个关键理论和技术问题的突破。他形象地将这些成果比喻为“神经”“大脑”和“身体”：

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，为地质工程监测提供了坚韧而敏感的“神经”；

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提供了强健而高效的“身体”，监测精度大大提高，监测成本大大降低：

提出了地层压缩潜力新判据，确立了土质滑坡预警应变阈值，提出了锚杆与岩土耦合时效判据等，丰富了地质工程灾害预警和防治理论体系。

二十年来，施斌团队完成了从基础研究—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，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，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。

传感光缆

“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。

打破国外技术封锁 二十年磨一剑

施斌

1998年，长江发生特大洪水，访学归国的施斌与一个日本专家团对长江堤防进行沿途考察。在最危险的荆江大堤段，看到几百人手牵手在农田里寻找管涌灾害点，他心情十分沉重：我们灾点搜寻还依靠人海战术这种落后的方式，这远远不能满足国家防灾减灾的重大需求！

也就在这个大堤上，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。“我当时十分的兴奋，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。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。”但施斌顶住了种种压力，克服了重重困难，坚持要将这件事做下去。

2000年，国家“985”工程启动，在学校的强力支持下，施斌获得了第一笔研发资金，开始了近20年的科技攻关。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……

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。

形成产业链，驶入快车道

施斌

“我们这个成果的形成大致有三个阶段。”施斌介绍。

从1998年至2008年这十年间，是成果的基础研究阶段。施斌团队开展了理论和室内外试验研究，解决了地质与岩土工程光纤监测中的关键理论和技术问题。

从2009年到2015年，是成果的产业化阶段。研究成果在苏州工业园区开始转化，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。“这一阶段是本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创出了一条新路，并取得了成效。”施斌表示。

从2016年至今，是成果的快速应用和推广阶段。这一阶段技术产品不断被社会了解和接受，事业得到快速发展，同时先进的技术产品又反过来促进了南京大学地质工程学科的科学研究，相关研究成果在国际重要刊物上多次得到大篇幅的报道和认可，实现了学校、地方和团队都赢的良好局面。

据介绍，目前成果有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、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。

近20年的研发积淀与发展，该成果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，2012年中国产学研合作创新成果奖，2017年获教育部技术发明奖一等奖，2018年获国家科技进步奖一等奖。不仅如此，施斌还创立了地质与岩土工程光电传感监测国际论坛，引领了地质与岩土工程分布式光纤监测技术的发展。

施斌认为，应用性学科一定要和国家的重大需求结合在一起。“科研成果一定要做到落地！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。”这是施斌对自己科研工作的要求，也是让科技成果最大化、科技工作者服务于社会的最佳途径。

偏爱应用基础研究的施斌，1979年考入南京大学地质系(即现在的地球科学系)水文地质工程地质专业，毕业后留校任教。他是国家杰出青年基金获得者，现在是南京大学特聘教授，地质工程学科带头人。他说：“我很感谢南大对我的培养，给了我宽广的知识面，这些都是创新的源泉。”2009年12月，南京大学现代工程与应用科学学院挂牌成立，标志着正式启动学科拓展提升战略，通过理科向工科延伸，实现文理工医四大学科领域协调发展。施斌等一批教授在大力发展工程学科，增强大学服务社会的道路上阔步前行。

施斌说：“这一成果的取得凝聚了100多位教师、科研人员、研究生、工人技术人员的辛勤付出，没有这样一个团结奋进、富有创新精神的群体，一切无从谈起。我们一定会再接再厉，勇攀高峰，为实现祖国的伟大复兴和建设人类命运共同体作出应有的贡献。”

作者：本报驻苏记者 叶志明

通讯员：齐琦

编辑：周俊超

责任编辑：叶志明

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