2019年06月29日 星期六
地质云 : |
中国矿业报订阅

为“透视地球”造慧眼

——记自然资源部中国地质调查局南京地调中心高光谱研发团队

2018-12-21 11:11:00 来源:中国矿业报 本报记者:蒋郭吉玛 通讯员 修连存 郑志忠

题记:战略矿产调查 、深部找矿、环境监测与防治,甚至探月计划,都离不开一项高新技术——高光谱探测。将这项技术转化为实实在在服务于具体工作的仪器设备,乃重中之重。功以才成,业由才广。这句话在南京地调中心高光谱团队的发展历程中得到了最佳的印证。团队领军人物的知人善任,科学灵活的管理制度,团队人员对本职工作的热爱,让这个团队聚集了一批有朝气、有活力、有激情、有才气的科研人员。他们夜以继日的探索、一遍遍的测试,只为——

我们的脚下埋藏着人类赖以生存的矿产资源。但植被覆盖、高山峡谷、盆地丘陵,以及厚重地层的阻隔,让人们不能直接看到它们的模样,而传统的勘查技术方法效率低、成本高。

这样的状况,正因自然资源部中国地质调查局南京地质调查中心仪器研制中心高光谱研发团队(以下简称“高光谱团队”)的工程师们而改变。他们接连打破高光谱仪器只能从国外高价进口的局面,开发了拥有专利技术的航空、地面和地下三维立体探测系列产品,让国人实现了用自己仪器“开眼透地”的愿望,为地质工作者带来了福音。

从平凡中发现不平凡

高光谱对地探测技术是近20年来应用起来的一种利用光谱探测获得物体图像和信息的光学技术,它包括成像光谱仪和波谱探测仪,通过数据分析,可以识别地物类型、组成成分,对矿产探查效果显著,可快速检测百余种低温蚀变矿物,具有鉴别能力强和识别精度高等特点,可快速准确圈定蚀变带和矿体边界。

成立于2001年的自然资源部中国地质调查局南京地质调查中心仪器研制中心组建高光谱团队,来源于一个小小的“留意”。当年,修连存研究员带领团队调研地质需求时,敏锐地发现在国外兴起的高光谱对地观测技术在中国市场还是一片空白,便果断决定把研发具有自主知识产权的高光谱对地探测仪器作为主攻方向。借助科技部重大仪器专项、原国土资源部公益性行业基金和中国地质调查局地质调查专项,十几年后,他们的高光谱仪器成果与产品让挑剔的老外竖起了大拇指。

当前,向地球深部进军的号角已经吹响。支撑服务国家地质调查工作,高光谱团队正逢其时。

一群老中青结合的科研团队

高光谱探测仪是一种高科技产品,涉及光学、机械、电子、软件、技术方法和应用等学科,人才建设极为重要。

十几年来,仪器中心先后建设了“江苏省光谱成像与智能感知重点实验室”和“中国地质调查局光谱探测地质仪器研发重点实验室”两个平台,构成了光学、机械、电子、软件、方法研究和应用技术学科齐全的专业人才队伍。

团队核心——修连存,国家重大仪器专项“岩心光谱扫描仪研发与产业化”和中国地质调查局“仪器装备研发与应用”工程首席科学家,带领团队发明了岩心光谱数据溯源方法,突破了光谱在线检测和模拟信号提取技术,研制出我国第一台全数字化岩心扫描仪。

攻坚专家——黄俊杰研究员,2012年起带领技术骨干,参加了国家重大科学仪器专项《复合型X射线荧光光谱仪研制及产业化》课题研究,研发成功了核心部件——大功率高频高压发生器和高精度测角仪,以及相应的控制系统,使X射线荧光光谱仪定位精度优于万分之五度,实现双轴联动、单动,连续和步进扫描。

懂技术、懂管理、懂市场的“三懂”人才——郑志忠,教授级高工,接棒主持便携式近红外矿物分析仪的优化和换代,第四代产品性能超过国外仪器。近两年,郑志忠又主持研发了适用于无人机搭载的微型成像光谱仪,现在已是负责中心的技术工作的副主任。

挑起研发大梁——俞正奎,教授级高工,化学分析专业出身的他从20世纪90年代起接触国外进口老旧光谱仪器升级改造。经过多年积累,他已是带领同事研制出全波段地物波谱仪,使野外地物波普在线检测由低温蚀变矿物识别扩展到铁氧矿物识别的“大拿”。

高工殷靓,2004年毕业于吉林大学电气工程及自动化专业。加入高光谱团队后,他快速成长,承担国家重大科学仪器专项中“岩心波谱扫描仪平台系统及岩心成像扫描仪平台系统的研发”,获得2015年中国地质学会第十五届青年地质科技奖金锤奖。

高工陈春霞,开发了岩心扫描仪重要部件——相机控制和图像处理系统,让仪器在扫描速度和统一控制方面更上一层楼。

他们还引进两位外籍科学家,先后与国内外20余家研究机构和企业建立了紧密合作关系。

以成果作为团队建设的试金石

在市场竞争面前,除了实力没有捷径可走。高光谱团队通过走出去、请进来,开阔视野,汲取知识,升华理念,对青年人指方向、给项目、压担子,激发其潜能,使科研人员在研发实践中不断学习、不断成长、不断出成果。十几年里,团队获得专利30余项,其中发明专利4项,软件著作权6项,国家重点新产品1项;1人获得地调局杰出人才奖,1人获得金锤奖,1人获得黄汲清奖,1人被列为江苏省333第二层次培养对象。

每一次仪器的研发创新,都是团队合作的智慧结晶。

最让科研团队骄傲的是成功研制数字化高光谱岩心扫描仪。2010年底,在原国土资源部公益性行业基金支持下,我国首次研制成功全自动数字化岩心扫描仪样机CMS350A;2012年,仪器中心成功申请国家重大科学仪器专项“岩心扫描仪研发与产业化”项目,于2015年研制成功CMS350B型产品,填补了国内空白,获得了实用新型专利和发明专利。中心内聚骨干,外聘专家,产学研结合,2015年研制出我国第一台集图像采集和光谱采集一体化的全数字化岩心成像扫描仪,在2016中国国际矿业大会上成为靓丽风景。

从2006年的6台便携式近红外矿物分析仪样机在地勘单位进行试用开始,如今他们已将便携式近红外矿物分析仪发展到第四代——现场无线通讯型。该仪器采用T型分光技术、一体化设计,体积小便于携带,仪器配有专业的数据处理软件和ipad相连,无论野外或室内,在无线通信环境下,可以随时随地现场检测,实现岩石无损定性和定量分析,提高了野外地质研究和地质调查效率。“目前,仪器研制中心是国际上惟一能够生产此类仪器单位,仪器销往国内外。这一研究不但获2008年度国土资源科技成果二等奖,还获得了国家实用新型专利和国家重点新产品证书。”修连存自豪地说。

2016年,研制成功机载高光谱成像系统,进行了遥感飞行,飞行面积上千平方千米,在土地质量调查、环境检测和水利选址等方面得到应用。

2017年,研制出我国首台数字化岩矿鉴定仪,实现了微区原位成像检测,可对岩石表面进行精密矿物分析和物理属性分析。

2018年,团队又根据野外工作实际需求,研制成功集装箱型岩心光谱扫描仪,保证了仪器工作环境,提高了仪器数据质量,方便了运输和安装。

目前,他们研制和生产的便携式近红外矿物分析仪、小型成像光谱仪和岩心光谱扫描仪等的技术指标已经达到或超过国外水平。

重视转化,为地质勘查“止渴”

由于高光谱遥感数据对地物波谱信息的解析能力明显高于其它遥感数据,其在地质找矿领域应用有着潜在的巨大的经济效益。

以团队研发的全自动数字化岩心光谱扫描仪为例,它采用图像和光谱在线检测技术,实现了岩心自动编录和矿区蚀变矿物立体填图,每天可以完成300米岩心扫描,是地质科研、矿床研究和外围找矿、矿山开采科学数据采集的一大利器。

全自动数字化岩心光谱扫描仪样机测试成功后,中国地质调查局局长钟自然指出:这一仪器实现了岩心数字化扫描,解决了岩心存储和成果共享问题,实现了大数据获取和网上数据库存储,要抓紧成果转化,服务于资源和能源地质勘查需求。

2018年4月16~17日,以团队核心修连存为项目首席科学家的国家重大仪器开发专项“岩心光谱扫描仪研发与产业化”项目通过初步验收。仪器已在青海、新疆、福建、内蒙古、黑龙江、河北和安徽等地的30个矿区得到应用和推广,扫描岩心30多万米,获得了一批重要成果。

因重建精度较高,机载高光谱技术在地质找矿、土地质量调查、环境监测、海洋和生态监测中具有广阔的应用前景。在2009年承担地调地质调查专项“机载高分辨率矿物成像仪”基础上,团队于2016年组织申报成功国家重点研发计划“大视场机载成像光谱仪研发与应用示范”项目。这一国际领先的系统,采用大视场成像光谱仪、三轴稳定平台和惯性导航一体化化设计思路,具有效率高、成本低等特点,具有良好的视场前景。

在科技部、自然资源部和中国地质调查局支持下,团队还自主研发了除星载以外的高光谱对地探测系列产品和矿物光谱分析专家系统软件,构成了高光谱对地立体探测技术体系,填补了国内空白,替代了进口,打破了禁运,以性价比和维护服务优势,降低了使用单位的采购成本,推动了我国对地光谱探测技术在地质领域的发展。

从制造者到传播者、创造者

提升我国地质调查水平,不仅要造出先进工具,更要在地质工作者中加紧推广新概念、新技术、新方法。

这个团队在技术培训、技术推广和地质应用方面做了大量工作,先后举办了10余次全国性的近红外蚀变矿物填图与应用培训班,聘请国内外专家进行学术交流和授课,使这一新技术、新方法逐渐被广大地质工作者所接受,并应用到地质实践中,为地质找矿提供了技术支撑。该团队研制的MSA V8.0光谱数据处理分析专家软件,申请了著作权,这是我国首次推出针对矿物分析的专业软件,具有中英文版本转换功能,以适应国外需要。

面向世界科技前沿、面向国民经济主战场、面向国家重大需求,高光谱团队默默立下了新的目标——研制西方国家对我国禁运的高精度探测器。

“用8~10年时间创建国家级重点实验室和高光谱对地探测工程研发中心平台,创建仪器产业化平台,改革人才培养使用机制,努力锻造杰出、优秀的领军人才,构建结构合理、特色显著的高水平科学研究、技术研发和专业管理队伍,形成人才梯队,为对地观测技术研发汇聚强有力的人才和智力支撑。”加强光谱探测地质仪器研发重点实验室建设,打造人才培养平台、科技创新平台、成果转化平台和国际交流平台——这是团队近期的愿景。

在设计研发上,他们决心以提高数据质量和效率为主线,围绕对地观测技术应用中的关键问题和瓶颈问题,开展技术攻关、系统集成、应用开发和工程化开发,研制出具有自主知识产权、更符合国人操作习惯、更贴合中国国情需要、“皮实耐用”和功能丰富的高光谱仪器系列产品。

“我们还将在完善现有成果的基础上,重点研究热红外波段(7um~14um)系列高光谱仪和低成本商业化小卫星搭载的高光谱成像仪,拓展高光谱对地探测技术的范围,形成光谱矿物分析理论和光谱探测技术等创新技术方法体系,加速科研成果转化和产业化,引领地质勘查技术的提高、应用和发展,支撑地质调查找矿取得重大突破。”修连存说。

提高地球认知,服务国土空间管理和资源开发,从跟跑到并跑,再到领跑国际高光谱对地观测成像技术,高光谱团队以梦为马,正用行动把这双“慧眼”擦得更亮。□

网站编辑:宫莉

返回新闻