三月之星:修连存--为“透视地球”造慧眼,从平凡中发现不平凡

发布时间:2019-04-01

近年来,高光谱应用技术在地质领域得到了深入的应用与发展,不仅深化了地质学的基础研究,也推动着遥感地质填图从岩性向矿物填图的飞跃,推进了高光谱遥感技术在成矿预测、地质成生环境成因信息探测、植被地化信息与理化信息提取以及矿山环境地质等应用的不断深入。这些变化,离不开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主任带领的高光谱研发团队(以下简称高光谱团队)的付出与发展。

一、打破格局、解决基础地质问题

成立于2001年高光谱团队,来源于修连存研究员一个小小的留意。当年,他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。从事高光谱对地探测技术体系和探测器硬件研发,包括空中、地面和地下光谱探测,对应的仪器有:机载成像光谱仪、便携式地物波谱仪和岩心光谱扫描仪,从而构成了对地立体探测技术体系,有效地解决了地质勘查领域对高光谱数据的需求。在遥感影像制作,构造识别,矿物识别,地质勘查、地质和土壤/基岩测量与矿物填图,钻孔和隧道(平峒)编录,蚀变系统填图和找矿目标靶区选择,成矿作用的指示,成矿潜力评价,矿物地球化学和结晶学,采矿中品位控制,土壤中黏土含量监测,辅助遥感图片的辨别等方面发挥重要作用,团队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。

二、技术进步、促进仪器研发创新

每一次仪器的研发创新,都是团队合作的智慧结晶,最让他骄傲的是团队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,团队首次研制成功全自动数字化岩心扫描仪样机CMS350A2012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。团队内聚骨干,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。

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。

2016年,研制成功机载高光谱成像系统,进行了遥感飞行,飞行面积达上千平方千米,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,仪器研制中心是国内惟一能够生产此类仪器的单位,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。

三、成果转化、实现科技服务地质

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,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,每天可以完成300米岩心的扫描,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要抓紧成果转化,服务于资源和能源地质勘查需求。

2018416~17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。

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。

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。

目前,团队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,经过多年来技术推广,新技术得到了地质工作者认可,为地质科研和找矿提供了有力支撑,产生了良好的经济和社会效益。

四、建设团队、聚起优秀人才队伍

修连存是国家重大仪器专项首席科学家,国务院特贴和黄汲青地质科技奖获得者,杰出地质人才,江苏省领军人才和有突出贡献的中青年专家,获得三次国土资源科技成果二等奖,一次中国地质调查局地质科技二等奖,主持国家和部门20余项科研项目。经过多年来学科建设,形成了以高光谱对地探测技术为特色的学科体系,他不断的为团队青年人指方向、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,培养了一批光、机、电、软件和方法研究配套的专业人才队伍。十几年里,高光谱团队获得专利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。团队设有博士和硕士研究生培养点,面向全国招生,通过广泛的国内外学术交流与合作,引进、聚集学术大师,培养优秀科研骨干,造就一支结构合理、特色显著的高水平科学研究、技术研发和专业管理队伍,先后建立了中国地质调查局南京仪器研制中心、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对地探测与新仪器研发重点实验室等三个技术研发平台。

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——这是修连存团队近期的愿景。

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,修连存率领着高光谱团队以梦为马,正用行动把这双慧眼擦得更亮。