中國環境光學儀器正在崛起——訪中科院安徽光機所所長劉文清研究員

 引言

目前，環境監測儀器市場已成為我國環保產業新的增長點，據不完全統計，預計2010年國內該市場容量將增至110億元，國家環境保護部科技標準司日前也明確表示，環境監測儀器和技術是未來我國環保產業重點發展的四大領域之一。但長期以來，我國環境監測儀器的研發和應用卻嚴重滯後：上世紀80年代才開始從國外引進一些儀器設備，90年代出現仿製、或部分研製的國產儀器，而成套在線監測設備的國產化則起步於2000年左右。

進入21世紀，中國科學院安徽光學精密機械研究所（下簡稱「安光所」）瞄準環境科學的國際前沿和國家對環境問題的重大需求，通過承擔國家863資源環境領域、中科院知識創新工程及國家自然科學基金等課題，積極開展環境監測技術新原理、新方法和環境監測儀器技術集成等環境高新技術研究，先後自主研發「機動車尾氣遙測車」、「城市空氣品質連續自動監測系統」、「煙氣排放連續自動監測系統」、「氣溶膠雷射雷達」等系列環境光學監測儀器，已在激烈市場競爭中嶄露頭角，大有逐步替代同類進口儀器之趨勢；以「城市空氣品質連續自動監測系統」為例，截至目前，累計在全國25個省市區安裝DOAS城市空氣品質子站400餘套，佔據全國同類產品約2/3的市場份額，單這一項產品就為國家節省外匯數億元。

中科院安徽光機所所長劉文清研究員

為了深入了解安光所在環境光學儀器研製方面的成功經驗，2009年8月11日，儀器信息網採訪了中科院安徽光機所所長劉文清研究員，其就我國環境光學技術與儀器的目前現狀、產業化模式、發展趨勢等方面發表了見解；採訪過程中，安光所副所長劉建國研究員、環境光學監測技術研究室副主任謝品華研究員全程陪同。

 

安光所開啟我國環境光學儀器研製的新局面

劉文清研究員說：「目前，從環境監測技術原理看，無非有光學、電化學、色譜、質譜等幾類，監測方式有在線的、離線的、遙測的、車載移動的等；其中，光學監測技術，監測範圍廣、速度快、成本低、可實現長期動態監測，是環境監測分析儀器發展主流方向之一。估計環境光學儀器要佔據整個環境儀器市場的三分之一。」

早在1998年，劉文清研究員在安光所組建技術團隊，以環境光學監測技術為主要研究方向，利用安光所在光、機、電及自動控制方面的優勢，重點開展高分辨光譜分析方法的研究，如雷射光譜技術、差分光學吸收光譜學（DOAS）、可調諧二極體雷射光譜學（TDLAS）等。在水體、大氣環境和汙染源監測方面，發展若干種具有自主智慧財產權的環境優先物高靈敏、低劑量檢測方法，以及重要汙染指標常規在線監測技術和雷射環境探測技術。

2003年5月，安徽省委副書記張平陪同全國人大副委員長、中科院院長路甬祥視察實驗室，並聽取關於環境光學監測技術研究和產業化情況匯報

安光所在研發替代進口的高檔常規環境監測儀器設備、開拓創新性環境監測技術方面取得了優異成績，開發了區域大氣複合汙染立體監測技術系統，並在北京、廣州、上海等城市開展了綜合科學觀測實驗和系統示範，為深入探討區域大氣汙染防護和治理提供了新的監測技術和手段，先後獲得國家、省部級科技成果20餘項、國家專利30多項，其部分科研成果成功實現產業化，初步打破了多年來我國高檔環境監測儀器依賴進口的局面。

  

國家自主創新產品：環保機動車尾氣道邊監測系統

國家自主創新產品：城市空氣品質連續自動監測系統

安光所兩項產業化成果入選首批《國家自主創新產品目錄》

煙氣連續自動監測系統光譜儀系統（市場銷售600餘套）

在2008北京奧運與帕運會期間，安光所在中國科學院領導指揮下聯合中科院兄弟單位，主持「北京及周邊地區奧運大氣環境監測和預警聯合行動計劃」項目，劉文清研究員出任該項目負責人，所採用儀器設備95%以上都是中科院研究所自主研發的，其中利用安光所自主研發的環境光學立體監測技術及設備達60餘套，有效彌補了北京市大氣環境例行業務在監測手段、內容和範圍等方面不足，出色地完成了國家交付的這項戰略任務。

2007年8月，北京市市長王岐山在中科院江綿恆副院長的陪同下，視察安徽光機所建立的大氣環境立體綜合監測系統，並實地考察了奧運主場館環境監測超級站

安光所榮獲「北京奧運會帕運會環境質量保障特別貢獻獎」

歷經十年發展，安光所已成為我國環境光學在線監測技術的創新源頭單位。「針對環境光學與監測技術目標，相對國內外同行，做的比較系統和全面。在自主技術創新的同時重視重大應用突破，重視對環境汙染機理、環境汙染對生態和氣候的影響、以及環境遙感監測等基礎性研究方面深入探求並取得了國際先進水平的研究成果，並發展了一系列環境監測先進技術和新方法，適時地產品化、工程化和努力產業化。」

談及取得出色成績的原因時，劉文清研究員談了如下幾點：

（1）以市場需求為導向，以實現產品化為研發目標，核心技術研發是關鍵

 「我們強調充分調動科研人員的主觀能動性，堅持把科技成果作為實現產品化的第一步，重點解決原理樣機到實用化產品之間的穩定性、可靠性等關鍵技術和工藝問題，特別注重新研製產品的示範、試用這個環節，這也是我們作為高技術研究所與其它類型院所的區別，通過高技術研究，推動先進環境監測技術產品化、實用化。」

「『照葫蘆畫瓢』，無技術創新的仿製不可能做出好儀器來。做高端儀器產品，就必須重視核心技術的研發，只有在核心技術突破之後，再去研發整機。同時，在關鍵元器件上不能省錢，一千元傳感器與幾百元傳感器的性能是有區別的。」

（2）瞄準國際環境監測技術制高點，力爭做到同步發展

「瞄準環境監測技術制高點，參與國際環境監測高技術競爭，作為高技術背景的中科院研究所，定位在國家環境戰略高技術研發，不去做目前國內企業已經能夠做和應該做的研發工作。比如說，我們正在研究的溫室氣體排放監測，其進度應該跟國外差不多，一旦國家在這方面有需求，我們的研究技術就能迅速產品化。」

安光所非常注重國際間科技交流與合作，目前已與二十多個國家和地區研究單位、大學和有關公司建立了合作，如與亞洲雷達觀察網、亞太經合組織環境監測技術中心、DOAS環境探測技術發明人U. Platt教授研究團隊（德國海德堡大學環境物理研究所）等組織或團隊有著良好合作關係，密切關注國際環境監測技術發展動態和技術制高點。

（3）儀器研製，要特別注重對其技術路徑的智慧財產權保護

 「目前，大部分儀器工作原理基本不存在智慧財產權問題，其核心部分往往是其分析方法與分析思路，所以研製儀器時要有自己的技術創新，並要做好專利申請，避免日後發生智慧財產權糾紛。我們的科技人員要有專利保護的意識。」

曾經，劉文清團隊在空氣監測子站研製之初，一家國外公司就質疑安光所在收發兼容望遠鏡設計中採用了他們的技術路線，但當劉文清團隊給對方傳去德國一位教授多年前對該結構的構思，以及自己對其改進後的技術路徑發明專利，該公司隨後便發來書面道歉函。

雷射雷達（安光所是目前該系統國內唯一研發和生產單位）

新成果之一：工業有毒廢氣雷射在線監測技術及系統（成功應用於勝利油田站場管道H₂S氣體在線監測）

新成果之二：分布式無源光纖瓦斯傳感器系統（已在安徽淮南礦業集團謝家集第一煤礦進行試用）

2009年初通過鑑定的安光所兩項最新科研成果（綜合技術性能均達到國內領先水平）

（4）應用示範、開發國產環境光學監測儀器市場

一直以來，由於穩定性和可靠性問題，用戶有時寧願花高價買國外產品，也不願意嘗試使用國產儀器，但在與國外產品的競爭中，安光所研製的環境光學監測儀器卻逐漸得到用戶認可。劉文清研究員認為：「一方面，我們必須先做到儀器在性能上不弱於國外同類儀器，比如在總投入3億元以珠三角為示範區的「十一五」國家863計劃資源環境技術領域「重點城市群大氣複合汙染綜合防治技術與集成示範」重大項目，我們安光所參與其中，與國外多個研發團隊同時進行的外場觀測實驗中，NO₃這個參數就是我們最先測出來，國外的儀器就沒有測出來；另一方面，中國一些城市的大氣汙染較重，以及汙染特點與國外也有所區別，國外儀器有時在中國市場上的環境適應性方面還存在一些問題。這就給能適合國情的國產儀器發展留下較大的市場空間。」

 

積極探索環境監測儀器產業化的一些做法

「十五」期間，劉文清研究員及其領導的團隊爭取到多項國家863和國家自然科學基金項目，先後承擔「可調諧紅外雷射差分吸收汽車尾氣道邊監測技術與系統研究」、「城市空氣品質自動監測系統關鍵技術及集成設備研製」和「基於雷射技術的大氣汙染光學監測技術與產業化」等課題研究。

「十一五」期間，安光所又承擔了國家863「連續自動環境監測技術系統與設備」和「重點汙染源現場監測技術與儀器研製」等重點項目的研究工作，開展了針對飲用水源、水環境質量和水汙染源，工業面源VOC和溫室氣體排放，以及工業源現場監測儀器的研發。

安光所在大氣、水環境質量和汙染源監測技術方面，先後與「安徽藍盾」、「安徽寶龍」、「河北先河」、「武漢天虹」、「湖南力合」、「合肥金星」等企業建立長期合作，與「北京遠東」、「北京儀浮」等企業開展技術成果轉讓合作，與「聚光科技」等企業合作承擔國家課題。

安光所榮獲榮譽陳列處一角

勿容置疑，安光所在科研成果產業化方面積累了豐富經驗，針對如何進一步探索環境監測儀器產業化的成功道路，劉文清研究員強調：

（1）堅持走產學研結合的產業化道路，注重「優勢互補」

「要堅定不移地走產學研結合的產業化之路，通過長期戰略合作，實現技術轉移和轉化；在技術研發的過程中，不需要什麼都做，要與有實力的企業合作，優勢互補、強強聯合；比如說，我們的光學很強，與電子、機械方面強的企業合作比較合適。技術轉移和轉化中企業還需要再創新，與具有相關基礎的實業聯手比較好。」

「我們願意跟搞實業的企業合作。就前段時間，合肥有位做高爾夫產業的老闆賺了一大筆錢，想做環境監測儀器，我謝絕了他。」

（2）讓企業成為環境科技創新的主體，與企業建立長效合作機制，有助促進科研成果真正實現工程化、產業化

「作為高技術研究單位，還是希望合作的企業能把成果一次性『接』過去，但企業也有難處，能否順利消化、轉化是個問題，同時，企業也擔心研究單位今天一次性把技術轉移給我了，改天又變變形式又『轉』給別的企業。所以就目前情況，就需要科研院所與企業建立一種長效的合作機制。一方面，企業比較放心，另一方面，科研人員研發的東西可以持續跟進。事實上，一個科研人員一輩子把一種儀器真正研究清楚，就已經是非常了不起。」

「我們與企業合作，一般根據具體成果及其市場前景，採用入股、轉讓等多種方式，但前提是真正能保證技術成果的產業化，至於合作可能產生的利益如何分配倒是第二位的。」

（3）主張「生產一代、儲存一代、研發一代」的儀器研製發展思路

「為了企業長遠發展，從儀器研發角度，企業應該要有『生產一代、儲存一代、研發一代』的發展思路；特別是在『研發一代』層次上，真正搞清楚一些分析方法，做一些系統性集成創新，同時加大技術積累與基礎研究，畢竟高端儀器做到最後，基礎研究顯的更為重要。

「但是有很多企業，特別中、小型企業，只能『生產一代』，『存儲一代』、『研發一代』就談不上，這樣的企業沒有多大後勁。我想說，企業老闆要有戰略眼光，為了企業的未來發展，應該注重一些高端技術與產品的『儲存一代與研發一代』。」

（4）成立「863國家環境監測技術產業化聯盟」，致力創建整個產業鏈

日前，由安光所牽頭正在積極爭取組建「863國家環境監測技術產業化聯盟」，前段時間，這個國家863環境監測技術研討會在合肥召開，有十幾個企業積極參與。「國家應該進一步鼓勵產學研合作、並建立技術產業化聯盟，我認為，未來的環境監測儀器市場還要細分，通過這種一系列產研單位的『聯盟』，致力於把整個產業鏈建起來。」

 

劉文清研究員談我國環境監測行業嚴峻態勢與發展趨勢

採訪現場

我國環境監測技術現狀與發展趨勢是業內普遍關注的話題，自然是此次採訪的主題之一，劉文清研究員對此發表如下見解與觀點：

（1）目前我國環境監測儀器與技術的基本現狀

總體來說，中國環境監測技術總體上發展比較快、潛力很大，與國外先進水平差距不斷縮小，尤其在光譜類環境監測技術與儀器方面；在一些重大的國家項目中，我國自主研製的儀器也發揮越來越重要的作用。環境監測設備國產化程度在逐步提高，如：大氣環境監測設備發展迅速，水環境監測設備穩步發展，土壤環境監測設備也已起步。但國產的環境監測儀器和設備中還存在著自動化程度較低、部分關鍵元器件仍受制於人等問題。

我國環境監測技術在時間、空間、數據可靠性、一些特殊汙染物的監測手段等方面仍存在一些問題，與歐美等國有較大差距；尤其，在機載平臺上的環境遙感監測技術研究開展的很少，用於星載大氣痕量成份探測的專用傳感器研究幾乎還沒有開展，支撐環境物理和環境化學研究工作的先進分析儀器設備還依賴進口。

（2）制約我國環境監測高技術產業化的主要因素

首先，我國環境監測技術自主創新不夠，環境監測設備的製造水平亟待提高。國產大氣和水環境汙染源現場和自動監測設備在適應高溫高溼等惡劣條件方面急需加強，設備的穩定性和可靠性等急需提高。

其次，發展國家先進環境技術產業缺乏工程化的科技成果。由於我國環境資源監測的業務範圍、應用部門增多，監測手段、方式、項目、精度發生明顯轉變，對在線、連續、遠距離、高靈敏、高選擇性的先進環境監測技術和設備的需求比任何時候都更加迫切。這就對新儀器的適應性、工程化提出了更高的要求。

最後，支撐國家環境監測的技術體系、標準和方法亟待完善。國外環境監測已進入以人的健康為內容的環境監測，而我國仍然進行的是以主要汙染物監測為內容的環境質量監測，三級國控環境監測網尚在建設中，建設國家環境監測預警系統是一項長期而艱巨的任務。

（3）環境監測技術與儀器的發展趨勢

目前，環境監測技術的總體發展趨勢：以現場人工採樣和實驗室分析為主向多參數網絡在線、多功能自動化方向發展；環境樣品預處理由手工單樣品處理向在線自動化和批量化處理方向發展；由較窄的局部監測、單純的地面環境監測向全方位遙感遙測相結合的方向發展；野外和現場環境監測儀器向可攜式、小型化方向發展；環境監測手段向物理、化學、生物、電子、光學等技術綜合應用的高技術領域發展，表現在高精度、自動化、集成化和網絡化；環境監測方法的綜合性、靈敏性和多功能性日益增強，檢測限越來越低。

在技術研發上，將從單項監測技術研發應用轉變為監測技術集成應用，從局部（點）監測轉變為區域（面）監測，能夠實現多參數同時測定的各種監測技術研發和儀器設備實現業務化應用、用於科學研究的高層次專用監測技術設備，將成為環境監測發展的主流 。

 

編者手記

隨著目前國家對日趨嚴峻的環境與生態問題越來越重視，我國環境監測儀器行業市場因此孕育巨大商機已不言而喻，大力發展先進環境監測技術和先進監測儀器設備變得必不可少。近幾年我國環境監測儀器企業雖然有了較大發展，一批骨幹環境監測製造企業也在做大做強，但仍存在產品技術水平不高、種類比較單一、沒有形成產品系列等問題，尤其在中、高端市場上，還很難跟國外儀器廠商全面競爭。

如何在激烈市場中迎來發展良機，進一步搶佔國內中、高端環境監測儀器市場，安光所在環境光學領域的創新研究以及產業化示範，帶給我們諸多啟示與借鑑；也正如劉文清研究員所言，隨著國家整體產學研結合機制與政策的有效實施，國內基礎元器件行業的整體發展，一系列環境監測領域核心技術和關鍵部件的攻關與突破，以及國內用戶對國產儀器「不好用」觀念逐漸被事實所扭轉，相信經過「十二五」的努力，我國自主研製的環境監測儀器會在中、高檔市場上佔據「一席之地」。

採訪編輯：王海

 

附錄1：中科院安徽光機所

http://www.aiofm.ac.cn/

 

附錄2：劉文清研究員簡介

劉文清，1954年1月出生，安徽蚌埠人，中國科學院安徽光學精密機械研究所所長，研究員、博士生導師，國家環境光學監測儀器工程技術研究中心主任。1978年畢業於中國科技大學物理系分配安徽光機所工作，其間1987～1989年義大利米蘭工業大學物理系訪問學者，從事生物組織雷射光譜研究；1993～1995年希臘克裡特大學醫學院訪問學者，從事雷射醫學診斷研究，獲博士學位；1996～1998年日本千葉大學環境遙感中心博士後，從事大氣探測雷射雷達研究。1998年至今在安徽光機所，從事環境光學監測技術研究，系列環境監測高技術成果及其產業化應用，獲得國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步一等獎2項、二等獎3項。受聘「十一五」國家863計劃資源環境領域專家、安徽省「115」產業創新「環境光學監測儀器研發」團隊帶頭人。2000年獲國務院政府津貼。