高光譜探測儀國產化 我們在路上——訪南京地質礦產研究所修連存...

　　星載成像光譜儀、機載成像光譜儀、無人機(飛艇)成像光譜儀、地面可攜式地物波譜儀、地下巖心掃描儀構成了對地立體探測技術手段。相比通用分析儀器，這些名詞似乎不是那麼熟悉，但是它們卻廣泛應用於地質、環保、農業、林業和海洋領域，特別是在地質勘察領域發揮重要作用。

　　近年來在國家、部門和地調專項支持下，中國地質調查局南京地質調查中心研發了除星載以外的所有儀器，大部分儀器實現了成果轉化，為地質科研和找礦提供了有力支撐，產生良好的經濟和社會效益。

　　什麼是高光譜儀器?我國在高光譜探測儀的研發過程中都取得了哪些成果?與國外的技術還有哪些差距?這裡，儀器信息網特別邀請南京地質礦產研究所修連存研究員給大家一一解答。

南京地質礦產研究所修連存研究員

　　從南京地質礦產研究所研究員到南京中地儀器有限公司總經理，修連存研究員一直致力於儀器研製、實驗測試方法的開發及地質勘查技術的研究，至今已主持各類調查與研究項目數十項。現主要承擔由中國地質調查局《機載成像光譜儀》和國家重大儀器專項《巖心光譜掃描儀研發與產業化》的研究。

　　在多年國產儀器開發和推廣的過程中，修連存研究員不僅研製成功具有自主智慧財產權的X射線衍射儀，推動了國產化儀器的發展;而且在國內首次研製成功並推廣可攜式近紅外礦物分析儀，其中部分產品已出口，為我國地質勘查技術提供了新的方法，提高了經濟效益。

　　「國產高光譜探測儀約佔20%市場份額「

　　儀器信息網：什麼是高光譜技術?

　　修連存：通常在可見光-短波近紅外(400nm-2500nm)範圍內，低於100波段稱為多光譜，大於100波段稱為高光譜，大於1000波段稱為超光譜。隨著技術發展，目前已經能夠做到上千波段。波段越多，被測物質信息含量越多，但數據質量越下降，因此，根據需求來確定波段數非常必要，可以儘量提高信噪比。

　　目前，我國高光譜儀與國外相比，主要差距還是數據質量，但經過多年來的努力，這種差距逐漸縮小，有的儀器數據質量已經超過國外同類產品。

　　儀器信息網：目前普遍應用的高光譜對地探測技術都包括哪些?

　　修連存：目前高光譜對地探測技術包括衛星載荷的多光譜和高光譜成像儀、機載高光譜成像儀、無人機微型成像高光譜儀、地面地物波譜儀和地下巖心光譜掃描儀等，以上這些儀器構成了高光譜遙感對地立體探測系統，廣泛應用在地質、環境、海洋、農業、林業和城市生態等領域。

　　儀器信息網：以上技術中，我國具有自主智慧財產權的技術佔比情況如何?

　　修連存：目前，我國高光譜儀器大部分依賴進口，特別是一些短波近紅外和熱紅外成像設備對我國禁運。現階段，國產高光譜探測儀器約佔20%市場份額。當然，隨著儀器的成熟和國家政策的改革，這一比例會逐年提高。

　　近年來，中國地質調查局南京地質調查中心在科技部、國土資源部和中國地質調查局支持下成功地研製了機載成像光譜儀、微型成像光譜儀、地物波譜儀、巖心光譜掃描儀和相應的數據處理軟體。除機載成像光譜儀樣機外，其它儀器均進行了產品化，並成功進入了市場。

　　多項成果落地開花 填補國內空白

　　儀器信息網：能否分享一下國產高光譜探測儀的研發歷程?都取得了哪些成果?

　　修連存：上個世紀九十年代，第一臺用於礦物分析的PIMA儀(可攜式短波紅外礦物分析儀)在澳大利亞誕生，它的誕生，打破了傳統的地質礦物分析方法，實現了礦物分析定量化，從而帶來了地質研究和地質找礦技術的革命。礦物分析儀在地質領域的主要應用包括礦物識別、蝕變礦物填圖、鑽孔和隧道(平硐)編錄、成礦作用的指示、成礦潛力評價、採礦中的品位控制和輔助遙感圖片的判別等。

　　2004年，國土資源部中國地質調查局立項研製可攜式近紅外礦物分析儀，2006年完成樣機研製，2008年實現產品化，產品銷往國內外市場，目前已發展到第四代產品;

　　2009年和2012年，在國土資源部公益基金和科技部重大儀器專項支持下，於2014年研製成功寬譜段地物波譜儀、巖心光譜掃描儀，2015年研製成功微型成像光譜儀，並實現產品化，進入市場銷售;

　　2009年，在國土資源部中國地質調查局支持下，於2014年研製成功機載成像光譜儀樣機，並在新疆哈密進行了試飛，驗證了儀器性能和指標，為後續產品化打下了基礎。

　　上述儀器研製成功，填補了國內空白，降低了採購成本，實現了技術推廣，推動了高光譜探測技術的發展。

　　儀器信息網：是什麼原因或者契機促使您選擇國產高光譜探測儀研發這樣的課題?都取得了哪些科研成果?未來有哪些研發計劃?

　　修連存：我從長春地質學院儀器系畢業後被分配到地質行業工作，從事過實驗測試，進口儀器計算機升級改造和國家十五公關項目「X射線衍射儀研製」工作，積累了一些經驗與技術。

　　2000年，中國地質調查局南京儀器研製中心成立。中心的主要目標是依託自身人才和技術優勢，研製適應廣泛的分析儀器，開展儀器的推廣應用，培養人才。當時，根據地質需求，結合實際調研，我們發現高光譜對地觀測技術在國外剛剛興起，國內還是空白，市場前景廣闊，經過十幾年來的探索，終於為我國高光譜探測技術的發展和人才培養奠定了基礎。同時還採取國內外技術聯合方式建立了兩個省級重點實驗室以發展我國的高光譜事業。目前，我們已成功研製了機載成像高光譜儀、無人機小型成像高光譜儀、地物波譜儀、地下巖心掃描儀和礦物光譜分析專家系統，並進行了高光譜信息提取方法研究和技術應用示範。

　　未來，中國地質調查局南京儀器研製中心將在完善現有成果的基礎上，重點研究熱紅外波段(7um-14um)系列高光譜儀，同時開展相應的技術方法研究，拓展高光譜對地探測技術的範圍。

　　儀器信息網：是什麼原因促使您成立南京中地儀器有限公司?目前主營業務有哪些?

　　修連存：中國地質調查局南京儀器研製中心成立後，首次研製成功的是可攜式近紅外礦物分析儀。為了儘快實現成果產業化，2005年南京中地儀器有限公司成立。通過公司平臺對成果進行工程化設計，實現了生產、銷售和服務一條龍，搭建了產學研用平臺，實現產品優化和換代。

　　儘管由於體制機制的問題，也曾出現過一些波折，但是在國家大眾創業，萬眾創新方針指導下，在國家成果轉化法推出的背景下，公司機制還是堅持下來了。目前公司產品有無人機微型成像高光譜儀、可攜式近紅外礦物分析儀、地面地物波譜儀、地下巖心光譜掃描儀和礦物光譜分析專家系統軟體，這些儀器只有南京中地儀器有限公司生產，國內還沒有其它機構和廠家生產銷售(其它所售產品幾乎都是代理國外廠家生產的產品)，特別是可攜式近紅外礦物分析儀在國內外實現了獨家生產，產品銷往國內外。

　　總體來說，我們依託公司平臺，通過產學研結合，打破了體制障礙，較好地解決了成果轉化問題，建立了這一行業高科技產業鏈，打造了光譜對地探測儀器系列產品。同時，經過多年來的技術推廣，我們的產品和技術也得到了地質工作者的認可，為地質科研和找礦提供了有力支撐，產生了良好的經濟和社會效益。

 

寬譜段地物波譜儀                     便攜近紅外礦物分析儀

 

VNIR 微型成像光譜儀                    SWIR 微型成像光譜儀

 

巖心光譜掃描儀                        機載成像高光譜儀

　　便攜近紅外礦物分析儀已達到或超過國外水平

　　儀器信息網：相對於進口產品，目前國產高光譜探測儀的技術水平如何?

　　修連存：近年來，隨著技術進步和國家科研投入的增加，國產高光譜探測儀器技術指標與國外技術指標的差距越來越小，比如我們生產的可攜式近紅外礦物分析儀、微型成像光譜儀和巖心光譜掃描儀等的技術指標已經達到或超過國外水平。相對來說，其它儀器還有一定的差距，主要是數據質量還有待提高，這需要經歷一個過程。

　　儀器信息網：您在國內首次研製成功並推廣可攜式近紅外礦物分析儀，請介紹一下技術優勢以及目前的應用和銷售情況?下一步的研發計劃?

　　修連存：目前可攜式近紅外礦物分析儀國際上只有南京中地儀器有限公司獨家生產，產品除供應國內市場外，還銷往澳大利亞、加拿大、緬甸、印尼和蒙古等國。

　　該儀器採用T型分光技術，具有體積小、重量輕、便於攜帶等特點，儀器配有專業的數據處理軟體，可實現野外和室內現場檢測，實現巖石無損定性和定量分析，還可用於珠寶鑑定和藥品原材料檢測。此外，該儀器已經申請了國家專利。

　　儀器信息網：國產高光譜探測儀要想得到進一步發展，有哪些問題亟待解決?

　　修連存：高光譜探測儀是一種高科技產品，涉及到光學、機械、電子、軟體、技術方法和應用等學科，以往注重硬體研究，忽視了技術方法和應用，造成了儀器研製成功之後不知怎樣應用的尷尬局面。

　　我的體會是：儀器硬體和應用方法各佔50%比例，以滿足需求為條件，以提高數據質量為主線，避免片面追求指標而無法應用的情況發生。

　　一個國產儀器開發者的心聲

　　儀器信息網：當前，國產儀器與進口儀器的差距大家有目共睹，為此也引起了一次又一次的相關探討，特別是在成果轉化方面一直有諸多嘆息。作為一位一直致力於國產儀器開發的科研工作者，您對國產儀器的現狀有什麼樣的評價?在成果轉化方面有哪些需要注意的事項?

　　修連存：目前國產儀器發展迅速，但是仍在低端儀器徘徊，高端儀器依賴進口，用戶喜歡購買進口儀器，這就需要國家政策強力引導。

　　另外，科研成果與生產對接嚴重脫節，缺乏資本運作機制，最近國家出臺了成果轉換法，解決了科研成果轉化體制機制問題，但還需要單位領導克服舊觀念，真正落實到位，同時改變科技人員評價機制，從發表論文和獲獎檔次作為考核指標，轉變為績效考核，真正實現創新和成果轉化。

　　儀器信息網：在國產儀器研發和推廣的道路中必然需要克服很多困難，您是如何做到的?想必您一定有很多切身體會，可否給大家分享一些，與大家共勉?

　　修連存：首先認準市場，市場是決定儀器研發和推廣成敗的關鍵，沒有市場的儀器是無法發展前途的；另外就是持之以恆，保持團隊穩定，給團隊一個良好的科研環境，合理的待遇；再就是利益共享，共同發展。

合影

撰稿編輯：葉建