公示材料-大气与海洋多参数三维立体激光遥感探测技术及应用

一、项目名称

大气与海洋多参数三维立体激光遥感探测技术及应用

二、申报奖种及等级

山东省科技进步奖二等奖

三、提名者及提名意见

提名者：齐鲁工业大学

提名意见：我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关条目均符合2025年度山东省科学技术进步奖提名书的填写要求。

激光遥感探测技术因其在气象、环保、海洋、交通、军事等方面潜在的巨大应用前景，受到了欧、美、日等发达国家高度的重视，限制对我国的该项技术的发展，是我国35项被“卡脖子”技术之一。该项目在国家重点研发计划和国家自然基金等项目资助下，针对陆海复杂环境下大气与海洋环境多参数探测技术装备的实际需求和行业痛点问题，通过产学研紧密合作与技术攻关，突破了动态平台下激光雷达精确测量大气与海洋环境参数的信息理论、信号处理与系统架构等关键技术，研制完成了相干测风激光雷达、大气气溶胶激光雷达、大气温湿探测激光雷达、激光污染气体探测仪以及海洋探测激光雷达等探测装备，可实现从海水表层到大气层多参数的观测与研究。该项目技术成果已在气象局、海洋局等多部门以及我国南极中山站进行了推广应用，在北京冬奥会期间进行了气象保障服务，受到一致好评。本项目已授权专利 19 项，发表论文 21 篇，软著5项，海洋行业标准 2 项。技术成果通过作价入股成立了科技公司，完成科技成果转化，推动了其产品化和市场应用，提高了我国大气与海洋激光探测的技术和装备水平，实现了复杂环境下大气与海洋环境感知的赋能增效，产生巨大的经济和社会效益。

提名该项目为2025年度山东省科学技术进步奖二等奖。

四、项目简介

本项目围绕陆地、极区大气和海洋探测的实际需求，按照“需求导向-关键技术研究-装备研发-观测应用-成果转化-产业化”的总体思路，在国家、省部级等项目的支持下，突破了大气、海洋探测激光雷达以及污染气体激光探测传感器等多项关键技术，取得了创新性成果，并进行了推广应用，通过成果转化和产业化，提升了我国激光探测装备水平，提高了科学研究与服务保障能力。

本项目通过产学研深度融合，充分发挥研究所和高校在技术研究与创新的科研能力，以公司产品化和市场化的优势为依托，实现了科技成果的产业化和应用推广。项目团队通过自主创新，研制了系列化的大气探测激光雷达、污染气体激光探测传感器以及海洋探测激光雷达，实现了在陆地、极区大气探测和海洋环境监测领域的创新应用，经济效益达数亿元。主要科技创新内容如下：

1、研制了地基、船载和漂浮式大气风温探测激光雷达，实现了全天时、全高程大气温度、水汽和风场探测，为极区大气探测、海上风资源开发、飞机起降安全保障等提供了可靠的技术装备，多项技术支撑了国家重大科技基础设施。相干测风激光雷达完成国际首次在南极部署以及国内首次海上浮标平台业务化应用；填补了我国极区大气参数垂直廓线探测的空白。相关科技成果已完成转化与产业化，直接经济效益达数亿元。

2、针对气溶胶与污染气体探测，研发了系列化大气气溶胶激光雷达、中红外激光雷达与激光气体传感器，实现了对气溶胶、CH4、CO2等大气污染物的高时空分辨率、高精度探测。国内首次实现海洋大气气溶胶垂直剖面走航观测；在中国气象局进行了长期业务化观测，在南海永兴岛部署了“中国最南端的双波长大气气溶胶激光雷达”。中红外大气污染物通量激光雷达解决了国外对国内禁运的卡脖子关键技术，填补了我国中红外波段消光系数领域的空白，相关成果完成成果转化。

3、针对海水表层环境参数与水下目标探测，突破了双视场光路设计、基于FPGA的高精度扫描控制与水下光子计数探测技术，建立了水体多参数反演方法与稀疏光子信号提取算法，研发了海洋激光雷达与水下激光成像系统，实现了海水表层光学参数、叶绿素与悬移质浓度探测以及水下目标的毫米级测距精度和5个衰减长度探测能力，对推动我国海洋强国战略以及蓝色经济发展具有重要的作用。

本项目科技成果得到了专家的一致好评，山东省海洋发展研究会评审专家组认为：“激光雷达技术成果整体水平达到国内领先”；中国电子学会专家组认为：“漂浮式深远海风浪流一体化剖面观测平台性能一流，达到国际同类漂浮式测风激光雷达的同等水平”。本项目已授权专利20项，发表论文22篇，软著5项，海洋行业标准 2 项。在海洋、气象、环保等部门开展了长期业务化观测，并实现了在极区的部署与应用，为大气与海洋环境监测、极区大气研究、天气预报与预警提供了技术支持。

五、主要知识产权和标准规范等目录

按照手册要求填写，不超过10件，以表格形式体现（以下为例，自行编排）。（字体：仿宋四号）

六、主要完成人情况表（姓名、国籍、身份证号、排名、技术职称、工作单位、二级单位、完成单位、参加本项目的起止时间、对本项目技术创造性贡献、曾获省级以上科技奖励情况）

1.姓名：王章军；国籍：中国;排名：1/10；技术职称：研究员；行政职务：副所长；工作单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所 ；二级单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所；完成单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所;参加本项目的起止时间:2016.01.01-2023.12.12;具体贡献：在该技术研发中承担80%工作量，对三项创新点均有贡献：1. 主持开发系列大气风温探测激光雷达关键技术，多项技术支撑了国家重大科技基础设施；主导设计极区测风激光雷达，实现南极首台部署应用；2.主持开发系列化大气气溶胶激光雷达，支撑海洋/岸边观测及气象局业务化运行；3. 主持开发海水表层环境参数与水下目标探测技术与装备，构建了有效的海洋环境参数观测方法。同步完成"大气气溶胶激光雷达"成果转化。曾获奖励情况：2022年度山东省科技进步二等奖。

2. 姓名：夏金宝；国籍：中国;排名：2/10；技术职称：副研究员；行政职务：无；工作单位：山东大学 ；二级单位：山东大学新一代半导体材料研究院；完成单位：山东大学;参加本项目的起止时间:2016.01.01-2023.12.12;具体贡献：在该技术研发中承担80%工作量，对创新点一和二均有贡献：1. 参与开发系列大气风场探测激光雷达关键技术，开发数据采集控制软件；2.主持开发系列化大气痕量污染气体监测关键技术，攻克中红外大气污染物通量激光雷达“卡脖子”技术，进行了高原探测；曾获奖励情况：无。

3. 姓名：禹智斌；国籍：中国;排名：3/10；技术职称：副教授；行政职务：无；工作单位：哈尔滨工业大学（深圳） ；二级单位：空间科学与应用技术研究院；完成单位：哈尔滨工业大学（深圳）;参加本项目的起止时间:2016.01.01-2023.12.12;具体贡献：本人在该技术研发中投入的工作量占本人工作总量的 80%，对创新点一和二均有贡献：1. 主持中低层测温激光雷达建设，实现大气温度全天时精准测量； 2. 开发气溶胶微弱信号反演算法，突破全天时气溶胶探测瓶颈；曾获奖励情况：无。

4. 姓名：陈超；国籍：中国;排名：4/10；技术职称：副研究员；行政职务：无；工作单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所；二级单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所；完成单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所;参加本项目的起止时间:2016.01.01-2023.12.12;具体贡献：本人在该技术研发中投入的工作量占本人工作总量的 70%，对三项创新点均有核心贡献：1. 参与研制了极区部署的相干测风激光雷达；2. 主导海洋大气气溶胶激光雷达光路设计，支撑海洋、岸边及气象局业务化观测；3.主持海洋激光雷达系统研发，实现了海水光学参数、叶绿素与悬移质浓度的垂直剖面同步探测；此外，牵头制定激光雷达企业标准；曾获奖励情况：2022年度山东省科技进步奖二等奖。

5. 姓名：管军；国籍：中国;排名：5/10；技术职称：无；行政职务：总经理；工作单位：青岛华航环境科技有限责任公司；二级单位：青岛华航环境科技有限责任公司；完成单位：青岛华航环境科技有限责任公司;参加本项目的起止时间:2016.01.01-2023.12.12;具体贡献：本人在该技术研发中投入的工作量占本人工作总量的 70%，主要贡献在相干测风激光雷达技术研发中：主持攻克姿态校正、运动补偿及多源融合动态风速测定技术，开发高效风场反演算法，推动了相干测风激光雷达的产业化与业务化应用；曾获奖励情况：无。

6. 姓名：张百涛；国籍：中国;排名：6/10；技术职称：教授；行政职务：无；工作单位：山东大学；二级单位：新一代半导体材料研究院（晶体材料全国重点实验室）；完成单位：山东大学;参加本项目的起止时间:2016.01.01-2023.12.12;具体贡献：本人在该技术研发中投入的工作量占本人工作总量的 60%，主要贡献在中红外大气污染物通量激光雷达技术研发中：负责研制了大能量中红外激光光源，解决了窄线宽种子激光输出、光纤放大、非线性光学差频以及光参量振荡关键技术；曾获奖励情况：2023年获国家自然科学基金优秀青年基金；2024年获山东省科学技术青年奖；2024年获山东省自然科学基金杰出青年基金。

7. 姓名：于洋；国籍：中国;排名：7/10；技术职称：助理研究员；行政职务：无；工作单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所；二级单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所；完成单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所;参加本项目的起止时间:2020.07.01-2023.12.12;具体贡献：本人在该技术研发中投入的工作量占本人工作总量的 60%，主要贡献在水下激光三维成像激光雷达技术研发中：主持研制了小型化、低功耗的水下激光三维成像激光雷达，设计了基于FPGA的高精度扫描控制技术，提出稀疏光子信号提取算法，实现水下目标高精度三维成像；曾获奖励情况：无。

8. 姓名：李先欣；国籍：中国;排名：8/10；技术职称：副研究员；行政职务：无；工作单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所；二级单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所；完成单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所;参加本项目的起止时间:2016.01.01-2023.12.12;具体贡献：本人在该技术研发中投入的工作量占本人工作总量的 60%，主要贡献在系列大气风温探测激光雷达技术研发中：参与大气风温探测激光雷达的光路设计与系统搭建，并开展了激光雷达海洋观测的创新应用，参与设计了激光雷达三分束激光发射装置，为中高层激光雷达发射系统的搭建提供了技术支持；曾获奖励情况：2022年度山东省科技进步奖二等奖。

9. 姓名：刘冬；国籍：中国;排名：9/10；技术职称：工程师；行政职务：经理；工作单位：青岛华航环境科技有限责任公司；二级单位：青岛华航环境科技有限责任公司；完成单位：青岛华航环境科技有限责任公司;参加本项目的起止时间:2018.05.01-2023.12.12;具体贡献：本人在该技术研发中投入的工作量占本人工作总量的 60%，主要贡献在相干测风激光雷达技术研发中：负责系列化相干测风激光雷达信息化系统建设，整合数据并优化算法，支撑业务需求；推动激光雷达产品市场化应用，性能达标且效益显著，满足气象、环保、机场及海洋等领域对大气风场的高精度观测需求；曾获奖励情况：无。

10. 姓名：李辉；国籍：中国;排名：10/10；技术职称：工程师；行政职务：无；工作单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所；二级单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所；完成单位：山东省科学院海洋仪器仪表研究所;参加本项目的起止时间:2018.01.01-2023.12.12;具体贡献：本人在该技术研发中投入的工作量占本人工作总量的 60%，主要贡献在系列化大气风温探测激光雷达技术研发中：参与研制并部署了极区相干测风激光雷达；参与了系列海洋与大气环境光学监测装备的设计，开展了海洋观测、大气观测、岸边观测和气象局业务化应用与数据分析；赴南极开展极区激光雷达观测保障 500 余天，为激光雷达极区观测应用与科学研究贡献了力量；曾获奖励情况：2022年度山东省科技进步奖二等奖。

七、主要完成单位情况表（单位名称、排名、对本项目科技创新和推广应用情况的贡献）

1. 山东省科学院海洋仪器仪表研究所：山东省科学院海洋仪器仪表研究所主要负责本项目科技成果的关键技术研究、系统研制、推广应用与成果转化，为项目的科技创新、推广应用和成果转化提供保障与支持。建设海洋监测科技创新平台并面向社会提供公益服务，建设的国家海洋监测设备工程技术研究中心等 4 个国家级创新平台、山东省海洋监测仪器装备技术重点实验室等 2 个省级技术平台和山东省科学院海洋光学重点实验室校（院）级平台为该项目的顺利开展提供了优良的研发试验平台和技术创新保障。本单位的科研人员为本项目的科技创新提供了重要贡献，研制了系列大气探测激光雷达，具有自主知识产权。该项目研制过程中，山东省科学院海洋仪器仪表研究所提供了研发与实验平台，包括光学超净室、光学实验室与激光雷达观测实验室，配备光学平台、示波器、信号发生器、波长计、功率计等基本的实验设备，为大气探测激光雷达关键技术研究、系统研发、调校、测试与观测应用的顺利进行提供了保障。提供岸边实验站作为海洋环境实验平台，为大气探测激光雷达的研制和应用打下了良好的基础。同时积极与海洋局、气象局和环保局等部门合作，积极推动了技术成果的应用，在海上和极区进行了创新应用，2020 年在研究所的支持下，“大气气溶胶激光雷达”成功完成成果转化。为该项目创新点一、二、三均做出了重要贡献。

2. 山东大学：创新性地研制了近红外、中红外光学增强腔、形成了高灵敏度的激光气体传感器，攻克了用于气体检测和遥感测量测量的大功率中红外激光器，发展了基于神经网络的激光气体检测算法，实现了激光遥感测量装备，所开展的关键核心器件已开展山东光安科技有限公司转化，截止到今年，共实现相关产业营业额2000万元以上，开发的传感器已经在华能煤炭能源集团、陕西煤炭集团神木红柳林开展了示范应用。所研究的中红外遥感探测技术发展了中红外丙酮探测装备，在青岛市公安局禁毒支队开展示范应用，禁毒支队对该项目的开展进行了很高的评价。所研究的中红外激光雷达系统在高原西藏拉萨地区开展了长时间的观测测量，中科院西藏高原研究所对该项目进行了应用评价，解决了我国军事气象关键技术，对创新点一和二都有重要贡献。

3. 青岛华航环境科技有限责任公司：青岛华航环境科技有限责任公司是高新技术企业，面向大气海洋环境监测、风资源勘测开发、天气与气候观测、灾害预警等需求，主要从事高精度、高分辨率的智能型环境气象激光雷达、遥感探测产品、服务及解决方案的研发、生产、销售，产品和服务主要应用领域涵盖智慧风电、气象探测、环境监测、航空航天等，公司掌握多项激光、微波雷达国际发明专利等自主知识产权，为激光雷达系统研发、调校、测试与观测应用的顺利进行提供了保障。在相干多普勒测风激光雷达研制与应用推广过程中，提供了技术支持与应用服务，依靠丰富的经验为该系统在移动平台稳定工作，提供了姿态校正、运动补偿等关键技术、高效快速的风场反演算法以及基于多源深度融合的动态径向风速实时测定技术等，并对相干多普勒测风激光雷达海上业务化观测，进行了推广应用，对激光雷达的产品化、产业化与推广应用贡献了重要力量，创造了良好的经济和社会效益，该公司为本项目的创新点一和二做出了重要贡献。

4. 哈尔滨工业大学（深圳）：哈尔滨工业大学深圳校区由哈工大与深圳市政府合作共建，以全日制本科生与研究生教育为主、非全日制教育为辅，是国家“985 工程”建设高校和“双一流”建设 A 类高校首个深圳市举办的本硕博培养体系齐全的高水平校区。校区在办学过程中始终坚持扎根深圳，坚持立足国家重大需求、立足国际学术前沿，致力于推动科技进步与技术创新。哈尔滨工业大学深圳校区为本项目的创新点一和二做出了重要贡献，对多源异质信息融合的动态平台姿态快速测定技术、面向复杂环境下动态平台的测风激光雷达技术以及小型化、动态平台实时高精度相干测风激光雷达研发方面提供了主要的技术创新与技术支持，相关技术成果成功进行成果转化，推动了相干测风激光雷达在海上浮标上的创新应用，为三维立体风场监测、海上风资源评估提供了可靠的技术装备。哈尔滨工业大学深圳校区在本项目的相干测风激光雷达的技术创新、应用与成果转化提供了强力的支持与保障。