针对抗洪抢险环境的特殊性和打桩的要求，本项目“高速智能堤坝抢险打桩平台关键技术的研究”在水利部水利部公益性行业科研专项项目经费的资助下，河海大学课题组成员将机械、自动化、液压控制等多学科的先进技术和水利事业的发展需要相结合，开展了对智能堤坝抢险打桩平台一系列关键技术的研究。 课题组将机械、自动化、液压控制等多学科的关键技术和堤坝抢险的特殊要求相结合，提出一种能适应堤坝抢险现场复杂环境、具有陆地和浅水爬行能力的高效率智能化堤坝抢险打桩平台的总体设计方案，并对对液压振动打桩的实验平台，振

本发明公开了一种基于 RFID 技术的智能铣削刀具系统，包括 安装在机床的基座上的主轴，主轴上安装有刀柄，刀柄上安装有刀具， 基座上固定安装有初级单元，刀柄上固定安装有次级单元，刀具上固 定安装有传感单元，传感单元安装在靠近刀具的切削刃的部位，传感 单元与次级单元通过导线连接;传感单元用于在切削的过程中实时感 知刀具的物理量;次级单元用于在线采样传感单元感知的物理量并通 过无线传输通道向初级单元传输;初级单元用于产生射频载波及在无 线传输通道中获取次级单元传输的数据。本系统通过同

系统地研发和掌握了智能自主机器人高精度运动控制、环境感知与地图构建、多视角目标识别与跟踪、自主定位、导航和路径规划、仪表智能识别以及自动报警、高效人机交互等核心技术和整套系统集成能力。 一、项目分类 重大科学前沿创新 二、成果简介 系统地研发和掌握了智能自主机器人高精度运动控制、环境感知与地图构建、多视角目标识别与跟踪、自主定位、导航和路径规划、仪表智能识别以及自动报警、高效人机交互等核心技术和整套系统集成能力。主持研制的铁路牵引变电站巡检机器人实现工程化，在西成客专成功、北京地铁试运行并辐射到地铁牵引供电、动力发电等设施的安全监控与运营维护和智慧农业应用。铁路变电所智能机器人巡检系统主要由智能巡检机器人、铁路变电所智能机器人监控中心、数据的智能处理和机器人充电房等部分组成，具备完全的自主知识产权;具有与铁路牵引供电SCADA系统无缝连接功能，是引领无人值守牵引变电站新模式的核心装备之一，该机器人系统解决了铁路变电站巡检自动化程度低，人工劳动强度大的问题，同时谱系化该机器人可为城市轨道变电站巡检提供新模式。

智能电力监护系统、电气自动化控制 高压输配新产品，配电自动化创新技术

本团队针对现有井下牵引器面临的牵引力不足、连续油管屈曲、钻压钻速无法实时调控等技术瓶颈，研发了一款适用于连续油管的多功能智能钻完井机器人，其具有牵引力大、尺寸小、实时调速等显著优势。 一、项目进展 已注册公司运营 二、企业信息 企业名称 成都爱钻石油钻采工具有限公司 企业法人 王樵渚 注册时间 2021.08.26 注册所在省市 四川省成都市 组织机构代码 91510107MAACMW425Q 经营范围 石油钻采专用设备制造、计算机软硬件及外围设备制造等。 企业地址 四川省成都市武侯区华兴街道沈家桥社区文盛路77号附5 号 获投资情况 三、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 王樵渚 能源学院/能源动力 2020.9-2023.6 黄楚淏 能源学院/石油与天然气工程 2020.9-2024.6 杨海心 能源学院/石油与天然气工程 2020.9-2024.6 邓旭 能源学院/能源动力 2020.9-2023.6 孙林枫 能源学院/能源动力 2020.9-2023.6 徐鑫勤 能源学院/石油与天然气工程 2019.9-2022.6 孔繁昇 能源学院/石油与天然气工程 2019.9-2022.6 魏微 能源学院/能源动力 2020.9-2023.6 官杨 能源学院/石油与天然气工程 2019.9-2022.6 四、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 朱海燕 油气藏地质及开发工程国家重点实验室 教授/博导 石油与天然气工程 唐煊赫 能源学院 讲师 石油与天然气工程 汪兴明 油气藏地质及开发工程国家重点实验室 副研究员 石油与天然气工程 刘清友 能源学院 教授/博导 智能钻完井技术及装备 五、项目简介 2021年，我国原油进口量为5.13亿吨，对外依存度高达72%，大力开发石油与天然气是保障我国能源安全、实现“双碳”目标的重大战略举措。要开采地下数千米油气资源，首先要钻井，为地下油气提供开采通道。目前全球每年新增水平井超过万口，但旋转导向系统等水平井钻进核心工具仍被国外垄断，致使我国单口水平井钻井成本高达5000万元。研制具有我国自主知识产权的连续油管+机器人智能钻完井技术，摆脱国外垄断，降低钻完井成本，市场潜力巨大。 本团队针对现有井下牵引器面临的牵引力不足、连续油管屈曲、钻压钻速无法实时调控等技术瓶颈，研发了一款适用于连续油管的多功能智能钻完井机器人，其具有牵引力大、尺寸小、实时调速等显著优势，获授权发明专利15件（美国专利2件、加拿大专利1件），发表论文5篇，生产中试样机2套。该产品的研发，将有效解决我国深地资源钻探面临的井下智能钻完井工具“卡脖子”难题，除了应用于常规钻完井作业，还可以辅助修井、复杂结构井爆炸压裂炸药投放等井下复杂作业，实现多功能化。 团队聘请中国工程院周守为院士为顾问，为项目的发展提供了强有力的技术支撑。本团队拥有20多件核心专利，综合技术优势处于国际前列。

团队以深地工程地质灾害预警与防控为切入点，将微震监测、智能云与新型支护技术相融合，打造了一套从底层算法到顶层智能物联网算法完整的解决方案，最终实现了 “精准监测”到“云端预警”再到“智能防控”。  一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 李想 环工院/土木水利 2020.09-2023.06 曾俊 环工院/建筑与土木工程 2019.09-2022.06 马佳骥 环工院/地质工程 2019.09-2022.06 吉翔 环工院/土木水利 2020.09-2023.06 卢向前 环工院/地质资源与地质工程 2020.09-2023.06 喻妮 环工院/土木工程 2020.09-2023.06 代坤坤 环工院/土木工程 2021.09-2025.06 文倩 商学院/应用经济学 2019.09-2022.06 彭丰 环工院/土木工程 2020.09-2024.06 李超飞 环工院/地质工程 2020.09-2024.06 宋涛 环工院/地质工程 2017.09-2023.06 张航 环工院/土木工程 2016.09-2022.12 邓叶林 环工院/土木工程 2019.09-2022.06 马俊杰 环工院/地质工程 2019.09-2022.06 朱玥 商学院/应用经济学 2021.09-2023.06 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 马春驰 环工院/ 无/副教授 隧道与地下工程 李天斌 环工院/ 院长/教授 隧道与地下工程 朱星 环工院 无/副教授 边坡工程 崔圣华 环工院 无/讲师 地质工程 杨晓轩 环工院 无/助教 无 赵伟华 环工院 系主任/副教授 边坡工程 四、项目简介 团队以深地工程地质灾害预警与防控为切入点，将微震监测、智能云与新型支护技术相融合，打造了一套从底层算法到顶层智能物联网算法完整的解决方案，最终实现了 “精准监测”到“云端预警”再到“智能防控”。 根据国家西部大开发、扶贫开发、川藏铁路、国防重大专项深地工程项目等重大战略相继开设，未来将有超过5.2万亿元的市场容量。①自主研发一套以传感器—采集站—便携检测仪—云平台为一体的高精度的微震监测系统。②基于智能云构架+MOC多输出技术+BIM，研发了深地灾害智能预警与防控云平台。 ③自主研发了深地灾害新型支护装置。已完成智能预警与防控云平台的研发设计，以及四个核心设备+三种新型支护装置的小规模生产，具有专业背景的数据分析团队已通过云平台远程处理监测数据。本项目正对硬件产品进行投入生产，计划于2023年完成软硬件的升级，2024年上线深地工程地质灾害大数据云平台，2025年实现掌上云技术。学生团队已发表30篇高水平论文，申请发明专利18项，新型实用专利12项，软件著作权5项，获10余项国家、省部级创新创业类竞赛奖励。依托学校平台已完成或参与国家、省部级项目10余项，合同总价值超千万元，并获得央视报道，引起了国内外社会的高度关注。

成果与项目的背景及主要用途： 成果背景：由于建筑能源消耗的急剧增加，热泵作为一种通过消耗少量高品位能量，把热量从低温处传输到高温处的装置，日益受到人们的关注。热泵通过使用清洁的冷热源如太阳能、土壤能、空气能等，能够同时实现制冷、制热、提供生活用热水。这种复合可再生能源系统的出现，给人们提供了更具灵活性的方案，来实现洁净能源系统的三联供功能。 系统主要用途：多热源热泵系统是指以太阳能-空气源-地源等为热源的热泵系统，主要包括：太阳能集/散热系统、空气源集/散热系统、埋地盘管集/散热系统（含室内蓄热体）、水源热泵系统、房间热力系统、控制系统。本方案利用先进的智能控制技术，将太阳能源、空气源和地源热三者有机结合，通过水源热泵机组实现向建筑物供热、供冷和提供生活热水。太阳能集/散热器的利用可弥补地源热泵因埋地管束多而导致的投资过大的缺点，同时减少地下环境受到过度的热污染，而少量地源和蓄热系统的使用可弥补太阳能和空气源热泵受气候条件影响大的缺点，使系统即使在恶劣的气候条件下也能在高能效状态下工作。太阳能-空气源-地源热泵联合系统可以设计为基本工作模式，还可以根据具体情况开展因地制宜的设计，组合成适合当地地理及气象特点的系统。系统采用全新的智能控制技术，采集实时的系统参数，提高温度调节的准确性，使系统始终维持在高效状态下工作。通过将太阳能源、空气源集/散热器做成外围护结构的一部分，实现新能源与建筑结构的完美结合。结合三步节能建筑技术的普及推广，本技术产品的目标是实现空调和采暖方面的一次投资和日常费用仅为传统空调+暖气方案的 50%。 技术原理与工艺流程简介：  夏季： 系统处于制冷工况，需要把从室内吸收的热量转移到室外，太阳能散热器、空气源散热器、埋地换热器分别提供冷源，此外，在房间内有相变蓄能材料，晚上积蓄冷量，减轻热泵系统在白天的热负荷。由于空调系统在夏季并不处于常开状态，如果空调不处于制冷状态时，使系统处于制热工况，关闭室内热力系统，并且打开阀 V4 和 V6，关闭阀 V5，此时系统成为太阳能热泵式热水器，可以提供稳定的热水。两种工况的切换通过实时测量的室内温度和热水箱温度等参数，由智能控制系统进行判断。 冬季： 系统处于制热工况，太阳能集热器和埋地换热器作为热源给建筑供热，同时供生活热水。当热水箱温度达到设定值时，关闭阀 V4 和 V6，打开阀 V5。此外，在房间内有相变蓄能材料，白天积蓄冷量，减轻热泵系统在夜晚的工作负荷。三个热源可以任意两个之间并联工作，也可以分别工作，要依具体的工作状况，包括环境温度、室内温度、热源温度等状况而定。技术水平及专利与获奖情况：该技术已申请专利，并通过小试鉴定。 应用前景分析及效益预测： 应用前景分析：本项目的实施可以加快可再生能源产业化的发展，促进建筑节能与热泵系统的有机结合，对空调行业进一步向绿色能源的发展，都有非常显著的作用。三步节能的尽快实现，客观上也促进了新能源的普及推广。 效益预测：下面以天津地区为例对本系统的一次投资成本及运行费用进行说明，将本系统与单冷空调+暖气、地源热泵、空气源热泵比较。建筑面积 150m2，采暖天数 125 天，制冷天数 120 天，每天制冷 10 小时，平均运行负荷按 70%计，电费 0.41 元/度以三步节能后的指标计，供暖负荷取 36W/m2，总供暖热负荷为 5400W/m2，制冷负荷 72W/m2，总的制冷负荷为 10800W/m2。 第一种方案采用单冷空调+集中供暖，集中供暖中室外采暖的投资为 85 元/m2，室内的费用为 25 元/m2，总的费用为 110 元/m2，天津地区的暖气费用为15 元/(m2 年)，设制冷系数为 2.5。 第二种方案完全采用地源热泵，冬季单位钻孔长的取热率为 30W/m，夏季的放热率为 50W/m，约需 210m 的钻孔长，管长和施工总费用取 90 元/m。 第三种方案完全采用空气源热泵，冬季采用电辅助加热的时间为全部取暖时间的一半，冬季制热，夏季制冷系数为 2.5，冬季制热系数取为 2。 第四种方案为本项目系统，太阳能集热板取 17m2，地源热泵系统的冬季负荷为 1500W，夏季负荷为 2500W，地源热泵约占总负荷的 25%，夏季性能系数取为 4，冬季的性能系数取为 3。 应用领域：建筑节能；新型热泵、空调系统；制冷、供暖系统工程；可再生能源建筑。 技术转化条件（包括：原料、设备、厂房面积的要求及投资规模）：热泵、空调及控制系统。 设备：机械加工及系统安装设备。 厂房面积：1000m2 以上。 投资规模：600 万以上。 合作方式及条件： 合作方式：技术入股、合资经营。 条件：对建筑、节能及可再生能源利用感兴趣且致力于该技术的推广实施。 

路面多维高频检测装备和智能养护技术及应用 同济大学交通运输工程学院杜豫川教授团队研发的路面多维高频检测与智能养护系统，利用先进的车载分布式传感、AI图像识别、北斗高精度融合定位等技术，打造了一套轻量化的路表损伤自动检测装备。面向路内结构破坏、路域设施损坏，建立了基于多尺度探地雷达+高分辨激光雷达的多维度路面健康全息感知系统，实现了包括路面平整度、路表病害、桥头跳车、结构损坏等参数的高频率检测与融合分析。该项目先后获得中国公路学会科学技术一等奖(2017年)、上海市科技进步一等奖(2019年)、中国产学研合作创新二等奖(2019年)，并于今年参展第22届中国国际工业博览会，获得大会创新引领奖（仅10项）。 设备检测图像 产品经国家道桥计量站等单位测试，检测误差小于10%，综合病害识别率大于90%，图像处理速率大于10张/秒，检测效率可提高传统手段的2至3倍，平台实现了单日数百GB级的养护外场数据高效处理，且费用可降低50%以上，具有明显的经济与效率优势。产品构建了全面的知识产权体系，具有国家授权发明专利10项、国际专利PCT5项，以及软件著作权6项。 项目产品在上海这一超大城市形成了规模化应用，并在江苏、浙江、河北等全国十余省市超过40000公里各等级公路上得到推广，覆盖了高速公路、城市干道、农村公路等多等级道路类型，同时也为港珠澳大桥、雄安新区等重大工程建设提供数据支撑，有效地推动道路设施智能养护装备及管理系统的技术进步，取得了巨大的社会经济效益。

研究背景 芯片是人类最伟大的发明之一，也是现代电子信息产业的基础和核心。小到手机、电脑、数码相机，大到6G、物联网、云计算均基于芯片技术的不断突破。半导体光刻工艺水平的发展是以芯片为核心的电子信息产业的基石，目前半导体光刻的制造工艺几乎是摩尔定律的物理极限。随着制造工艺的越来越小，芯片内晶体管单元已经接近分子尺度，半导体制作工艺的“瓶颈效应”越来越明显。随着全球化以及科技的高速发展，急剧增长的庞大数据量要求数据处理模型和算法结构不断优化升级，带来的结果就是对计算能力和系统功耗的要求不断提高。而目前智能电子设备大多存在传输瓶颈、功耗增加以及计算力瓶颈等现象，已越来越难以满足大数据时代对计算力与功耗的需求，因此提高运算速度同时降低运算功耗是目前信息工业界面临的紧要问题。 如当年集成电路开创信息时代一样，当下已经普及的光通信正在成为新革命力量的开路先锋。与此同时，光子芯片正在从分立式器件向集成光路演进，光子芯片向小型化、集成化的发展趋势已是必然。相对于电子驱动的集成电路，光子芯片有超高速率，超低功耗等特点，利用光信号进行数据获取、传输、计算、存储和显示的光子芯片，具有非常广阔的发展空间和巨大的潜能。 项目功能 本项目瞄准光通信关键技术及核心芯片，基于量子阱二极管发光探测共存现象，探索关键微纳制造技术，研制出可以同时实现通信、感知功能的一体化光电子芯片。 技术路线 一、技术原理及可行性 本项目主要负责人王永进教授发现如图1所示的量子阱二极管发光探测共存现象，首次研制出同质集成发射、传输、调制和接收器件的光电子芯片，这些原创工作引起了业界相关科研小组地广泛关注，化合物半导体同质集成光电子芯片成为研究热点。香港大学的蔡凯威小组和申请人合作提出湿法刻蚀和激光选择性剥离技术，在蓝宝石氮化物晶圆上实现LED基同质集成光电子芯片(Optica 5, 564-569 (2018))。沙特阿卜杜拉国王科技大学Ooi教授和美国加州大学圣巴巴拉分校Nakamura教授小组在蓝宝石氮化物晶圆上，研制出基于氮化物激光器的同质集成光电子芯片(Opt. Express 26, A219(2018))。中科院苏州纳米所孙钱小组在硅衬底氮化物晶圆上，研制出基于氮化物激光器的同质集成光电子芯片(IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 8200305 (2018))。在NRZ-OOK调制方式下，InGaN/GaN量子阱二极管可实现Gbps的光发射、调制和探测速率(Appl. Phys. Express 13, 014001 (2020))。这些工作表明研发基于光子传输的化合物半导体同质集成光电子芯片以实现片上光子通信是可行的。   二、总体结构设计及工艺流程 本项目提出的同时通信/感知一体化光电子芯片基于常规的蓝宝石衬底氮化镓基多量子阱LED外延片进行设计，无需特殊定制的外延结构。以典型的2寸氮化镓基蓝光LED外延片为例，其外延片结构如图2所示，从下至上依次为蓝宝石衬底、AlGaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和P型GaN层，通过调节InGaN/GaN多量子阱层的参数（层厚度与In的比例等等）可制备具有不同中心波长的光源器件。   图3为本项目所提出的同时通信/感知一体化光电子芯片结构。在蓝宝石衬底的氮化物晶圆上通过刻蚀和沉积等一系列晶圆级微纳加工技术，制备出单片集成的InGaN/GaN多量子阱LED和PD。光子芯片的P、N电极可以采用倒装技术直接与基板相连，光线从透明的蓝宝石衬底发出，这样不仅使得器件具有优良的电性能和热特性而且简化了其后期的封装工艺。 三、技术创新优势 1、同一块晶圆上集成LED和PD使得两者间距离大大缩短，不仅有助于增强PD对蓝宝石表面反射光线的耦合，提升感知系统性能，而且缩小了器件整体外形，符合集成电子器件小型化、便携化的发展趋势； 2、单片集成的LED和PD器件相比于传统异质的、分立的LED和PD简化了封装形式和工艺，不再需要对LED和PD进行单独的封装，而且同质集成器件的基板也较异质结构的简单统一，极大地缩短了集成系统的制作周期； 3、同时通信/感知一体化光电子芯片采用相同的工艺就可以制作出LED和PD，简化了生长异质材料的复杂性，缩短了器件流片的周期，使用同一工艺就可将LED和PD进行批量生产，有效地降低了生产成本。 四、实验验证 本项目团队所在的Peter Grünberg研究中心拥有完整的LED器件制备、光电性能测试与电学性能测试平台，并且项目成员积累了丰富的测试技术与经验，能够满足本项目的同时通信/感知一体化光电子芯片测试同时表征光电参数与电学参数的需求。下图4所示为器件形貌表征图，从左边依次是扫描电镜图、光镜图、原子力显微镜图。   基于通信感知一体化芯片，本项目利用单个多功能集成器件成功实现了对人体脉搏的监测功能，如图5所示。   另外基于通信感知一体化氮化镓光电子芯片，我们还实现了照明、成像和探测功能为一体的LED阵列系统，如图6所示。该系统可以在点亮照明的同时，实现对外界光信号的探测与感知，通过后端系统处理后，再将信息通过阵列显示出来，实现多种功能的集成。 项目负责人王永进教授是国家自然基金委优秀青年项目、国家973项目获得者，他以第一或通讯作者身份在Light-Sci Appl.等主流学术期刊发表一系列高质量研究论文，获授权中国发明专利23项，美国发明专利2项，被National Science Review、Semiconductor Today等做9次专题报道，荣获2019年中国电子学会科学技术奖（自然科学）、2019年南京市十大重大原创成果奖等。

本发明公开了一种模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法，该方法包括以下步骤：(1)确定元胞的总数和仿真车辆的个数，初始化仿真系统；(2)仿真系统按照如下步骤进行演化：根据驾驶人的最大期望速度，对车辆进行加速操作；根据交通状况对车辆进行速度调整操作；根据交通状况，对车辆进行随机慢化操作；更新车辆在下一仿真时刻的位置；(3)计算交通流的密度、速度和流量关键交通参数。本发明在速度调整操作和随机慢化操作等关键技术环节更加真实地考量了驾驶人的主观感知与反应特征，使得模型能够更好地分析驾驶人的主观因素对交通流运行的影响，为道路交通系统的规划、设计与管理提供支持。