系说测量仪

高山滑雪最高时速达248km/h，滑雪赛道也需要“塑胶跑道”“更快，更高，更强”是奥林匹克的口号，充分反映了奥林匹克运动所倡导的不断进取、永不满足的奋斗精神。奥运会纪录的频频打破，不但有运动员的刻苦训练，教练员的辛勤指导，科技尤其是对于运动场地的科技提升也扮演了重要的角色。就拿大家熟悉的田径运动场而言，最初的跑道是煤渣跑道（相信很多70后、80后的老伙伴们都跑过吧），后来改成了人工合成的塑胶跑道，与煤渣跑道相比，其弹性好，吸震能力好，为运动员的发挥和成绩的提高提供了物质基础。在1968年的墨西哥奥运会上，在首次使用的塑胶跑道赛场上创造了诸多的奥林匹克纪录。2022年中国北京即将举行冬季奥林匹克运动会，中国提出了“科技冬奥”的概念，中国冰雪运动必须走科技创新之路。高山滑雪比赛是冬季奥运会的重要组成部分，被誉为“冬奥会皇冠上的明珠“。高山滑雪的观赏性强，危险性大，比赛时运动员最高时速可达到248km/h。高山滑雪比赛均采用冰状雪赛道。什么是冰状雪？所谓冰状雪，是指滑雪场的雪质形态，其表面有一层薄的硬冰壳，用于减小赛道表面对于滑雪板的摩擦力。可以说冰状雪赛道就是高山滑雪项目的塑胶跑道，其制作的质量对提高运动员的成绩及滑雪的舒适感，保护运动员的身体，延长运动寿命有着十分重要的作用。看似简单的冰状雪赛道，制作起来却大有讲究。冰状雪的制作过程十分复杂，目前采用的是向雪地内部注水的方案。但是注水的强度和注水的时间把握需要根据不同的赛道地点以及当时注水时的气温进行相应的调节，以保证冰状雪赛道既有一定的强度，又有足够的弹性，使得运动员能够在高速的高山滑雪比赛中舒畅的进行滑降、回转等比赛项目。与田径场塑胶跑道不同的是，每次比赛每一个运动员在进行高山滑雪比赛时，由于技术动作的需要，都或多或少的会对冰状雪的赛道产生一定损伤，为了保证比赛的公平性，前后出发的滑雪运动员的赛道雪质状态需要保证一致，因此冰状雪赛道还需要有一定的厚度以及均匀性。研制新型冰状雪测量仪器，保障赛道质量既然冰状雪赛道有如此多的要求，那么过去是如何判断冰状雪赛道的雪质的呢?主要是采用人工判断的方法，即找一些有经验的裁判员用探针安装在电钻上进行触探工作，通过触探工作反馈的手感判断冰状雪赛道的建造质量。这种带有一定“盲盒”性质的判断工作往往会显得很不透明，也不利于这项运动的推广。助力2022北京冬奥会，依托科技部国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项2020的“不同气候条件下冰状雪赛道制作关键技术”项目，中国科学院南京天文光学技术研究所南极团队和中国气象科学研究院共同合作研发了用于判断冰状雪赛道质量的冰雪粒径测量仪和冰雪硬度测量仪，其目的在于将冰状雪质量的人工主观判断，变成清晰可见的客观物理数据，通过对这些物理数据的科学分析，结合有经验的运动员的滑雪体验，掌握不同地点，不同天气条件下冰状雪赛道的制作方法。主要有如下两种仪器：冰雪粒径自动测量仪和冰雪硬度自动测量仪。积雪颗粒的形状及大小是影响雪的力学性质的主要因素，不同大小雪粒之间在自然状态下空隙不断变小，雪中含有的空气降低，使得雪粒间的化学键合力增强，从而影响雪的硬度。那么如何测量积雪的颗粒呢，科研人员采用漫散射原理：近红外光经过粗糙的表面会被无规律的向各个方向反射，会造成光强度减弱，光减弱的大小跟表面的粗糙相关，而积雪表面的粗糙程度是由粒径决定的。通过测量光减弱的比例间接的测量出冰雪的颗粒大小。冰雪粒径自动测量仪测量注水雪样雪的硬度测试是反映冰雪强度的重要指标之一，冰雪硬度测量仪的原理是通过电机带动滑轨驱动探头打入冰状雪赛道内部，并读取探头受到的反作用力的大小来判断冰雪的硬度条件。该方法的好处是可以做到基本无损的对赛道进行冰雪硬度的测量，不影响赛道的后续使用，并且可以通过读取力和冰状雪深度的曲线了解冰状雪赛道的均匀性。针对高山滑雪的赛场坡度较陡，人工攀爬十分困难，科研人员在仪器的便携性上做了特殊的设计，设计了一款折叠式的硬度测量仪，方便携带，可以从坡顶沿雪道一直测量到坡底，实现了仪器的“就地展开”和“指哪测哪”的功能。冰雪硬度测量仪现场工作照片2020年11月-2021年3月，抓住冬奥会举办前的最后一个冬季的机遇，在冬奥会举办地北京延庆、河北张家口以及黑龙江哈尔滨亚布力冬季体育训练基地对不同气候条件、不同注水强度的冰状雪赛道，使用研制的冰雪粒径自动测量仪和冰雪硬度自动测量仪进行了粒径及冰雪硬度测试，获得了不同深度冰雪粒径的变化图以及不同深度的冰雪硬度的曲线图。冰状雪赛道压强-深度关系图该项目的首席科学家，中科院西北研究院冰冻圈科学国家重点实验室副主任王飞腾研究员认为“雪粒径及硬度计等新型冰雪仪器的研究，将过去以人工经验为主的冰状雪赛道状态判断变为了客观、清晰的科学指标，为冰状雪赛道制作标准的透明化提供了参考依据”。项目攻关团队的带头人，国际冰冻圈科学协会副主席，中国气象科学研究院丁明虎研究员认为“雪粒径和硬度计的设计充分考虑了不同于自然雪的人工造雪的特殊情况，仪器在项目工作中表现优异，性能稳定，可靠性高。”未来将在南极天文台发挥作用冰雪强度、硬度的测量不仅可以应用于滑雪相关的体育运动中，在未来的极地工程建设上也能发挥作用。遥远的南极虽然不是适合人类居住的地方，但是却有着良好的天文观测条件。根据2020年在 Nature 上发表的一篇文章，证明昆仑站所在的冰穹A地区的光学天文观测条件优于已知的其他任何地面台址。这项研究成果确认了昆仑站有珍贵的天文观测台址资源，为我国进一步开展南极天文研究奠定了科学的基础。但是如何在南极地区安装大型望远镜又有很多实际的困难，其中之一就是普通的大型望远镜的基墩都是直接安装在地球的基岩上，这样基墩比较扎实稳固，能保证望远镜在观测时不会因为地基不稳产生晃动，但是冰穹A地区的冰大约有4000m那么厚，相当于1500层楼房那么高，如果再想将望远镜基墩打入基岩显然难以做到。那么大型望远镜如何能够平稳的伫立在南极浮动的冰盖上呢？这就需要科学家们对冰穹A地区的冰雪进行特殊的加固处理，使其能够满足基墩的设计要求。在加固处理完后，我们的雪粒径和硬度测量仪就可以对加固后的冰雪强度进行测量，通过科学的数据检验其是否能够满足南极大型望远镜的需求。

“新春上班第一天，省委、省政府就召开高规格的全省性会议，不仅是省委、省政府对民营企业的重视，也是对我们民营企业的激励，我深感使命在肩。”国仪量子技术（合肥）股份有限公司董事长贺羽说。　　国仪量子成立于2016年12月，是一家以量子精密测量为核心技术的专精特新“小巨人”企业，主要从事量子精密测量、量子计算及高端科学仪器的技术研发和相关产品的研制、生产与销售。国仪量子通过不断地原始创新、沿途下蛋和技术整合，以“鼎新”带动“革故”，打造以量子测量仪器为核心的先进仪器产业集群。去年，国仪量子营收超4亿元，实现连年翻番，研发投入占比近30%，现有员工600余人，其中，研发人员占比近70%，荣获“独角兽企业”称号。　　据介绍，公司成立时就承接了中国科大原始创新成果的产业化任务，并在国家及省市多项重点研发项目的支持下，不断进行原始创新，陆续研制并发布了多款“人无我有”“人有我优”的高端科学仪器。在公司的高端科学仪器产业化过程中，诞生了一系列关键部件，均取得了性能指标的突破。这些部件形成的产品，不仅提升了国产化率，同时为公司带来了更广阔的市场空间。　　“随着原始创新设备和关键器件在市场的推广应用，国仪量子在科学仪器行业形成了集聚效应，技术关联或市场相近的一些科学仪器团队不断聚拢、融合发展，形成以量子测量仪器为核心的先进仪器产业集群雏形。”贺羽介绍，公司成立7年来，集中精力办好自己的事情。目前，实现了量子精密测量仪器全球市场占有率领先；顺磁共振谱仪国内市场占有率第一，并超过其他进口品牌总和；电子显微镜年成交量近200台，国内市场占有率前三，超过其他国产品牌总和。目前，公司正在积极有序筹备上市工作。　　“国仪量子将立足安徽，坚持量子科技和高端科学仪器主航道，催生出更多‘从0到1’的原创性成果，突破一批‘卡脖子’关键核心技术，不断拓展行业应用示范场景，助力量子领域科技创新实现并跑领跑。”贺羽说。

1月13日，市场监管总局、科技部、工业和信息化部、知识产权局联合发布《关于加强国家现代先进测量体系建设的指导意见》。原文如下：测量是人类认识世界和改造世界的重要手段，是突破科学前沿、解决经济社会发展重大问题的技术基础。国家测量体系是国家战略科技力量的重要支撑，是国家核心竞争力的重要标志。国际单位制量子化变革以来，开启了以测量单位数字化、测量标准量子化、测量技术先进化、测量管理现代化为主要特征的“先进测量”时代。为推动国家现代先进测量体系的建立完善，满足经济社会对高效精准测量的需求，现提出以下意见。一、总体要求（一）指导思想。坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中、六中全会精神，落实《中共中央 国务院关于开展质量提升行动的指导意见》(中发〔2017〕24号)，面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，鼓励和引导社会各方资源和力量，积极开展具有新时代特色的测量技术、测量仪器设备的研究和应用，以先进技术和现代管理为手段，服务支撑测量活动的有效开展和测量数据的广泛应用，提升国家整体测量能力和水平，服务经济社会高质量发展。（二）基本原则。创新引领，优化升级。以国际单位制量子化变革为契机，加大计量科技创新力度，加强基础性、前沿性、共用性、探索性和颠覆性测量技术研究，加快量子测量标准和先进测量仪器设备的研制，补充完善重点测量方法，提升现有测量能力和水平。需求牵引，重点突破。围绕制造强国等国家重大战略，全面梳理经济社会各领域对精准测量的需求，系统分析普遍性和关键共性测量难题，明确测量技术研究主攻方向和建设目标，有计划、有重点地进行突破。政府引导，市场驱动。加强顶层制度设计，从政府层面加大对现代先进测量体系的整体规划和布局，探索建立有效的激励引导机制，调动各类市场主体积极性，发挥市场在测量技术创新和测量资源配置中的重要作用。开放共享，协同推进。鼓励社会各方共同参与现代先进测量体系建设，建立不同行业、不同领域协同攻关和成果共享机制，形成理论研究为基础、产业需求为主导、技术攻关有机制、成果转化有渠道的协同推进局面。（三）工作目标。到2035年，计量基准的准确度和稳定性得到大幅提升，数字化量传溯源应用领域不断扩大。部分重点领域测量技术取得重要突破，研制成功一大批国产测量仪器设备，新建计量基准、计量标准核心测量仪器设备基本实现自主可控。建设50家国家先进测量实验室，培育100家测量仪器设备品牌企业，形成200项核心测量技术或能力。全社会精准测量和有效溯源意识得到明显增强，企业测量能力和水平得到大幅提升，测量活动更加规范，测量数据应用更加广泛。测量技术协同创新与共享机制基本建立，测量技术资源利用率得到明显提高，测量对我国经济社会高质量发展的贡献水平显著提升。二、重点任务（一）建立先进量传溯源体系。紧密结合国际单位制量子化变革和经济社会发展需要，加强基本物理常数精密测量技术和量子计量基础研究，推动以量子物理为基础的高准确度、高稳定性计量基准、计量标准建设。加快量子传感和芯片级计量技术、新型量传溯源技术研究，研制具有典型量子化特征的测量仪器设备，建立计量标准和测量参数传递数字链路，推动量值溯源扁平化发展。积极推进计量数字化，加强数字计量基础设施建设，开展计量标准和测量仪器设备数字化技术研究。（二）优化计量基准、计量标准和标准物质建设。面向国家重大战略需求，增强计量基准自主可控能力，创新计量基准全链条管理机制。改革计量标准体系架构，统筹考虑技术能力和现实需求，建立以国家计量标准、社会公用计量标准、部门（行业）计量标准、企事业计量标准为主体的层次分明、链条清晰的计量标准基础设施网络。实施标准物质能力提升工程，加快生命科学、生物医药、环境监测、食品安全、自然资源和刑事司法等重点领域标准物质研制和应用。加强标准物质监管能力建设和共性关键技术研究，探索建立标准物质量值验证和质量追溯工作机制，建设一批标准物质量值核查验证实验室，开发建设标准物质质量追溯平台，形成标准物质研发、生产、应用全生命周期监管能力。（三）加快先进测量技术研究。加强计量学基础理论和核心技术原始创新。围绕时间单位重新定义，重点研究量子计量技术及计量基准、计量标准小型化技术。加快推动超高灵敏极弱磁场和惯性测量装置、空地一体量子精密测量试验设施等重大科技基础设施建设，支撑关键核心技术攻关，满足空天、深空、深海高精度探测和精密量子测量等重大应用需求。研究人工智能、生物医药、新材料、新能源、先进制造、核安全和新一代信息技术等领域精密测量技术。针对复杂环境、实时工况环境和极端量测量需求，研究新型量值传递溯源方法，突破在线、动态、远程、快速校准技术，解决极端量、复杂量、微观量等准确测量难题。研究数字化模拟测量、工业物联、跨尺度测量、复杂系统综合测量等关键技术，不断填补新领域测量技术空白。（四）推动先进测量仪器设备研发和应用。加强高端仪器设备核心设计、核心器件、核心控制、核心算法和核心溯源技术研究。推动量子芯片、物联网、区块链、人工智能等新技术在测量仪器设备中的应用，积极推进测量仪器设备智能化、网络化。加强高精度计量基准、计量标准的研制和应用，基本实现关键核心设备自主可控。实施测量仪器设备质量提升工程，加快测量仪器设备研发，提升测量仪器设备的准确性、稳定性、可靠性。研究建立测量仪器设备计量测试评价制度，培育具有核心技术和核心竞争力的国产测量仪器设备品牌。加快专用测量系统的研制，形成满足航空航天、海洋监测、交通运输等装备研制生产任务和重大工程需求的测量能力。（五）建设国家先进测量实验室。针对各领域测量能力的不足，加强国家测量基础条件和能力建设，推进大型测量仪器设备、科学测量数据等测量技术基础平台建设，打造突破型、引领型、平台型的国家先进测量实验室。强化测量实验室计量溯源性意识和要求，保证测量结果准确、一致和有效。加强行业或区域测量公共服务能力建设，推动测量资源整合，优化行业、区域测量资源配置。鼓励各类测量主体建立联合实验室和技术创新联盟，形成联合开发、优势互补、成果共享的产学研用协同创新机制。加强测量资源开放共享，推动测量资源一体化发展。（六）提升企业测量能力和水平。鼓励企业加强测量投入，合理配备测量设备，严格测量设备的计量确认和测量过程控制，建立必要的计量管理制度，不断提高企业测量能力和水平。研究建立企业计量能力自我声明制度，推动企业进行对标达标，发挥先进企业示范引领作用。鼓励企业自愿通过测量管理体系认证，推动先进测量技术要素和管理手段在企业的应用。培育一批行业领军企业和产业链链长企业，实施中小企业计量伙伴计划，全面提升核心产业链相关中小企业计量保证能力，加快先进测量技术攻关成果的落地应用，带动产业上下游融通创新、协同发展。（七）推进测量数据积累和应用。引导企业建立产品研制、生产、试验、使用过程动态测量数据信息库，开展测量数据分析研究，改进企业生产控制流程，提高产品控制精度和质量，完善产品全寿命周期数据管理。加强测量数据智能化采集、分析与应用，推进测量设备自动化、数字化改造，建立智慧计量实验室和智能计量管理系统，实现数字化赋能。积极将测量数据纳入工程领域数字化科研过程，推动测量数据资源在工程领域集成应用。加快建设国家计量数据中心，培育一批国家计量数据建设应用示范基地，探索建立国家标准参考数据中心，提升测量数据价值挖掘能力，实现跨行业、跨领域测量数据融合、共享和应用。（八）完善先进测量技术规范。研究建立适应现代先进测量体系建设需要的计量技术规范体系。充分借鉴吸收国际先进测量技术成果和经验，开展测量活动梳理和测量数据研究分析，组织制定一批对测量活动具有指导意义的测量技术规范，指导测量活动规范化、科学化开展。分析梳理各产业领域工程实践活动被测参数，建立动态、开放的参数信息库。加强复杂被测对象、复杂工况环境、复杂耦合关系等工程应用场景的参数测量方法研究，建立满足工程实践要求的测量技术规范。（九）优化先进测量技术服务。鼓励社会各方资源围绕国家重点领域测量需求，建立各类先进测量服务机构，为行业发展提供精准测量服务。发挥中央企业优势作用，在战略性、关键性重大测量项目上起到引领带动作用。积极培育各领域先进测量“单项冠军”和“专精特新”测量标兵，推动先进测量能力差异化、多样化发展，不断提升专业化服务能力和水平。围绕产业测量测试需求，加强国家产业计量测试中心建设，形成关键参数测量、仪器设备校准、产品测试评价、系统方案集成的一站式服务能力，建立全产业链计量溯源体系，提升全产业链计量测试服务和全寿命周期计量保障水平。搭建国家先进测量技术资源共享平台，促进测量需求和测量服务的公开化、信息化。（十）发挥质量基础设施协同推动作用。积极发挥计量、标准、检验检测、认证认可等国家质量基础设施各要素的协同作用，为经济社会高质量发展提供全链条、全流程、全体系的质量基础设施“一站式”服务。推动计量与标准、检验检测、认证认可领域相关技术规范和标准的相互参考借鉴和共享共用，以精准计量推动标准数据和方法的科学验证，通过标准促进计量价值的应用体现；强化检验检测、认证认可领域计量溯源性的概念，通过先进测量技术和测量手段不断丰富完善检验检测、认证认可内涵。聚焦测量数据分析和应用，探索测量数据成果标准化途径，形成标准测量数据包、标准测量模型等，研究采用标准测量数据包、标准测量模型的认证认可方法和程序。（十一）培养先进测量人才队伍。组建国家现代先进测量体系战略咨询专家智库，提高决策的科学性和可行性。加强对计量测试相关专业学科建设的引导，优化高等院校计量测试相关专业设置，推动计量测试相关专业与通信工程、人工智能、数据科学与大数据技术、软件工程以及量子信息科学等相关专业协同建设。完善注册计量师制度，加强产教研用融合，加强计量技术机构与高等院校、科研院所、企业间的技术合作和人才交流，支持各领域科研项目吸纳计量技术机构和企业共同参与，促进测量人才多元化发展。充分发挥行业学协会作用，加强测量技术人才培训，打造富有自主创新精神、专业技术能力强、善于解决实际问题的测量人才队伍。三、保障措施（一）加强组织领导。高度重视国家现代先进测量体系建设工作，将其作为推动经济社会高质量发展的重要手段予以全面规划和重点考虑，制定具体的实施方案和落实措施。在国家层面组建国家现代先进测量体系推进办公室，强化各部门组织协调和沟通协作。鼓励地方和行业、企业积极探索和创设推进现代先进测量体系建设的路径和模式，进行先行先试和推广示范。（二）完善制度保障。争取将国家现代先进测量体系建设工作纳入国家重大战略规划和产业发展专项规划。积极推动将现代先进测量体系建设写入有关法律法规和规章，对测量设备、测量方法、测量程序、测量过程和测量数据等规范和使用提出明确要求。搭建多方测量主体共同参与的联合科研攻关机制，完善先进测量技术应用结果比对、成果评价等制度，推动测量科技创新成果转化、应用和推广。（三）加大政策支持。从政策、资金、科研、人才等各方面鼓励先进测量技术的研发、先进测量设备和方法的研制和应用、先进测量技术规范的完善，不断强化测量过程控制和测量结果应用，提升测量能力和水平。在国家重大工程和科技计划中对现代先进测量体系建设予以重点考虑和倾斜。（四）强化知识产权战略。加强测量技术专利导航，引导各单位加强测量领域知识产权战略储备。推动各单位及时将先进测量科研成果纳入知识产权保护范围，并通过转让、许可、折价入股激励等形式取得市场收益。研究建立先进测量科研成果技术附加值评价体系，提升各领域对先进测量科研成果的重视程度。建设先进测量领域专题数据库，积极推进先进测量领域知识产权信息开放、共享和利用，促进测量领域知识产权成果的广泛应用。（五）普及先进测量理念。结合“世界计量日”“质量月”等活动，充分发挥媒体优势，大力普及测量知识，强调测量在生产生活中的作用，不断增强全民测量意识，更新溯源概念和理念，营造支持国家现代先进测量体系建设的社会环境。加大企业测量工作宣传培训，帮助企业完善测量管理体系，健全测量管理制度，提升测量能力和水平。（六）加强国际测量合作。借鉴吸收国外先进测量技术和测量管理经验，丰富完善国家现代先进测量体系内涵。探索建立国际、区域先进测量技术联盟，加强测量技术国际交流合作，推动先进测量技术能力与国际接轨。积极参与测量领域的全球治理，推动在重要领域影响或主导国际测量技术规范的制定，加大先进测量成果的国际化应用和推广。积极参加国际测量比对，不断提升获得国际互认的国家校准与测量能力，增强我国在国际测量领域的话语权。市场监管总局科 技 部工业和信息化部国 资 委知识产权局2021年12月29日