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關(guān)于我校推薦2015年度高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）候選項(xiàng)目的公示
來(lái)源： 發(fā)布日期：2015-07-28
各單位：
根據(jù)教育部要求,，現(xiàn)在校內(nèi)對(duì)我校推薦申報(bào)的2015年度高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）候選項(xiàng)目和參與申報(bào)項(xiàng)目進(jìn)行公示，并征求異議。異議期為7天,，請(qǐng)異議人在異議期內(nèi)提交書(shū)面的異議材料及必要的證明材料至逸夫樓102室,。
聯(lián)系人：徐向平
聯(lián)系電話：68912113
根據(jù)教育部要求,，現(xiàn)在校內(nèi)對(duì)我校推薦申報(bào)的2015年度高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）候選項(xiàng)目和參與申報(bào)項(xiàng)目進(jìn)行公示，并征求異議。異議期為7天,，請(qǐng)異議人在異議期內(nèi)提交書(shū)面的異議材料及必要的證明材料至逸夫樓102室,。
聯(lián)系人：徐向平
聯(lián)系電話：68912113
科學(xué)技術(shù)研究院
二〇一五年七月二十八日
二〇一五年七月二十八日
附：高等學(xué)校科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)（科學(xué)技術(shù)）申報(bào)項(xiàng)目匯總表
申報(bào)項(xiàng)目簡(jiǎn)介
1. 能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的效率測(cè)度理論與方法
能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的效率測(cè)度理論與方法是管理科學(xué)前沿研究領(lǐng)域之一,。傳統(tǒng)的效率測(cè)度理論和方法已無(wú)法滿足當(dāng)前系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)境保護(hù)下的科學(xué)與實(shí)踐需求,。項(xiàng)目組在國(guó)家自然基金項(xiàng)目等重要科研任務(wù)長(zhǎng)期資助下，形成了能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的效率測(cè)度理論,，建立了能效測(cè)度方法和指標(biāo)體系,，并在節(jié)能減排政策制定中得到應(yīng)用。主要?jiǎng)?chuàng)新成果有三個(gè)方面：
?。?）形成了能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的效率測(cè)度理論,。針對(duì)以往研究中忽視了能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合性,、結(jié)構(gòu)異質(zhì)性,、要素替代性、多目標(biāo)性和環(huán)境外部性等問(wèn)題,，引入Translog/KLEM生產(chǎn)函數(shù)理論,，在數(shù)理上推導(dǎo)出了能源需求與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),、技術(shù)進(jìn)步和能源結(jié)構(gòu)的關(guān)系,，揭示了能源需求的傳導(dǎo)機(jī)制和反饋途徑，拓展了能源效率測(cè)度理論,，為完善能效測(cè)度方法和節(jié)能實(shí)踐提供了理論基礎(chǔ),。研究成果Liao和Wei(2007)被列入麻省理工學(xué)院的“能源安全與挑戰(zhàn)”等2門課程列為必讀材料(required reading)，Liang和Wei(2007)被克拉克獎(jiǎng)獲得者,、美國(guó)科學(xué)院院士Jorgenson作為碳稅節(jié)能協(xié)同效應(yīng)的證據(jù),，同時(shí)被CGE模型主創(chuàng)者、俄羅斯科學(xué)院外籍院士Whalley作為節(jié)能減排研究典型案例,。
?。?）建立了動(dòng)態(tài)和多目標(biāo)條件下的能源效率測(cè)度方法和指標(biāo)體系。針對(duì)以往測(cè)度指標(biāo)局限于工程,、物理或產(chǎn)值等單一維度而導(dǎo)致的信息有偏和激勵(lì)不相容問(wèn)題,，應(yīng)用多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析,、Shephard距離函數(shù)和隨機(jī)前沿面分析方法等,，提出了能源配置效率、經(jīng)濟(jì)效率和全要素碳排放績(jī)效等新型能源效率測(cè)度指標(biāo),，發(fā)展了能源效率測(cè)度指標(biāo)體系,。研究成果被著名能源效率專家Worrell教授等長(zhǎng)篇采用并做為鋼鐵部門能源效率研究工具；被Energy J. 主編Hunt作為非參數(shù)DEA方法測(cè)度能源效率典型案例。
?。?）提出并構(gòu)建了信息損失視閾下能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)方法,。針對(duì)能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效率綜合評(píng)價(jià)中聚合方法選擇過(guò)于主觀的問(wèn)題，以信息損失最小化為目標(biāo),，構(gòu)建Shannon-Spearman公式對(duì)不同準(zhǔn)則決策指標(biāo)聚合方法進(jìn)行比較,，提出了一套可用于構(gòu)建能效綜合指標(biāo)的最優(yōu)化方法。研究成果被著名學(xué)者Tofallis (2013)評(píng)價(jià)為該方法特別有預(yù)見(jiàn)性,。
研究成果已在Energy Economics,、E. J. Operational Research、Energy,、Energy Efficiency,、Applied Energy等SCI期刊發(fā)表論文39篇，其中SCI一區(qū)37篇,，ESI高被引論文9篇,。論文被SCI/SSCI他引1082次，單篇SCI/SSCI他引最高88次,；在Google Scholar中被他引2459次,。10篇代表性論著被SCI/SSCI他引431次；在Google Scholar中被他引909次,。出版能源效率專著1部,。引文作者來(lái)自MIT、哈佛,、UC伯克利,、斯坦福、杜克,、佐治亞理工,、劍橋、世界銀行等200余家機(jī)構(gòu),。3篇論文被聯(lián)合國(guó)氣候變化專門委員會(huì)評(píng)估報(bào)告引用,。完成的2項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目結(jié)題績(jī)效評(píng)估為“特優(yōu)”。
2. 人車路系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)演變機(jī)理與輔助駕駛方法
隨著城市機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的迅速發(fā)展,，交通安全問(wèn)題已成為一項(xiàng)全球性挑戰(zhàn),，是人們普遍關(guān)注的社會(huì)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)道路交通安全,，如何在人,、車、路等要素耦合作用下解析交通系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的生成與演變,、如何能夠確保系統(tǒng)的最佳匹配品質(zhì)并通過(guò)交通行為輔助來(lái)提高效能,，對(duì)深入系統(tǒng)地識(shí)別人車路系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和構(gòu)建交通本質(zhì)安全具有重要意義,。
本項(xiàng)目創(chuàng)建了以行為理論為核心的交通系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)演化機(jī)制與評(píng)價(jià)方法，揭示了交通參與者行為,、車輛行駛性能和道路基礎(chǔ)設(shè)施之間的內(nèi)在容錯(cuò)性規(guī)律,，圍繞駕駛可信性分析、人車單元與弱勢(shì)交通參與者安全行為模式,、不良交通事件的風(fēng)險(xiǎn)演變及其控制,、駕駛輔助與人車交互等方向展開(kāi)系統(tǒng)研究，取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果和科學(xué)發(fā)現(xiàn)如下：
(1) 對(duì)交通參與者行為形成進(jìn)行了規(guī)則化,、模型化的定量描述,，深入系統(tǒng)地研究了弱勢(shì)交通參與者在不同交通態(tài)勢(shì)下的行為變化特性，重點(diǎn)構(gòu)建了駕駛本質(zhì)安全模型和駕駛差錯(cuò)恢復(fù)能力的分析方法,，提出智能交通信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)字駕駛概念并創(chuàng)建可信駕駛的體系結(jié)構(gòu),，從理論層次上闡明駕駛失誤的不可避免特征。
(2) 從人車交互的交通本質(zhì)出發(fā),，建立車輛接近和換道行為的微觀模型,，成功識(shí)別出駕駛?cè)嗽谲囕v行駛過(guò)程中表現(xiàn)出的跟隨動(dòng)作滯后、速度波動(dòng)以及操作擾動(dòng)現(xiàn)象,，依據(jù)道路環(huán)境對(duì)人車單元風(fēng)險(xiǎn)向量變化的擾動(dòng)分析,，提出了面向舒適性與安全性的車輛生態(tài)人機(jī)界面功能分配方法，為確定車輛行駛安全需求控制與駕駛輔助方式提供理論依據(jù),。
(3) 從交通事變信息流傳遞的層次上，依據(jù)不良交通征兆所蘊(yùn)含信息量來(lái)解析人車路系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)演變過(guò)程,，突破傳統(tǒng)事故分析方法難以量化事故誘發(fā)因素的瓶頸,，提出交通系統(tǒng)定量風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和交通事故致因動(dòng)態(tài)微觀辨識(shí)方法，解決了信息不足和數(shù)據(jù)丟失時(shí)如何辨識(shí)交通風(fēng)險(xiǎn)源的難題,，并實(shí)現(xiàn)對(duì)人車路危險(xiǎn)因素的預(yù)警性控制,。
本項(xiàng)目共發(fā)表SCI論文29篇。出版中英文專著3部,，其中《車輛人機(jī)交互安全與輔助駕駛》獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金,。10篇代表性論著被SCI他引184次。有4篇論文曾進(jìn)入ESI前1%高被引論文,，1篇論文進(jìn)入ESI前0.1%高被引論文,。2013年獲得全球三項(xiàng)KSCE-Springer獎(jiǎng)的最高獎(jiǎng)-引文獎(jiǎng)。第一完成入選2014年度Elsevier中國(guó)高被引學(xué)者,。獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng),。作為發(fā)起人和會(huì)議主席主辦6 屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，17次在國(guó)際著名大學(xué)和國(guó)際會(huì)議上做特邀報(bào)告,。研究成果多次被美,、英,、德、日,、法等國(guó)學(xué)者在本領(lǐng)域頂尖學(xué)術(shù)期刊《Transportation Research》,、 《IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems》、《Safety Science》等正面評(píng)論,，獲得了IEEE Fellow ,、IEA Fellow等相關(guān)領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威的高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為該項(xiàng)目“填補(bǔ)了交通風(fēng)險(xiǎn)分析模型的空白”,，“對(duì)認(rèn)識(shí)駕駛行為和確定駕駛輔助的技術(shù)方法具有突出的貢獻(xiàn)”,。項(xiàng)目研究成果開(kāi)拓出交通行為與安全、綠色智能交通系統(tǒng)等學(xué)科發(fā)展方向,，對(duì)深入系統(tǒng)地定量辨識(shí)基于征兆的人車路系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn),、構(gòu)建具有容錯(cuò)性功能的城市交通本質(zhì)安全具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
3. 仿人機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
本項(xiàng)目屬于機(jī)器人控制系統(tǒng)研究和機(jī)器人機(jī)械學(xué)領(lǐng)域,。
“機(jī)器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個(gè)切入點(diǎn)和重要增長(zhǎng)點(diǎn),，將創(chuàng)造數(shù)萬(wàn)億美元的市場(chǎng)。仿人機(jī)器人是智能機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)制高點(diǎn),，其研發(fā),、制造、應(yīng)用反映了一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)的水平,，具有引領(lǐng),、輻射和帶動(dòng)作用。仿人機(jī)器人通常具有30個(gè)以上自由度,，近100個(gè)傳感器,，是一個(gè)不穩(wěn)定的非線性強(qiáng)耦合的復(fù)雜多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，技術(shù)難度高,。它雙足行走,、雙手作業(yè)，更容易適應(yīng)人類生活,、工作環(huán)境,，在航天、國(guó)防,、家庭服務(wù)等領(lǐng)域具有巨大需求,。
仿人機(jī)器人作為發(fā)達(dá)國(guó)家必爭(zhēng)的戰(zhàn)略高新技術(shù)，以前主要由日本,、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家掌握,。本項(xiàng)目采用新的研究思路，借鑒人類長(zhǎng)期進(jìn)化所具備自然,、快速,、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)機(jī)理和靈巧結(jié)構(gòu)特征,，創(chuàng)新地研究了仿人機(jī)器人的仿生運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、控制,、操作及系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù),，取得了新突破，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷,，主要技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平,。主要發(fā)明點(diǎn)如下：
1)發(fā)明了基于人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，無(wú)需預(yù)設(shè)ZMP軌跡,，解決了傳統(tǒng)方法存在的收斂與系統(tǒng)高穩(wěn)定性的矛盾,；首創(chuàng)了空間和時(shí)間維度的運(yùn)動(dòng)相似性評(píng)價(jià)函數(shù)，成為一種仿人機(jī)器人與人體動(dòng)作相似程度的定量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,，解決了多自由度機(jī)器人擬人化復(fù)雜運(yùn)動(dòng)求解難題,。
2)發(fā)明了快速傳感反射平衡控制方法，無(wú)需機(jī)器人數(shù)學(xué)模型,，即可快速調(diào)節(jié)踝,、膝、腰等關(guān)鍵部位,，解決了在環(huán)境突發(fā)擾動(dòng)及未知凹凸地面時(shí)平衡控制難題,，有效提高了仿人機(jī)器人抗未知干擾及環(huán)境變化的能力。
3)發(fā)明了仿人機(jī)器人移動(dòng)與操作協(xié)調(diào)控制技術(shù),，通過(guò)逆動(dòng)力學(xué)控制器調(diào)節(jié)加速度協(xié)調(diào)全身運(yùn)動(dòng),，解決了快速運(yùn)動(dòng)平衡性與操作精確性間的矛盾，有效提高了機(jī)器人對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)操作的反應(yīng)能力,。
4)發(fā)明了輕量化關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)技術(shù)和功能仿生的靈巧機(jī)構(gòu),，攻克了系統(tǒng)集成技術(shù)，研制了5代仿人機(jī)器人系統(tǒng),，解決了部件與系統(tǒng)性能一致性難以匹配的問(wèn)題，提高了仿人機(jī)器人系統(tǒng)的集成度和整體性能,。
項(xiàng)目得到多項(xiàng)863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目,、國(guó)家杰青基金等項(xiàng)目十余年的持續(xù)支持。共申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利61項(xiàng),，其中已授權(quán)31項(xiàng),，形成了仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、控制和系統(tǒng)集成的專利群,。發(fā)表SCI/EI論文97篇,，并在國(guó)際頂級(jí)會(huì)議IEEE-IROS等獲3篇優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。研制的仿人機(jī)器人在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立行走,，在國(guó)際上首次完成了刀術(shù),、太極拳等高難度運(yùn)動(dòng),，被選為國(guó)家863計(jì)劃重大科技成果，并作為標(biāo)志性成果在國(guó)家高新區(qū)建設(shè)二十周年成就展展出,，產(chǎn)生了良好的社會(huì)反響,。由教育部組織的多位院士等專家組成的鑒定委員會(huì)鑒定意見(jiàn)：“從仿生角度系統(tǒng)地研究了仿人機(jī)器人的仿生運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、控制及系統(tǒng)集成,，攻克了核心技術(shù)”,、“在復(fù)雜動(dòng)態(tài)動(dòng)作的仿生規(guī)劃與傳感反射控制技術(shù)方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平”。
項(xiàng)目從關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明,、核心部件研發(fā)到應(yīng)用創(chuàng)新,，形成了一整套技術(shù)成果，已在航天等國(guó)家重大工程,、國(guó)家公共安全領(lǐng)域得到應(yīng)用,，在軍工、民口企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)1億元,，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,。
4. 多曲面及多元復(fù)合聚光中高溫太陽(yáng)能集熱技術(shù)及應(yīng)用
太陽(yáng)能中高溫集熱技術(shù)是科技部十二五計(jì)劃中作為能源戰(zhàn)略開(kāi)發(fā)的重大技術(shù)之一，也是節(jié)能減排的重要技術(shù)手段之一,。然而,，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能聚光集熱器大多都是根據(jù)單曲面或單曲線設(shè)計(jì)的，或者是單一聚光方式聚焦形成的,，比如拋物面聚光器是由拋物線平移或旋轉(zhuǎn)而成的,。這些聚光方式的理論基礎(chǔ)是非常清晰的，聚光比很大,，理論聚光溫度很高,。但是，此類聚光器的聚光角一般都很小,，有的只有1°甚至只有0.1°,，需要準(zhǔn)確跟蹤太陽(yáng)和嚴(yán)格的控制。這在工程應(yīng)用上是非常困難的,，它需要龐大的跟蹤機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),，這些固有缺陷使傳統(tǒng)型太陽(yáng)能聚光器難于低成本商業(yè)化運(yùn)行，限制了它們的推廣利用,。
為此,，本課題組針對(duì)傳統(tǒng)太陽(yáng)能聚光器的這些缺陷，展開(kāi)了長(zhǎng)達(dá)近10年的技術(shù)基礎(chǔ)研究,，提出了多曲面復(fù)合太陽(yáng)能聚光和多元復(fù)合的思想,，發(fā)明了一系列基于多曲面、多元復(fù)合聚光理念的先進(jìn)中高溫太陽(yáng)能聚光器,，拓展了太陽(yáng)能聚光的思想與方法,，增加了聚光器的接收角,，減少了太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤精度要求，多元聚光更是截取了透射與反射聚光部件中最有效的部分,，降低了傳統(tǒng)太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)的控制及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和自身能耗,。
（1）創(chuàng)新提出了多曲面聚光和多元聚光的思想,，建立了多曲面聚光的完整理論,，形成了焦點(diǎn)后置式太陽(yáng)能聚光技術(shù)和太陽(yáng)光密度倍增聚光技術(shù)。發(fā)明了鏡像焦點(diǎn)重疊式可變向平行光能流密度倍增器,，實(shí)現(xiàn)了焦點(diǎn)后置式太陽(yáng)能聚光,，為太陽(yáng)能聚光器與后端用戶系統(tǒng)有機(jī)連接創(chuàng)造了條件。設(shè)計(jì)了一系列一體化太陽(yáng)能利用系統(tǒng),。
?。?）創(chuàng)新提出了多曲面順向聚光理念，形成了多曲面聚光的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法,，獲得了定向太陽(yáng)能聚光與傳光技術(shù),，實(shí)現(xiàn)了新型太陽(yáng)能聚光器聚光角的寬域設(shè)計(jì)方法，發(fā)明了槽式順向聚焦軸向傳光太陽(yáng)能聚光器,。
?。?）創(chuàng)新提出了多元聚光的思想，將反射與折射聚光技術(shù)結(jié)合為一體,，將用戶的用能需求融于聚光器的設(shè)計(jì)之中,，形成了多元高倍聚光理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。發(fā)明了菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽(yáng)能高溫集熱器,，它由曲面菲涅耳透射聚光,、平面菲涅耳反射聚光和多曲面再聚光的三元聚光復(fù)合組成，進(jìn)一步拓展了太陽(yáng)能高溫集熱的理念,，是一種完全區(qū)別于傳統(tǒng)拋物面聚光器的全新高溫太陽(yáng)能集熱裝置,，克服了傳統(tǒng)拋物面聚光器的眾多缺陷。它要求的跟蹤精度低,，普通電機(jī)即可準(zhǔn)確跟蹤運(yùn)行,。
基于上述思想和發(fā)明，設(shè)計(jì)制造了多曲面光漏斗,、平行光能流倍增器、多級(jí)CPC疊置高倍聚光器,、多曲面槽式中高溫集熱器和透射與反射復(fù)合聚光轉(zhuǎn)輪式太陽(yáng)能高溫集熱器等新型太陽(yáng)能聚光裝置,，開(kāi)發(fā)出多種上市產(chǎn)品。為非傳統(tǒng)太陽(yáng)能高溫集熱或聚光指出了新的方向,。
基于這些發(fā)明和基礎(chǔ)研究,，獲得國(guó)家“863”計(jì)劃資助,、獲得二項(xiàng)國(guó)家自然基金資助，還獲得二項(xiàng)國(guó)際項(xiàng)目資助,。獲得授權(quán)發(fā)明專利14個(gè),，實(shí)用新型專利3項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專利1個(gè),，發(fā)表SCI論文16篇,，EI20篇。出版專著兼教材1部,。與企業(yè)合作5項(xiàng),，開(kāi)發(fā)了多個(gè)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,。
5. 光學(xué)表面殘差頻域及亞表面損傷表征及修正理論與制造技術(shù)研究
現(xiàn)代高分辨率,、超分辨率成像光學(xué)系統(tǒng)以及高能激光系統(tǒng)對(duì)其核心元件質(zhì)量提出苛刻要求，除要求表面面形殘余誤差峰谷值和均方根值外,，還要求其殘余誤差各頻域分布以及亞表面損傷程度滿足特定的需求,，以保證成像的質(zhì)量和提高光學(xué)元件的損傷閾值。但是,，目前國(guó)內(nèi)興起的數(shù)控計(jì)算機(jī)表面成形技術(shù)對(duì)于制造具有高質(zhì)量表面尚具有一定難度,，在此基礎(chǔ)上提出的全頻段殘余誤差控制以及亞表面損傷控制更是一個(gè)新的難題和挑戰(zhàn)。
本項(xiàng)目針對(duì)現(xiàn)存理論和技術(shù)難題,，依托教育部項(xiàng)目新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目,，完成高精度表面及亞表面加工理論、測(cè)量方法,、評(píng)價(jià)指標(biāo),、加工及檢測(cè)設(shè)備等系統(tǒng)成果，實(shí)現(xiàn)了無(wú)亞表面破壞層,，全頻段殘余誤差修整和控制的光學(xué)表面制造,，主要?jiǎng)?chuàng)新性成果包括：
1. 研制了適用于高精度光學(xué)表面制造的精密光學(xué)研拋機(jī)床及其專用工具系列，申請(qǐng)并獲得國(guó)家發(fā)明專利,。
2. 提出光學(xué)材料亞表面殘差微觀表征及機(jī)理,，得出了微缺陷分布隨機(jī)性、微裂紋分布縱伸性的結(jié)論,，闡釋了橫向微裂紋在剪切去除中的積極作用,。
3. 建立光學(xué)表面全頻段殘余誤差的評(píng)價(jià)體系，提出采用多樣性工作函數(shù)和隨機(jī)路徑方案,，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻域針對(duì)性去除,，達(dá)到全頻域殘余誤差的控制。
4. 首次構(gòu)建了多變量全局尋優(yōu)模型，建立了適用于光學(xué)表面全頻段殘余誤差控制以及亞表面損傷全階段控制工藝模型,，形成面向高精度表面和亞表面的評(píng)價(jià),、制造和檢測(cè)工藝鏈和技術(shù)流程。
本項(xiàng)目在國(guó)家基金支持下,，取得了大量突破性的創(chuàng)新成果,。編撰學(xué)術(shù)專著2部；申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利11項(xiàng),，其中授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng),；發(fā)表SCI檢索學(xué)術(shù)論文16篇，其中,。研究成果目前已經(jīng)應(yīng)用于航空航天以及精密機(jī)場(chǎng)照明領(lǐng)域,。經(jīng)全頻段殘余誤差和亞表面損傷控制后的光學(xué)表面，提高了光學(xué)元件在強(qiáng)激光的作用下?lián)p傷閾值,，提升了高分辨成像系統(tǒng)成像性能,。
本項(xiàng)目研究的光學(xué)表面全頻域及亞表面損傷表征及修正理論與制造技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能夠有效抑制表面殘差在各頻率域的分布,，并消除亞表面損傷層,，可為空間光學(xué),、強(qiáng)激光系統(tǒng),、高分辨成像系統(tǒng)、精密照明等高新技術(shù)提供核心元件支撐,，產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,。
6. 超快激光微納制造機(jī)理,、方法及新材料制備的基礎(chǔ)研究
針對(duì)超快激光微納制造中機(jī)理、方法及新材料制備展開(kāi)了十余年的基礎(chǔ)研究：
1）建立了量子等離子體模型,，揭示了超快激光加工絕緣體機(jī)理,。當(dāng)加工作用時(shí)間短到飛秒和尺寸小到納米時(shí)，材料的瞬時(shí)局部特性變化極為關(guān)鍵,，許多經(jīng)典的理論不再適用,，建立了量子等離子體模型，首次能夠預(yù)測(cè)飛秒激光加工形狀,，并預(yù)測(cè)了一系列反常效應(yīng),，后被多個(gè)國(guó)家研究組實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。
2）建立了改進(jìn)雙溫度方程,，揭示了超快激光加工金屬機(jī)理,。針對(duì)10余年未能突破的難題：微納熱傳導(dǎo)基石之一的經(jīng)典雙溫度方程僅適用于峰值電子溫度遠(yuǎn)低于費(fèi)米溫度的情況（如超快激光低能量加熱），不能正確描述高能量密度情況下的超短脈沖與金屬相互作用（如超快激光加工）,，建立了改進(jìn)雙溫度方程,，成功解決了這一難題,，極大地?cái)U(kuò)展了雙溫度方程的適用范圍。
3）提出超快激光微納制造新方法并獲得了重要應(yīng)用,。根據(jù)理論預(yù)測(cè)，提出了脈沖序列設(shè)計(jì)和共振吸收的超快激光微納制造新方法,，首次實(shí)現(xiàn)了制造中對(duì)局部瞬時(shí)電子動(dòng)態(tài)及其對(duì)應(yīng)材料特性的主動(dòng)調(diào)節(jié),，使加工重鑄層高度降低了約60%，效率提高了5-56倍,，深徑比/深寬比極限提高了30余倍,，新方法被選定為國(guó)家重大專項(xiàng)之一的點(diǎn)火工程中核心構(gòu)件微靶靶球深孔的加工工藝。設(shè)計(jì)并加工了新型光纖微傳感器及不同維度石墨烯器件,，已經(jīng)開(kāi)始市場(chǎng)推廣,。
發(fā)表主流國(guó)際會(huì)議主題/特邀報(bào)告53次，其中Keynote/Plenary報(bào)告11次,。20篇主要論文SCI他引1362次,，8篇代表作SCI他引814次，獲2014年教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng),。推動(dòng)了國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展,，如材料領(lǐng)域：美國(guó)前國(guó)家科學(xué)院院長(zhǎng)F. Seitz創(chuàng)立的UIUC材料研究室以實(shí)驗(yàn)逐一驗(yàn)證了我們模型的主要假設(shè)和預(yù)測(cè)：“該現(xiàn)象在本質(zhì)上與姜和蔡的預(yù)測(cè)吻合…彈坑形狀與姜和蔡的預(yù)測(cè)十分接近”；納米領(lǐng)域：AAAS/ASME/SPIE/ISNM/AIMBE五會(huì)會(huì)士,、加州大學(xué)S.C. Chen教授應(yīng)用我們模型成功解釋了“飛秒激光輔助納米加工”的原理：“姜和蔡提出了一個(gè)模型[9,10],，本計(jì)算所用的模型，除個(gè)別解釋的地方外,，大都從參考文獻(xiàn)[10]而來(lái)”,；化工領(lǐng)域：日本京都大學(xué)T. Maruyama教授專門發(fā)文驗(yàn)證我們模型并拓展其應(yīng)用：“本文目的是基于已有實(shí)驗(yàn)對(duì)比，討論該等離子體模型在其它寬禁帶材料中的應(yīng)用”,；機(jī)械領(lǐng)域：ASME會(huì)士,、美國(guó)空軍研究室J.K.Chen教授根據(jù)我們的改進(jìn)雙溫度方程提出了“半經(jīng)典雙溫度方程”；物理領(lǐng)域：丹麥奧爾胡斯大學(xué)P. Balling教授在Rep. Prog. Phys.(IF:17.062)中用半頁(yè)篇幅重點(diǎn)評(píng)述：“…通過(guò)姜等所提模型,，可以計(jì)算電子密度和溫度隨時(shí)間,、空間的演化規(guī)律…預(yù)測(cè)結(jié)果高度一致”?；瘜W(xué)領(lǐng)域：諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主,、加州理工學(xué)院A.H. Zewail教授在論文中評(píng)價(jià)：“這樣的模型對(duì)澄清激光誘導(dǎo)熔化和燒蝕非常重要”；電子領(lǐng)域：OSA會(huì)士,、多倫多大學(xué)P.R. Herman教授在論文中將我們所提方法列為“報(bào)導(dǎo)的飛秒激光最好的加工結(jié)果之一”,。光學(xué)領(lǐng)域：意大利薩尼奧大學(xué)A. Cusano教授重點(diǎn)評(píng)述我們的新型傳感器：“目前的最高紀(jì)錄是利用飛秒激光加工雙空氣孔馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x…”。
能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的效率測(cè)度理論與方法是管理科學(xué)前沿研究領(lǐng)域之一,。傳統(tǒng)的效率測(cè)度理論和方法已無(wú)法滿足當(dāng)前系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)境保護(hù)下的科學(xué)與實(shí)踐需求,。項(xiàng)目組在國(guó)家自然基金項(xiàng)目等重要科研任務(wù)長(zhǎng)期資助下，形成了能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的效率測(cè)度理論,，建立了能效測(cè)度方法和指標(biāo)體系,，并在節(jié)能減排政策制定中得到應(yīng)用。主要?jiǎng)?chuàng)新成果有三個(gè)方面：
?。?）形成了能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的效率測(cè)度理論,。針對(duì)以往研究中忽視了能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合性,、結(jié)構(gòu)異質(zhì)性,、要素替代性、多目標(biāo)性和環(huán)境外部性等問(wèn)題,，引入Translog/KLEM生產(chǎn)函數(shù)理論,，在數(shù)理上推導(dǎo)出了能源需求與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),、技術(shù)進(jìn)步和能源結(jié)構(gòu)的關(guān)系,，揭示了能源需求的傳導(dǎo)機(jī)制和反饋途徑，拓展了能源效率測(cè)度理論,，為完善能效測(cè)度方法和節(jié)能實(shí)踐提供了理論基礎(chǔ),。研究成果Liao和Wei(2007)被列入麻省理工學(xué)院的“能源安全與挑戰(zhàn)”等2門課程列為必讀材料(required reading)，Liang和Wei(2007)被克拉克獎(jiǎng)獲得者,、美國(guó)科學(xué)院院士Jorgenson作為碳稅節(jié)能協(xié)同效應(yīng)的證據(jù),，同時(shí)被CGE模型主創(chuàng)者、俄羅斯科學(xué)院外籍院士Whalley作為節(jié)能減排研究典型案例,。
?。?）建立了動(dòng)態(tài)和多目標(biāo)條件下的能源效率測(cè)度方法和指標(biāo)體系。針對(duì)以往測(cè)度指標(biāo)局限于工程,、物理或產(chǎn)值等單一維度而導(dǎo)致的信息有偏和激勵(lì)不相容問(wèn)題,，應(yīng)用多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析,、Shephard距離函數(shù)和隨機(jī)前沿面分析方法等,，提出了能源配置效率、經(jīng)濟(jì)效率和全要素碳排放績(jī)效等新型能源效率測(cè)度指標(biāo),，發(fā)展了能源效率測(cè)度指標(biāo)體系,。研究成果被著名能源效率專家Worrell教授等長(zhǎng)篇采用并做為鋼鐵部門能源效率研究工具；被Energy J. 主編Hunt作為非參數(shù)DEA方法測(cè)度能源效率典型案例。
?。?）提出并構(gòu)建了信息損失視閾下能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)方法,。針對(duì)能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)效率綜合評(píng)價(jià)中聚合方法選擇過(guò)于主觀的問(wèn)題，以信息損失最小化為目標(biāo),，構(gòu)建Shannon-Spearman公式對(duì)不同準(zhǔn)則決策指標(biāo)聚合方法進(jìn)行比較,，提出了一套可用于構(gòu)建能效綜合指標(biāo)的最優(yōu)化方法。研究成果被著名學(xué)者Tofallis (2013)評(píng)價(jià)為該方法特別有預(yù)見(jiàn)性,。
研究成果已在Energy Economics,、E. J. Operational Research、Energy,、Energy Efficiency,、Applied Energy等SCI期刊發(fā)表論文39篇，其中SCI一區(qū)37篇,，ESI高被引論文9篇,。論文被SCI/SSCI他引1082次，單篇SCI/SSCI他引最高88次,；在Google Scholar中被他引2459次,。10篇代表性論著被SCI/SSCI他引431次；在Google Scholar中被他引909次,。出版能源效率專著1部,。引文作者來(lái)自MIT、哈佛,、UC伯克利,、斯坦福、杜克,、佐治亞理工,、劍橋、世界銀行等200余家機(jī)構(gòu),。3篇論文被聯(lián)合國(guó)氣候變化專門委員會(huì)評(píng)估報(bào)告引用,。完成的2項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目結(jié)題績(jī)效評(píng)估為“特優(yōu)”。
2. 人車路系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)演變機(jī)理與輔助駕駛方法
隨著城市機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的迅速發(fā)展,，交通安全問(wèn)題已成為一項(xiàng)全球性挑戰(zhàn),，是人們普遍關(guān)注的社會(huì)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)道路交通安全,，如何在人,、車、路等要素耦合作用下解析交通系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的生成與演變,、如何能夠確保系統(tǒng)的最佳匹配品質(zhì)并通過(guò)交通行為輔助來(lái)提高效能,，對(duì)深入系統(tǒng)地識(shí)別人車路系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和構(gòu)建交通本質(zhì)安全具有重要意義,。
本項(xiàng)目創(chuàng)建了以行為理論為核心的交通系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)演化機(jī)制與評(píng)價(jià)方法，揭示了交通參與者行為,、車輛行駛性能和道路基礎(chǔ)設(shè)施之間的內(nèi)在容錯(cuò)性規(guī)律,，圍繞駕駛可信性分析、人車單元與弱勢(shì)交通參與者安全行為模式,、不良交通事件的風(fēng)險(xiǎn)演變及其控制,、駕駛輔助與人車交互等方向展開(kāi)系統(tǒng)研究，取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果和科學(xué)發(fā)現(xiàn)如下：
(1) 對(duì)交通參與者行為形成進(jìn)行了規(guī)則化,、模型化的定量描述,，深入系統(tǒng)地研究了弱勢(shì)交通參與者在不同交通態(tài)勢(shì)下的行為變化特性，重點(diǎn)構(gòu)建了駕駛本質(zhì)安全模型和駕駛差錯(cuò)恢復(fù)能力的分析方法,，提出智能交通信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)字駕駛概念并創(chuàng)建可信駕駛的體系結(jié)構(gòu),，從理論層次上闡明駕駛失誤的不可避免特征。
(2) 從人車交互的交通本質(zhì)出發(fā),，建立車輛接近和換道行為的微觀模型,，成功識(shí)別出駕駛?cè)嗽谲囕v行駛過(guò)程中表現(xiàn)出的跟隨動(dòng)作滯后、速度波動(dòng)以及操作擾動(dòng)現(xiàn)象,，依據(jù)道路環(huán)境對(duì)人車單元風(fēng)險(xiǎn)向量變化的擾動(dòng)分析,，提出了面向舒適性與安全性的車輛生態(tài)人機(jī)界面功能分配方法，為確定車輛行駛安全需求控制與駕駛輔助方式提供理論依據(jù),。
(3) 從交通事變信息流傳遞的層次上，依據(jù)不良交通征兆所蘊(yùn)含信息量來(lái)解析人車路系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)演變過(guò)程,，突破傳統(tǒng)事故分析方法難以量化事故誘發(fā)因素的瓶頸,，提出交通系統(tǒng)定量風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和交通事故致因動(dòng)態(tài)微觀辨識(shí)方法，解決了信息不足和數(shù)據(jù)丟失時(shí)如何辨識(shí)交通風(fēng)險(xiǎn)源的難題,，并實(shí)現(xiàn)對(duì)人車路危險(xiǎn)因素的預(yù)警性控制,。
本項(xiàng)目共發(fā)表SCI論文29篇。出版中英文專著3部,，其中《車輛人機(jī)交互安全與輔助駕駛》獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金,。10篇代表性論著被SCI他引184次。有4篇論文曾進(jìn)入ESI前1%高被引論文,，1篇論文進(jìn)入ESI前0.1%高被引論文,。2013年獲得全球三項(xiàng)KSCE-Springer獎(jiǎng)的最高獎(jiǎng)-引文獎(jiǎng)。第一完成入選2014年度Elsevier中國(guó)高被引學(xué)者,。獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng),。作為發(fā)起人和會(huì)議主席主辦6 屆國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，17次在國(guó)際著名大學(xué)和國(guó)際會(huì)議上做特邀報(bào)告,。研究成果多次被美,、英,、德、日,、法等國(guó)學(xué)者在本領(lǐng)域頂尖學(xué)術(shù)期刊《Transportation Research》,、 《IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems》、《Safety Science》等正面評(píng)論,，獲得了IEEE Fellow ,、IEA Fellow等相關(guān)領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威的高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為該項(xiàng)目“填補(bǔ)了交通風(fēng)險(xiǎn)分析模型的空白”,，“對(duì)認(rèn)識(shí)駕駛行為和確定駕駛輔助的技術(shù)方法具有突出的貢獻(xiàn)”,。項(xiàng)目研究成果開(kāi)拓出交通行為與安全、綠色智能交通系統(tǒng)等學(xué)科發(fā)展方向,，對(duì)深入系統(tǒng)地定量辨識(shí)基于征兆的人車路系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn),、構(gòu)建具有容錯(cuò)性功能的城市交通本質(zhì)安全具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
3. 仿人機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
本項(xiàng)目屬于機(jī)器人控制系統(tǒng)研究和機(jī)器人機(jī)械學(xué)領(lǐng)域,。
“機(jī)器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個(gè)切入點(diǎn)和重要增長(zhǎng)點(diǎn),，將創(chuàng)造數(shù)萬(wàn)億美元的市場(chǎng)。仿人機(jī)器人是智能機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)制高點(diǎn),，其研發(fā),、制造、應(yīng)用反映了一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)的水平,，具有引領(lǐng),、輻射和帶動(dòng)作用。仿人機(jī)器人通常具有30個(gè)以上自由度,，近100個(gè)傳感器,，是一個(gè)不穩(wěn)定的非線性強(qiáng)耦合的復(fù)雜多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，技術(shù)難度高,。它雙足行走,、雙手作業(yè)，更容易適應(yīng)人類生活,、工作環(huán)境,，在航天、國(guó)防,、家庭服務(wù)等領(lǐng)域具有巨大需求,。
仿人機(jī)器人作為發(fā)達(dá)國(guó)家必爭(zhēng)的戰(zhàn)略高新技術(shù)，以前主要由日本,、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家掌握,。本項(xiàng)目采用新的研究思路，借鑒人類長(zhǎng)期進(jìn)化所具備自然,、快速,、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)機(jī)理和靈巧結(jié)構(gòu)特征,，創(chuàng)新地研究了仿人機(jī)器人的仿生運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、控制,、操作及系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù),，取得了新突破，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷,，主要技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平,。主要發(fā)明點(diǎn)如下：
1)發(fā)明了基于人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，無(wú)需預(yù)設(shè)ZMP軌跡,，解決了傳統(tǒng)方法存在的收斂與系統(tǒng)高穩(wěn)定性的矛盾,；首創(chuàng)了空間和時(shí)間維度的運(yùn)動(dòng)相似性評(píng)價(jià)函數(shù)，成為一種仿人機(jī)器人與人體動(dòng)作相似程度的定量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,，解決了多自由度機(jī)器人擬人化復(fù)雜運(yùn)動(dòng)求解難題,。
2)發(fā)明了快速傳感反射平衡控制方法，無(wú)需機(jī)器人數(shù)學(xué)模型,，即可快速調(diào)節(jié)踝,、膝、腰等關(guān)鍵部位,，解決了在環(huán)境突發(fā)擾動(dòng)及未知凹凸地面時(shí)平衡控制難題,，有效提高了仿人機(jī)器人抗未知干擾及環(huán)境變化的能力。
3)發(fā)明了仿人機(jī)器人移動(dòng)與操作協(xié)調(diào)控制技術(shù),，通過(guò)逆動(dòng)力學(xué)控制器調(diào)節(jié)加速度協(xié)調(diào)全身運(yùn)動(dòng),，解決了快速運(yùn)動(dòng)平衡性與操作精確性間的矛盾，有效提高了機(jī)器人對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)操作的反應(yīng)能力,。
4)發(fā)明了輕量化關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)技術(shù)和功能仿生的靈巧機(jī)構(gòu),，攻克了系統(tǒng)集成技術(shù)，研制了5代仿人機(jī)器人系統(tǒng),，解決了部件與系統(tǒng)性能一致性難以匹配的問(wèn)題，提高了仿人機(jī)器人系統(tǒng)的集成度和整體性能,。
項(xiàng)目得到多項(xiàng)863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目,、國(guó)家杰青基金等項(xiàng)目十余年的持續(xù)支持。共申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利61項(xiàng),，其中已授權(quán)31項(xiàng),，形成了仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、控制和系統(tǒng)集成的專利群,。發(fā)表SCI/EI論文97篇,，并在國(guó)際頂級(jí)會(huì)議IEEE-IROS等獲3篇優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。研制的仿人機(jī)器人在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立行走,，在國(guó)際上首次完成了刀術(shù),、太極拳等高難度運(yùn)動(dòng),，被選為國(guó)家863計(jì)劃重大科技成果，并作為標(biāo)志性成果在國(guó)家高新區(qū)建設(shè)二十周年成就展展出,，產(chǎn)生了良好的社會(huì)反響,。由教育部組織的多位院士等專家組成的鑒定委員會(huì)鑒定意見(jiàn)：“從仿生角度系統(tǒng)地研究了仿人機(jī)器人的仿生運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、控制及系統(tǒng)集成,，攻克了核心技術(shù)”,、“在復(fù)雜動(dòng)態(tài)動(dòng)作的仿生規(guī)劃與傳感反射控制技術(shù)方面處于國(guó)際領(lǐng)先水平”。
項(xiàng)目從關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明,、核心部件研發(fā)到應(yīng)用創(chuàng)新,，形成了一整套技術(shù)成果，已在航天等國(guó)家重大工程,、國(guó)家公共安全領(lǐng)域得到應(yīng)用,，在軍工、民口企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)1億元,，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,。
4. 多曲面及多元復(fù)合聚光中高溫太陽(yáng)能集熱技術(shù)及應(yīng)用
太陽(yáng)能中高溫集熱技術(shù)是科技部十二五計(jì)劃中作為能源戰(zhàn)略開(kāi)發(fā)的重大技術(shù)之一，也是節(jié)能減排的重要技術(shù)手段之一,。然而,，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能聚光集熱器大多都是根據(jù)單曲面或單曲線設(shè)計(jì)的，或者是單一聚光方式聚焦形成的,，比如拋物面聚光器是由拋物線平移或旋轉(zhuǎn)而成的,。這些聚光方式的理論基礎(chǔ)是非常清晰的，聚光比很大,，理論聚光溫度很高,。但是，此類聚光器的聚光角一般都很小,，有的只有1°甚至只有0.1°,，需要準(zhǔn)確跟蹤太陽(yáng)和嚴(yán)格的控制。這在工程應(yīng)用上是非常困難的,，它需要龐大的跟蹤機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),，這些固有缺陷使傳統(tǒng)型太陽(yáng)能聚光器難于低成本商業(yè)化運(yùn)行，限制了它們的推廣利用,。
為此,，本課題組針對(duì)傳統(tǒng)太陽(yáng)能聚光器的這些缺陷，展開(kāi)了長(zhǎng)達(dá)近10年的技術(shù)基礎(chǔ)研究,，提出了多曲面復(fù)合太陽(yáng)能聚光和多元復(fù)合的思想,，發(fā)明了一系列基于多曲面、多元復(fù)合聚光理念的先進(jìn)中高溫太陽(yáng)能聚光器,，拓展了太陽(yáng)能聚光的思想與方法,，增加了聚光器的接收角,，減少了太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤精度要求，多元聚光更是截取了透射與反射聚光部件中最有效的部分,，降低了傳統(tǒng)太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)的控制及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和自身能耗,。
（1）創(chuàng)新提出了多曲面聚光和多元聚光的思想,，建立了多曲面聚光的完整理論,，形成了焦點(diǎn)后置式太陽(yáng)能聚光技術(shù)和太陽(yáng)光密度倍增聚光技術(shù)。發(fā)明了鏡像焦點(diǎn)重疊式可變向平行光能流密度倍增器,，實(shí)現(xiàn)了焦點(diǎn)后置式太陽(yáng)能聚光,，為太陽(yáng)能聚光器與后端用戶系統(tǒng)有機(jī)連接創(chuàng)造了條件。設(shè)計(jì)了一系列一體化太陽(yáng)能利用系統(tǒng),。
?。?）創(chuàng)新提出了多曲面順向聚光理念，形成了多曲面聚光的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法,，獲得了定向太陽(yáng)能聚光與傳光技術(shù),，實(shí)現(xiàn)了新型太陽(yáng)能聚光器聚光角的寬域設(shè)計(jì)方法，發(fā)明了槽式順向聚焦軸向傳光太陽(yáng)能聚光器,。
?。?）創(chuàng)新提出了多元聚光的思想，將反射與折射聚光技術(shù)結(jié)合為一體,，將用戶的用能需求融于聚光器的設(shè)計(jì)之中,，形成了多元高倍聚光理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。發(fā)明了菲涅耳透射與反射復(fù)合聚光滾筒式太陽(yáng)能高溫集熱器,，它由曲面菲涅耳透射聚光,、平面菲涅耳反射聚光和多曲面再聚光的三元聚光復(fù)合組成，進(jìn)一步拓展了太陽(yáng)能高溫集熱的理念,，是一種完全區(qū)別于傳統(tǒng)拋物面聚光器的全新高溫太陽(yáng)能集熱裝置,，克服了傳統(tǒng)拋物面聚光器的眾多缺陷。它要求的跟蹤精度低,，普通電機(jī)即可準(zhǔn)確跟蹤運(yùn)行,。
基于上述思想和發(fā)明，設(shè)計(jì)制造了多曲面光漏斗,、平行光能流倍增器、多級(jí)CPC疊置高倍聚光器,、多曲面槽式中高溫集熱器和透射與反射復(fù)合聚光轉(zhuǎn)輪式太陽(yáng)能高溫集熱器等新型太陽(yáng)能聚光裝置,，開(kāi)發(fā)出多種上市產(chǎn)品。為非傳統(tǒng)太陽(yáng)能高溫集熱或聚光指出了新的方向,。
基于這些發(fā)明和基礎(chǔ)研究,，獲得國(guó)家“863”計(jì)劃資助,、獲得二項(xiàng)國(guó)家自然基金資助，還獲得二項(xiàng)國(guó)際項(xiàng)目資助,。獲得授權(quán)發(fā)明專利14個(gè),，實(shí)用新型專利3項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專利1個(gè),，發(fā)表SCI論文16篇,，EI20篇。出版專著兼教材1部,。與企業(yè)合作5項(xiàng),，開(kāi)發(fā)了多個(gè)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,。
5. 光學(xué)表面殘差頻域及亞表面損傷表征及修正理論與制造技術(shù)研究
現(xiàn)代高分辨率,、超分辨率成像光學(xué)系統(tǒng)以及高能激光系統(tǒng)對(duì)其核心元件質(zhì)量提出苛刻要求，除要求表面面形殘余誤差峰谷值和均方根值外,，還要求其殘余誤差各頻域分布以及亞表面損傷程度滿足特定的需求,，以保證成像的質(zhì)量和提高光學(xué)元件的損傷閾值。但是,，目前國(guó)內(nèi)興起的數(shù)控計(jì)算機(jī)表面成形技術(shù)對(duì)于制造具有高質(zhì)量表面尚具有一定難度,，在此基礎(chǔ)上提出的全頻段殘余誤差控制以及亞表面損傷控制更是一個(gè)新的難題和挑戰(zhàn)。
本項(xiàng)目針對(duì)現(xiàn)存理論和技術(shù)難題,，依托教育部項(xiàng)目新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目,，完成高精度表面及亞表面加工理論、測(cè)量方法,、評(píng)價(jià)指標(biāo),、加工及檢測(cè)設(shè)備等系統(tǒng)成果，實(shí)現(xiàn)了無(wú)亞表面破壞層,，全頻段殘余誤差修整和控制的光學(xué)表面制造,，主要?jiǎng)?chuàng)新性成果包括：
1. 研制了適用于高精度光學(xué)表面制造的精密光學(xué)研拋機(jī)床及其專用工具系列，申請(qǐng)并獲得國(guó)家發(fā)明專利,。
2. 提出光學(xué)材料亞表面殘差微觀表征及機(jī)理,，得出了微缺陷分布隨機(jī)性、微裂紋分布縱伸性的結(jié)論,，闡釋了橫向微裂紋在剪切去除中的積極作用,。
3. 建立光學(xué)表面全頻段殘余誤差的評(píng)價(jià)體系，提出采用多樣性工作函數(shù)和隨機(jī)路徑方案,，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻域針對(duì)性去除,，達(dá)到全頻域殘余誤差的控制。
4. 首次構(gòu)建了多變量全局尋優(yōu)模型，建立了適用于光學(xué)表面全頻段殘余誤差控制以及亞表面損傷全階段控制工藝模型,，形成面向高精度表面和亞表面的評(píng)價(jià),、制造和檢測(cè)工藝鏈和技術(shù)流程。
本項(xiàng)目在國(guó)家基金支持下,，取得了大量突破性的創(chuàng)新成果,。編撰學(xué)術(shù)專著2部；申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利11項(xiàng),，其中授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng),；發(fā)表SCI檢索學(xué)術(shù)論文16篇，其中,。研究成果目前已經(jīng)應(yīng)用于航空航天以及精密機(jī)場(chǎng)照明領(lǐng)域,。經(jīng)全頻段殘余誤差和亞表面損傷控制后的光學(xué)表面，提高了光學(xué)元件在強(qiáng)激光的作用下?lián)p傷閾值,，提升了高分辨成像系統(tǒng)成像性能,。
本項(xiàng)目研究的光學(xué)表面全頻域及亞表面損傷表征及修正理論與制造技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能夠有效抑制表面殘差在各頻率域的分布,，并消除亞表面損傷層,，可為空間光學(xué),、強(qiáng)激光系統(tǒng),、高分辨成像系統(tǒng)、精密照明等高新技術(shù)提供核心元件支撐,，產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,。
6. 超快激光微納制造機(jī)理,、方法及新材料制備的基礎(chǔ)研究
針對(duì)超快激光微納制造中機(jī)理、方法及新材料制備展開(kāi)了十余年的基礎(chǔ)研究：
1）建立了量子等離子體模型,，揭示了超快激光加工絕緣體機(jī)理,。當(dāng)加工作用時(shí)間短到飛秒和尺寸小到納米時(shí)，材料的瞬時(shí)局部特性變化極為關(guān)鍵,，許多經(jīng)典的理論不再適用,，建立了量子等離子體模型，首次能夠預(yù)測(cè)飛秒激光加工形狀,，并預(yù)測(cè)了一系列反常效應(yīng),，后被多個(gè)國(guó)家研究組實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。
2）建立了改進(jìn)雙溫度方程,，揭示了超快激光加工金屬機(jī)理,。針對(duì)10余年未能突破的難題：微納熱傳導(dǎo)基石之一的經(jīng)典雙溫度方程僅適用于峰值電子溫度遠(yuǎn)低于費(fèi)米溫度的情況（如超快激光低能量加熱），不能正確描述高能量密度情況下的超短脈沖與金屬相互作用（如超快激光加工）,，建立了改進(jìn)雙溫度方程,，成功解決了這一難題,，極大地?cái)U(kuò)展了雙溫度方程的適用范圍。
3）提出超快激光微納制造新方法并獲得了重要應(yīng)用,。根據(jù)理論預(yù)測(cè)，提出了脈沖序列設(shè)計(jì)和共振吸收的超快激光微納制造新方法,，首次實(shí)現(xiàn)了制造中對(duì)局部瞬時(shí)電子動(dòng)態(tài)及其對(duì)應(yīng)材料特性的主動(dòng)調(diào)節(jié),，使加工重鑄層高度降低了約60%，效率提高了5-56倍,，深徑比/深寬比極限提高了30余倍,，新方法被選定為國(guó)家重大專項(xiàng)之一的點(diǎn)火工程中核心構(gòu)件微靶靶球深孔的加工工藝。設(shè)計(jì)并加工了新型光纖微傳感器及不同維度石墨烯器件,，已經(jīng)開(kāi)始市場(chǎng)推廣,。
發(fā)表主流國(guó)際會(huì)議主題/特邀報(bào)告53次，其中Keynote/Plenary報(bào)告11次,。20篇主要論文SCI他引1362次,，8篇代表作SCI他引814次，獲2014年教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng),。推動(dòng)了國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展,，如材料領(lǐng)域：美國(guó)前國(guó)家科學(xué)院院長(zhǎng)F. Seitz創(chuàng)立的UIUC材料研究室以實(shí)驗(yàn)逐一驗(yàn)證了我們模型的主要假設(shè)和預(yù)測(cè)：“該現(xiàn)象在本質(zhì)上與姜和蔡的預(yù)測(cè)吻合…彈坑形狀與姜和蔡的預(yù)測(cè)十分接近”；納米領(lǐng)域：AAAS/ASME/SPIE/ISNM/AIMBE五會(huì)會(huì)士,、加州大學(xué)S.C. Chen教授應(yīng)用我們模型成功解釋了“飛秒激光輔助納米加工”的原理：“姜和蔡提出了一個(gè)模型[9,10],，本計(jì)算所用的模型，除個(gè)別解釋的地方外,，大都從參考文獻(xiàn)[10]而來(lái)”,；化工領(lǐng)域：日本京都大學(xué)T. Maruyama教授專門發(fā)文驗(yàn)證我們模型并拓展其應(yīng)用：“本文目的是基于已有實(shí)驗(yàn)對(duì)比，討論該等離子體模型在其它寬禁帶材料中的應(yīng)用”,；機(jī)械領(lǐng)域：ASME會(huì)士,、美國(guó)空軍研究室J.K.Chen教授根據(jù)我們的改進(jìn)雙溫度方程提出了“半經(jīng)典雙溫度方程”；物理領(lǐng)域：丹麥奧爾胡斯大學(xué)P. Balling教授在Rep. Prog. Phys.(IF:17.062)中用半頁(yè)篇幅重點(diǎn)評(píng)述：“…通過(guò)姜等所提模型,，可以計(jì)算電子密度和溫度隨時(shí)間,、空間的演化規(guī)律…預(yù)測(cè)結(jié)果高度一致”?；瘜W(xué)領(lǐng)域：諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主,、加州理工學(xué)院A.H. Zewail教授在論文中評(píng)價(jià)：“這樣的模型對(duì)澄清激光誘導(dǎo)熔化和燒蝕非常重要”；電子領(lǐng)域：OSA會(huì)士,、多倫多大學(xué)P.R. Herman教授在論文中將我們所提方法列為“報(bào)導(dǎo)的飛秒激光最好的加工結(jié)果之一”,。光學(xué)領(lǐng)域：意大利薩尼奧大學(xué)A. Cusano教授重點(diǎn)評(píng)述我們的新型傳感器：“目前的最高紀(jì)錄是利用飛秒激光加工雙空氣孔馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x…”。