项目名称：拆弹专家-城市地下沼气安全检测技术革新领航者

参赛赛题：技术竞赛类-开放命题--信息感知系统与应用类

获奖情况：全国一等奖

培养单位：物理学院

团队名称：萌鸡小队

团队成员：冯铭扬、樊哲辰、李绍龙

指导老师：乔莹莹

※团队风采

冯铭扬（队长）

冯铭扬，物理学院2022级博士研究生，研究方向为光声光谱、气体传感、拉曼光谱等领域。获中国国际大学生创新大赛（2025）产业赛道国赛银奖。发表SCI论文5篇。

樊哲辰（队员）

樊哲辰，物理学院2023级硕士研究生，研究方向智能传感、光学气体检测。获郑州大学优秀成果奖、三好研究生、优秀研究生干部、国家学业奖学金等荣誉。发表SCI论文3篇。                            

李绍龙（队员）

李绍龙，物理学院2023级硕士研究生，研究方向智能传感与先进仪器。获郑州大学优秀成果奖、三好研究生、优秀研究生干部等荣誉，获中国国际大学生创新大赛（2025）产业赛道国赛银奖、“华为杯”第二十一届中国研究生数学建模竞赛国家级二等奖、“华为杯”第二十届中国研究生数学建模竞赛国家级三等奖。                            

乔莹莹（指导教师）

乔莹莹，郑州大学物理学院副教授。主要研究方向包括：红外光学传感器，气体传感技术，光学信号应用等。主持国家自然科学基金青年基金等3项重点科研项目，发表高质量论文10余篇，申请专利1项，成果落地转化1项，指导研究生获得国家级一等奖3项、国家级二、三等奖项多项。

※作品介绍

一、作品背景

城市化加速推动地下空间开发，地下管网规模与复杂度攀升。作为城市 “生命线”，其承担污水、雨水等输送功能，关乎城市公共卫生与运行安全。但管网封闭通风差，有机物质厌氧发酵产生含甲烷、二氧化碳、硫化氢的沼气，兼具易燃易爆与毒性，积聚后易引发爆炸、爆燃等事故，危及设施与公众安全。近年排水系统老化、管网复杂及有机负荷上升，沼气风险加剧，实时监测预警成为城市安全管理关键。而传统检测手段存在局限：电化学传感器寿命短、易中毒；气相色谱法无法实时监测；光腔衰荡光谱（CRDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等光学方法设备昂贵、维护复杂，均难以适配地下复杂环境的长期稳定高精度监测需求。为此，亟需研发长寿命、高灵敏度、低成本的沼气检测系统，需适配复杂地下环境，具备实时监测、数据传输、多组分精确识别与动态预警功能，为管网安全运行提供技术支撑。

二、作品简介及创新点

针对上述研究背景及应用场景，团队研发了基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术的沼气检测仪，有效解决了传统监测技术在城市地下复杂环境中的诸多问题。系统具有高精度、快速响应、强抗干扰能力等优势，能够实时、准确地监测沼气浓度变化，为城市地下沼气安全管理提供了可靠的技术手段。实际应用案例也验证了系统的有效性和实用性，对保障城市公共安全具有重要意义。

本作品通过设计优化不同的光学谐振腔可实现光程在有限空间内的多次反射，将光程从常规设计的小于1米提升至5米以上，有效增强光与气体的作用效果，信号强度提高4倍，显著提升了系统对低浓度沼气的检测灵敏度。

在软件及算法方面，为应对有效避免因电磁干扰、空气扰动等产生的噪声，团队开发了基于MLP深度学习网络及Savitzky-Golay滤波原理的自适应滤波算法，可实现信噪比的进一步提升。

三、实物设计及效果评估

通过理论仿真及实验测试，验证了上述方法的可行性，进一步完成了产品级沼气检测仪的开发。

通过对学校内部窨井盖、管道等地的巡检，结果充分证实了该气体检测产品在实际应用中的有效性，为其在更广泛场景下的推广应用提供了有力依据。

※经验分享

关注赛事，问题导向。创新始于勇气与行动。首先，要保持对外界信息的敏感度，主动关注各类科研竞赛与实践机会，捕捉科研实践机会与需求；其次，立足专业兴趣，从实际问题切入，明确“我们能解决什么”“为什么要解决”，从大处着眼、从小处入手，让知识和想法落到实处。

注重逻辑，凸显价值。项目展示与答辩要树立信心、理清思路。立足问题源头，阐述创新思路、技术路线与实现路径，完整展现从概念验证、原型构建到应用落地的全过程。在有限时间内聚焦核心创新与竞争力，突出价值与可行性，让评委可以迅速了解项目深度与前景。

※结语

创新不必追求“一步到位”的完美，真正重要的是敢于迈出第一步——即便起点微小，也能在不断的试错与优化中积累经验、拓展思路，最终形成有价值的成果。