据介绍，国内外针对三维真实絮团的直接测量和观测研究尚处于起步阶段，低成本的实时观测装置及仪器更是鲜见，本团队设计的实验装置及重建算法，在国内外暂无其他相关成果发表，属于国内首创。

　　国内首创

　　研究成果破解粘性细颗粒絮团三维结构观测的难题

　　粘性细颗粒(如粘土矿物、生物有机质和其他粘性污染物等)广泛分布于河口海岸水体中，极易发生絮凝作用，形成形态各异的絮团。絮团的几何与沉降属性特征直接影响着湖泊、河口和海岸等自然水体的水质环境，同时也是理解河口泥沙输移和地貌演变过程的关键要素。不过，此前细颗粒泥沙絮团的观察、研究多从二维平面角度的测量切入，相关观测设备也存在量程范围及浓度限值等各方面的不足和缺陷。

　　2021年底起，中山大学海洋科学学院的五名本科生组成科研团队，基于过去对河口海岸带粘性细颗粒的观测和研究，计划从空间三维角度观测形态各异、变化万千的细颗粒絮团的发育、沉降和生消过程，以便为准确地分析细颗粒物质对水体质量和生态系统的影响提供基础数据。

　　基于这一思路，科研项目《细颗粒泥沙絮团的三维结构实验研究》应运而生。该项目聚焦发生在湍流剪切运动过程中的河口细颗粒泥沙絮团更高维度和精度的实际观测。在团队指导老师叶雷平老师和任杰老师的带领和指导下，相关的科研工作有序推进，从项目的理论储备和实验设计，到装置制作，再到数据采集和分析算法创建等，均由团队成员协力合作完成。

　　经过一年多的时间，这一成果已从初步设想达到了实践破题。团队自主设计研发了一套三维沉降观测装置，用于完成三维观测实验，并获取了大量有效数据，通过自己编写的三维重建程序，目前已经成功完成了一批絮团数据的三维重建，并且该装置已在申请实用新型专利。“国内外针对三维真实絮团的直接测量和观测研究尚处于起步阶段，低成本的实时观测装置及仪器更是鲜见，本团队设计的实验装置及重建算法，在国内外暂无其他相关成果发表，属于国内首创。”团队成员介绍。

　　多维发力

　　本科生团队独立完成创新性装置设计，申请专利

　　本科生在学习阶段产出科研成果渐渐成势，但能专注于前沿研究并在较短时间内取得国内领先的成果则并不多见。据介绍，该实验设备由本科生独立自主开发，团队也正在申请专利。文献研究显示，尽管有外国学者使用CT扫描仪等重建了单个细颗粒絮团的三维结构切片，然而其仪器成本高达百万，技术门槛极高，并不适用于河口海岸环境的絮团实时观测，难以实现普及化的商用及大量重复性的实验模拟工作等用途，而针对细颗粒泥沙絮团的三维结构研究，国内暂未有学者提出或发表合理有效的观测方案。

　　对团队成员来说，成功研发观测装置只是他们要克服的困难之一。目前针对不规则形态颗粒物质的三维重建算法技术复杂，支撑算法的基础数据(包括三维形态、沉降路径、沉降速度等)获取困难。团队成员独辟蹊径，从数理知识“三视图”中得到启发，通过自主设计的实验装置，获取细颗粒物质的“三视图”，独立开发了一套简易实用的三维重建算法，通过拍摄连续的图像数据集开发了一套复现絮团三维结构、沉速和沉降路径的算法。进一步，可以将实验方案和重建算法应用于自然环境中产生的真实絮团，获得更加真实的属性参数，为深刻理解河口海岸带普遍存在的粘性细颗粒的属性以及它们的移动路径提供基础数据。

　　此外，团队开发的三维重建算法和GUI(图形用户界面)，针对海洋科学等专业领域，可完成细颗粒物质的三维形态重建和沉降过程观测，实现海量图像处理，动态演示絮团沉降过程，估算絮团多种属性参数。

　　未来可期

　　作品进入“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛复赛

　　经过过去一年多的不懈努力，本团队所有成员齐心协力完成了项目设定的各项目标和数据采集分析，为后续进一步的深入研究和产品应用输出工作打下了坚实的基础。目前，项目取得了可喜的成果。在将成果撰写为SCI论文以巩固基础理论的同时，开始参加“学术创新竞赛”和会议报告，展示理论成果并逐步转化为实际价值。2022年11月，该项目的相关初步成果参加了中山大学“海纳百川”模拟国际学术论坛，并获最佳展板奖。2022年12月，参加中山大学第十六届“赢在中大”创新创业大赛以第二名的成绩通过复赛，2023年3月，在中山大学第十六届“赢在中大”创新创业大赛决赛中脱颖而出，被推荐参加第十七届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛复赛。

　　该研究为河口海岸带泥沙淤积和污染物沉降的预测作出了贡献。据介绍，团队尝试进一步通过微塑料与细颗粒泥沙絮凝及沉降的实验研究了微塑料污染物絮凝过程，研究结果表明PVC微塑料颗粒在河口基本都会沉降，PS微塑料颗粒会有部分沉降在河口环境下，另一部分悬浮输移进入到海洋中。团队建议，政府相关部门可以考虑出台相关规定，限制PVC与PS塑料的使用，并加强对其回收。

　　知识是力量，学业是基础，研究是热爱，科研是行动。团队成员表示，接下来将进一步努力把理论数据结果转化为更为普适性的实际应用产物，未来可为河口治理提供建设性思路及有效观测装置。“未来的路还很长，但是有坚韧不拔的毅力和勇往直前的决心，我们相信一定可以乘风破浪，为海洋强国贡献自己一份力量。”

中国教育在线 林剑