突发的新冠肺炎疫情给国家和社会带来了难以估量的损失,各行各业不仅行动起来抗击疫情,很多人也在利用这段时间沉淀下来深度思维,反思这场疫情给相关领域所带来的影响及挑战。
电磁环境与电磁兼容作为电类相关学科,与各主要工业门类密切相关,且和生物、医学、数学、统计等多个学科都有深度交叉融合,不可避免也会受到重要影响。有危就有机!问题和机遇并存,新问题就蕴含着创造的可能,问题本身就是成功的开端和动力。
2020年2月22日,西安交通大学瞬态电磁环境与应用国际联合研究中心组织了主题为“电磁环境与电磁兼容领域挑战性课题的再认识”的公益网络研讨会,会议首先安排了热点报告,然后与会人员围绕报告内容和以下挑战性课题开展讨论。
1)电磁环境与电磁兼容领域对疫情防控的可能贡献
2)电磁环境监测预警技术与物联网、智慧城市发展
3)电磁环境与国家应急防护体系建设
4)电磁环境持续恶化与生物电磁安全
5)电磁兼容总体设计、考核试验与技术整改再认识
6)机器学习、大数据等在电磁兼容领域的应用
7)电磁兼容与国际合作和国际学术交流
8)电磁兼容虚拟仿真实验室与软件发展新机遇
9)电磁环境与电磁兼容领域教育培训模式新机遇
10)电磁兼容领域新材料、器件和设备
研讨持续了三个半小时,来自电磁兼容、电磁监测、传感器、脉冲功率、无线电、生物电磁学、电磁仿真软件、医学、生物等领域的100余位学者通过网络、电话等不同技术手段参加了会议。
会议报告环节一共有来自国内外的7个报告。
电磁兼容与机器学习、数学统计等的深度交叉是前沿课题。都灵理工大学电磁兼容实验室的助理教授Riccardo Trinchero博士介绍了最新成果,他的报告题目是《Design of Passive Equalizer for SpaceWire Links via Support Vector Machine》。报告针对无源均衡器设计中线缆长度、电容和电阻值等优化参数数量多、全模型计算耗时等问题,提出了采用基于支持向量机的机器学习算法。通过少量的训练样本得到线缆传输模型的数学黑箱模型,从而快速得到模型参数的优化结果,支持向量机模型计算结果和仿真结果有很好地相互验证,报告还对支持向量机方法的收敛性进行了讨论并介绍了在SpaceWire方面的应用示例。
电磁环境的监测、干扰及测向与导航交叉领域应用越来越重视。来自国家无线电监测中心的李景春主任针对GNSS干扰及GNSS干扰测向等问题做了特邀报告。李主任首先介绍了GNSS在民航航路引导、无人机导航、公众移动通信、车辆跟踪、测量及测绘等方面的应用。目前全球GNSS干扰层出不穷,为此中心研制了新型GNSS干扰测向设备,解决了传统手段无法检测的一些情况,如固定干扰源受地形遮蔽,接受的干扰/欺骗信号功率较小,部分干扰/欺骗设备天线主瓣指向空中,地面信号功率比较小;移动干扰源干扰出现的时间、地点随机;及检测接收机灵敏度低等。李主任团队的这一工作利用GNSS信号处理的扩频增益(43-53dB),以基带信号信噪比作为测向参数,且同时实现了高灵敏度,良好的便携性以及低成本的优点。
随着5G的逐步商用,生物电磁安全引起众多关注。正在洛桑联邦理工学院留学的蒋廷勇博士报告了基于MC方法的5G通信基站的电磁暴露安全评估相关研究。他的报告主要针对具有Massive MIMO技术的5G通信电磁暴露问题,利用Monte Carlo方法构建了具备3D波束赋形和功率自适应分配算法的电磁暴露仿真模型,实现了不同应用场景下5G基站电磁暴露强度分析与评估,为未来5G通信技术的生物电磁安全研究提供了数据支撑。
电磁与生物医学的交叉一直是领域发展的重点方向之一。中国电工技术学会生物电工专委会主任委员徐桂芝教授专门针对研讨会准备了一个精彩报告,结合疫情她谈了对促进相关交叉领域的看法,尤其是人工智能在抗击新冠肺炎中的应用,如快速体温检测、大数据高效防控疫情、智能在线问诊系统、智能辅助快速肺炎影像学诊断、智能机器人降低接触传播等。徐老师还全面介绍了她的团队在生物电磁行业多年来的研究成果,特别是在电磁刺激神经调控与脑网络的相关内容,包括电磁生物仿真建模角度、行为学和神经信息网络连接角度、细胞突触可塑性角度和分子蛋白角度;脑机融合和类脑计算,如量子生物芯片、脑神经形态芯片,以及电磁仿生与防护领域的工作等。报告引起与会人员强烈兴趣和关注。
基础设施和关键设备的电磁安全将得到更多关注,尤其是新冠病毒肺炎疫情进一步提高了人们对极小概率但影响巨大的电磁威胁问题的重视。西安交通大学电气工程学院电磁环境与电磁安全研究中心的青年教师梁涛博士汇报了在有意电磁干扰(IEMI)抗扰度分析方面的研究工作,他基于效应现象与响应波形电磁范数间的相关性,从优化理论出发,求解了可以导致系统响应波形峰值范数最大的最坏情况(worst-case)对应的激励波形。梁涛老师以典型传输线系统为例,展示了最坏情况激励波形及响应波形的频域、时域特征。这一研究方向对于评估极端电磁环境威胁下关键设备的生存能力具有重要价值。
疫情对电磁兼容虚拟仿真实验室与软件仿真方面则是一个发展机遇。上海东峻信息科技有限公司创始人、复旦大学蒋寻涯教授介绍了在国产电磁仿真软件方面的新进展。蒋教授表示,目前国内的算法和校园软件是世界一流的,但是在商业软件方面还有很大发展的空间,东峻公司在商业化方面进行了尝试,开发了电磁商用软件,并成功用于飞机和舰船的电磁兼容、RCS/成像的严格计算、大飞机改造、以及5G项目等。蒋教授也阐述了他的共同创业理念,通过将我国优秀的校园软件快速地变为工业软件,来发展中国自己的电磁计算软件。最后,他还通报了东峻公司应对疫情为学生们提供免费使用8核6个月并行软件的信息。
无线能量采集技术是未来智慧城市和电力泛在物联网建设相关的重要领域。英国利物浦大学周加峰副教授简要介绍了利物浦团队在无线能量收集方面的研究工作。磁场能量收集和电场能量收集的应用范围在高压传输线或室内电线附近。根据具体的情况设计了不同的收集方法。收集的能量可以用于传感器的供电,如智慧城市、智能家居的传感器的工作,还可以用于监测电线内部电流电压的情况。
学术报告结束后,进入讨论环节。
西安交通大学学科办主任、电气工程学院院长别朝红教授首先发言,她对当前形势下举办这种形式的网络会议表示赞赏,大家利用这段特殊的时期进行深入思考,挖掘学科发展的新机遇和交叉融合的新领域,是有担当的主动行为!她对参会学者、专家、老师的参与和贡献表示感谢及敬佩。别院长祝愿大家能够通过研讨碰撞出新的火花,为电磁兼容等学科发展注入新的力量,也欢迎大家疫情结束后访问西安交通大学进一步促进交流合作。
EMC专家赵晓凡研究员发言提出了自己的独到见解,第一,从看不见摸不着的角度来说,电磁波与病毒有很大的相似性,而电磁波研究的是物理效应,更偏向确定性问题,而这次疫情的爆发,让我们明白细菌的传染、变异绝对不是确定的,如何从不确定角度出发思考EMC领域的效应问题是未来工作的一个方向;第二,针对徐老师的报告,将电磁干扰或者电磁防护与生物效应更有机的结合,建议形成多学科国家队,继续扩大这方面的交叉融合;第三,5G人体安全限值研究,可以从电磁模型和生物效应两方面有机结合起来进行研究,这将增加民众的信心,也有利于5G的大力推广。
河北工业大学郭磊教授在发言中强调了电磁损伤病原微生物的优势,针对病原微生物抗原变异性导致的临床治疗的难点问题,指出虽然不同电磁辐射对病原微生物的作用机理各异,但均不是基于受体结合发挥作用的,而恰恰是这一特点形成了其对病原微生物广谱性损伤的特色优势,开展电磁损伤病原微生物疗效及其相关机理的研究可从全新的视角解决当前临床治疗难点问题,也对健全和完善我国公共卫生防治体系具有重大的意义。
北京交通大学电子信息学院副院长、电磁兼容实验室主任闻映红教授认为研讨会组织形式很好,在当前国内外的形势以及电子电气工程技术发展的大背景下,EMC领域的专家和学者有必要也有责任考虑并梳理EMC学科本身的发展重点,以及在满足国家战略需求层面和民生行业中所能起的促进作用。她建议今后可以围绕具体问题组织国内外的同行专家开展更多类似的专题会议。
北京航天203所韩玉峰高工发言认为,从研讨内容看,电磁兼容研究内容和领域不断丰富和扩大,越来越需要多学科融合,西交大举办的这种网络研讨会议形式为多领域的专家学者在同一平台交流创造了难得的机会,为各单位后续的电磁兼容领域合作研究打下很好的基础。同时,这次研讨内容也扩大了会议参与者对各专家研究工作内容的了解,开拓了视野,启发了思路,收到了良好的效果。
武汉电磁兼容性国家级重点实验室的郑生全研究员认为,鉴于当前疫情的发展以及未来一段时间对工作方式的影响,应加强电磁兼容与防护领域的理论研究和对历史电磁环境效应大数据、试验数据、仿真数据的挖掘工作,进一步提升电磁兼容和电磁防护设计水平。
山东科技大学青年教师孔旭博士对无线取能技术表现出浓厚兴趣,目前该技术在微耗能传感领域已经可以应用。他认为若进一步提高功率和效率后,将在电网等领域也会具有广泛应用。
会议还通报了疫情对电磁环境与电磁兼容领域APEMC 2020、EUCAP 2020和EUROPE EMC 2020等多个国际会议取消或者限制参会的影响。同时通报了将于2020年10月在西安举办的IEEE Global Electromagnetic Compatibility Conference (GEMCCON 2020)的筹备情况。
会议总体上认为电磁干扰三要素与传染病防治三个基本点类似,在方法论方面可以相互借鉴和促进。疫情将深刻影响电磁环境与电磁兼容行业的发展,更加重视电磁兼容正向设计、总体设计和理论设计,也会积极探索与机器学习、大数据等领域的交叉应用。持续恶化的电磁环境以及物联网、智慧城市快速发展的双向促进,将使学界、业界更加重视电磁环境与电磁安全问题。生物电磁学交叉程度加深,将会是未来值得投入的重要领域。电磁仿真软件将迎来新一轮发展。疫情过后,会更加重视电磁环境监测预警及其相关的物联网和智慧城市建设。与新冠病毒肺炎疫情类似,关键基础设施电磁安全需要有应急预案。电磁兼容领域教育培训模式也将迎来新变革契机。
参与网络研讨的专家还包括英国利物浦大学黄漪教授、罗德与施瓦茨公司EMC业务经理罗健、中电33所李克训首席专家、兰州交通大学逯迈教授、中国工程物理研究院王凌云、西安交通大学姚学玲教授、郭俊副教授、周金山高工、李梅高工、相辉工程师、王绍飞博士、和少寅博士等以及来自多家科研院所和高等院校的专家、研究生等。参会人员对会议内容给予了高度评价,对会议组织表示感谢,认为此类网络研讨活动应经常性、常态化举行。
最后,会议主持人谢彦召对会议进行了总结,对会议报告人和参会专家表示感谢。他表示,通过公益研讨会,大家一起讨论对电磁环境与电磁兼容领域的影响,思考未来的挑战性课题,这是非常有意义的。行业内专家的积极参与和宝贵意见对于青年教师、学者和研究生也是一个很好的行为示范,引导研究应该围绕真正的问题开展,超前思考,做好预判。这次研讨会是对挑战性课题再思考的一个开端,希望后续能够继续增进深入了解、启发创新思维、促进行业进步。
本次网上公益研讨会是第三次举行TEA 论坛(TEA Forum),前两次分别是《从电磁兼容和电磁安全的角度探讨新冠病毒肺炎的防控》和《电磁辐射和电离辐射技术与新冠病毒疾病消毒灭菌应用》,取得了较好的效果。
瞬态电磁环境与应用国家级国际联合研究中心将以不同形式举办类似公益、前沿、基础、交叉学术活动,欢迎关注、参与。感谢腾讯会议软件对本次会议提供了支持。
(撰稿人:曹庆 陈宇浩)