问题类型
全部 前沿科学问题 工程技术难题 产业与技术问题
学科领域
全部 数理化基础科学 生命健康 地球科学 生态环境 制造科技 信息科技 先进材料 资源能源 农业科技 空天科技 其他
征集年度
全部 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018
空间环境 空间天气 太阳爆发 磁暴 电离层扰动 高能粒子增强
推荐机构： 中国空间科学学会
2018年度
人类演化 古人类化石 现代人 更新世 东亚
迄今，在中国境内近80处地点出土了更新世时期的古人类头骨、牙齿和头后骨化石，现有的化石证据表明，人类在东亚地区的生存与演化时间可追溯到170万年前或更早。这些人类化石的年代跨越更新世早期、中期到更新世晚期，含括了直立人、中更新世古老型人类、早期现代人以及一些演化分类存在争议的化石人类成员。“中国境内发现的古人类是否为现代中国人的祖先”，是学术界和媒体最关注的焦点问题之一，同时也是东亚地区人类起源和演化的未解难题。
推荐机构： 中国古生物学会
2024年度
高地震烈度区 高拱坝 相对单薄 不对称
LP水电站地处青藏高原与云贵高原之间的斜坡过渡地带，区域构造稳定性较差，场地基本烈度Ⅷ度，挡水建筑物为300m级特高拱坝，抗震设防烈度Ⅸ度。拱坝坝址存在右拱肩山体相当单薄、左右岸地形不对称、两岸坝基综合变模对称性差、左岸坝基上下部变模差异较大等复杂地质条件，特高拱坝建设需重点开展相对单薄的右拱肩整体稳定性分析、地形地质条件不对称情况下的拱坝体形优化、复杂地质条件的建坝基础处理、工程安全可靠性评价等方面研究工作。
推荐机构： 中国大坝工程学会
铁路运输 市域铁路 中国列车运行控制系统 移动闭塞
CTCS（中国列车运行控制系统）具有良好的互联互通基础和可扩展性，为进一步提升CTCS在市域铁路上的集成化程度，减少运维成本，节约工程投资，提高运输效率，实现多层次网络互联互通，需要对市域铁路列车运行控制系统进行技术创新。如何实现基于CTCS的市域铁路移动闭塞系统？需要构建基于CTCS的市域铁路总体技术方案，形成基于CTCS的市域铁路移动闭塞标准体系，研制适用于市域铁路的相关装备样机，搭建实验室仿真测试平台，完成样机设备的实验室仿真测试，并进行现场验，以实现关键技术的突破。 市域（郊）铁路是城市中心城区联接周边城镇组团及其城镇组团之间的通勤化、快速度、大运量的轨道交通系统，是实现多层次轨道交通网络互联互通和区域“一体化”“高质量”发展的关键环节。 基于CTCS的市域铁路移动闭塞技术具有系统集成化程度高、轨旁设备少、运维成本低、行车间隔小、工程投资少、可持续发展等特点，同时继承了CTCS体系的互联互通优势，能更好地服务于市域铁路。 基于CTCS的移动闭塞技术在市域铁路领域尚在研发、未有应用，其实现存在着诸多难题，主要包括：构建基于CTCS的市域铁路移动闭塞总体技术方案，形成基于CTCS的市域铁路移动闭塞标准体系，研制适用于市域铁路的相关设备样机，搭建实验室仿真测试平台，完成样机设备的实验室仿真测试，在试验线路现场验证。 难题难点在于： 1、降低运维成本 市域铁路CTCS-2级列控系统采用轨道电路进行列车占用检查，但轨道电路易出现“红光带”的问题，产生原因既有工务的钢轨锁定不良，支距杆、轨距杆绝缘部分损坏；也有电务的扼流变压器损坏，发送盒、接收盒故障；还有供电的牵引回流不畅等原因。轨道电路出现“红光带”会引起列车停车，解决故障可能会需要运维单位工务、电务、供电等多部门联合处理，需要大量的运维成本。 基于CTCS的市域铁路移动闭塞取消轨道电路、有源应答器等设备，可减少维护工作量，降低运维成本，需研究车载多源融合定位方法，并在保证列车运行安全的前提下，综合考虑定位精度、技术发展和成本等，是总体技术难点之一。 2、提高运输效率 市域铁路采用的CTCS2+ATO列控系统属于固定闭塞制式，在列车通过能力方面，通过理论计算分析，基本能满足行车间隔180s的要求。但对于个别线路、个别区段或个别时段的大客流量情况，可能需要更小的行车间隔，更灵活的列车运行或列车编组，进而对系统能力有更高的要求。 移动闭塞技术能缩短行车间隔，提升运输效率。目前，移动闭塞设备主要有CBTC和CTCS-N两种。CBTC单线运营指标良好，但不满足市域铁路的互联互通需求，其网络化运营能力仍需要不断的技术创新和工程验证，进展缓慢；CTCS-N继承了CTCS体系互联互通的特点，实现了区间移动闭塞，但未具备全线路移动闭塞、自动驾驶、自动折返等功能。基于CTCS的移动闭塞技术可实现全线路移动闭塞、自动驾驶、自动折返、互联互通，相关系统功能、技术指标的确定是总体技术的又一难点。 3、节约工程投资 市域铁路采用CTCS-2级列控系统且停靠8辆编组的动车组时，贯通式车站到发线有效长度为400m；上海市域铁路某线路根据相关文件优化到发线有效长度为370m，但规模还是较大，仍需优化。 基于CTCS的市域铁路移动闭塞技术拟采用在出站信号机外方设置防护区段的技术方案，既能保证接发车行车安全，又能进一步减少到发线有效长，进而减小车站建设规模，节约工程投资。 如何应用出站信号机外方的防护区段实现列车运行安全，也是总体技术难题之一。 4、多层次互联互通 基于CTCS的市域铁路移动闭塞技术保留了CTCS2+ATO列控系统的车载功能，既可以实现与国家干线铁路及都市圈城际铁路的互联互通，也可以在市域路网内互联互通，具备小间隔、高密度及灵活运营的优点，同时可为与城市轨道交通互联互通运营打下基础，真正实现“四网融合”的目标。 基于CTCS的市域铁路移动闭塞创新技术路线，是以CTCS-N新技术为基础创新还是以成熟CTCS2+ATO为基础进行叠加需要进行严谨比选。为保证设备级的互联互通，需要多个设备厂家和设计院共同参与、深入研究，并经过完整功能的现场验证。其技术路线的选择、设备功能确定、技术实现方法及现场验证等都是总体技术的难点。 上海市域铁路要实现路网内部互联互通、与长三角地区近沪城际铁路互联互通、与国铁干线互联互通。上海申铁投资有限公司（简称上海申铁）作为市域铁路建设主体，已开工建设5条线，分别是机场联络线、南汇支线、嘉闵线、示范区线、南枫线，其中机场联络线将于2024年底开通CTCS2+ATO（含自动折返）。
推荐机构： 中国铁道学会
化石 白垩纪 生态系统 生物多样性
现代陆地生态系统形成于白垩纪中期。它的出现也改变了能量流动和碳、磷等关键元素的循环过程，深刻影响了地球表层系统的演化进程。了解“白垩纪陆地革命”的起因、过程和动力机制是解答现代陆地生态系统起源问题的关键。
2023年度
轮轨耦合系统 更高速度 轮轨系统能量场 轮轨系统耗能机理 智能诊断
列车运营速度是衡量一个国家铁路发展水平和工业科技水平的重要指标之一，当前世界各国为了提高影响力和竞争力，多个国家已计划或规划进一步提高列车运营速度。而轮轨系统耦合机理是制约轮轨制式交通运营速度、安全舒适性进一步提升的关键科学问题。在更高速度条件下，轮轨瞬态滚动接触行为变的更为复杂，存在强摩擦力、多环境能量场交互、高应变率载荷等复杂效应。轮轨系统复杂的耦合接触行为将导致轮轨系统能量场发生不可预知的变化，并在轮轨系统能量场交互机制作用下，产生车辆-轨道系统能量重构现象，影响车辆和轨道系统的能量耗散响应，若能量耗散不合理，将导致车辆和轨道系统关键部件的伤损，严重影响列车运行的安全性。因此如何探明更高速度条件下的轮轨耦合机理及能量场分布特征是提高运营速度、提升安全性和舒适性，并降低车辆和轨道系统部件伤损的关键核心科学问题，是完善我国高速铁路全面系统正向设计理论和方法体系，研制我国新一代高速列车，提升我国铁路行业国际竞争地位，彰显国家工业科技水平和综合国力的核心基础。
水库群 运行期 汛限水位 联合优化
汛限水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，在防洪中具有法定地位，是协调水库防洪与兴利的关键参数，直接影响水库效益发挥。近年来，水旱灾害防御和应急管理部门强化底线思维，加强了水库汛限水位的监管工作，出现了一些过度强调汛期水库运行水位不得超过汛限水位的情况，导致相当多的水库面临汛期大量弃水、汛后又无水可蓄的窘况。在加大了防洪安全的保障度的同时，不利于发挥水库的综合利用效益。 据文献调研，西方发达国家水库设计和监管都没有专门设置汛限水位这个特征参数。设计水库水位（库容）分别为死水位（死库容）、最低消落水位（缓冲库容）、正常蓄水位（兴利库容）、防洪设计水位（防洪库容）。水库业主依据法律法规和水文气象预报信息，在确保大坝和防洪安全的前提下运行调度，获取水库综合利用效益并承担事故赔偿风险。 我国地处亚洲季风区，水资源时空分布不均，不仅洪涝灾害频发，同时又是一个严重缺水的国家。近年来，我国许多省份发生旱情，特别是2022年长江流域发生历史性特大干旱，全国共有5245.2万人次受灾，因旱需生活救助758.5万人次，农作物受灾面积6090.2千公顷，直接经济损失512.8亿元，给社会经济造成了较大影响，引起社会各界的高度关注，也促发水利行业深入思考如何更好地发挥已建众多大型水库群的水资源综合利用效益。 根据《2022年度长江流域水工程联合调度运用计划》，长江流域纳入联合调度的水工程共计111座，其中：控制性水库51座，总调节库容1160亿立方米、总防洪库容705亿立方米。我国汛期洪水约占全年总径流的64%，目前仅其中的50%被调控，因此洪水资源化潜力巨大。 洪水资源化是针对传统水利与做法而提出的兴利与除害结合、防洪与抗旱并举的治水理念在新时期的一个具体体现，该概念的提出具有崭新的时代特征，是治水思想在实践中不断开拓创新的理论结晶。 目前，经过几十年的科技攻关和技术进步，我国的水文气象监测预报、通讯、水库调度决策水平已经处于国际前列。随着具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系和数字孪生流域的持续构建，可以为水库汛期水位动态控制、联合优化调度提供强有力的技术支撑。具体体现在：(1)我国气象监测预测预报水平不断提高。2022年４月20日，中国气象报报道：“2021年，我国强对流天气预警时间提前至40min，暴雨预警准确率达到90％。气象预报业务体系不断完善，多种以精准、及时为特点，全面应用新技术的预报产品实现业务化。从短时临近预报到短期预报再到中期和延伸期预报、气候预测，预报预测业务体系全方位升级，小到捕获雷暴大风动态，大到预测未来天气趋势，无缝隙预报预测能力正逐渐增强”。(2)我国水文监测预报水平不断提高。我国南方主要江河的洪水预报精准度由80％提升到90％以上，北方主要江河的洪水预报精准度由50％提升到70％以上。水利部现在可获取未来7d以上的降雨数值预报，通过与洪水预报系统耦合，可制作未来10d的洪水预测预报，能有效提高未来2d的预报精度，未来3-5d的预测成果可用来研判未来江河洪水发展趋势。(3)调度决策信息化水平不断提高。通过国家防汛抗旱指挥系统工程等重大项目建设，基本建成了大江大河洪水预报体系，编制了100座防洪骨干大型水库和33处重点蓄滞洪区的洪水预报方案，支撑了大江大河重点水利工程的科学调度。气象水文监测、预报防洪调度能力和服务水平的提高，大大强化了防汛抗旱信息采集、传输、处理的及时性、可靠性，提高了洪水预报预警的准确性、时效性，提升了防灾减灾调度指挥决策的科学性、主动性。 另一方面，现有的水库调度、水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术，均源于单库的汛限水位设计与运用研究成果，存在未考虑上游水库调蓄影响、调度控制脱节、响应速度慢等问题，不能有效支撑洪水资源化相关需求。 现有的水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术主要基于水文、气象等预报信息和水库补偿特性，在确保水库及下游防洪安全条件下，充分利用水库防洪与兴利的重叠库容，提高水库的综合效益和水资源利用率。主要集中于三个方面:一是通过预报调度方式抬高汛限水位，二是汛限水位动态控制，三是水库群防洪库容的分配。 大型水库群联合调度的关键技术是如何实现防洪、发电、水资源高效利用的多目标联合调度问题，由于优化状态搜索规模相应也极大，更易引发维数灾等问题，现有方法尚很难直接对其进行建模高效求解。 通过水库群运行期汛限水位联合优化调度技术充分发挥大型水库群联合运行调度作用，实现洪水资源化，在不降低原有防洪标准的前提下，提高水库汛末的蓄满率，可有效权衡防洪和抗旱之间的矛盾关系，缓解区域性严重缺水的状况，实现综合利用效益的最大化；另一方面，可充分利用现有的水利工程条件，完善调度方案和操作规程，达到防洪减灾、减少弃水、增加供水的目的，是实现水利发展的一条非工程措施，为加快水利发展提供“软实力”。 综上所述，本问题的研发是面向水旱灾害防御、水电清洁能源、水资源综合利用以及水生态环境保护的重大国家需求，具有重大的理论意义和工程应用价值。 近年来，水旱灾害防御和应急管理部门强化底线思维，加强了水库汛限水位的监管工作，出现了一些过度强调汛期水库运行水位不得超过汛限水位的情况，导致相当多的水库面临汛期大量弃水、汛后又无水可蓄的窘况。在加大了防洪安全的保障度的同时，不利于发挥水库的综合利用效益。 近年来，我国许多省份发生旱情，特别是2022年长江流域发生历史性特大干旱，给社会经济造成了较大影响，引起社会各界的高度关注，也促发水利行业深入思考如何更好地发挥已建众多大型水库群的水资源综合利用效益。 目前，经过几十年的科技攻关和技术进步，我国的水文气象监测预报、通讯、水库调度决策水平已经处于国际前列。随着具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系和数字孪生流域的持续构建，可以为水库汛期水位动态控制、联合优化调度提供强有力的技术支撑。 但现有的水库调度、水库群联合调度及汛期运行水位动态控制技术，均源于单库的汛限水位设计与运用研究成果，存在未考虑上游水库调蓄影响、调度控制脱节、响应速度慢等问题，不能有效支撑洪水资源化相关需求。 大型水库群联合调度的关键技术是如何实现防洪、发电、水资源高效利用的多目标联合调度问题，由于优化状态搜索规模相应也极大，更易引发维数灾等问题，现有方法尚很难直接对其进行建模高效求解。 通过水库群运行期汛限水位联合优化调度技术充分发挥大型水库群联合运行调度作用，实现洪水资源化，在不降低原有防洪标准的前提下，提高水库汛末的蓄满率，可有效权衡防洪和抗旱之间的矛盾关系，缓解区域性严重缺水的状况，实现综合利用效益的最大化；另一方面，可充分利用现有的水利工程条件，完善调度方案和操作规程，达到防洪减灾、减少弃水、增加供水的目的，是实现水利发展的一条非工程措施，为加快水利发展提供“软实力”。 综上所述，本问题的研发是面向水旱灾害防御、水电清洁能源、水资源综合利用以及水生态环境保护的重大国家需求，具有重大的理论意义和工程应用价值。
推荐机构： 中国水利学会
路基工程 多灾种 风险评估 性能保持
川藏铁路超高宽幅站场路基灾变风险评估与长期性能保持是关系到工程全生命周期建设与运营的技术难题，超高宽幅站场路基功能分区多，长期稳定与空间变形演化十分复杂。该难题致力于构建板块挤压、高原隆升、气候变化和工程扰动等内外动力作用下超高宽幅站场路基灾变风险评估与性能保持的理论与技术体系，阐明川藏地区多灾种综合风险内涵与形成机制，量化区域多灾种危险性、承灾体脆弱性和恢复力，实现多灾种、全要素、多层级的综合风险动态模拟与评估，突破多灾种多尺度多物理场的超高宽幅站场路基灾害全过程分阶段风险评估技术瓶颈，有助于支撑川藏铁路等重大工程高起点高标准高质量建设、贯彻落实“交通强国”战略。
推荐机构： 中国地震学会
地球健康体检 对地观测技术 健康地学 谱遥感
对地观测（遥感卫星）系统是空间基础设施的重要组成部分，因其综合、动态、快速、大范围获取数据的优势，可作为全球资源环境动态监测及评估的核心技术。全球人类活动的不断加剧已使得地球生态环境的健康状况逐步下降，进而反作用于人类的自身健康。基于开展有效地球健康诊断、评估与识别的迫切需求，提出了对地观测技术发展的重点技术。围绕地球健康体检的科学内涵和健康地学目标，在系统梳理国内外新型对地观测技术进展基础上，提出了地球健康体检的主要内容、技术流程及其关键技术，总结了新型对地观测技术开展地球健康光谱监测网络建设平台构建方法以及开展地球体检的示范思路和展望。
推荐机构： 中国遥感应用协会
2022年度
隧道工程 灾变机制 安全控制 性能保持
青藏高原山川密布，地质复杂，气象多变，严寒缺氧。川藏铁路横穿内外动力耦合作用最活跃、最复杂的青藏高原东部地形急变带，隧道群密集，长大深埋隧道众多，这些隧道面临着大位移活动断层位错、强烈大变形、极强岩爆、高温热害、高水压突水涌泥等重大工程地质灾害，隧道建造安全风险极大。与此同时，板块构造运动、自然沉积等作用引起超长深埋隧道周边环境具有显著的空间非均匀性和多相性，部分岩体物理力学特征呈现高度各项异性，这些非均匀各向异性自然效应严重影响隧道的长期正常服役。为探明川藏铁路深埋超长隧道工程在四高（高海拔、高水压、高地应力、高地温）和两强（强动力扰动与强卸荷）作用下的灾变机理，构建深埋超长隧道工程的安全建造技术体系，构建超长深埋隧道非均匀各向异性自然效应作用下超长深埋隧道的受荷模式及其结构性能劣化模式，亟需开展大型活动断裂带黏滑及蠕滑作用下隧道灾变机制与减震结构、深部复杂软岩损伤时效演化过程与大变形防治、极高地应力岩体能量赋存规律与岩爆控制、高原岩溶和构造带高压水灾变机理与防控、高地温隧道固液气多相耦合传热机理与热害防治、非均匀各向异性自然效应下超长深埋隧道劣化机理与性能保持技术等方面的研究，以解决青藏高原内外动力与工程扰动叠加条件下超长超深埋隧道的建造安全面临的重大风险难题，进而构建极复杂地质超长深埋隧道灾害风险防控理论与安全建造技术体系，形成超长深埋隧道性能保持技术。
推荐机构： 詹天佑科学技术发展基金会
