聚焦時空大數(shù)據(jù) 服務(wù)智能新生活

杜月嬌

杜博文

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代洶涌而來。借助衛(wèi)星導(dǎo)航定位、天空地一體化遙感等一系列感知技術(shù)及信息與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，城市運行的物理特征和數(shù)字特征，成為可被感知、記錄、存儲、分析和利用的城市時空數(shù)據(jù)，并為社會民生以及國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等提供著極大便利。

我們的生活離不開衣食住行，“行”在其中起到聯(lián)絡(luò)線作用，且隨著我國城市居民生活水平逐步提高和生產(chǎn)效率不斷增強，高品質(zhì)、高效能、高融合的城市交通運行需求日益凸顯，而人工智能為核心的智慧化交通發(fā)展是實現(xiàn)此目標(biāo)的重要途徑。在當(dāng)前國家新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大力發(fā)展的背景下，將泛在智能物聯(lián)網(wǎng)與信息、能源、材料等領(lǐng)域新興使能技術(shù)深度融合，推動智能交通整體式智能化提升，不僅是國內(nèi)研究的重點，也是國際研究的熱點。而將信息技術(shù)與交通工程與土木工程深度融合，用數(shù)據(jù)思維去發(fā)現(xiàn)群體移動規(guī)律、去理解交通運行、去解析交通基礎(chǔ)設(shè)施健康狀態(tài)，對整個城市的智能生活管理起著至關(guān)重要的作用。作為大數(shù)據(jù)時代的科研開拓者，北京航空航天大學(xué)計算機學(xué)院教授杜博文多年來就扎根在這一與國家基礎(chǔ)建設(shè)以及民生息息相關(guān)的事業(yè)中，用不懈的科研探索，貢獻著自己的科技力量。

結(jié)緣計算機科學(xué)

21世紀(jì)是人類走向信息社會的世紀(jì)，是網(wǎng)絡(luò)的時代，是超高速信息公路建設(shè)取得實質(zhì)性進展并進入應(yīng)用的年代。科技社會在悄然發(fā)生改變間，也在潛移默化地激發(fā)著杜博文對這一研究領(lǐng)域的濃厚興趣。

“自從我接觸計算機那天起，就對信息科學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣。”他說。多年來的專業(yè)學(xué)習(xí)，讓他在計算機科學(xué)領(lǐng)域打下了堅實的基礎(chǔ)。2005年進入北京航空航天大學(xué)攻讀博士學(xué)位后，他更加深刻地認(rèn)識到：計算機信息技術(shù)必須與領(lǐng)域相結(jié)合才能發(fā)揮其最大價值。而多年來他一直將此作為自己的科研準(zhǔn)則，并時刻堅守著。

現(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人駕駛等自主式交通系統(tǒng)建設(shè)、高品質(zhì)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、建造與維護、智能化指揮控制技術(shù)等，缺的是智腦，換句話說是能夠?qū)崿F(xiàn)交通、基礎(chǔ)設(shè)施乃至城市的運行狀態(tài)全息感知、運行機理與瓶頸認(rèn)知、演化趨勢預(yù)知的全過程掌控，最終目標(biāo)是實現(xiàn)基于泛在物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于知識驅(qū)動的交通運行的智能治理。

中國作為發(fā)展中國家，與發(fā)達國家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有很大不同。而中國的智能交通等管理與監(jiān)測需要根據(jù)本國的情況發(fā)展，找到自己的方式。多年來，杜博文從未忘卻自己的初衷。

立足國家發(fā)展現(xiàn)狀而研

“信息技術(shù)的更新速度遠高于其他行業(yè)，如何把最新技術(shù)應(yīng)用于其他領(lǐng)域，解決實際問題是我研究的根本目標(biāo)。因此，我不僅僅要持續(xù)研究信息領(lǐng)域的最新技術(shù)，同時也要掌握所在領(lǐng)域的核心知識，挖掘其關(guān)鍵問題。”杜博文說。

目前，國家正在大力發(fā)展城市群，而城市群范圍的增加，代表著人們出行距離的增加以及出行模式的多樣化。而杜博文現(xiàn)在所做的科研工作，不僅是利用大數(shù)據(jù)對多模式交通情況下人們的群體行為進行研究，還將研究方向拓展到交通基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測與性態(tài)解析，“人工智能為交通基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全保障研究提供了新手段和新體系，是對現(xiàn)有力學(xué)分析、材料劣化趨勢分析方法的有效補充，我們不僅要判斷基礎(chǔ)設(shè)施是否處于一種安全可用的狀態(tài)，更關(guān)鍵的是能夠及早辨識異常特征，預(yù)知性發(fā)現(xiàn)誘發(fā)病害的險兆并作出預(yù)判，為降低居民出行與交通運輸影響、保障安全、提升設(shè)施性能搶占先機。”杜博文說。

發(fā)表講話

但杜博文和團隊成員也深刻理解，大數(shù)據(jù)不是萬能的，一是數(shù)據(jù)本身就具有高時效性、強隨機性和異構(gòu)龐雜問題，更關(guān)鍵的是大數(shù)據(jù)方法能發(fā)現(xiàn)異常，可解釋不了誘因，當(dāng)面對交通基礎(chǔ)設(shè)施病害演化趨勢變化速度快、異常性態(tài)特征弱等國內(nèi)外學(xué)者所遇到的共性關(guān)鍵難題時，無法直接將其他領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)技術(shù)直接移植應(yīng)用。

“交通大數(shù)據(jù)理論及其與領(lǐng)域知識交叉融合，為揭示這些復(fù)雜關(guān)系的關(guān)聯(lián)機理提供了可能。”杜博文說。實際上，他從博士開始，就已經(jīng)建立了人車路環(huán)境耦合作用下時空大數(shù)據(jù)挖掘與認(rèn)知方法研究方向，提出了復(fù)雜交通行為形成機理與認(rèn)知等多個關(guān)鍵科學(xué)問題，通過全時全域交通大數(shù)據(jù)對城市路網(wǎng)交通運行解析，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+交通”大數(shù)據(jù)環(huán)境，開展了數(shù)據(jù)驅(qū)動的路網(wǎng)交通運行狀態(tài)識別方法研究。

當(dāng)前在國家自然科學(xué)基金項目、國家重點研發(fā)等多個項目支撐下，杜博文和團隊成員提出了采用大數(shù)據(jù)挖掘方法，已經(jīng)揭示了車路耦合條件下的關(guān)聯(lián)特征，挖掘移動交通群體一體化出行行為，發(fā)現(xiàn)及預(yù)測了路網(wǎng)承載力的動態(tài)變化規(guī)律，形成了基于時空相關(guān)特征挖掘與融合的交通運行態(tài)勢準(zhǔn)確辨識和場景特征驅(qū)動的路網(wǎng)交通大數(shù)據(jù)處理等一系列創(chuàng)新性成果，當(dāng)前正瞄準(zhǔn)綜合交通與立體交通著手建立一套可主動協(xié)同的病害認(rèn)知-預(yù)知-控制體系。

截止到現(xiàn)在，他們的研究成果先后獲得了2016年度國家科技發(fā)明獎二等獎（排名3）、2019年度國家技術(shù)進步獎二等獎（排名3）。發(fā)表SCI/EI論文60余篇，參與并獲批國家標(biāo)準(zhǔn)兩項。研究成果成功應(yīng)用于全國340余座城市、主要高速公路以及渝、滇、黔、桂等多個省份的交通基礎(chǔ)設(shè)施，為路網(wǎng)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的實時監(jiān)測與安全評價、路網(wǎng)數(shù)字化預(yù)知養(yǎng)修技術(shù)與管理模式變革提供了理論與技術(shù)支撐。

不忘初心的科研前行者

“沒有做不到只有想不到，只要付出就一定會有收獲。”以此作為研究信仰的杜博文，多年來一直矢志不渝扎根在領(lǐng)域研究的前沿，步履不停開拓著。現(xiàn)如今，杜博文所在的團隊、所參與的項目團隊都有多名院士、專家指導(dǎo)，這更給予了他更大的科研自信。

科學(xué)研究不能居于一隅，建立更廣闊的科研思維以及科研前瞻性至關(guān)重要。多年來，杜博文也一直在嘗試與國內(nèi)外的研究機構(gòu)合作、碰撞，以此來開闊自己的科研視野，從而建立更為清晰的研究思路。此前，杜博文曾前往美國新澤西州立大學(xué)進行訪問交流，除卻在科研方面進行交流互促外，杜博文也在這一過程中，不斷吸收著國外先進的研究思想、教學(xué)方法，并引入到自己的教學(xué)中。

唯有勤奮才能走得更遠，才能走在國際前沿。繁忙的科研以及教學(xué)工作從未讓杜博文有過一絲懈怠，而是一直在用行動來實踐著這句話。如今，作為博士生導(dǎo)師，杜博文希望自己的學(xué)生們能夠?qū)懗鲱I(lǐng)域內(nèi)不錯的科研論文，并在這一過程中對自己所在領(lǐng)域的前沿學(xué)者與單位進行更為深刻的理解，明白自己所做工作的優(yōu)劣所在。除此之外，還要將自己的理論研究成果與實際問題相結(jié)合，并去解決這些問題。在杜博文看來，每位博士生都是人才，未來都是要獨當(dāng)一面的，所以要重視能力培養(yǎng)，要激發(fā)學(xué)生求知問學(xué)、勇于奮斗、敢于創(chuàng)新的科學(xué)興趣。“因為有的興趣是天生的，有的是后天培養(yǎng)出來的，我也經(jīng)歷過博士階段，所以我要把我經(jīng)歷的都告訴給學(xué)生，讓他們盡快實現(xiàn)從‘學(xué)習(xí)知識’到‘具備能力’的蛻變，建立強大的自信與雄心，從而更富有主動精神和創(chuàng)造力。”杜博文說。

不忘初心，方得始終。從攻讀博士學(xué)位起，杜博文的研究初衷就一直沒有改變過，即如何將最新的信息技術(shù)與領(lǐng)域相結(jié)合解決實際問題。近年來，國家新基建的逐漸完善，“京津冀”“粵港澳大灣區(qū)”等區(qū)域城市群發(fā)展以及綜合交通、城市群的逐漸形成，如何用新基建助推老基建，在保證城市群運行效率的同時保障城市基礎(chǔ)設(shè)施運行安全，針對這些城市發(fā)展中的新問題，杜博文還將做出更多“落地生根”的科研成果。