智慧賦能寧波港 乘風(fēng)破浪啟新程
——記寧波諾丁漢大學(xué)教授、計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任白瑞斌及其科研團(tuán)隊(duì)

杜月嬌

白瑞斌

2004年，在寧波諾丁漢大學(xué)的落成典禮上，習(xí)近平總書記寄語(yǔ)：“寧波諾丁漢大學(xué)的創(chuàng)建和成立，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)高等教育與國(guó)外優(yōu)質(zhì)高等教育資源相結(jié)合的先河，為中國(guó)教育走向世界創(chuàng)造了一種全新的模式。”正是在這片理想的沃土之上，白瑞斌教授和他的研究團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了一場(chǎng)科研逐夢(mèng)之旅。

時(shí)間追溯到2007年9月，彼時(shí)的白瑞斌剛剛結(jié)束長(zhǎng)達(dá)5年的國(guó)外求學(xué)、科研之旅，回國(guó)到寧波諾丁漢大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系任教。當(dāng)時(shí)，深受國(guó)內(nèi)外研究教育洗禮的他，已經(jīng)在智能計(jì)算、組合優(yōu)化、數(shù)據(jù)挖掘及建模與仿真研究中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，迫切希望能為這些技術(shù)的落地應(yīng)用找到最佳場(chǎng)景。

在21世紀(jì)“數(shù)字中國(guó)”和工業(yè)新基建已上升為國(guó)家戰(zhàn)略的大背景下，白瑞斌敏銳地感知到了人工智能在優(yōu)化研究領(lǐng)域所蘊(yùn)含的巨大潛能。因此，他和研究團(tuán)隊(duì)決定結(jié)合自己之前在這一領(lǐng)域的研究經(jīng)驗(yàn)，全身心投入研究與開(kāi)發(fā)下一代智能型、自適應(yīng)決策支持系統(tǒng)。除此之外，毗鄰寧波舟山港的地理位置優(yōu)勢(shì)，更讓他們決心扎根于這片熱土，將人工智能服務(wù)于寧波港口經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。以此為基點(diǎn)，他們立志將這幅夢(mèng)想的藍(lán)圖勾勒到全國(guó)各地并輻射到智能交通、物流運(yùn)輸、調(diào)度優(yōu)化等各個(gè)領(lǐng)域，用科學(xué)服務(wù)于祖國(guó)發(fā)展大計(jì)。

貫穿始終的諾丁漢情緣

西安是白瑞斌夢(mèng)想的發(fā)源地。1999年6月和2002年4月，白瑞斌分別獲西北工業(yè)大學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位，在這7年的時(shí)間里，他徜徉在大學(xué)知識(shí)的海洋里，孜孜不倦汲取專業(yè)知識(shí)，更堅(jiān)定了自己今后從事科研工作的理想與決心。

研究生畢業(yè)后，白瑞斌在家人的影響下打算出國(guó)留學(xué)，接受更加前沿的科研思想。本意想前往美國(guó)留學(xué)的他，卻因?yàn)橐恍┰颍瑳](méi)有順利申請(qǐng)到全額獎(jiǎng)學(xué)金。如果自費(fèi)留學(xué)的話，費(fèi)用會(huì)十分昂貴，負(fù)擔(dān)不起。恰巧這時(shí)，英國(guó)兩所大學(xué)向他拋出了橄欖枝，其中一所就是英國(guó)諾丁漢大學(xué)。學(xué)校提供全額的獎(jiǎng)學(xué)金，除了每年1萬(wàn)英鎊的學(xué)費(fèi)免掉外，還有大概1萬(wàn)多英鎊的生活費(fèi)。在這種情況下，白瑞斌欣然接受了學(xué)校的邀請(qǐng)，為此他一直對(duì)英國(guó)諾丁漢大學(xué)心存感激。

長(zhǎng)期以來(lái)，諾丁漢大學(xué)在英國(guó)乃至世界范圍內(nèi)都享有美譽(yù)。作為一所英國(guó)百年名校，諾丁漢大學(xué)產(chǎn)生了很多的杰出校友，包括3位諾貝爾獎(jiǎng)得主和眾多奧運(yùn)獎(jiǎng)牌得主。在這里，白瑞斌接受了更為扎實(shí)的研究訓(xùn)練，并受到很多先進(jìn)科研思想的熏陶，在計(jì)算智能、超啟發(fā)式搜索、調(diào)度優(yōu)化等方面研究中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為他今后回國(guó)開(kāi)展科研工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

科研探索，報(bào)效祖國(guó)。如今回國(guó)已十四載有余，白瑞斌已經(jīng)成為寧波諾丁漢大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師和系主任。扎根于寧波諾丁漢大學(xué)這一平臺(tái)，他的拳拳報(bào)國(guó)之心得以施展。多年來(lái)，白瑞斌團(tuán)隊(duì)立足我國(guó)的國(guó)情，基于之前在人工智能領(lǐng)域打下的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，不斷開(kāi)拓探索，服務(wù)于祖國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)，特別是在智能港口技術(shù)與服務(wù)創(chuàng)新發(fā)展中，一直都有白瑞斌研究團(tuán)隊(duì)的身影。

港口數(shù)字化轉(zhuǎn)型迫在眉睫

自古以來(lái)，港口一直是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵要素。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上90%的發(fā)達(dá)城市都是沿海城市，主要得益于海上交通是國(guó)際貿(mào)易的主要運(yùn)輸方式。在寧波乃至全國(guó)的海上經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，寧波舟山港所起的作用就不容小覷。

寧波舟山港具有得天獨(dú)厚的地理位置。其地處我國(guó)大陸海岸線中部，南北和長(zhǎng)江“T”型結(jié)構(gòu)的交匯點(diǎn)，是中國(guó)內(nèi)地著名的深水良港。作為一個(gè)集內(nèi)河港、河口港和海港于一體的多功能、綜合性的現(xiàn)代化深水大港，寧波舟山港向外直接面向東亞及整個(gè)環(huán)太平洋地區(qū)，且已與世界上100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的600多個(gè)港口通航。寧波舟山港連續(xù)9年貨物吞吐量全球第一，2020年集裝箱吞吐量全球第三。

寧波舟山港地處長(zhǎng)三角地區(qū)，而港口經(jīng)濟(jì)作為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的一部分，一直是長(zhǎng)三角建設(shè)的重要任務(wù)。浙江省的“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)中對(duì)寧波港的定位是“四港聯(lián)動(dòng)暢通流”，大力推動(dòng)寧波舟山港建設(shè)世界一流強(qiáng)港，打造世界級(jí)港口群，建設(shè)舟山江海聯(lián)運(yùn)服務(wù)中心，構(gòu)建現(xiàn)代化內(nèi)河航運(yùn)體系，推進(jìn)海鐵、海河聯(lián)運(yùn)。在白瑞斌看來(lái)，在現(xiàn)代化的航運(yùn)背景下，人工智能領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)與港口經(jīng)濟(jì)發(fā)展相結(jié)合是大勢(shì)所趨。

在白瑞斌的介紹下，記者了解到：港口是一個(gè)多要素集中的封閉場(chǎng)地，涉及人、車、物、船等多重要素，也涉及能耗、維護(hù)、運(yùn)營(yíng)等多個(gè)方面。現(xiàn)如今，規(guī)模港口在相關(guān)領(lǐng)域仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，尤其是在超大規(guī)模碼頭生產(chǎn)管理、海量大數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景下的碼頭核心資源（橋吊、堆場(chǎng)、集卡、泊位、集裝箱等）優(yōu)化配置等方面還有待進(jìn)一步發(fā)展和完善，在國(guó)家智能制造2025戰(zhàn)略、節(jié)能減排和淘汰落后產(chǎn)能需求的大背景下，我國(guó)港口在降本增效、綠色可持續(xù)建設(shè)等方面還需要持續(xù)加大投入。

“在我看來(lái)，未來(lái)的港口一定是綠色環(huán)保、安全高效的。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須通過(guò)智能化的手段，優(yōu)化港口的管理，提升服務(wù)質(zhì)量。”白瑞斌說(shuō)。多年來(lái)，他和研究團(tuán)隊(duì)成員不斷探索前行，在寧波港口的數(shù)字化智能化發(fā)展中開(kāi)展大量工作，將人工智能技術(shù)深入到了寧波舟山港的經(jīng)濟(jì)與生產(chǎn)運(yùn)輸中，開(kāi)展了一系列實(shí)踐與探索。

運(yùn)籌優(yōu)化與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合優(yōu)化港口服務(wù)

經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，國(guó)家要強(qiáng)大，交通特別是海運(yùn)首先要強(qiáng)起來(lái)。長(zhǎng)期以來(lái)，白瑞斌團(tuán)隊(duì)的智能化港口運(yùn)營(yíng)研究工作，都是基于國(guó)家發(fā)展的大背景而展開(kāi)的。“將人工智能的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用在寧波舟山港的生產(chǎn)運(yùn)輸管理中，不僅能夠提升其出口效率，也對(duì)港口的安全及管理的增效意義重大。”白瑞斌說(shuō)。

近年來(lái)，隨著國(guó)家智能制造、智慧城市等戰(zhàn)略的實(shí)施和推進(jìn)，研究和應(yīng)用的焦點(diǎn)逐漸從以單一節(jié)點(diǎn)的智能化（如人臉識(shí)別、缺陷檢測(cè)）向系統(tǒng)的綜合智能化發(fā)展。隨著調(diào)度優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，它在調(diào)度及路由（routing）問(wèn)題上取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，這些技術(shù)同樣適用于海港作業(yè)等相關(guān)優(yōu)化場(chǎng)景。白瑞斌團(tuán)隊(duì)在實(shí)踐中，就將運(yùn)籌優(yōu)化技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合，讓其在港口集裝箱運(yùn)輸?shù)葘?shí)踐應(yīng)用中發(fā)揮了極大的功效。

港口業(yè)內(nèi)有句話：“大不大”看吞吐量，“強(qiáng)不強(qiáng)”看集裝箱。集裝箱碼頭是水陸聯(lián)運(yùn)的樞紐站，是集裝箱貨物在轉(zhuǎn)換運(yùn)輸方式時(shí)的緩沖地，也是貨物的交接點(diǎn)，因此，集裝箱碼頭在整個(gè)集裝箱運(yùn)輸過(guò)程中占有重要地位。雖然，集裝箱碼頭作業(yè)有顯著的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，但是由于船期、出口集箱、進(jìn)口提箱及裝卸作業(yè)時(shí)間等諸多環(huán)節(jié)的不確定因素，導(dǎo)致各類集裝箱的分配與調(diào)度效率不佳。在相關(guān)科研方法的啟發(fā)和國(guó)家自然科學(xué)基金及省市科研項(xiàng)目的支持下，白瑞斌團(tuán)隊(duì)將運(yùn)籌優(yōu)化和機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化兩種方法進(jìn)行融合，輔之以自主開(kāi)發(fā)的全場(chǎng)景高精度仿真平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的數(shù)、模融合的調(diào)度算法，并應(yīng)用到港口集裝箱碼頭的集卡調(diào)度優(yōu)化中。這一技術(shù)能夠解決模型計(jì)算速度慢和深度學(xué)習(xí)方法可靠性低等問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境中還能獲得比較接近的業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)，從而制訂更好的工作計(jì)劃，幫助減少堆場(chǎng)安排不合理導(dǎo)致的擁堵，提高集裝箱的流轉(zhuǎn)速度，減少無(wú)效操作，提高港口的綜合吞吐效率，在當(dāng)今的航運(yùn)市場(chǎng)中具有良好的競(jìng)爭(zhēng)力。

實(shí)踐證明，白瑞斌團(tuán)隊(duì)所提出的數(shù)、模融合的超啟發(fā)搜索算法框架，便是解決港口作業(yè)優(yōu)化問(wèn)題的一個(gè)理想選擇，并取得了良好成效，能夠顯著提升作業(yè)效率，減少設(shè)備閑置，為每個(gè)碼頭帶來(lái)更高效的作業(yè)和更少的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。根據(jù)他們?cè)?019年的一個(gè)研究測(cè)算，單獨(dú)的車輛智能調(diào)度優(yōu)化能夠給一個(gè)有4個(gè)泊位的集裝箱碼頭提高5%的作業(yè)效率，減少15%車輛空載里程，全面推廣后，每年可節(jié)約成本千萬(wàn)元，對(duì)提高未來(lái)港口的核心競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)揮巨大作用。

志在萬(wàn)里，努力打造世界一流的智慧港口、綠色港口的核心技術(shù)和軟件，一直是白瑞斌科研團(tuán)隊(duì)奮斗的目標(biāo)。“未來(lái)，隨著港口智能化、現(xiàn)代化的發(fā)展，以及寧波舟山港‘世界強(qiáng)港’建設(shè)的需求，核心技術(shù)和系統(tǒng)的研究是重中之重。除此之外，數(shù)字港口建設(shè)還具有普適性，可以作為未來(lái)智能復(fù)雜系統(tǒng)的一個(gè)樣板工程，在其他領(lǐng)域進(jìn)行移植，比如交通系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)等。”白瑞斌說(shuō)。

加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及人才培養(yǎng)

腳踏實(shí)地，一步一個(gè)腳印，白瑞斌團(tuán)隊(duì)一直在開(kāi)拓一條屬于自己團(tuán)隊(duì)獨(dú)一無(wú)二的發(fā)展道路，并最終形成了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和運(yùn)籌優(yōu)化相結(jié)合的技術(shù)特色。“其實(shí)這也是英國(guó)諾丁漢大學(xué)的一個(gè)研究特色。英國(guó)諾丁漢大學(xué)的運(yùn)籌學(xué)及人工智能團(tuán)隊(duì)都集中在計(jì)算機(jī)系，長(zhǎng)期以來(lái)，寧波諾丁漢大學(xué)都與英國(guó)諾丁漢大學(xué)保持著密切的合作。在相關(guān)科研技術(shù)的基礎(chǔ)上，我們一直在將其付諸實(shí)踐，希望能夠在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮良好的效果。”白瑞斌說(shuō)。

為了能將技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行積累、升級(jí)，更好地服務(wù)于寧波舟山港的數(shù)字化建設(shè)，2021年，白瑞斌和研究團(tuán)隊(duì)成員們開(kāi)始著手于浙江省數(shù)字港口技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。實(shí)驗(yàn)室同步浙江省“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景規(guī)劃，針對(duì)寧波港“四港流動(dòng)暢通流”和寧波自貿(mào)區(qū)“一樞紐、三中心、一示范區(qū)”的定位和高質(zhì)量發(fā)展的迫切需求，就港口核心資源的智能感知、港口作業(yè)規(guī)劃與調(diào)度優(yōu)化、港口智能化流程、國(guó)際樞紐港供應(yīng)鏈服務(wù)和供應(yīng)鏈金融的核心問(wèn)題開(kāi)展研究。

作為實(shí)驗(yàn)室的帶頭人，白瑞斌將和研究團(tuán)隊(duì)依托寧波諾丁漢大學(xué)在計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能及運(yùn)籌管理、信息系統(tǒng)管理、創(chuàng)業(yè)營(yíng)銷與系統(tǒng)管理等學(xué)科堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)和研究實(shí)力，著眼于打造基于真實(shí)場(chǎng)景數(shù)據(jù)和智能仿真技術(shù)的數(shù)字孿生平臺(tái)，通過(guò)智能仿真平臺(tái)輔助決策，實(shí)現(xiàn)港口核心資源的高效一體化閉環(huán)運(yùn)作，為寧波港的數(shù)字化、智能化提升提供技術(shù)保障。同時(shí)以港口供應(yīng)鏈技術(shù)為核心，研究港口戰(zhàn)略，為寧波港的軟實(shí)力和世界影響力的提升提供智力支持。

白瑞斌（左二）參加專題論壇

人才是實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的動(dòng)力與源泉。長(zhǎng)期以來(lái)，寧波諾丁漢大學(xué)都有一套獨(dú)具特色的教學(xué)模式。在學(xué)生的培養(yǎng)上，他們更加強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)技術(shù)與各項(xiàng)軟技術(shù)相結(jié)合。“通過(guò)學(xué)習(xí)，我們希望學(xué)生不僅僅是增加了一門專業(yè)技能，而是經(jīng)過(guò)90%的課程所包含的各項(xiàng)軟性考核，給學(xué)生提供一個(gè)全方位的發(fā)展機(jī)會(huì)。”白瑞斌說(shuō)。

除此之外，每項(xiàng)考核課程中都有許多開(kāi)放性作業(yè)，這些作業(yè)并不是課程中會(huì)100%教到的東西，學(xué)生可以通過(guò)自主學(xué)習(xí)和教師指導(dǎo)相結(jié)合，找到解決的辦法。通過(guò)這一尋找答案的過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力和自我批判思維。

兼容并包，博采眾長(zhǎng)。學(xué)校中超過(guò)一半的教師是國(guó)際教師，超過(guò)10%的學(xué)生是國(guó)際學(xué)生，全英文的教學(xué)模式，以及多元文化碰撞與交流，能讓學(xué)生們?cè)趪?guó)際交流中了解另外一種文化思維的相關(guān)特色，彼此之間更好地進(jìn)行交流與學(xué)習(xí)。

未來(lái)，白瑞斌還希望能夠在實(shí)驗(yàn)室的人才培養(yǎng)上加大投入，吸引更多國(guó)際一流的科研人員及海外優(yōu)秀學(xué)者和學(xué)生加入實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍中，隨后通過(guò)2年時(shí)間，打造一支理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、國(guó)際化特征明顯的高水平研究隊(duì)伍，使其成為寧波海港智能化建設(shè)的中堅(jiān)力量。

以海而立，向海而興。如今，位于我國(guó)大陸海岸線中部的寧波舟山港建設(shè)愈加令人矚目。在多年的努力下，白瑞斌團(tuán)隊(duì)著力打造的“數(shù)字港口技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)已規(guī)模彰顯。“今后我們還是希望能夠在浙江省以及國(guó)家科研項(xiàng)目的支持下，將數(shù)字港口技術(shù)實(shí)驗(yàn)室打造為國(guó)際一流的實(shí)驗(yàn)室。即使我們不是國(guó)內(nèi)最大的實(shí)驗(yàn)室，也希望能夠成為國(guó)內(nèi)最有特色的實(shí)驗(yàn)室。”談起未來(lái)的愿景，白瑞斌充滿期待。