孫小倩：航空交通研究的平衡之美

孫雅琴

航空交通網絡是由空管航路管制網絡、航空公司航線運行網絡、航空物流運輸網絡構成的復雜航空運行巨系統，具有節點異構性、網絡規模性、調控時變性的特征。北京航空航天大學（以下簡稱“北航”）國家空管新航行系統技術重點實驗室副教授孫小倩的研究就是從航空交通多參與者的角度出發，基于多源異質海量航空實際運行數據，對其進行建模分析及優化調控。為此，她探索航空交通網絡的運行機理與規律，同時通過產學研合作，推動以航空交通應用為背景的成果。

2022年，站在科研人生第三個7年的尾巴上，孫小倩憑借在航空交通網絡、多模式交通系統、大規模復雜系統韌性等方向的突出成績，從激烈的競爭中脫穎而出，一舉斬獲第二十四屆茅以升科學技術獎-北京青年科技獎。對此她說，是努力所得，也是機遇贈予。

飛行器設計的多準則決策

總結起來，孫小倩的科研生涯是由“3個7年”組成的。2001—2008年，第?一個7年，她在有著濃厚國防軍工文化的西北工業大學（以下簡稱“西工大”）度過。西工大的校訓是“公誠勇毅”，校風是“三實一新”。孫小倩的本科專業是電氣工程及自動化，之后以優異的成績保研到電子與電力傳動專業。她記憶中的大學生活，課業非常重，整日上課、自習。多年以后，她感慨，正因為這樣嚴格的要求才讓她打下了一個好底子，有機會前往德國留學。

2008—2015年，科研生涯的第二個7年，孫小倩在德國宇航院（German?Aerospace?Center，DLR）空中交通系統研究所完成了博士學業，并隨后繼續開展博士后研究。其間，她主要進行飛行器設計的多準則優化。德國人注重工程應用的科研風格，給她留下了深刻印象。“我們是系統分析組、飛行器設計組、航空交通基礎設施與過程組、航空公司運營組四組聯動。我在系統分析組，負責基于多準則的飛行器概念設計。研究所要求將這部分工作跟市場需求緊密結合。所以，我不僅要考慮設計，還要考慮市場、維修等因素，然而各種要素存在著潛在沖突，需要選一個折中的方案，多準則決策是我科研的一大特色。”

其間，孫小倩參與了德國聯邦教育研究部BMBF下一代機場系統預研項目“機場2030”項目。“德國人熱衷無起落架飛機（Ground-based?Landing?Gear?System），飛機設計最重要的目標之一就是減重。結構重量減輕，意味著行李或乘客等有效載荷就可相應增加。”孫小倩和同事提出，額外設計個起落架，就像“滑板”，當飛機起飛后，“滑板”就留在停機坪上。它可以自動回到跑道，并利用精準定位技術，預判、識別飛機的降落。相比傳統飛機，無起落架飛機在減重、耗油量、增加收益等方面都有著巨大優勢。

混合機翼飛機（Blended?Wing?Body，BWB）也是孫小倩在德國時就接觸的研究。“在國內叫‘翼身融合體，這意味著機翼部分也可裝載乘客。德國人重視乘客的體驗感，所以不光考慮設計，也考慮乘客的接受度、滿意度及運營風險等。我所在的課題組，要對此進行技術評估。”這又是多準則的，讓各類要素保持微妙的平衡，在孫小倩看來極有意思。

科學價值與國家需求相結合

2015年，孫小倩決定回國發展。“剛落地北京，國家空管新航行系統技術重點實驗室（以下簡稱‘實驗室）主任張軍院士就請我去北航作報告。張院士名聲在外，我是慕名前去。”那天報告一結束，張院士開門見山，邀請孫小倩加入北航。回想起來，孫小倩說她考慮了不到5分鐘就決定了。“北航科教平臺廣闊，科研氛圍創新自由，又大力支持年輕學者，特別那還是一個擁有四五十名教授的院士團隊，我立刻就心動了。”

2015—2022年，這是孫小倩科研生涯的第三個7年。相比母校西工大的厚重整肅，北航校訓是“德才兼備，知行合一”，校風是“艱苦樸素、勤奮好學、全面發展、勇于創新”。在這里，她主持完成了國家自然科學基金中德國際合作與交流項目和青年基金各1項，參與重點項目和重大研究計劃等4項，相關研究涉及無人機臨近空間平臺與衛星組網機理與驗證研究、航空網絡運行安全與優化等。迄今，孫小倩共發表論文90余篇，其中在《交通科學》（Transportation?Science）、《交通研究》A/B/C/E系列（Transportation?Research?Part?A/B/C/E）等期刊上發表一作或通訊《科學引文索引》（SCI）論文50余篇，谷歌學術引用1300余次（3篇基本科學指標數據庫高被引論文），引用學者包括英國皇家工程院院士、美國麻省理工學院航空航天系副主任、哈佛大學教授等;獲國際/國內會議最佳論文獎6次。因突出表現，她先后入選北航“卓越百人”、“青年拔尖”和“青年科學家團隊”人才計劃;獲2018年中國智能交通協會科學技術一等獎1項（排名第5），2019年國家科學技術進步獎二等獎1項（排名第9），2020年交通運輸部青年科技英才稱號，2021年中國航空學會航電與空管分會優秀青年學者稱號，2022年第二十四屆茅以升科學技術獎-北京青年科技獎。

航空交通網絡優化設計研究，孫小倩做得挺有成就感。“在我國航空公司運營中，除飛機購置成本外，機組人員費用、燃油費用等也相當高。飛行成本高，票價便降不下來。”孫小倩認為，如能改善運營網絡的結構，低票價將成為現實。“比如，西安到北京客流量大，可以針對性地采用大型飛機，將每次運載的乘客數量從300人提升到600人甚至800人。或者采用與高鐵合作的模式，航空公司收益提高，自然可讓利給消費者，降低票價，進而刺激消費，拉動市場，實現多方共贏。”

城市空中交通無人機是孫小倩的在研項目之一。“如今在杭州，無人機貨運已經應用到外賣行業。早高峰時期，在應用程序上下單沒多久，無人機載著咖啡就送來了。”此外，這項研究還可應用于載客。在大城市，從市中心到機場往往要倒好幾趟地鐵，開車還常遇擁堵路段。如果坐無人機，假使以100千米每小時的速度，可能20分鐘就到了，效率大大提高。城市空中交通無人機的出現，有助于緩解城市交通壓力，在幾年內有望落地推廣。

孫小倩相信，好奇心和信念感之于科學家有重要意義，所以她總是在做既具科研價值又對社會有益的研究，在個人興趣和社會責任間尋求平衡。如今，航空交通網絡研究與航空工程結合的“大交通”已成為發展趨勢。國家提倡打造綜合交通規劃建設運營大平臺，推動實現“規劃一張圖、布局一張網、運行一張表、出行一張票”，孫小倩也正致力于此。

科研與教學緊密融合

近年來，產學研一條龍已經發展為實驗室的一大特色。實驗室在張軍院士的帶領下，秉持“大團隊、大項目、大科研、大獎項”的理念，依托中國民航空管局、數據通信有限責任公司、北京首都國際機場等進行產學研合作，在成都、杭州等均建立了校企合作的創新研究院。

緊跟實驗室開放的步伐，孫小倩以全球視野與國際同行保持著緊密的聯系。她是航空交通領域知名期刊《航空運輸管理雜志》（Journal?of?Air?Transport?Management）副主編、國際民航組織航空航天工程教育聯盟理事會委員、中國交通運輸協會青年科技工作者委員會委員，以及由美國聯邦航空局和歐洲航行安全組織舉辦的航空交通國際研究會議（ICRAT）45名學術委員中僅有的兩名中國學者之一，是航空研究探討會（SOAR）16名學術委員中僅有的中國學者。2018年、2019年，她先后以德國亞琛工業大學馮卡門學者、德國德累斯頓工業大學德累斯頓學者的身份出國訪學。2019年7月—2022年3月，她還擔任北京航空航天大學國際通用工程學院副院長，發揮國際合作特長，多次組織承辦國際學術會議，為北航打造出了國際合作與交流的新名片。

目前，孫小倩課題組（Multi-Modal?Mobility?Networks）有5名碩士生和5名博士生。她讓學生以興趣、能力及優勢等選擇研究方向，航線網絡設計、無人機路徑規劃、機器學習智能優化算法、航空公司運營優化等方向都有人在做。她還根據學生的職業規劃，進行精準培養。“北航已取消對碩士生的論文發表要求，如有學生對發文章不感興趣，我就會讓其盡早到行業單位實習并安心寫畢業論文。”在孫小倩看來，一名合格的導師不僅要讓學生順利畢業，還要讓他們找準自己的人生道路，培養他們成為優秀的航空航天人才。

（責編：王芳）07AEAAD5-8D02-4FB2-9564-64CFF3C0ED87