聚焦時空大數(shù)據(jù) 服務智能新生活

杜月嬌

杜博文

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代洶涌而來。借助衛(wèi)星導航定位、天空地一體化遙感等一系列感知技術及信息與通信網(wǎng)絡技術，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設施建設等提供著極大便利。

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)此目標的重要途徑。在當前國家新型基礎設施建設大力發(fā)展的背景下，將泛在智能物聯(lián)網(wǎng)與信息、能源、材料等領域新興使能技術深度融合，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、去解析交通基礎設施健康狀態(tài)，對整個城市的智能生活管理起著至關重要的作用。作為大數(shù)據(jù)時代的科研開拓者，北京航空航天大學計算機學院教授杜博文多年來就扎根在這一與國家基礎建設以及民生息息相關的事業(yè)中，用不懈的科研探索，貢獻著自己的科技力量。

結緣計算機科學

21世紀是人類走向信息社會的世紀，是網(wǎng)絡的時代，是超高速信息公路建設取得實質(zhì)性進展并進入應用的年代?？萍忌鐣谇娜话l(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域的濃厚興趣。

“自從我接觸計算機那天起，就對信息科學產(chǎn)生了濃厚興趣?！彼f。多年來的專業(yè)學習，讓他在計算機科學領域打下了堅實的基礎。2005年進入北京航空航天大學攻讀博士學位后，他更加深刻地認識到：計算機信息技術必須與領域相結合才能發(fā)揮其最大價值。而多年來他一直將此作為自己的科研準則，并時刻堅守著。

現(xiàn)如今，隨著科學技術的發(fā)展，無人駕駛等自主式交通系統(tǒng)建設、高品質(zhì)基礎設施規(guī)劃、建造與維護、智能化指揮控制技術等，缺的是智腦，換句話說是能夠?qū)崿F(xiàn)交通、基礎設施乃至城市的運行狀態(tài)全息感知、運行機理與瓶頸認知、演化趨勢預知的全過程掌控，最終目標是實現(xiàn)基于泛在物聯(lián)網(wǎng)絡環(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)達國家的基礎設施建設有很大不同。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

“信息技術的更新速度遠高于其他行業(yè)，如何把最新技術應用于其他領域，解決實際問題是我研究的根本目標。因此，我不僅僅要持續(xù)研究信息領域的最新技術，同時也要掌握所在領域的核心知識，挖掘其關鍵問題?！倍挪┪恼f。

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設施健康監(jiān)測與性態(tài)解析，“人工智能為交通基礎設施結構安全保障研究提供了新手段和新體系，是對現(xiàn)有力學分析、材料劣化趨勢分析方法的有效補充，我們不僅要判斷基礎設施是否處于一種安全可用的狀態(tài)，更關鍵的是能夠及早辨識異常特征，預知性發(fā)現(xiàn)誘發(fā)病害的險兆并作出預判，為降低居民出行與交通運輸影響、保障安全、提升設施性能搶占先機?！倍挪┪恼f。

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、強隨機性和異構龐雜問題，更關鍵的是大數(shù)據(jù)方法能發(fā)現(xiàn)異常，可解釋不了誘因，當面對交通基礎設施病害演化趨勢變化速度快、異常性態(tài)特征弱等國內(nèi)外學者所遇到的共性關鍵難題時，無法直接將其他領域的大數(shù)據(jù)技術直接移植應用。

“交通大數(shù)據(jù)理論及其與領域知識交叉融合，為揭示這些復雜關系的關聯(lián)機理提供了可能?！倍挪┪恼f。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)挖掘與認知方法研究方向，提出了復雜交通行為形成機理與認知等多個關鍵科學問題，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。

當前在國家自然科學基金項目、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特征挖掘與融合的交通運行態(tài)勢準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，當前正瞄準綜合交通與立體交通著手建立一套可主動協(xié)同的病害認知-預知-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，參與并獲批國家標準兩項。研究成果成功應用于全國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設施，為路網(wǎng)結構健康狀態(tài)的實時監(jiān)測與安全評價、路網(wǎng)數(shù)字化預知養(yǎng)修技術與管理模式變革提供了理論與技術支撐。

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?！币源俗鳛檠芯啃叛龅亩挪┪?，多年來一直矢志不渝扎根在領域研究的前沿，步履不停開拓著?，F(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，這更給予了他更大的科研自信。

科學研究不能居于一隅，建立更廣闊的科研思維以及科研前瞻性至關重要。多年來，杜博文也一直在嘗試與國內(nèi)外的研究機構合作、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、教學方法，并引入到自己的教學中。

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，作為博士生導師，杜博文希望自己的學生們能夠?qū)懗鲱I域內(nèi)不錯的科研論文，并在這一過程中對自己所在領域的前沿學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，未來都是要獨當一面的，所以要重視能力培養(yǎng)，要激發(fā)學生求知問學、勇于奮斗、敢于創(chuàng)新的科學興趣?！耙驗橛械呐d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)歷的都告訴給學生，讓他們盡快實現(xiàn)從‘學習知識’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?！倍挪┪恼f。

不忘初心，方得始終。從攻讀博士學位起，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與領域相結合解決實際問題。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設施運行安全，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。