孫小倩：航空交通研究的平衡之美

孫雅琴

航空交通網(wǎng)絡(luò)是由空管航路管制網(wǎng)絡(luò)、航空公司航線運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)、航空物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的復(fù)雜航空運(yùn)行巨系統(tǒng)，具有節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模性、調(diào)控時變性的特征。北京航空航天大學(xué)（以下簡稱“北航”）國家空管新航行系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(fā)，基于多源異質(zhì)海量航空實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行建模分析及優(yōu)化調(diào)控。為此，她探索航空交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)理與規(guī)律，同時通過產(chǎn)學(xué)研合作，推動以航空交通應(yīng)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(wǎng)絡(luò)、多模式交通系統(tǒng)、大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)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(xué)技術(shù)獎-北京青年科技獎。對此她說，是努力所得，也是機(jī)遇贈予。

飛行器設(shè)計(jì)的多準(zhǔn)則決策

總結(jié)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(yè)大學(xué)（以下簡稱“西工大”）度過。西工大的校訓(xùn)是“公誠勇毅”，校風(fēng)是“三實(shí)一新”。孫小倩的本科專業(yè)是電氣工程及自動化，之后以優(yōu)異的成績保研到電子與電力傳動專業(yè)。她記憶中的大學(xué)生活，課業(yè)非常重，整日上課、自習(xí)。多年以后，她感慨，正因?yàn)檫@樣嚴(yán)格的要求才讓她打下了一個好底子，有機(jī)會前往德國留學(xué)。

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(tǒng)研究所完成了博士學(xué)業(yè)，并隨后繼續(xù)開展博士后研究。其間，她主要進(jìn)行飛行器設(shè)計(jì)的多準(zhǔn)則優(yōu)化。德國人注重工程應(yīng)用的科研風(fēng)格，給她留下了深刻印象?！拔覀兪窍到y(tǒng)分析組、飛行器設(shè)計(jì)組、航空交通基礎(chǔ)設(shè)施與過程組、航空公司運(yùn)營組四組聯(lián)動。我在系統(tǒng)分析組，負(fù)責(zé)基于多準(zhǔn)則的飛行器概念設(shè)計(jì)。研究所要求將這部分工作跟市場需求緊密結(jié)合。所以，我不僅要考慮設(shè)計(jì)，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(zhǔn)則決策是我科研的一大特色?！?/p>

其間，孫小倩參與了德國聯(lián)邦教育研究部BMBF下一代機(jī)場系統(tǒng)預(yù)研項(xiàng)目“機(jī)場2030”項(xiàng)目?！暗聡藷嶂詿o起落架飛機(jī)（Ground-based?Landing?Gear?System），飛機(jī)設(shè)計(jì)最重要的目標(biāo)之一就是減重。結(jié)構(gòu)重量減輕，意味著行李或乘客等有效載荷就可相應(yīng)增加?！睂O小倩和同事提出，額外設(shè)計(jì)個起落架，就像“滑板”，當(dāng)飛機(jī)起飛后，“滑板”就留在停機(jī)坪上。它可以自動回到跑道，并利用精準(zhǔn)定位技術(shù)，預(yù)判、識別飛機(jī)的降落。相比傳統(tǒng)飛機(jī)，無起落架飛機(jī)在減重、耗油量、增加收益等方面都有著巨大優(yōu)勢。

混合機(jī)翼飛機(jī)（Blended?Wing?Body，BWB）也是孫小倩在德國時就接觸的研究。“在國內(nèi)叫‘翼身融合體，這意味著機(jī)翼部分也可裝載乘客。德國人重視乘客的體驗(yàn)感，所以不光考慮設(shè)計(jì)，也考慮乘客的接受度、滿意度及運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)等。我所在的課題組，要對此進(jìn)行技術(shù)評估?！边@又是多準(zhǔn)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(xué)價(jià)值與國家需求相結(jié)合

2015年，孫小倩決定回國發(fā)展。“剛落地北京，國家空管新航行系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱‘實(shí)驗(yàn)室）主任張軍院士就請我去北航作報(bào)告。張?jiān)菏棵曉谕猓沂悄矫叭??！蹦翘靾?bào)告一結(jié)束，張?jiān)菏块_門見山，邀請孫小倩加入北航?；叵肫饋恚瑢O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(chuàng)新自由，又大力支持年輕學(xué)者，特別那還是一個擁有四五十名教授的院士團(tuán)隊(duì)，我立刻就心動了?！?/p>

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(xùn)是“德才兼?zhèn)?，知行合一”，校風(fēng)是“艱苦樸素、勤奮好學(xué)、全面發(fā)展、勇于創(chuàng)新”。在這里，她主持完成了國家自然科學(xué)基金中德國際合作與交流項(xiàng)目和青年基金各1項(xiàng)，參與重點(diǎn)項(xiàng)目和重大研究計(jì)劃等4項(xiàng)，相關(guān)研究涉及無人機(jī)臨近空間平臺與衛(wèi)星組網(wǎng)機(jī)理與驗(yàn)證研究、航空網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全與優(yōu)化等。迄今，孫小倩共發(fā)表論文90余篇，其中在《交通科學(xué)》（Transportation?Science）、《交通研究》A/B/C/E系列（Transportation?Research?Part?A/B/C/E）等期刊上發(fā)表一作或通訊《科學(xué)引文索引》（SCI）論文50余篇，谷歌學(xué)術(shù)引用1300余次（3篇基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫高被引論文），引用學(xué)者包括英國皇家工程院院士、美國麻省理工學(xué)院航空航天系副主任、哈佛大學(xué)教授等;獲國際/國內(nèi)會議最佳論文獎6次。因突出表現(xiàn)，她先后入選北航“卓越百人”、“青年拔尖”和“青年科學(xué)家團(tuán)隊(duì)”人才計(jì)劃;獲2018年中國智能交通協(xié)會科學(xué)技術(shù)一等獎1項(xiàng)（排名第5），2019年國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎1項(xiàng)（排名第9），2020年交通運(yùn)輸部青年科技英才稱號，2021年中國航空學(xué)會航電與空管分會優(yōu)秀青年學(xué)者稱號，2022年第二十四屆茅以升科學(xué)技術(shù)獎-北京青年科技獎。

航空交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，孫小倩做得挺有成就感。“在我國航空公司運(yùn)營中，除飛機(jī)購置成本外，機(jī)組人員費(fèi)用、燃油費(fèi)用等也相當(dāng)高。飛行成本高，票價(jià)便降不下來?！睂O小倩認(rèn)為，如能改善運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，低票價(jià)將成為現(xiàn)實(shí)?！氨热纾靼驳奖本┛土髁看?，可以針對性地采用大型飛機(jī)，將每次運(yùn)載的乘客數(shù)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(fèi)者，降低票價(jià)，進(jìn)而刺激消費(fèi)，拉動市場，實(shí)現(xiàn)多方共贏?！?/p>

城市空中交通無人機(jī)是孫小倩的在研項(xiàng)目之一。“如今在杭州，無人機(jī)貨運(yùn)已經(jīng)應(yīng)用到外賣行業(yè)。早高峰時期，在應(yīng)用程序上下單沒多久，無人機(jī)載著咖啡就送來了?！贝送猓@項(xiàng)研究還可應(yīng)用于載客。在大城市，從市中心到機(jī)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(jī)，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(jī)的出現(xiàn)，有助于緩解城市交通壓力，在幾年內(nèi)有望落地推廣。

孫小倩相信，好奇心和信念感之于科學(xué)家有重要意義，所以她總是在做既具科研價(jià)值又對社會有益的研究，在個人興趣和社會責(zé)任間尋求平衡。如今，航空交通網(wǎng)絡(luò)研究與航空工程結(jié)合的“大交通”已成為發(fā)展趨勢。國家提倡打造綜合交通規(guī)劃建設(shè)運(yùn)營大平臺，推動實(shí)現(xiàn)“規(guī)劃一張圖、布局一張網(wǎng)、運(yùn)行一張表、出行一張票”，孫小倩也正致力于此。

科研與教學(xué)緊密融合

近年來，產(chǎn)學(xué)研一條龍已經(jīng)發(fā)展為實(shí)驗(yàn)室的一大特色。實(shí)驗(yàn)室在張軍院士的帶領(lǐng)下，秉持“大團(tuán)隊(duì)、大項(xiàng)目、大科研、大獎項(xiàng)”的理念，依托中國民航空管局、數(shù)據(jù)通信有限責(zé)任公司、北京首都國際機(jī)場等進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，在成都、杭州等均建立了校企合作的創(chuàng)新研究院。

緊跟實(shí)驗(yàn)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(lián)系。她是航空交通領(lǐng)域知名期刊《航空運(yùn)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(lián)盟理事會委員、中國交通運(yùn)輸協(xié)會青年科技工作者委員會委員，以及由美國聯(lián)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(xué)術(shù)委員中僅有的兩名中國學(xué)者之一，是航空研究探討會（SOAR）16名學(xué)術(shù)委員中僅有的中國學(xué)者。2018年、2019年，她先后以德國亞琛工業(yè)大學(xué)馮卡門學(xué)者、德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)德累斯頓學(xué)者的身份出國訪學(xué)。2019年7月—2022年3月，她還擔(dān)任北京航空航天大學(xué)國際通用工程學(xué)院副院長，發(fā)揮國際合作特長，多次組織承辦國際學(xué)術(shù)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(xué)生以興趣、能力及優(yōu)勢等選擇研究方向，航線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、無人機(jī)路徑規(guī)劃、機(jī)器學(xué)習(xí)智能優(yōu)化算法、航空公司運(yùn)營優(yōu)化等方向都有人在做。她還根據(jù)學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃，進(jìn)行精準(zhǔn)培養(yǎng)。“北航已取消對碩士生的論文發(fā)表要求，如有學(xué)生對發(fā)文章不感興趣，我就會讓其盡早到行業(yè)單位實(shí)習(xí)并安心寫畢業(yè)論文?！痹趯O小倩看來，一名合格的導(dǎo)師不僅要讓學(xué)生順利畢業(yè)，還要讓他們找準(zhǔn)自己的人生道路，培養(yǎng)他們成為優(yōu)秀的航空航天人才。

（責(zé)編：王芳）07AEAAD5-8D02-4FB2-9564-64CFF3C0ED87