聚焦时空大数据 服务智能新生活

杜月娇

随着物联网技术的快速发展，大数据时代汹涌而来。借助卫星导航定位、天空地一体化遥感等一系列感知技术及信息与通信网络技术，城市运行的物理特征和数字特征，成为可被感知、记录、存储、分析和利用的城市时空数据，并为社会民生以及国家基础设施建设等提供着极大便利。

我们的生活离不开衣食住行，“行”在其中起到联络线作用，且随着我国城市居民生活水平逐步提高和生产效率不断增强，高品质、高效能、高融合的城市交通运行需求日益凸显，而人工智能为核心的智慧化交通发展是实现此目标的重要途径。在当前国家新型基础设施建设大力发展的背景下，将泛在智能物联网与信息、能源、材料等领域新兴使能技术深度融合，推动智能交通整体式智能化提升，不仅是国内研究的重点，也是国际研究的热点。而将信息技术与交通工程与土木工程深度融合，用数据思维去发现群体移动规律、去理解交通运行、去解析交通基础设施健康状态，对整个城市的智能生活管理起着至关重要的作用。作为大数据时代的科研开拓者，北京航空航天大学计算机学院教授杜博文多年来就扎根在这一与国家基础建设以及民生息息相关的事业中，用不懈的科研探索，贡献着自己的科技力量。

结缘计算机科学

21世纪是人类走向信息社会的世纪，是网络的时代，是超高速信息公路建设取得实质性进展并进入应用的年代。科技社会在悄然发生改变间，也在潜移默化地激发着杜博文对这一研究领域的浓厚兴趣。

“自从我接触计算机那天起，就对信息科学产生了浓厚兴趣。”他说。多年来的专业学习，让他在计算机科学领域打下了坚实的基础。2005年进入北京航空航天大学攻读博士学位后，他更加深刻地认识到：计算机信息技术必须与领域相结合才能发挥其最大价值。而多年来他一直将此作为自己的科研准则，并时刻坚守着。

现如今，随着科学技术的发展，无人驾驶等自主式交通系统建设、高品质基础设施规划、建造与维护、智能化指挥控制技术等，缺的是智脑，换句话说是能够实现交通、基础设施乃至城市的运行状态全息感知、运行机理与瓶颈认知、演化趋势预知的全过程掌控，最终目标是实现基于泛在物联网络环境下，基于知识驱动的交通运行的智能治理。

中国作为发展中国家，与发达国家的基础设施建设有很大不同。而中国的智能交通等管理与监测需要根据本国的情况发展，找到自己的方式。多年来，杜博文从未忘却自己的初衷。

立足国家发展现状而研

“信息技术的更新速度远高于其他行业，如何把最新技术应用于其他领域，解决实际问题是我研究的根本目标。因此，我不仅仅要持续研究信息领域的最新技术，同时也要掌握所在领域的核心知识，挖掘其关键问题。”杜博文说。

目前，国家正在大力发展城市群，而城市群范围的增加，代表着人们出行距离的增加以及出行模式的多样化。而杜博文现在所做的科研工作，不仅是利用大数据对多模式交通情况下人们的群体行为进行研究，还将研究方向拓展到交通基础设施健康监测与性态解析，“人工智能为交通基础设施结构安全保障研究提供了新手段和新体系，是对现有力学分析、材料劣化趋势分析方法的有效补充，我们不仅要判断基础设施是否处于一种安全可用的状态，更关键的是能够及早辨识异常特征，预知性发现诱发病害的险兆并作出预判，为降低居民出行与交通运输影响、保障安全、提升设施性能抢占先机。”杜博文说。

但杜博文和团队成员也深刻理解，大数据不是万能的，一是数据本身就具有高时效性、强随机性和异构庞杂问题，更关键的是大数据方法能发现异常，可解释不了诱因，当面对交通基础设施病害演化趋势变化速度快、异常性态特征弱等国内外学者所遇到的共性关键难题时，无法直接将其他领域的大数据技术直接移植应用。

“交通大数据理论及其与领域知识交叉融合，为揭示这些复杂关系的关联机理提供了可能。”杜博文说。实际上，他從博士开始，就已经建立了人车路环境耦合作用下时空大数据挖掘与认知方法研究方向，提出了复杂交通行为形成机理与认知等多个关键科学问题，通过全时全域交通大数据对城市路网交通运行解析，充分利用“互联网+交通”大数据环境，开展了数据驱动的路网交通运行状态识别方法研究。

当前在国家自然科学基金项目、国家重点研发等多个项目支撑下，杜博文和团队成员提出了采用大数据挖掘方法，已经揭示了车路耦合条件下的关联特征，挖掘移动交通群体一体化出行行为，发现及预测了路网承载力的动态变化规律，形成了基于时空相关特征挖掘与融合的交通运行态势准确辨识和场景特征驱动的路网交通大数据处理等一系列创新性成果，当前正瞄准综合交通与立体交通着手建立一套可主动协同的病害认知-预知-控制体系。

截止到现在，他们的研究成果先后获得了2016年度国家科技发明奖二等奖（排名3）、2019年度国家技术进步奖二等奖（排名3）。发表SCI/EI论文60余篇，参与并获批国家标准两项。研究成果成功应用于全国340余座城市、主要高速公路以及渝、滇、黔、桂等多个省份的交通基础设施，为路网结构健康状态的实时监测与安全评价、路网数字化预知养修技术与管理模式变革提供了理论与技术支撑。

不忘初心的科研前行者

“没有做不到只有想不到，只要付出就一定会有收获。”以此作为研究信仰的杜博文，多年来一直矢志不渝扎根在领域研究的前沿，步履不停开拓着。现如今，杜博文所在的团队、所参与的项目团队都有多名院士、专家指导，这更给予了他更大的科研自信。

科学研究不能居于一隅，建立更广阔的科研思维以及科研前瞻性至关重要。多年来，杜博文也一直在尝试与国内外的研究机构合作、碰撞，以此来开阔自己的科研视野，从而建立更为清晰的研究思路。此前，杜博文曾前往美国新泽西州立大学进行访问交流，除却在科研方面进行交流互促外，杜博文也在这一过程中，不断吸收着国外先进的研究思想、教学方法，并引入到自己的教学中。

唯有勤奋才能走得更远，才能走在国际前沿。繁忙的科研以及教学工作从未让杜博文有过一丝懈怠，而是一直在用行动来实践着这句话。如今，作为博士生导师，杜博文希望自己的学生们能够写出领域内不错的科研论文，并在这一过程中对自己所在领域的前沿学者与单位进行更为深刻的理解，明白自己所做工作的优劣所在。除此之外，还要将自己的理论研究成果与实际问题相结合，并去解决这些问题。在杜博文看来，每位博士生都是人才，未来都是要独当一面的，所以要重视能力培养，要激发学生求知问学、勇于奋斗、敢于创新的科学兴趣。“因为有的兴趣是天生的，有的是后天培养出来的，我也经历过博士阶段，所以我要把我经历的都告诉给学生，让他们尽快实现从‘学习知识到‘具备能力的蜕变，建立强大的自信与雄心，从而更富有主动精神和创造力。”杜博文说。

不忘初心，方得始终。从攻读博士学位起，杜博文的研究初衷就一直没有改变过，即如何将最新的信息技术与领域相结合解决实际问题。近年来，国家新基建的逐渐完善，“京津冀”“粤港澳大湾区”等区域城市群发展以及综合交通、城市群的逐渐形成，如何用新基建助推老基建，在保证城市群运行效率的同时保障城市基础设施运行安全，针对这些城市发展中的新问题，杜博文还将做出更多“落地生根”的科研成果。