——记清华大学工业工程系副教授何方

　　本刊记者  于晓杰

　　
　　当前，交通拥堵已经成为困扰城市居民的普遍难题。交通拥堵不仅影响一个城市的发展，还带来了一系列的社会问题和环境问题，如增加了人们出行的时间成本、给出行者带来了负面的精神因素、尾气排放造成环境污染等。
　　解决交通拥堵问题非一朝一夕之功，其关键在于如何解决导致交通拥堵的根源，是车多路少，供需不平衡？是交通管理手段落后，还是政策导向不完善？清华大学工业工程系副教授何方正是一位积极致力于城市交通拥堵问题研究的学者，主要从事交通网络建模与优化、交通经济学、数据驱动的交通管理、电动汽车充换电设施规划等方面研究。经过多年的积累和沉淀，何方在城市交通方面已经取得了先进的科研成果，为城市交通拥堵问题的解决贡献着自己的一份力量。
　　

多年历练，攀登电动汽车公共充换电设施规划理论新高峰

　　相比本科时期就读的清华大学土木工程系结构工程专业，何方反而更青睐于交通方面的研究。偶然一个机会，何方在大三时对土木工程系一个分支方向——交通工程产生了浓厚的兴趣。
　　本科毕业后，何方于2010年远赴美国佛罗里达大学土木与海洋工程系，师从交通领域久负盛名的殷亚峰教授。“我的导师当时正好在做交通方面的研究，他的研究偏重于管理学与运筹学方面，在多方面耳濡目染下，我逐渐接触到运筹学领域，也主动去了解交通管理。”
　　何方所说的交通管理问题，无一例外都是来源于实际生活，正是因为看到了社会、企业和政府的实际需求，他坚持方法论和应用型研究并重，两者结合，取得了诸多成果。其中，电动汽车的规划与管理问题，就是他科研成果的代表作。近年来，电动汽车在世界范围内得到了大力推广，但同时却因为续航里程短、充电耗时长等问题，对充、换电基础设施有着很强的依赖程度，传统的交通规划和基础设施布局方法并不能直接应用于电动汽车。何方指出：“我们要用科学规划与设计，来最大化满足电动汽车的用电需求，并能够在一定程度上引导电动汽车未来的发展方向。”
　　对此，何方提出电动汽车公共充、换电设施多层次规划体系框架，有力地破解了难题。从城市群层级上，他提出充电资源优化配置非线性整数规划模型，该模型不仅考虑了区域交通网络和输电网络在空间上的耦合影响，还以交通网络和电网的联合效益最大化为目标，优化区域充电资源的配置。而从城市层级来看，他考虑在链式出行结构下用户的自我调整与寻优行为，并为此进行建模；接下来，何方从全局最优的角度出发，综合考虑现有的设施条件与基础、投入预算上限以及不同设施种类、规模和位置的搭配与组合，对城市新建电动汽车公共充、换电设施的规划方案进行了优化设计。“这就是我提出的基于链式出行行为的电动汽车公共充、换电设施规划方法。”何方表示。
　　在建模与优化之外，出行中的充电问题也不容忽视。该如何对公共场所内的充电设施进行定价呢？何方深入思考后，提出了针对不同层级间、不同电网间以及不同主体的最优联合定价策略求解模型。所提模型不仅提供了价格决策主体在不同权力范围下的最优定价策略，还创造性地将描述城市配电网络运营的功率流非线性方程和城市电动汽车交通网络模型进行整合。通过整合，便能够揭示城市中公共电站电价对交通网络以及配电网络的双重影响，这样一来，就可以最小化交通旅行时间和电能传输损耗为目标来优化电价了。
　　相关科研项目获得国家自然科学基金委的资助，成果发表ESI高被引用论文1篇，高水平SCI论文6篇，被引用多达240余次。其中何方作为第一作者于2013年发表的文章“Optimal Deployment of Public Charging Stations for Plug-in Hybrid Electric Vehicles”，截至2017年6月，被引用量在发表于2012年以后的Transportation Research Part B文章中（总共942篇）排名第1。
　　

勇于创新，再求交通管理优化理论与方法新突破

　　随着人口的持续增长，各种公共交通工具层出不穷，城市交通拥堵俨然已成为全球性问题，不仅是城市难以运转的源头，还使人民生活质量也随之下降，更不用提造成大气污染加剧、能源消耗增加等一系列连带反应了。“缓解交通拥堵的管理策略，实际上多是运用经济学分析的方法。”何方看问题一向直指根本，而从根本上讲，交通供给与需求的不平衡正是造成交通拥堵的“罪魁祸首”。“近来，可交易电子证券这样一种概念很火，实际上这是一种新的经济学交通需求管理手段，当我们进出特定路段时需支付一定数量的电子证券，而政府则通过控制可交易电子证券的总量以及收取方案来达到缓解交通拥堵的目的。”何方解释到。
　　何方在此基础上做了更深一层拓展，他将可交易电子证券放在更为通用的环境下，证明了非负、匿名和可以达到系统最优的电子证券收取方案的存在性。此外，他还分析了交易成本对交通网络和电子证券市场的影响机理，并定义了交易成本存在时，包含混合参与者的交通网络和电子证券市场联合均衡条件，进而提出了可以描述均衡的变分不等式。
　　除上述研究外，近年来，何方运用技术分析在交通管理上取得了不少成功的理论研究突破。其中，在与高德地图合作的项目中，何方领导的科研团队从海量交通信息大数据入手，对大量数据进行了挖掘和分析工作，其研究成果发表在《高德地图中国主要城市交通分析报告》上。在项目“大数据时代交通运输治理及服务模式创新”中，何方所在的项目组依托自身大数据研究积累，并放眼国际，最终递交了一份8万字的高质量政策咨询报告，项目成果获得了交通运输部主管副部长的重要批示，在学术界和工业界产生了广泛影响。
　　此外，何方还构建了城市可变情报板选址与旅行时间显示优化模型框架，提出了“不当的旅行时间显示方案反而会损害交通系统的运营效率”的悖论。他利用交通多源异构大数据，对交通运行状态的可视化、数据驱动的城市公共充、换电设施规划方法等都进行了系统研究。不仅如此，何方针对近来自动驾驶技术的革新热潮，提出了自动驾驶专用车道、自动驾驶控制区域的布设与管理理论和方法，并提前预想了自动驾驶技术在推广过程中对交通管理的各种影响。
　　与此同时，何方针对停车位紧张的棘手问题，采用考虑离散参与者的博弈论方法，对城市中心区域的停车供需平衡进行了建模，使停车供需平衡达到系统最优；针对打车问题，他将手机打车软件考虑在内，搭建了城市出租车网络均衡模型框架，在分析打车软件对城市出租车市场影响的同时，还揭示了移动电召和街边扬召两种模式下城市出租车交通网络运行的内在数学规律，并对软件平台收费机制进行了优化设计。
　　谈及未来，何方坚持还是要以科研为主，必须要注重理论与实践相结合。除了交通管理优化理论与方法的创新，他认为还需要重点关注交通运输管理领域中新技术的发展和应用，无论是从运筹角度还是管理科学角度，都要竭尽所能充分利用现有资源，以更加高效优化的模式，为整个行业的发展做出贡献。“国家给了我们好机遇，我们就要与国家发展战略相结合，为实现交通强国贡献自己的力量。”海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。对于何方来说，交通拥堵问题的解决不仅是挑战，更是一种乐趣，他也会继续脚踏实地，怀揣科研梦想，驰骋在新时期交通发展新天地中。