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扎根东北的城市零碳交通探索者

来源:  发布时间:2022-05-20

——记大连理工大学交通运输学院教授刘锴

李明丽

 

随着时代的进步,人们的衣食住行发生了很大的变化,尤其是交通工具的变更。2013年,定制公交横空出世,彼时,上百个巴士应用程序APP帮助人们穿梭于大街小巷,成为互联网经济的代表;2017年,无人驾驶汽车进一步走入大众视野,智能汽车时代近在眼前;新能源汽车也是风头正劲,蓄力待发,势在必行。

无论是定制公交,还是智能汽车、新能源汽车,它们都为人们的出行带来了巨大的便利,但同时也带来了很多问题。比如需求响应出行的可靠性问题、智能汽车安全伦理问题、新能源汽车与清洁能源网络的协同性问题等,这些都已经超出了企业管理的范畴,进入城市交通规划领域。大连理工大学交通运输学院教授刘锴表示:“目前,交通已经不仅是一种为了满足生活和娱乐出行的附属需求,它更承载了一个从劳动供给市场来平衡社会发展的重要领域。”

 

基于行为科学和数据科学的多学科交叉

 

刘锴未曾想到,出国攻读博士让自己的研究方向从城市规划设计转向智能城市交通范畴,并逐渐与经济管理、智能信息、汽车工程,以及能源工程等多学科交叉。同许多年轻学子一样,刘锴刚进入博士阶段时对专业转换有一些“焦虑”:“学科交叉一定是学术发展的趋势,你有城市规划学科的背景,继续做交通,就一定有交通领域的人所不具备的优势。”在得到自己的硕士导师同济大学王德教授,以及名古屋大学的前辈陆化普教授(现清华大学教授)的鼓励和支持后,刘锴坚定了走多学科交叉的道路,一路走来,虽然经历了很多迷惘,最终他还是探索出了属于自己的科研道路。

刘锴博士期间师从日本交通行为研究领域的领军人物、名古屋大学山本俊行教授。此外,他在名古屋大学和神户大学求学和工作的几年中,还得到了日本著名学者森川高行教授、朝仓康夫教授,以及东京大学、京都大学、广岛大学等高校学府的多位著名学者的指导。正是这段时间的知识积累和系统训练,使刘锴逐渐确立了“行为科学”和“数据科学”两条腿走路的方向,支撑了他的多学科交叉之路。

回想当初从规划设计这个“艺术气息”更加浓厚的专业转向交通运输工程专业,刘锴坦言经历了一段迷惘时期,他默默地花了接近1年的时间学习基础知识,包括数理统计和编程。过程虽然辛苦,但收获颇丰。在研究过程中,刘锴“越研究数据越觉得有意思”。他说:“在数据当中,我们看到的很多只是表象,对于表象背后的逻辑,每个专家都有不同的解析,这本身就很有趣。”

如何进行学科交叉,刘锴说:“不能局限在学科间理念和方法的互换,这是对学科交叉的片面理解。”虽然这样短期相对较容易出成果,但这种交叉是不可持续的,也很难产生本质上的创新。从现实问题到触发研究兴趣,进一步从不同学科视角挖掘问题背后隐藏的机理,再推演未来的发展趋势,把行为科学和数据科学作为桥梁,搭建多学科交叉的思考模式和研究手段。刘锴的学科交叉创新之路在他即将出版的专著《交通离散选择行为-理论模型和方法》和翻译的日本经典科研著作《交通行为分析与建模》中,得到了深刻的体现。

扎根东北十三载,持续走“行为分析+时空统计+智能计算”的学科交叉之路,刘锴的研究成果也得到了更多的认可。他目前担任交通运输部重点实验室“生态安全屏障区交通网设施管控及循环修复技术交通运输行业重点实验室”学术委员会副主任、中国地理学会行为地理专业委员会委员、中国新一代人工智能产业技术创新战略联盟智能出行推进组联合组长、中国公路学会运输与物流分会第八届理事会理事、东亚交通协会国际学术委员会委员、中国公路学会自动驾驶工作委员会委员、世界交通大会交叉学部交通环境学科主席等职务。

 

持之以恒,探索零碳交通发展新路径

 

谈起科研方向和成果,刘锴立刻展现出极大的兴奋和热情。刘锴于2009年回国,入职大连理工大学交通运输学院,开始谋划学科布局和科研特色。当时大多数学者主要聚焦于我国城市快速发展所面临的交通拥堵问题和信息技术软硬件集成解决方案等热门工业化领域的研究,刘锴早在2009年即给他的第一名硕士研究生选择了“电动汽车充电站布局研究”这一课题研究方向。从那时起他就已经开始意识到我国城市交通必将面临一场以节能减排为目标的全面革新,应当未雨绸缪,为保护人类生存环境这个全球共同目标而积累交通运输革新性技术。如今,电动化、智能化、自动化、零碳化已经明确成为交通运输长期发展的目标和任务,刘锴多年积累的成果开始得到广泛关注。

面对交通发展目标的重大变革,刘锴科研团队确定了三个紧密结合的研究方向:一是面向新能源汽车的交通需求管理;二是移动互联的共享交通需求服务模式;三是基于自动驾驶的智能管控和现代社会治理研究。运用大数据、云平台、运筹优化及深度学习等技术,实现电动公交与智慧充电双网协同和综合管控,有助于推进智慧城市和智能交通系统快速发展,提高应用大数据技术改进绿色交通服务水平的能力,实现“零碳交通”。

为挖掘电动汽车分时租赁动态调度和智慧充电基础设施的系统服务能力,统筹和整合分享式出行需求与能耗时空需求,改善绿色交通服务水平和新能源供给模式,刘锴科研团队围绕智能网联时代电动汽车分时租赁和智能充电大数据平台关键技术,提出了整合充电桩网络优化布局及分享车辆调度优化整体解决方案。该研究成果为建设辽宁省域新能源汽车分时租赁和充电调度平台提供了技术支持,有力地推进了辽宁省智慧城市和智能交通的快速发展,同时提升了应用大数据技术改进电动汽车等城市绿色交通服务水平的能力。

2018年,为挖掘分析电动公交车运营管理大数据,改善充电设施布局和充电管理方法,提升充电效率和降低运营能耗,刘锴科研团队围绕新能源公交车大规模运营条件下的能耗效率和充电管理优化开展系统研究。研究成果已在大连、郑州、银川等城市应用,并正在全国多个城市推广,为公交运营公司制定了电动公交车的充电管理策略和运行调度方案,解决了公交电动化转型过程中面临的系统评估难、资源配置难及协同管控难等问题。

为解决响应出行需求在大规模运营上面临的众多问题,刘锴科研团队围绕获批的国家自然科学基金项目,探索定制公交需求时空分布演变和动态运营优化方法,以定制公交使用者持续使用意愿和运营线路的服务水平为研究对象,解析出行者“定制”意愿和方式选择行为,以及反映系统服务效率的“共享能力”在城市公交服务供需演化过程中的作用机理,把定制公交的动态响应机制和动态运营优化方法推广到东北多个城市,为改进共享式交通供给能力和运营效率提供理论基础和科学依据。

2006年博士毕业到现在,刘锴主持的科研项目多达30余项,获奖20余次,授权发明专利和软件著作权8项,发表学术论文100多篇。脚踏实地,辛勤耕耘,他以能推动智慧城市高质量发展为目标,尽心竭力。

 

聚焦人才培养,助力东北发展

 

做科研要讲究方法,传道授业也是如此。在刘锴和同事们的共同努力下,大连理工大学交通工程专业从2007年诞生到2021年入选国家一流本科专业建设点,仅仅经历了14年,在全国120多个开办该专业的高等学府中,位列前10%

说起教育和人才培养方面的经验,刘锴表示,全球各地教学模式差别巨大,每个国家甚至每所学校的培养方式都不同。综合对比之下,他认为:“培养学生,不能过多限定学生的思路,先让学生自我探索,再进行讨论修正,形成师生合作模式,培养学生积极的科研探索精神。”针对本科生教学,刘锴更注重提升学生的综合素质。他会和学生就热点问题组织课堂辩论,结合时事热点做社会调查。“我认为这样做对本科生的培养是非常有益的,既能让他们了解社会发展的需求,也能让他们通过实际的调查访谈,锻炼自己的思辨能力。”刘锴说,“对于研究生,我看重的是他能不能‘坐冷板凳’,能不能踏实地、静下心来发现问题。我更希望看到研究生能独立思考,探索自己的方向,而不是人云亦云,盲目跟风。”他指导的学生,多人获得国家奖学金及各种荣誉称号,多次获得学科竞赛奖励,以及学会优秀硕士学位论文奖励。

“教育是一篇大文章,需要用更长的时间去积累和沉淀,我在教学经验和人才培养方面仍然有很多不足,但我相信一定可以培养出更多具有创新能力的多学科交叉型人才。”刘锴满怀期待地说。他表示,未来将持之以恒地做好科研和人才培养,面向交通强国战略和智慧城市发展目标,聚焦世界交通科技前沿的热点、难点,助力东北地区科技创新和可持续智慧城市的发展。

交通如棋盘,一围一疏皆智慧。人生亦是如此。作为领域专家,刘锴视角敏锐、做事专注;作为导师,他诲人不倦,目光长远。20多年的专业学习和工作生涯,磨平了他不羁的棱角,磨炼了他坚定的心志,让他更加稳重与从容。对于未来,刘锴微笑着说:“要坚持做实实在在的研究,产出实实在在的成果。抓住建设交通强国的机遇,通过一些有意义的项目为东北摆脱发展困境贡献一份力量。”

(责编:黄雪霜)


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2022年6月

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