李浥東教授在軌道交通環(huán)線實驗線上進行實車技術測試驗證。資料圖片

　　5月22日，雅萬高鐵開始聯(lián)調聯(lián)試，標志著中國高鐵走出國門“第一單”取得新的重大進展。

　　近年來，“中國智慧”不斷推動全球軌道交通大發(fā)展。輕點屏幕，一鍵生成涵蓋線路組合、餐飲預訂、住宿安排等全流程出行決策意見;無感出行，一張臉刷遍通關、支付、簽到等交通服務各環(huán)節(jié)……在北京交通大學計算機與信息技術學院副院長李浥東看來，這不是科幻中的未來場景，而是走進現(xiàn)實的智慧交通新貌。

　　不久前，教育部公布了“十四五”第一批教育部重點實驗室建設立項名單，北京交通大學“交通大數(shù)據(jù)與人工智能教育部重點實驗室”獲批立項。作為該實驗室主任，李浥東正帶領團隊面向“數(shù)字中國”“交通強國”“新一代人工智能”等國家戰(zhàn)略以及行業(yè)重大需求，推進交通運輸領域創(chuàng)新產業(yè)智能化升級。

　　交通、數(shù)據(jù)與控制等多學科怎樣交叉賦能?教育、科研、工程如何協(xié)同創(chuàng)新?日前，記者走進該實驗室，探索智慧交通背后的數(shù)據(jù)密碼。

　　領跑世界交通，創(chuàng)造“中國速度”

　　交通運輸部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2022年年底，我國已建成世界上最現(xiàn)代化的鐵路網和最發(fā)達的高鐵網。由“跟跑”到“并跑”再到“領跑”，我國智慧交通保持加速度的動能何在?當前，這一問題正成為我國交通運輸領域專家思考的熱點。

　　“大數(shù)據(jù)和人工智能是交通迭代升級的關鍵。”在北京交通大學校長余祖俊看來，信息時代，計算與交通融合趨勢凸顯，發(fā)展前沿交叉學科已成把握科技前沿的必由之路。大數(shù)據(jù)、人工智能與軌道交通交叉融合將成為我國軌道交通未來引領全球發(fā)展的推動力。

　　北交大具有鮮明的行業(yè)特色，在計算機和交通領域積淀深厚。為引領新時代交通事業(yè)發(fā)展，學校依托計算機與信息技術學院，充分整合計算機科學與技術、交通運輸工程等優(yōu)勢學科，組建成立了交通大數(shù)據(jù)與人工智能教育部重點實驗室。

　　“實驗室的建設目標緊跟數(shù)字強國戰(zhàn)略和交通強國戰(zhàn)略發(fā)展需求，并以‘智行天下、數(shù)通美好’作為建設與發(fā)展愿景。”李浥東介紹，實驗室深度融合交通大數(shù)據(jù)與人工智能，圍繞交叉領域重大需求，確定了交通大數(shù)據(jù)智能基礎理論、智能感知與傳輸、智能分析與決策、安全與隱私保護4個主要研究方向，致力為交通強國戰(zhàn)略提供強有力的科技與人才支撐。

　　“數(shù)據(jù)是造‘聰明的車’、建設‘智慧的路’的神經，人工智能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)感知、分析和決策的大腦。”李浥東表示，實驗室更注重學科領域的基礎性核心問題，依托計算機學科，關注交通垂直領域的關鍵數(shù)據(jù)與智能科學方面的關鍵技術。

　　當前，交通大數(shù)據(jù)與人工智能領域研究、創(chuàng)新和應用的難點在哪里?

　　在李浥東看來，交通系統(tǒng)產生的數(shù)據(jù)不但規(guī)模龐大、類型眾多，而且結構復雜、分布廣泛、平臺異構。傳統(tǒng)的采集、分析、挖掘與決策路徑，已經難以適應如此復雜的場景。

　　“多學科交叉與融合，有利于重大項目開展綜合研究以及成果突破。”李浥東介紹，利用人工智能開展交通“感—傳—算”數(shù)據(jù)一體化處理，已成為智慧交通的廣泛共識。

　　“智慧交通不是單一的、固定的系統(tǒng)方案，而是多種技術的交匯融合。相關領域的多學科交叉融合將為我國交通科技實現(xiàn)‘領跑’提供充沛動能。”李浥東說。

　　面向國家戰(zhàn)略，力扛發(fā)展重擔

　　一般列車在運行過程中，會通過相機檢測前行道路上的異物。但川藏鐵路累計爬升高度超過1.4萬米、擁有高達84%的“橋隧比”(即橋梁和隧道占總里程的比例)，給列車隨行檢測帶來了巨大挑戰(zhàn)。2019年，李浥東團隊在川藏鐵路施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，列車反復進出隧道，光線忽明忽暗，普通相機的感光芯片難以適應這樣的高動態(tài)變化。

　　“此前，這種極端環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集在交通工程領域從未遇到，但創(chuàng)新就是要以國家需求為己任。”2020年，李浥東團隊牽頭與中科院微電子所等單位開展高動態(tài)微光芯片研發(fā)。經過3年攻關，于今年3月完成了樣品開發(fā)。經測驗，該芯片的綜合性能達到國際領先水平。

　　把科研成果寫在崇山峻嶺間，這是團隊圍繞國家戰(zhàn)略開展有組織科研的生動寫照。

　　“高校作為科技第一生產力、人才第一資源、創(chuàng)新第一動力的重要結合點，應心懷國之大者，積極服務國家戰(zhàn)略需求和行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。”北京交通大學黨委書記王稼瓊表示，作為一所特色鮮明的“雙一流”高校，學校堅持黨的全面領導，明確重點、把握關鍵，全力提升科技創(chuàng)新能力，支撐高水平科技自立自強。

　　“實驗室的成立為進一步搶抓智慧交通前沿，注入了澎湃的科技動力。”實驗室副主任、青年學術帶頭人金一介紹，團隊擬瞄準國家和交通行業(yè)智能化建設需求，全面梳理我國交通運輸行業(yè)在信息精準感知與可靠交互、交通系統(tǒng)協(xié)同式互操作和泛在智能化等方面的關鍵問題，通過自上而下和自下而上相結合的方式，推進學科迭代，引領行業(yè)發(fā)展。

　　事實上，錨定國家或行業(yè)需求開展科研創(chuàng)新的導向，貫穿于實驗室建設始終。

　　2022年北京冬奧會是全球首次實現(xiàn)三賽區(qū)聯(lián)動的冬奧盛會。旅客需求多樣、線路條件復雜、安全保障要求高等難題使得承擔冬奧會運輸任務的京張高鐵面臨巨大挑戰(zhàn)。為保障全線通暢，由北交大牽頭，李浥東團隊參與研發(fā)了“軌道交通列車智能管控技術”，將調度臺平均管轄范圍從80公里提升至280公里，以出色的智能技術彰顯了中國交通的“硬實力”。目前，該技術已推廣應用到全國7000余個車站，綜合性能達到國際先進水平。

　　力扛國家發(fā)展擔當，進一步夯實了學校的科研實力。近5年，北交大在交通大數(shù)據(jù)與人工智能領域取得了一大批具有國際影響力的原始創(chuàng)新成果，承擔包括4項重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金重大項目在內的國家級科研項目200余項，獲得包括國家科技進步獎一等獎在內的省部級以上榮譽14項。

　　培養(yǎng)科研人才，構筑創(chuàng)新高地

　　作為我國“西煤東運”的戰(zhàn)略大通道，大秦鐵路的煤炭運量占全國鐵路煤運總量的五分之一。一直以來，該線路重裝載、高負荷的復雜運行環(huán)境，對運行安全構成了極大挑戰(zhàn)，鐵道部門每年還要花費大量的人力和資源用于線路維護。

　　2021年年底，北交大一群年輕的師生入駐該線路。他們首次將圖像識別、計算機、人工智能技術應用到鐵路安全監(jiān)測中，探索重載鐵路自動化、智能化維護新思路。

　　兩年來，師生們克服高寒、高粉塵的惡劣環(huán)境，夜以繼日地蹲守在運行一線，了解功能需求和業(yè)務邏輯，成功實現(xiàn)了障礙物檢測、車距測量以及行人檢測等技術開發(fā)，為改變鐵道人“滿目塵霜”的工作面貌提供了強有力的智能數(shù)據(jù)支撐。

　　突出人才培養(yǎng)與科研創(chuàng)新的協(xié)同，是教育部重點實驗室區(qū)別于其他實驗室的顯著特征。在成立之初，交通大數(shù)據(jù)與人工智能教育部重點實驗室就把人才培養(yǎng)擺在首要位置，有針對性地建立了“雙帶頭人”制度。

　　“‘雙帶頭人’護航，推進了復合型人才培養(yǎng)。”李浥東介紹，實驗室充分利用計算機學院的人才培養(yǎng)優(yōu)勢，為每個研究方向分別配備一名學術導師和一名教學名師。以教學名師為例，實驗室匯集了教學經驗豐富的兩位國家級教學名師王移芝教授和阮秋琦教授，以及兩位北京市級教學名師王志海教授和李清勇教授。

　　交通大數(shù)據(jù)與人工智能是典型的交叉學科，且具有較強的工程實踐需求。在實踐一線培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，是實驗室人才培養(yǎng)的特色與優(yōu)勢。

　　“在人才培養(yǎng)過程中，可以將實際的科研案例轉化成教學項目。通過‘雙帶頭人’讓科研育人落地。”金一介紹，他所在團隊教師以豐富的項目為基礎，與交通強國戰(zhàn)略相結合，形成了理論研究與教學實踐相融合的多元化培養(yǎng)體系。

　　隧道病害檢測是交通工程質量檢測中難度最大的項目之一，以大數(shù)據(jù)“把脈”隧道病害是當前主流的診斷方式。然而，智能檢測的難點之一在于數(shù)據(jù)樣本的差異性過大。例如，隧道中存在大量襯砌裂縫、瓷磚裂縫、滲漏水等病害，很多樣本肉眼難以識別。

　　不久前，實驗室郎叢妍教授團隊成功解決了這一難題。團隊教師指導學生將工程問題帶進實驗室，組織圖像識別、數(shù)據(jù)處理等不同專業(yè)的學生，經過大量實驗，收集整理了數(shù)萬個隧道病害數(shù)據(jù)樣本，建立了一整套算法。這雙“火眼金睛”已成功應用于多條線路的隧道病害檢測，將檢測準確率提升了20余倍。

　　當前，該實驗室正以豐富的項目為基礎，通過聯(lián)合項目、技術攻關和案例教學等途徑，不斷探索理論研究與教學實踐的貫通融合。

　　“今后，實驗室還將聯(lián)合行業(yè)領軍企業(yè)建立實踐基地，聚焦鐵道智能化運行中亟須解決的實際問題，建立起綜合交叉、動態(tài)發(fā)展的實驗室育人生態(tài)體系。”郎叢妍說。

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