未來交通先行者
——記清華大學(xué)-劍橋大學(xué)-麻省理工學(xué)院“未來交通”研究中心主任、清華大學(xué)教授吳建平

徐芳芳

英倫歲月：做世界前沿的科研

吳建平是一個永遠追求領(lǐng)先一步的人，他把這種性格自然也帶入了他的科研工作當(dāng)中。20世紀80年代末，中國剛剛開始計劃實施高速公路建設(shè)，面對新興事物，土木工程專業(yè)出身的吳建平抑制不住內(nèi)心的興奮，決心去學(xué)習(xí)歐洲修建高速公路的先進技術(shù)，立志回來后為中國的高速公路建設(shè)添磚加瓦！

吳建平在講解示范

然而，到了英國之后才發(fā)現(xiàn)，英國高速公路的路網(wǎng)建設(shè)和技術(shù)研究早在30年前就已經(jīng)基本完成了。這給吳建平潑了一盆冷水，不想“炒冷飯”的他面臨著一個窘境，到底該何去何從？后來，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時歐美發(fā)達國家正面臨著道路擁堵的問題，而智能交通作為交通領(lǐng)域里面的最新學(xué)科才剛剛萌芽。吳建平敏銳地意識到，這樣一種智能運輸系統(tǒng)將是解決世界性交通難題的新途徑，于是他決定進入智能交通這個新興領(lǐng)域！吳建平是那一屆英國留學(xué)的學(xué)生中唯一選擇把智能交通作為學(xué)習(xí)方向的人，也成了最早向智能化交通邁進的中國學(xué)者之一。

所謂智能交通，就是利用現(xiàn)代化的通信技術(shù)和信息技術(shù)對交通狀況全面感知，然后進行智慧化分析，從而進行管理、組織和調(diào)度，實現(xiàn)最優(yōu)化的交通服務(wù)，達到減少擁堵、減少污染、提升交通安全等目的。

吳建平從20世紀90年代初開始了智能交通系統(tǒng)的研究與開發(fā)，在駕駛行為研究、交通仿真、智能交通系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計、GPS信息在交通管理中的應(yīng)用、城市路網(wǎng)評價和智能交通系統(tǒng)綜合評價等方面均有深入的研究，特別在駕駛行為研究和微觀交通仿真方面取得多項國際領(lǐng)先的成果和發(fā)明專利。

在最初十多年的研究生涯中，吳建平先后參與了20多個英國政府和歐盟的交通項目。他主持開發(fā)的FLOWSIM，是全球首個基于駕駛行為和模糊數(shù)學(xué)理論的微觀交通仿真模型。從研究駕駛行為入手，以模糊數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)、通過模擬現(xiàn)實世界中汽車、自行車和行人在道路交通中的行為，F(xiàn)LOWSIM仿真模型可以在電腦上模擬各種道路使用者的交通行為。仿真系統(tǒng)里的每一輛汽車、每一輛自行車、每一個行人的行為都源于大量真實駕駛員、自行車、行人的行為數(shù)據(jù)。

團隊在清華大學(xué)合影

“因為人的行為是非常適合用模糊數(shù)學(xué)來描述的?！眳墙ㄆ浇忉尩?，“包括人對外部世界的觀測以及人做決策的過程，都和模糊數(shù)學(xué)非常相近。因此自1990年開始，我們在英國工程物理科學(xué)研究委員會（EPSRC）的支持下開始了研究。我們花了8年時間采集幾百萬條不同駕駛?cè)说鸟{駛行為數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)，構(gòu)建了我們今天的基于模糊數(shù)學(xué)的FLOWSIM微觀交通仿真軟件的核心模型?！?/p>

FLOWSIM仿真模型在英國和歐洲的智能交通研究與教學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用和贊賞，其核心技術(shù)和精度均勝于當(dāng)年同時起步的其他一些模型，就算到將近20年后的今天，每年仍有很多研究智能交通和交通仿真的學(xué)者在大量檢索引用吳建平當(dāng)年的論文，足見其原創(chuàng)性和含金量之高。

20世紀90年代中期，歐美國家開始研究編列行駛（platoon）的無人駕駛技術(shù)。據(jù)吳建平介紹，這與今天的網(wǎng)聯(lián)車有點相似，但是當(dāng)時的通信技術(shù)沒有現(xiàn)在發(fā)達，編列行駛主要依靠車與車之間的雷達和短距離無線通信技術(shù)將無人駕駛汽車以“軟連接”的方式組成隊列以達到提升車流穩(wěn)定性、道路交通安全性以及道路通行能力的目的。在這個英國政府支持的前沿研究項目里，吳建平承擔(dān)了應(yīng)用交通仿真軟件FLOWSIM分析研究，負責(zé)構(gòu)建和驗證穩(wěn)定的編列行駛控制策略，評價編列行駛無人駕駛車隊的車流穩(wěn)定性、安全性和道路能力提升，以及在發(fā)生信號丟失情況下如何保證編列行駛無人駕駛車隊的安全性。這個階段的研究為吳建平于2017年在國際上率先提出利用虛擬仿真測試+實體測試場測試相結(jié)合的無人駕駛汽車測試研究技術(shù)路線奠定了堅實的基礎(chǔ)。

吳建平的科研在歐洲得到了高度認可，但他始終沒有忘記自己出國深造的初心，始終放不下為國服務(wù)的信念。吳建平介紹，自20世紀90年代中期開始，他作為留英中國學(xué)者社團的負責(zé)人，在中國教育部“春暉計劃”和中國科協(xié)“海智計劃”的大力支持下，積極組織留英的中國專家和學(xué)者回國服務(wù)和為國服務(wù)。這些活動對吸引留學(xué)人員回國和推動國內(nèi)的科技創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到積極的促進和示范作用?！疤貏e是中國科協(xié)的‘海智計劃’一直持續(xù)到現(xiàn)在，我們很多優(yōu)秀的留學(xué)歸國人員都是直接或者間接通過這些活動和渠道回國創(chuàng)業(yè)、回國服務(wù)的，其中包括我本人最終于2011年到清華大學(xué)任教?！眳墙ㄆ饺缡钦f。

葉落歸根：做中國未來交通奠基人

交通是一個國家國計民生的重要組成部分，也是綜合國力的重要體現(xiàn)。國內(nèi)智能交通的系統(tǒng)研究與應(yīng)用始于20世紀90年代中期，但是進展比較緩慢。2000年，吳建平入選中國教育部智能交通領(lǐng)域的第一位“長江學(xué)者”特聘教授。為了把國外先進的智能交通理念和技術(shù)介紹給國內(nèi)，在吳建平的努力推動下，中國科技部與英國貿(mào)工部聯(lián)合成立了“中英智能交通中心（UK China ITS Center）”，并由吳建平擔(dān)任第一任中英智能交通中心主任。在他的領(lǐng)導(dǎo)下，中心通過考察學(xué)習(xí)、學(xué)術(shù)交流等各種形式積極推動中英兩國教育界、科技界和企業(yè)界的交流與合作，對推動中國智能交通的發(fā)展，使之快速跟上歐洲智能交通發(fā)展的步伐起了非常積極的作用。

在擔(dān)任“長江學(xué)者”特聘教授期間，吳建平將他傾盡多年心血的世界首個基于駕駛行為和模糊數(shù)學(xué)理論的微觀交通仿真模型“FLOWSIM”帶回中國，并在中國成功實現(xiàn)了本土化，使得這一仿真模型更適合于中國式混合交通流的行為。FLOWSIM具有強大的交通數(shù)據(jù)處理能力、豐富的路網(wǎng)編輯功能和快速的仿真計算能力，同時能夠直觀地表現(xiàn)交通流、信號控制以及路網(wǎng)的綜合管理服務(wù)水平，適用于路網(wǎng)規(guī)劃、交通管理、交通組織、交通控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和智能交通系統(tǒng)的效益評價等。目前，F(xiàn)LOWSIM引領(lǐng)國際潮流，已經(jīng)從離線仿真走向了在線仿真，可以直接與實時交通數(shù)據(jù)對接。2013年，由吳建平主持開發(fā)完成基于FLOWSIM的“城市動態(tài)交通仿真平臺”，這一具有自主知識產(chǎn)權(quán)的微觀交通仿真軟件填補了國內(nèi)外空白，獲得北京市發(fā)明創(chuàng)新大賽金獎、中國仿真學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎一等獎等多項榮譽。

指導(dǎo)學(xué)生

中國是一個交通大國，隨著汽車保有量的持續(xù)攀升，能源用量也在不斷加大。很多城市發(fā)展很快，但各種“城市病”也隨之產(chǎn)生。其中，交通事故、擁堵和大氣污染成為我國道路交通面臨的主要痛點。中國要想從交通大國邁向交通強國，在智能化和綠色化方面還有很多功課要做。

2013年11月，清華大學(xué)聯(lián)合英國劍橋大學(xué)、美國麻省理工學(xué)院，成立低碳能源大學(xué)聯(lián)盟未來交通研究中心，主要關(guān)注點就是目前人類社會面臨的交通擁堵、交通環(huán)境（污染）、交通能源（低碳交通）和交通安全等領(lǐng)域的科學(xué)問題，由吳建平擔(dān)任中心主任一職。

吳建平介紹說，未來交通發(fā)展從近期講就是應(yīng)對解決交通擁堵、安全、能源和污染等問題，從長遠和更宏觀的角度講則是探索一種可持續(xù)的、適合人類社會發(fā)展和與未來城鎮(zhèn)發(fā)展相適應(yīng)的綠色綜合交通系統(tǒng)。

多年的海外經(jīng)歷讓吳建平養(yǎng)成了從更長遠的方向考慮問題的思維習(xí)慣，他預(yù)測，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)的飛速發(fā)展，未來15至30年的城市交通狀況將發(fā)生顛覆性的變化。30年后中國的城市和交通會向什么方向發(fā)展？我們對交通的出行需求有什么改變？未來的交通模式有什么改變？不畏浮云遮望眼，這些都是吳建平每時每刻在深度思索的問題，而在他的帶領(lǐng)下，清華大學(xué)也領(lǐng)先全球開始了未來交通學(xué)科方向的研究與探索。

未來交通研究中心從開始籌劃到組建到運營，七八年下來，吳建平傾注了一腔的心血。他表示，國內(nèi)一些城市已具備了相當(dāng)先進和完善的硬件設(shè)施，缺乏的是先進的管理理念和方法，中國目前最緊要的是普及智能交通理念，要更有效地利用硬件設(shè)施，為出行者提供最好的出行體驗。

作為中國未來交通研究的探索者和引路人，吳建平在2017年提出了以大數(shù)據(jù)、人工智能和在線仿真為核心要素的城市交通超級大腦體系構(gòu)架。他特別強調(diào)，智慧需要數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)并不等于智慧。數(shù)據(jù)要經(jīng)過分析，經(jīng)過模型的運算之后，才能夠轉(zhuǎn)變成解決問題的辦法?！拔姨岢隽酥腔劢煌ㄈ?，第一要素是數(shù)據(jù)，第二要素是方案，第三要素是（仿真）評價?！眳墙ㄆ竭M一步解釋道，“這三個要素是一環(huán)扣一環(huán)的，首先在對數(shù)據(jù)的分析基礎(chǔ)上形成方案，但是方案往往不是唯一的，所以我們要通過仿真模擬的方法得出一個最優(yōu)方案。如以信號燈優(yōu)化設(shè)置為例，我們將實時交通數(shù)據(jù)輸入仿真系統(tǒng)，然后經(jīng)過多方案的仿真和優(yōu)化選擇，可以得出實時的紅綠燈的最優(yōu)時間設(shè)置。”

2019年9月底，基于吳建平團隊的智慧交通三要素形成的一項創(chuàng)新的交通管理控制技術(shù)——反饋門控制技術(shù)已經(jīng)在廣西南寧率先落地。近年來，南寧市機動車保有量迅猛增長，而舊城區(qū)的道路拓寬及路口改造的空間有限，道路交通在高峰期往往處于超負荷狀態(tài)，導(dǎo)致交通擁堵不斷趨于嚴重。南寧交警部門在全國率先啟用“反饋門信號控制”系統(tǒng)，借助微觀仿真手段和實地實驗測試，改變原有依靠單點信號控制交通流量的方式，將交通信號控制、交通誘導(dǎo)及交通流量檢測數(shù)據(jù)等進行融合，通過全新的交通管理技術(shù)實現(xiàn)車流的合理流動和導(dǎo)向,使車流在時間和空間上達到均衡。應(yīng)用結(jié)果證明實施反饋門區(qū)域控制后，控制區(qū)域內(nèi)車輛平均速度有顯著增加，車輛平均旅行時間顯著減少，區(qū)域的整體通行能力得到提升，有效緩解了高峰期該區(qū)域的交通壓力。

“交通問題是多方面因素的綜合結(jié)果。近幾年的統(tǒng)計年報顯示，在我國交通事故的主要誘因中，交通參與者行為不當(dāng)占了89%?！眳墙ㄆ綇娬{(diào)，“交通參與者的不當(dāng)行為會造成極大的安全危害，因此，我們在注重工程技術(shù)的同時，必須從行為學(xué)和社會學(xué)角度分析交通安全問題，并給出比以往更全面、更合理的解決方案?！?/p>

目前，吳建平團隊與世界人因工程知名專家、英國南安普頓大學(xué)Neville Stanton教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊合作的STARS項目獨辟蹊徑，在英國國家健康研究所的資助下，用社會科學(xué)的方法和人因工程的手段，解讀交通事故的人為影響因素。團隊通過收集合作方中國、英國、肯尼亞、越南、孟加拉國5個國家當(dāng)?shù)伛{駛員、行人的行為及語言數(shù)據(jù)，分析獲得被調(diào)查者在采取某一特定動作時的想法，從而發(fā)現(xiàn)構(gòu)成交通安全隱患行為背后的心理活動，幫助政府提出更有針對性的政策方針與宣傳方案，比如，從理論和實踐等方面提升駕駛員的道德水準和安全理念、完善相關(guān)法律法規(guī)、加強對駕駛員的教育和監(jiān)管等。

吳建平介紹說，以往傳統(tǒng)的交通安全問題研究包含3個“E”：即工程（Engineering）、執(zhí)法（Enforcement）和教育（Education）。而STARS項目則將3“E”增加為7“E”，另加了人因工程（Ergonomics）、經(jīng)濟（Economics）、應(yīng)急響應(yīng)（Emergency Response）和能力提升（Enablement）四大方面，為世界交通安全領(lǐng)域的研究開拓了全新的道路，具有里程碑式的意義。

開啟未來：做最好的自己

大約從2000年起，吳建平就開始習(xí)慣了“空中飛人”的生活。往往一年的時間里，他總是行走在“一半英國，一半中國”的奔波中。

如此拼命地努力工作，傾注了他的所有理想，就是要將自己在海外所學(xué)植根于祖國的土壤之中，讓未來交通能在中國生根發(fā)芽，茁壯發(fā)展?！斑@些年來，國內(nèi)的形勢非常好，特別是在智能交通、智慧城市領(lǐng)域發(fā)展非?？?，國內(nèi)有比國外更好的機會。”吳建平感慨道，“提升我們國家的交通科學(xué)技術(shù)水平，改善老百姓的出行體驗和生活品質(zhì)，是我一生的追求！”

“積極，自信，簡單”是吳建平的自我評價，也是每一位與他共事過的同伴對他的肯定。作為一位國際知名的科學(xué)家，他有著極其開放的理念和胸懷，無論是身處歐洲還是國內(nèi)，吳建平一直強調(diào)閉門造車根本不可能跟上時代的步伐，必須把大門敞開，同行業(yè)之間甚至是跨行業(yè)之間進行合作，讓新鮮空氣流通起來，才會有更多的機會和成就。

回到國內(nèi)，在清華大學(xué)的平臺上，吳建平也找到了很多志同道合的合作者。他的學(xué)生們自然也是他的“合作者”，他對青年人才的培養(yǎng)不遺余力。一年之計，莫如樹谷；十年之計，莫如樹木；終身之計，莫如樹人。誰擁有更多更好的人才，誰就能在競爭中取得主動，贏得未來。他寬容每個人的個性、發(fā)揮每個人的閃光點。通過團結(jié)協(xié)作，為一個更大的、一致的理想和目標而努力。正因如此，他擁有的是一個朝氣蓬勃、面向未來充滿了正能量的團隊！吳建平會根據(jù)每個人的性格、特點因材施教，時刻激發(fā)團隊成員的潛能。比如，有些人數(shù)學(xué)很強，就引導(dǎo)其去做數(shù)學(xué)模型；有些人擅長溝通，就讓他去做社會調(diào)查研究。“做最好的自己”是吳建平對于自己，也是對于每一位團隊成員的寄語?！懊總€人都有自己的特點和長處，把自身的強項發(fā)揮到極致，做‘最好的自己’，就是對國家、對世界的最大貢獻?！?/p>

吳建平介紹說，未來交通是一個方向，隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展及“互聯(lián)網(wǎng)+”的推進，各種創(chuàng)新性和顛覆性的新生事物與技術(shù)將出現(xiàn)在通往未來的道路上，包括人的出行方式、出行行為都會發(fā)生深刻的變化。這些年來，中國的智能交通領(lǐng)域發(fā)展十分迅猛，在這股風(fēng)起云涌的激流中，吳建平帶領(lǐng)著他的團隊成員們劈波斬浪，不斷前行。

“要做就做全新的研究，要敢于創(chuàng)新，勇立潮頭！”吳建平的話擲地有聲。最近他就正忙碌于一件未來交通領(lǐng)域發(fā)展中的大事，研究未來無人駕駛與有人駕駛汽車的混行交通情況下交通系統(tǒng)的安全與效率，以及未來無人駕駛汽車的上路許可條件、標準和測試流程。這對于推動中國未來幾十年的無人駕駛和未來交通系統(tǒng)的法律法規(guī)、道路基礎(chǔ)設(shè)施標準、交通管理控制系統(tǒng)標準等一系列標準化建設(shè)非常重要。因為要研究透這些標準化的東西，我們才能更清晰地把握未來。

未來交通是一道門，門后是無窮無盡的可能性。吳建平為記者描述了未來交通的一種場景：隨著清潔能源光伏公路的研究與應(yīng)用，以及非接觸式充電技術(shù)的進步，新能源汽車可以在路上邊走邊充電，可以不停止地跑下去；而隨著無人駕駛的實現(xiàn)和共享經(jīng)濟的發(fā)展，未來交通的出行將是由社會提供的共享模式。你如果想去哪里，就按下一個按鈕，車就會在約定的時間和地點等你。因為它是無人駕駛，等它把你送到你要去的地方后，它又會隨著下一個單去接下一個人……這樣，家家戶戶不必再去買車養(yǎng)車，從而節(jié)省了許多社會資源。綠色、智能、共享的未來交通既解決了能源和環(huán)境污染問題，也解決了城市交通擁堵、交通安全問題。同時，對于這次新冠肺炎疫情的蔓延，吳建平表示也給未來交通提出了新的挑戰(zhàn)，人們將期待更安全可靠、低交叉感染風(fēng)險的，更舒適、更便捷的交通出行方式和交通工具，這也將是未來交通研究者要特別關(guān)注和解決的新課題。

聽著吳建平教授的講述，讓記者對于未來點對點、門到門，個性化、定制化的智慧立體交通走進現(xiàn)實充滿了憧憬。而正是因為有了以吳建平為代表的一批未來交通科研工作者的不斷探索，不斷去尋找適應(yīng)未來人類社會和城市發(fā)展的新的交通模式、新的科學(xué)技術(shù)，才會使我們擁有了更加美好的生活，才會讓我們感覺未來并不遙遠，未來正在加速到來！