吴奖人物丨推动高速铁路步入智能新时代——访华东交通大学研究生院院长杨辉

人工智能人物访谈篇之十三

杨辉团队针对高速动车组运行环境复杂、运行工况变化频繁，基于人工操纵的驾驶模式难以保障列车安全正点、节能高效运行的现状，在国家自然科学基金、原铁道部和江西省等科技项目支持下，历时10余年研究，在高速动车组运行过程建模方法、高速动车组运行目标曲线优化设定、高速动车组运行过程多目标优化控制技术及辅助驾驶系统开发等方面取得重要突破。

获奖人物介绍

杨辉，工学博士、教授、博士生导师，现任华东交通大学研究生院院长。新世纪百千万人才工程国家级人选、享受国务院政府特殊津贴，获第三届江西省突出贡献人才、江西省“五一”劳动奖章等荣誉，中国自动化学会过程控制专业委员会常务委员，中国有色金属学会计算机学术委员会副主任委员，江西省自动化学会副理事长，入选首批“赣鄱英才555工程”领军人才培养计划。“控制科学与工程”江西省高校高水平学科、一级学科博士点、博士后科研流动站学术带头人，江西省优势科技创新团队“复杂系统建模、控制与运行优化”领军人才，江西高校“控制科学与工程”学科联盟“盟主”。

杨辉教授主要从事轨道交通自动化与运行优化，稀有金属冶金过程建模、控制与优化，光机电一体化在线检测系统研究开发。主持承担国家自然科学基金6项，其中重点项目1项、国家“863”计划课题2项、国家科技支撑计划2项、国家“973”前期研究专项1项，以及铁道部重点、教育部重点、江西省主要学科学术和技术带头人等国家、省部级课题和产学研合作项目30余项，研究成果获江西省自然科学一等奖等省部级奖励6项。申请发明专利15项（已授权发明专利11项），获软件著作权2项，在《IEEE Transactions on Fuzzy Systems》、《Automatica》、《IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems》、《Information Sciences》、《Control Engineering Practice》、《自动化学报》、《铁道学报》等国际、国内权威期刊和重要会议发表研究论文100余篇，其中SCI/EI收录60余篇。2018年，杨辉教授凭借“高速动车组节能优化运行关键技术及应用”研究成果，荣获第八届吴文俊人工智能技术发明奖一等奖。

人工智能人物：您之前一直研究稀土萃取自动化领域，为何会另辟蹊径选择研究高速列车自动驾驶领域？

杨辉：我所供职的华东交通大学原隶属铁道部，2000年转由江西省管理，2018年中国铁路总公司、国家铁路局和江西省签订协议共建华东交通大学。学校与铁路及轨道交通领域渊源很深，办学定位为“交通特色、轨道核心”，学校主体专业和学科都是服务轨道交通行业。我在加入华东交大之前做了近20年的稀土萃取过程自动化的研究和工程实践，稀土萃取过程和高速列车运行过程同属复杂非线性动力学过程，其建模和控制方法虽有差异、也有相似之处，借助自己过去在复杂工业过程建模与优化领域研究积累，结合华东交通大学控制科学与工程一流学科及办学特色，围绕快速发展的高速铁路对自动化、智能化技术的迫切需求，开展轨道交通运行控制的人才培养和高速列车自动驾驶关键技术研究也是职责所在，经过10余年的研究，培养了一批人才，也取得了一些原创性成果。

人工智能人物：您在研究高速列车自动驾驶过程中遇到过怎样的困境？是如何解决的？

杨辉：研究方向调整最困难的是缺乏研究基础和研究条件，难以获得同行认可，也得不到相关项目的支持，我们只能用其他项目的经费来支撑该领域探索性的研究。研究团队对高速列车运行过程采用机理加数据驱动建模方式，缺乏列车运行过程实际数据，成为制约我们研究进展的主要瓶颈。

借助铁路局及轨道交通行业校友资源优势，得到他们的大力支持和协助，于2009-2013年间的每年假期，团队成员到济南铁路局、沈阳铁路局等运行企业进行跟车采集实际运行数据，为后续建模、控制及验证提供了原始数据支撑。没有行业企业的支持和一线工程技术人员的帮助我们很难取得较好进展，对他们无私帮助表示衷心感谢！

人工智能人物：您的获奖项目研究成果取得了哪些关键技术突破？

杨辉：项目以保障高速动车组运行安全、正点、舒适为前提，以实现动车组绿色高效运行为目标，围绕高速动车组运行过程多模式建模、运行目标曲线优化设定、多目标智能优化控制开展研究，主要体现在几个方面：

一是针对单一模型难以有效描述高速列车运行过程多模式、复杂非线性动力学特性的现状，发明基于机理分析与数据驱动相结合的建模方法，研究建立可靠描述高速列车结构特征和运行特性的多模式模型；

二是针对高速列车运行参考目标曲线人工设定难以满足安全、舒适、高效运行的现状，发明基于离线多目标优化和在线调整相结合的运行目标曲线优化设定方法，为列车运行优化控制提供参考轨迹；

三是针对列车人工操纵导致运行速度跟踪精度低、舒适性差、能耗大的现状，发明高速列车运行过程速度预测控制、基于即时学习的自适应控制和各车体间同步跟踪控制方法，实现列车安全高效运行。

项目研究对保障高速列车安全高效运行、改善舒适性、降低能源消耗具有重要现实意义，同时可为人工智能技术应用于高速列车自动驾驶提供解决方案。

人工智能人物：您对人工智能技术应用和产业化有何见解？

杨辉：人工智能作为新一轮产业变革的核心驱动力，催生了很多新的技术、产品、产业和模式，我们的生活在这种驱动力的作用下已经在发生改变。像现在的人脸识别技术，汽车的智能驾驶，智能家居，智能医疗，都是人工智能技术的应用体现，我们团队研究的高速动车组辅助驾驶系统也是为高铁运行智能化助一臂之力。未来十年将是人工智能大力发展的十年，从而引发经济结构的重大变革，社会生产力将得到整体的提升，我们的生活质量也将会随着人工智能的发展一次次刷新。

人工智能人物：能介绍一下您的研究团队吗？

杨辉：我们团队主要围绕快速发展轨道交通行业和江西特色优势产业对自动化技术及产业化成果需求，凝练研究方向、构建协同创新平台。团队成员以志同道合的中青年骨干教师10余人为主体，包括博士后、博士生、硕士生和少部分本科生，差不多60余人。可开展高水平应用基础研究、关键技术攻关和工程应用实践研究。团队拥有江西省2011协同创新中心1个，江西省优势科技创新团队1个，已成为江西省唯一具有自动化本科、硕士、博士和博士后完整人才培养体系的平台。

团队近年来主持承担包括国家基金重点项目、国家“973”、国家“863”、国家自然科学基金和重大产学研合作项目60余项，取得了较好的经济和社会效益。获得包括江西省自然科学奖一等奖在内的省部级科技和教学成果奖10余项，授权发明专利20余项，在国内外重要期刊和学术会议发表学术论文400余篇，其中SCI/EI 收录200余篇。我对团队成员的付出也表示衷心感谢！

人工智能人物：作为控制学科的带头人，您是如何培养科研团队及管理人才的？能分享一下您的经验做法吗？

杨辉：作为高校教师和学科带头人，对研究方向需要审时度势，保持前沿性，制定好五年、十年乃至长期的发展规划。“独木不成林”，单打独斗孤军奋战难以出成果，科研团队的建设至关重要，要优化团队的内部管理，人尽其用，物尽其力，充分发挥成员每一个成员的主观能动性，打造一个知识互补、齐头并进的优良团队。

团队带头人不仅要有渊博的知识、广博的见识、敏锐的视角，更要具备良好的师德。首先自己要以身作则、围绕国家重大战略和轨道交通行业对人才和核心关键技术的需求，积极主动作为，承担国家、省部级和企业重大课题，在言传身教中培养德智体美全面发展的优秀人才、产出一流创新成果。

其次，要创造良好的科研氛围和创新环境。培养团队及人才最看重的是创新，要具有创新意识、创新精神和创新能力，能够做出创新成果，这些年来我们一直在搭建平台，鼓励、支持团队成员的创新研究。我们现在拥有江西省先进控制与优化重点实验室、江西省2011协同创新中心、江西省优势科技创新团队和“产-学-研-用”联合研究院等创新人才培养平台，控制学科成为江西省唯一具备“本-硕-博-博士后”多层次人才培养体系的江西省一流学科。我希望团队年轻潜力成员都能够最大限度的发展自我，快速成长，为学科的长远发展出力助力。

人工智能人物：您认为获得“吴文俊人工智能科学技术奖”之后，对您在科研、教学及项目应用等方面会产生哪些有力支撑和影响？

杨辉：获得“吴文俊人工智能科学技术奖”是对我们团队前期研究工作的肯定，将激励我们进一步瞄准高铁、重载列车对智能化自动驾驶关键技术的研究，为中国高铁自主核心技术研发做出积极贡献。在对科研的未来规划上，我们将更加注重研究成果的转化应用，寻求与轨道交通行业骨干企业合作和新技术的推广应用。唯有不忘初心，才能在科研路上继续砥砺前行。

人工智能人物：您的获奖感言是什么？

杨辉：非常荣幸能够以高速动车组智能优化控制研究人员和华东交通大学教师的身份获吴文俊人工智能技术发明奖，这是对我国快速发展的高速铁路事业的肯定，对华东交大的肯定，也是对我团队和个人工作的肯定。

我国高速铁路经过近十年来的快速发展，取得了举世瞩目的成就，但仍有许多亟待解决的难题。项目组通过十余年的攻关，在高速动车组运行过程建模、运行多目标优化控制及辅助驾驶等方面取得重要突破。其应用将有效提升我国高速动车组自动化和智能化水平，为我国新一代智能化高速铁路运行控制系统研发提供技术支撑，促进轨道交通行业可持续快速发展。

获奖项目成果

项目针对高速动车组运行环境复杂、运行工况变化频繁，基于人工操纵的驾驶模式难以保障列车安全正点、节能高效运行的现状，在国家自然科学基金、原铁道部和江西省等科技项目支持下，历时10余年研究，在高速动车组运行过程建模方法、高速动车组运行目标曲线优化设定、高速动车组运行过程多目标优化控制技术及辅助驾驶系统开发等方面取得重要突破，主要发明点如下：

1.针对单一模型难以有效描述高速动车组运行过程多模式、复杂非线性动力学特性的现状，发明基于机理分析、运行模态与多尺度大数据融合的多模态建模方法，建立可靠描述高速动车组结构特征和运行特性的多模式模型；

2.针对高速动车组运行参考目标曲线人工设定难以满足安全、正点、舒适、节能高效运行的现状，发明基于离线多目标优化和在线自调整相结合的运行目标曲线优化设定方法，为列车节能优化运行控制提供参考轨迹；

3.针对高速动车组人工操纵导致运行目标跟踪精度低、舒适性差、能耗大的现状，发明高速动车组运行目标跟踪预测控制和基于即时学习的自适应控制方法，实现高速动车组安全节能高效运行。

项目已培养博士后2人、博士3人，硕士和企业工程技术骨干30余人；在国际国内权威期刊发表SCI论文17篇、EI论文12篇，项目主要学术观点和方法得到国内外同行广泛认可和引用；项目申请发明专利9项，已获授权4项；获软件著作权5件；经国家一级科技查新机构国内外查新，项目主要发明点“在国内外所检其他文献中未见述及”，为国内外首创；项目四项成果经国家铁路局严格遴选评审，入选2017年度“铁路重大科技创新成果”，标志该技术达到同类技术领先水平并引领铁路科技创新发展方向。

项目技术应用于北京欣远诚业科技有限公司等企业，研究开发高速动车组模拟（辅助）驾驶系统，广泛应用于铁路、轨道交通企业和行业高校，并通过中国机械进出口（集团）有限公司代理出口到美国、伊朗等国家铁路公司，产品竞争优势明显、市场占有率逐年提高，近五年为应用企业新增销售收入超2.6亿元、新增利税近5.8千万元，经济和社会效益显著。

项目成果应用将有效提升我国高速动车组运行自动化和智能化水平，为我国新一代智能化高速铁路运行控制系统研发提供技术支撑，促进轨道交通行业可持续快速发展，具有广阔的应用前景和市场价值。

获奖者寄语

杨辉：当今社会，信息技术创新日新月异，人工智能已成为引领未来发展的重大战略性关键技术；中国高铁研究者要抓住人工智能技术发展的契机，将其与高速铁路技术深度融合，加速推动高速铁路步入智能新时代。