作者:张双虎 来源:中国科学报 发布时间:2021/10/21 16:41:52
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黄海军:靠科研创新和拥堵“博弈”

 

过去40多年,在中国经济腾飞的“宏大叙事”中,城市化、交通拥堵和新兴城市群也成为我们“甜蜜的痛”。

尽管深耕交通行为经济学、交通运输规划与管理领域35年,研究成果作为决策辅助依据,对公众生活产生了深远影响,北京航空航天大学副校长黄海军并不想给自己贴上‘治堵’的标签。

“我是一个做学问的,只研究why?最后怎么决策,采取什么措施我管不了。”黄海军说,“拥堵是巨量有限理性智能体在资源受限环境下非合作博弈行为的结果,我们的研究为深入理解复杂交通行为、科学规划与管理交通系统提供了理论基础和分析工具,但拥堵和社会经济发展相辅相成,两者之间有种相互作用,从均衡到不均衡、再到均衡。比如,百姓要去工作、去消费,需求不断增长、道路资源又有限,免不了会拥堵,如果哪天不堵了,说明可能萧条了……”

提到自己的研究,黄海军滔滔不绝,他想解开交通的秘密,依靠科技创新和拥堵“博弈”。

找到研究的“基点”

上世纪80年代中期,作为经济起飞的引擎,我国交通如何先行发展的问题被提上日程。

1985年,黄海军参与导师负责的“全国交通运输结构优化”的课题,研究铁路、公路、民航、水运和管道5种运输方式的比例关系。为撰写报告,黄海军一次次到国家图书馆查阅资料,不久,他发现两本外文刊物(《交通运输科学》和《交通运输研究B卷》)有点“看不懂”。

“里面全是数学模型,是用数学逻辑分析城市拥堵的产生原因与演化规律。”黄海军说,“事实上,优化理论、网络与图论等课程我也学过,但当时国内管理学界的研究基本上是‘阐释性的’,就是先有观点或者结论、再寻找‘合理性’,而国际上的研究更关注人们的出行行为,从个体行为涌现到整体交通状态,认识拥堵发生和演变的规律,为基础设施规划和交通系统运行管理提供理论支持。”

意识到中外研究“基点”的差异,黄海军对各种数理模型更加着迷了。他认为,一个地区的道路规划、出行政策,包括智慧交通系统的建设,如果没有逻辑支持,没有模型推演,盲目试错的方法,成本和代价会很高。

“如果在一个大的复杂系统内,把各要素之间作用关系与机理搞清楚了,找到其中的规律,我们就能用数理模型再现它的历史和未来发展趋势,通过模拟去评价政策,预判管理措施是否合理,这可以让我们的交通规划更富有预见性,管理措施更科学有效。”黄海军说。

1990年9月,黄海军到香港理工大学做助理研究员,参与开发香港九龙交通规划的数学模型。在香港理工大学的图书馆里,黄海军找到了内地很难有的外文旧刊,这让他感到“特别幸福”。

“各种当期的、过期的刊物都有,借出很方便,复印也不要钱。”黄海军说,“图书馆基本上就是我的半个住所。”

那段时间,黄海军经常找出一大摞书籍和期刊,在图书馆的地毯上围着自己摆大半圈,一坐就是一整天。由于长时间没去理发,再加上整天“泡”图书馆没顾及形象,有一次在香港街头,黄海军被警察当成盲流截住盘问,不会讲粤语,只好用英语解围,他发现这招挺好用。

凭着这股超乎常人的执著和勤奋,在港研究结束时,黄海军在同一期《交通运输研究B卷》上发表3篇论文。而这本交通研究领域的顶刊当时每年只出版6期,每期只刊载5篇左右文章。

管理学的国际视野

在香港的研究经历让黄海军对管理科学研究的国际规范和国际学术交流有了更深刻的理解。

“从香港回来后,无论在同行间还是面对学生,我都极力推动研究方法的规范化,做研究要冷静,讲逻辑、少带情绪,争取研究成果到国际期刊上发表。”黄海军说。在20多年前,他把在国际期刊上发表论文比作参加学术界的奥运会。

2000年,时任全国人大常委会副委员长、国家自然科学基金委员会管理科学部主任成思危找黄海军谈话,希望他到管理学部做些工作,也表达了“中国管理科学不要关起门来做研究,不要简单地跟随别人研究”的要求和期望,这和黄海军的想法不谋而合。

和自然科学领域相比,我国的管理科学研究和国际接轨较晚。一开始基本上是跟踪研究,还有些干脆就是“翻译研究”,把国外的管理学著作或论文翻译过来。

到国家自然科学基金委员会工作后,黄海军更是利用一切机会,鼓励学者按国际标准和范式去做研究。他继续保持和香港学者的交流与合作的同时,积极拓展与荷兰、英国、美国等国学者的合作,推动联合培养学生。

时至今日,黄海军仍在和欧盟学者合作进行一项关于城市交通可达性的研究。他的研究组和法国巴黎萨克雷大学联合建立了未来城市实验室。他担任三个著名国际刊物的主编、副主编,提高了这个领域中国学者的影响力。

尊重“无用的研究”

黄海军的研究很接“地气”,与我们的日常生活直接相关,他在停车问题、逃生问题、登机过程、充电桩,乃至驾车行为与尾气排放、智能交通与智慧城市建设等方面有所建树。他建立的理论模型、发表的论文、总结的发现,或通过培训班、报告会形式向城市管理部门建言献策,成为决策的参考依据,或直接影响公众的出行生活。

在一次小型学术研讨会上,主持人称黄海军是中国管理学界最早跟国际接轨、并按照国际学术规范开展研究的学者,大家都受益于他对基础研究的追求态度和呼吁时,黄海军笑着否认道:“我从事的是应用基础研究,没有做纯基础研究的科学家那么伟大,我特别敬重那些‘没用’的研究。”

黄海军认为,探索现象背后的机理很重要,但一开始往往难以得到经费支持,也可能没有同行的鼓励和帮助,看不到应用前景,甚至不被人理解。

“很多时候,科学家靠的是热爱与坚持,这种精神非常值得弘扬”。黄海军说,“很多问题的根源是我们基础科学层面的研究不够,知其然不知其所以然,没搞清道路拥堵的真正原因。”

黄海军认为,现代工程技术的主要成果几乎都基于西方学者的发现或原创理论,要成为科技强国、思想强国,科学家的担子比工程技术专家更重。所幸科学基金高举交通科学的旗帜,支持一些“无用之用”的研究,“除管理科学部外,工材、信息、数理等学部也在支持与交通相关的基础研究”。

从不走“捷径”

“我对自己做学问的要求是静心、精心、小心。”黄海军说,“也要求学生不偷懒、不马虎、不走捷径。”

因为要进行计算机模拟,黄海军长期坚持自己亲自写代码,直到几年前他才罢手。

“我写过很多程序,最多的有上万行。”黄海军说。

早期建模过程中,黄海军把交通流当粒子流,用流体力学理论研究道路交通,模拟高速公路上车流密度、速度、流量之间的关系,用行为经济学理论模拟大量的出行者如何在复杂结构的网络中选择时空路径和交通工具。当模拟计算结果与实际不符合或者不合常识时,就要检查哪里出了问题。在当时的条件下,修改一行程序、调一个参数,电脑再“跑”一天,“跑”完发现不对,再调一下,又得心急火燎地等待结果……

对中国的道路交通,黄海军做了很多模拟,也经常带着学生去实地观测,在高速公路旁“数车”,在立交桥上拍摄车流,在地铁口数进出人数,在站台上数上下车人数,坐出租车记录车辆换道与超车次数,反复体验城际出行的两端市内耗时与车上耗时……

不论研究还是教学,黄海军坚持“不走捷径”,这种坚守和认真也影响着他的合作者和学生。截至目前,他指导毕业的29位博士中,有10位教授,13为副教授,其中不乏“优青”“杰青”“长江学者”“青年长江特聘教授”及省市人才计划入选者。

 
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