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王璞:从信息数据中挖“金矿”的人

来源:校报 点击次数:次 发布时间:2013年03月14日 作者:石丹 谭维

去年12月20日,《Scientific Reports》(科学报道)上一篇关于“基于手机数据判断拥堵车源”的文章发布,随之引发国内外40余家媒体争相关注。

今年2月26日,中南大学教代会开幕式上,张尧学校长点名表扬了这位引起国际关注的29岁年轻教授。

他叫王璞,中南大学升华学者特聘教授,圣母大学博士,麻省理工学院博士后。

采访王璞教授的当天,碰上了长沙入春以来温度最高的一天,午后阳光洒下,让原本阴冷了整个冬天的交通楼添增了几分暖意。

“卸了棉袄上短袖的感觉是不是很别扭?”

开门见山调侃了一句,王教授笑了,“还好不是大漠北那种零下几十度的极冷天气,也不是海南岛炽热炎炎的闷燥感,长沙这种易变天气所处的温度区间还是hold得住的。”

话匣随即打开……

兴趣是最好的老师

中国科学技术大学少年班系,一个外人眼中神童云集,藏龙卧虎之地。王璞就是在这里度过了自己的大学四年。相比学习成绩特别优异的学生,他坦言,“我不是最拔尖的”。虽然学的是物理专业,但王璞课余时间做得最多的事就是学习算法、统计学和计算机建模。

“我好像总按捺不住,对自己感兴趣的事情有一种持续的热度”,提到自己的本科生活,王璞反复强调两个字——兴趣。他顺着自己的兴趣去学习,再依照自己的兴趣发展专长。在中国科学技术大学求学期间,王璞特别着迷计算机,但他和其他人不一样的是,他把兴趣与学习捆绑在一起,“我庆幸兴趣在潜移默化中影响了我的学生时代,如果不是因为兴趣,我不会去开发3D赛车游戏并参加“科大联想杯”软件设计大赛,更不会成为蜚声国际的复杂网络科学奠基人Barabasi教授的学生”。

提到3D赛车游戏,王璞觉得这是对自己无心插柳柳成荫的一种眷顾。关于它,有一个小故事,也正是这个小故事,改变了王璞整个的人生方向。那会儿,王璞刚本科毕业,考上了全美综合排名前20的圣母大学,并攻读物理专业。一到美国,王璞就希望进入Barabasi教授的复杂网络中心继续深造,然而,以严格著称的Barabasi教授招收学生非常少。初生牛犊不怕虎的王璞跑到了Barabasi教授办公室,把自己大学期间独立开发的一款3D赛车游戏向教授演示了一番。正是3D赛车游戏使Barabasi教授看到了这个中国学生做科研的无限潜质,最终向他抛出了橄榄枝。

事实上,师出名门的日子并不好熬。在圣母大学攻读硕士期间,王璞发现仅仅依靠本科阶段未成体系的知识根本无法进行科学研究,再加上那时的他在解决问题的思路和想法上都很稚嫩,“当时的感受就是我还不会做研究。”要跳出这个窠臼是痛苦的,和大多数科研人员难以完全规避的一样,王璞经历了一些迷茫与徘徊。为了让自己沉下心来,他在导师的安排下,每周准时去参加圣母大学组织的专家学者讲座、报告,渐渐地形成合理的求知欲。众所周知,按照国外硕士研究生的培养目标,绝大多数导师都只会建议学生努力在中等档次的科学期刊上发表学术文章,而Barabasi教授却让他直指全世界最顶尖的学术期刊之一,“把目标放在顶尖,就算达不到,也能做到足够好”,王璞告诉我们,这是导师教给他的一条“黄金准则”。Barabasi教授要让王璞明白,既然在这里学习,就得传授最好的理论和解决问题的最佳方法,再用学生的能力去体现教师的价值。

王璞教授还清晰地记得当时做科研的感受:做每个课题的开始几个月,根本看不见任何一点成效,每天就像是对昨天毫无意义的重复,想努力,想创新,想突破,却总找不准方向,每个课题的完成都是靠兴趣支撑下来的。《手机病毒的传播模式》这一研究王璞做了两年零4个月,《利用手机数据判定拥堵车源》他做了近三年。每一个研究从开始到结束的时间王璞可以精确到何年何月何日,这个过程只有真正扎进学术堆里备受磨炼的人才能理解。

时至今日,王璞教授仍旧深深感怀Barabasi教授的智慧和远见。他感慨,在外求学悟出了一个道理,只要把目标放在顶峰,就算预设的目标没有完全达到,经过不懈的努力和长期付出,也能达到一个相对的高度。

大数据中的信息“金矿”

人类出行建模是一个较新的研究领域,王璞的头脑里开始装下“把人类出行研究成果应用到交通领域”这一想法可追溯到2008年的夏天。

以前,路段是利用手机数据的研究对象,所对应的面比较窄,王璞想要避免这一弊端,他开始琢磨研究城市群交通,“预测车源”这一新颖的想法进入了他的大脑。“广泛存在的手机数据和道路网络数据,易于采集且成本低廉,可经统计分析等方式提取有效信息。概括来说就是基于统计物理的理论框架,借助计算机数据挖掘,研究和解决交通问题。”提到自己的专业,王璞顿时滔滔不绝起来。

他告诉我们,《利用手机数据判定拥堵车源》的研究2008年7月就有酝酿,到2010年3月,王璞开始着手开发。这个技术简单来讲,就是以手机基站为单位,将调查区域划分为不同交通小区,从运营商提供的数据中提取小汽车出行信息,预测道路车流量和司机的住址工作地点,再将各类信息联系起来运算,从而预测车源,指导人们日常出行。

王璞团队的数据来源于美国加州湾区和波士顿地区大于100G容量的数据信息。通过海量的数据,他们发现:不同小区的“拥堵贡献”存在很大差异,导致拥堵的大部分车流仅仅出自少量小区。以旧金山湾区为例,在湾区早晨时段的一小时,总出行量减少1%,总额外行驶时间减少14%(26,210分钟)。

在这项研究中,人们密切关注的就是隐私问题,采访现场我们也向王璞教授询问疑惑。“我们与世界许多运营商都有深度合作,运营商提供的手机数据均是予以加密的,研究人员无法看到具体用户的手机号。再者,被运营商记录的手机用户的位置也不像GPS那样精确,只记录了用户所处的服务区而已,所以完全不涉及任何个人出行路径,也不会涉及隐私,研究最终得到的是整个群体的统计效应。”

王璞教授还告诉我们,判定拥堵车源后,可以锁定贡献大量拥堵路段交通流的小区,根据交通冲突和交通压力的分布情况,运用道路交通组织优化理论,在有限的道路空间上科学合理地按照交通流量的时空分布特点使用道路,使道路交通始终处于有序、高效运行状态,提高城市居民的出行效率,缓解城市交通拥堵。目前,国内公交公司、城市规划部门都对手机数据判定拥堵车源颇有兴趣,有意将研究理论应用到实际的日常城市交通中。

从科研转换到教学,比想象中好

2012年下学期,学校改革力推教授副教授给本科生上课。于是,交通运输工程学院的大三本科生们迎来了学院最年轻的80后教授,“海归”王璞。

“走上讲台,担任教学工作,让我体会到科研以外的新鲜感和成就感,这比我想象中要好。”之所以比想象中好,是因为王璞投入了大量精力,他相信这是教学相长的开始,所以总要求自己竭尽所能。

他上的是《城市交通规划》,王璞不喜欢照本宣科,他会定期更新最前沿的科学研究,他说要让自己的学生了解最前沿的动态,知道科学进展到了什么程度。因为年轻,王璞在授课内容、形式上都有着超乎常人的积极性,他广泛收集各类视频,这些视频或者是交通领域的经典故事,或者是新的成果展示,又或者是妙趣横生的交通趣事与案例,总之就是要让他的课堂可视化,让学生听过后有种跃跃欲试的学习冲动。不少学生反映,“王老师会把理论知识往浅里讲,‘可视化’是王老师上课的一大特色,他会从网络上收集相关图表、数据和视频,也常常与国外的科研人员联系,获取新近的一手资料,再以一个个小事例的形式激发大家对城市交通的兴趣。”

在《城市交通规划》这门课的课外实践中,王教授给自己的学生提供了琳琅满目的课题,让他们自己去组队、选题、实践和突破。“我发现,让他们参与到有趣并相对容易实现的研究中来,他们就有了很强的表达欲望。”课程结束前的最后一堂课,王老师要求各小组用6分钟的时间汇报课题研究成果,结果,各小组全部超标,发言20分钟还觉得意犹未尽。以“深圳福田区主干道交通拥堵状况调查与分析”为研究课题的课外实践中,5名大三的本科生利用Google Earth,500M GPS浮动车数据和Matlab编程软件绘制了详细地图,将深圳福田区的道路交通状况、各个车道的车速做了非常详尽的测量分析。“他会以金门大桥4+2>3+3的车道设计模式为例,分析交通优化组织理论;也会在讲述上海市2008年拆除的延安路高架下匝道时,将‘中国版大开挖’与上个世纪九十年代波斯顿中央干道大开挖计划相类比。最重要的是他让我们从课本走出了课堂,并爱上了我们的专业,我们很喜欢这样的老师。”“深圳福田区主干道交通拥堵状况调查与分析”课题组组长江从喜毫不掩饰对王璞教授课堂的喜爱。

新学期的课堂上,王璞教授又承担了新的教学重任。此时,他正在结合时下学生关注的iPhone等智能手机,对All Subway等几款流行交通软件在进行着介绍,讲台下坐着的都是20岁出头的学生,也许是年龄较为接近的缘故,他们的共同感受就是,这位年轻的教授虽留学海外七年,资历颇丰但周身散发着亲切熟悉的气息,恰到好处地把握了他们的兴奋点。

对于学生们的追捧,王璞教授谦虚地笑笑说,这与自己学生时代的经历有关。他回忆起当初老师在讲授渗流理论时,老师告诉大家这个知识可以应用于开采石油时,兴趣一下子窜上来,这样就更容易把东西学到脑子里去。也正是那时自己体会到的这种学习的感觉,一直深深植根于脑海,才有了王璞如今践行于日常的教学创新。

采访接近尾声,王璞教授表示,接下来教学和科研仍旧是两大工作重心。自从被聘为升华学者特聘教授后,他获得了学校提供的科研经费,购进了一台高性能工作站,实验室建设也已基本完成。今年下半年,预计有新增的3名研究生和1名博士生加入到自己的研究团队。

走出交通楼,脑海中一直浮现着王璞教授向我们展示学生们完成的小小研究成果时流露出的惊讶表情与满足笑容。或许,这正是教师对学生的一种本能期盼,犹如精心把一颗种子埋进土壤,突然有一天,它生长出的嫩芽跃进了你的视野,很美,很夺目!


图说中南

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