专访新加坡工程院院士李德纮:在广州打造属于未来的地铁

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专访新加坡工程院院士李德纮:在广州打造属于未来的地铁
麻省理工科技评论 2020-09-14

2020-09-14

对于你的生活来说,地铁有多重要?
地铁
对于你的生活来说,地铁有多重要?

你有没有因为地铁和公交车的配合不合理,错过出站的公交车?又是否受制于地铁的行进速度,明明也没有太远,却需要每天在地铁上站一两个小时?又是否曾经明明快要迟到了,却还要在安检口排队很久?

而对于提供地铁服务的运营商来说,越来越多的客流量、越来越复杂的地铁线路,也意味着越来越大的运营挑战。车辆班次怎样优化?乘客过闸的速度能不能提高、提高、再提高?人流量突然增加时要怎么进行引导?速度不同却运行在同一条线路上的两辆列车,又要如何合理安排、高效避车?

地铁已经成为了大城市最重要的交通工具,以人口 1500 万的广州为例,广州地铁日均旅客数量可以达到 850 万人次之多,节假日甚至可以超过 1000 万人次。但不论是对于乘客,还是站在地铁运营商角度,现有的地铁运营水平,都还有着明显的进步空间。

这些都是新加坡工程院院士、新加坡国立大学终身长聘教授李德纮希望解决的问题。他于去年选择全职加盟广州人工智能企业——佳都科技,担任高级副总裁,兼任全球智能技术研究院院长。

专访新加坡工程院院士李德纮:在广州打造属于未来的地铁

图 | 李德纮

给地铁打造操作系统

地铁作为一个大型的工业系统,还没能实现工业互联网要求的新 “四化”:数字化、智能化、网络化和协调化。李德纮表示,以协调化为例,现在 “线网级” 的地铁跟过去的 “线路级” 有很大的不同。不同线路之间有着交互的关系,如果班次设计、发车间隔等设计不合理,不仅限制乘客的体验,也令运营商感到头疼。

作为粤港澳大湾区 2019 年首位引进的全职外籍院士,李德纮致力于为广州提供一个同时针对地铁运营和乘客痛点的一体化解决方案。具体来说,就是一套地铁的“操作系统”。更进一步,他期待可以把地铁服务打造成一种全新的未来生活方式。

这套操作系统首先要实现的,就是快速过闸。传统的读卡、IC 卡、二维码过闸方式,速度较慢是一方面,更普遍的问题是并没有建立起基于乘客身份识别的信息系统。要知道乘客是谁,这不只是基于安全考虑,更多的是要发掘乘客出行的特性,优化出行方式的提供。怎样实现身份识别?最好的方法就是人脸识别。

对于北上广这样体量的城市来说,地铁站要实现千万级别乘客量级的人脸识别过闸,是一个世界级的课题。千万级别的乘客数量,需要建立一个非常庞大的人脸数据库,还需要非常强大的处理能力,可以让乘客行进的过程中就快速、准确地完成身份的识别和车费的支付。以广州地铁为例,人脸识别的精度要达到 99.9999%。

这背后是一整套采集、分析构成的完整的数据体系,要有大量的传感设备进行数据采集,还需要运用数据分析的方法,例如边缘计算平台、人脸聚类等算法,根据特征实现快速的人脸检索。

除了过闸,地铁安检已经逐渐成为了地铁服务的瓶颈和乘客抱怨的主要对象。李德纮也在研究,如何把安检做得更加省心。当人通过安检空间的时候,能否人包同检?尽管人和包的检测设备是不一样的,但可以实现当人通过人体安检设备的时候,就可以同时拿到自己的包,而在这个过程中,还可以顺便完成支付的流程。这样一来,乘客进站的过程就可以大大优化。李德纮表示,他们并不是要实现无感支付,还是要让乘客意识到他们被扣钱了,但整个乘车的流程应该更加简便。

而对于运营商来说,大量的硬件设备还可以大大提升车站管理的效率。传统的地铁站管理方法需要依靠人工对客流量进行观察,再根据经验执行分流预案。但地铁操作系统可以根据目前和历史的状况,根据一套相当复杂的算法和算法系统,利用人工智能对车站的状态进行完整的研判,制订最佳的客流预案。以后的乘客并不会感受到为操作系统提供数据的传感器的存在,但却会发现地铁虽然人还是很多,但忙中有序,而不是忙中有乱。

当乘客通过站厅、到达站台等车的时候,李德纮希望给乘客提供原本只有运营商才知道的信息,实现乘客和运营商的信息对称。在站台门的展示板上,乘客可以知道之后两班车的到站时间和拥挤情况,自行判断要不要等下一班不那么拥挤、但也不至于等太久的车。甚至,在等车期间,还可以观看基于 5G 提供的视频、语音的高品质串流数据,更进一步,地铁站台门甚至可以变为购物商场,在等车的期间,乘客可以在站台门这样一块巨大的屏幕上完成购物的过程,在目的地车站就可以直接取货、离开,而无需再购买唤醒一天所需的早餐、咖啡。

李德纮表示,在这一领域,中国大陆的地铁已经走到了世界的前列。比如准点率高、列车技术先进等等,但现在的地铁不再单纯只是一个出行的场景,更是一个生活场景。

有着深厚城市规划研究背景的李德纮,长久以来都一直希望可以打造出有温度、有个性的城市,而不只是表面上的宜居、方便的城市。城市,要为生活带来鲜明的记忆。在城市的发展中,很多东西都会改变,但地铁车站的位置和名称却很难改变,这使得地铁站成为了城市生活记忆的重要载体。通过打造地铁操作系统,李德纮不仅希望可以利用现在的技术提高乘车体验,更要让地铁使用者对其所生活、工作的城市留下一个更加深刻和美好的回忆。

而在城市之外,李德纮还希望利用地铁操作系统,为一座城市的地铁赋予服务整个地区的能力。

广州是整个粤港澳大湾区的几何中心。粤港澳大湾区一体化的发展,必须要面对的一个问题就是要如何处理人员的快速互通,实现湾区的“一小时生活圈”。而轨道交通,是实现高效、通畅交通的不二之选。

跨城交通可以由高铁来实现,但高铁站点距离较远、高铁站离生活区也较远,高铁并不是最方便的轨道交通方式。与之对应,地铁每三四公里甚至更短的距离就有一站,如果可以利用地铁实现跨城交通,将极大地方便一小时生活圈的形成。然而,过密的站点设置也限制了地铁的速度,一小时内从广州搭地铁到珠海是不现实的。

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图 | 李德纮要用地铁来打造粤港澳大湾区的一小时生活圈(来源:粤港澳大湾区发展规划纲要)

解决方案,就是“普快共轨”:同一条线路上,有的车每站必停,有的车则可以呼啸而过,直接把乘客送到下一个城市。对于乘客来说,只需要在屏蔽门上了解下一班车是慢车还是快车,就可以决定是去隔壁街区看电影,还是去隔壁城市吃饭,但对于列车的安全运行就提出了很高的要求。

首先,快车比慢车发车晚、但到达早,在与慢车相遇的时候必须要避车。如何合理规划避车的位置和时间,才能在已经达成一定密度的站点上实现普快共轨。此外,列车到站时候产生的风压,和快速列车过站产生的风压不是一个量级,因此,屏蔽门和屏蔽门玻璃都要重新设计。而地铁隧道、避车区的设计也要相应改变。因此,对于未来地铁来说,乘客体会到的将只有方便快捷,而李德纮他们需要解决的,是背后先进的科技和巨大的工程量。

深耕交通领域

全职来到粤港澳大湾区工作之前,李德纮在新加坡国立大学从事了长达二十年的教学、科研与专业服务工作。

在交通和城市规划领域,李德纮是毫无疑问的泰斗级人物。他曾长期专注于交通领域算法的研究,其代表研究之一就是客流的预测算法。在一座城市的公共交通网络中,每时每刻都有乘客在四面八方进站出站,上车下车。对于一个只有一条线路的城市来说,想要知道乘客的客流量是很简单的,只要看进站出站的刷卡数量就可以了。但对于现代化的线网级的城市,要怎么知道在一个车站下车的乘客,是从哪里出发、哪里中转的呢?李德纮就开发了一套实时的客流预测的算法。与天气预报相比,这套算法的难度有过之而无不及,它甚至可以让城市的交通灯与公交车的运行相匹配,在疏解城市拥堵的同时,提高公交系统的运行效率。凭借着这套算法,李德纮曾经于 2002 年入选《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新青年 35 人”榜单。

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图 | 李德纮是《麻省理工科技评论》2002 年 35 位 35 岁以下创新者得主。(来源:MIT TECHNOLOGY REVIEW)

除此之外,李德纮曾有十余年研究经历,专注于港口集装箱港口的运营优化研究,结合集装箱港口设备与作业特点,设计优化算法,以提高港口的运作效率。新加坡是国际航运枢纽,其集装箱转运量位居世界前列。这首先要归功于新加坡得天独厚的地理位置优势,但更多的是新加坡港口出色的转运效率。从货轮泊位的选择,再到集装箱的岸桥抓取、厂桥堆放,再到后面的开箱、分装、重组,李德纮在这个领域做了大量的算法工作,优化了其中每一个环节。

近年来,李德纮又开始研究如何利用公交智能卡进行多模式公交系统(公交车、地铁等)的出行模型分析。李德纮说,每天通勤的时候,我们遇到的经常是同一批人。这些每天都要见面、但彼此并不认识的人,堪称萧亚轩歌里“最熟悉的陌生人“。通过 IC 卡的数据分析,他们就可以利用算法发现每位乘客每天跟哪些人接触、接触多久。这是一项附加值很高的工作,例如,可以有效帮助疫情期间的溯源管控:分析同行乘客是流行病学上的阻断传播的重要方式,但过往这些都是由人手动标注的,其工作量之大可以想象。而有了这套算法,就可以直接从 IC 卡数据中分析出相关信息。

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图 | 基于公交智能卡数据的多模式公交建模。(来源:李德纮)

通过分析,李德纮发现,新加坡的双层巴士上下客的效率不高。这是由于乘客在前门上车的时候,上客通道通常会被从二层下车的乘客阻断,导致双层巴士在车站的停靠时间明显偏长。在这项研究见报前,新加坡有关部门正巧于英国访问,原计划向英方订购一批与之前相同的双层巴士。而李德纮研究的发表,使得相关部门意识到这批订购可能存在问题,经过审慎的研究之后,新加坡于是决定追加向另一家公司订购了一种不会造成上下客乘客阻断的双层巴士。自己的研究成果影响到了政府的决策,让他意识到需要让研究走出校园,更好地服务社会。而李德纮实现这个目标的方式,就是离开教职,加入企业,而且,加入的还是一家中国企业。

为何选择广州

在新加坡,李德纮无疑从一位青年科学家逐渐成长为了一名世界顶级大学的科研巨擘。但他也意识到,科研不应该只是发论文这么简单。和数学、物理不一样,交通是一个需要与用户产生互动的领域。这么多年在高校的研究进行下来,他觉得如果研究出来的算法或者是模型没有办法在真实世界得到应用,就好像少了一点什么。

于是,2019 年,在新加坡工作、生活整整 20 个年头之后,李德纮决定离开这个体量相对较小的城市国家,在广州、在粤港澳大湾区实现一些在新加坡想要实现但缺乏舞台的新机会。而新加坡国立大学也对此十分支持,认为他的停薪留职除了“勇气可嘉“之外,更能把业界的信息带回学校,也能为学生找到更广阔的发展空间。

面对角色的转换,李德纮并不觉得在文化和生活上需要什么适应。他表示自己在台湾出生、长大,作为一个中国人,在去美国之前一直接受的都是中华文化的熏陶和教育。海峡两岸尽管有不同之处,但相同之处更多。而在生活方式上,他甚至觉得广州比新加坡还要方便。一次回新加坡的时候,他邀请朋友吃饭,却只带了手机没带钱包,结果反而让被请的朋友掏了饭钱。

而角色转换的真正挑战,来自于工作环境的变化。与高校相比,企业的节奏很快,需要及时根据市场和客户的反馈做出调整,企业里工程师的背景也比高校里研究生的背景更复杂。此外,习惯了以院士、教授身份与人沟通的李德纮,也要开始学着以一个企业管理者的身份,与企业内部的不同部门,以及外部的政府机构、国有企业进行沟通。快速适应之后,他作为顶级科学家的作用就开始显现出来了。

过去,企业的研发侧重于“发”,也就是开发的过程,而他带领的佳都科技全球智能技术研究院则更多地在“研”,也就是从研究的角度对企业的关键技术展开攻关,提升企业的核心竞争力。李德纮的研究院不仅要协助各个事业群的研发部门,解决他们解决不了的问题,更要为他们指出应该要关注和发展的方向。厉害的企业,不只是要被动地关注市场的需要,更要像乔布斯发明 iPhone 一样引导市场的需求。

此外,他还为企业吸引了高端的人力资源和研发能力。加盟广州的时候,除了他自己,李德纮还带上了两个中国留学生。他们本来都在新加坡得到了很好的工作机会,但在导师的鼓励和感召之下,还是认同了他的想法,并最终为广州和佳都的人才积累都做出了贡献。人才是有汇聚效应的,有了这已经加盟的高端人才,佳都在今年的行情下依然吸引了很多高端人才的加入。

而当初 “大度” 地放李德纮远走广州的新加坡国立大学,也因自己的 “慷慨” 而收获颇丰。而李德纮则在中新广州知识城的基础上,直接促成了新加坡国立大学和广州市在科研方面的合作,计划共建新加坡国立大学广州创新研究院。中国市场的多样性和广阔性都不是新加坡可以相比的,这个创新研究院的建成,也让新加坡国立大学多年以来积累的知识产权和科研成果可以在粤港澳大湾区进行转化。在广州这个更加开阔的空间里,新加坡国立大学的学生和教师也将赢来更好的发展机遇。这一双赢,既是李德纮、新加坡国立大学和广州市、粤港澳大湾区智慧的体现,更是当今变化多端的国际背景下,跨国创新合作的典范。

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