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高自友：破解中国城市交通拥堵难题的探索者

         随着我国城市人口和私家车的激增，城市交通需求的快速增长，城市交通拥堵等一系列问题也随之涌现，已成为制约我国城市可持续发展的主要瓶颈。“任何城市的交通承载能力都有上限，当前中国很多城市交通资源的供给远远赶不上交通需求的增长。简单地讲，就是现阶段我国城市交通供需极端的不平衡。”2015年复旦管理学杰出贡献奖获得者、北京交通大学教授高自友，这样解释当前中国城市交通拥堵问题产生的根源。

       多年来，高自友潜心于城市交通管理理论及其应用研究。他坚持从交通工程管理实践中提炼科学问题，通过创新研究，上升到理论，再用获得的思想、理论、方法和技术指导解决交通工程管理中的难题，其不仅在城市轨道交通与道路交通管理理论两方面取得了对实践具有重要指导意义的系统化理论研究成果，而且在与工程管理实践的结合上取得了创新性成果。

      其作为主持人获国家自然科学奖二等奖1项，教育部自然科学奖一等奖2项，其他省部级科技奖励4项以及2014年度钱学森城市学金奖；授权国家发明专利5项；发表期刊论文320余篇，SCI收录216篇，EI收录205篇，其中30余篇发表在国际工程管理领域顶级的Operations Research、Omega、IEEE ITS及Transportation Research（A-E）等上，他人引用4300余次，SCI他引1600余次；多篇论文入选全球高引用论文以及入选“2012年中国百篇最具影响国际学术论文”；撰写学术专著7部。其研究成果被国际上许多著名学者予以高度评价和引用，并引出了一系列后续研究，提升了我国在该领域的国际学术地位和影响力。

       成绩的背后，是高自友教授及其团队20多年来潜心交通管理科学基础研究的汗水与付出。

关注学科发展 对接国家需求

       高自友认为，“自己的研究是为了什么”，这是科技工作者首先应回答的问题，是一个基本的定位问题。他自己的答案则是：既要关注学科发展，同时也应对接国家社会需求。

       随着人类社会和现代文明的发展，城市交通拥堵等问题严重影响到城市经济建设和社会发展的运行效率，给人们的工作、生活带来极大的不便和损害，同时还衍生出交通环境污染、交通能耗等多种问题。城市交通问题已然成为世界性难题，也成为制约中国社会经济的可持续发展、亟待着力破解的重大课题。

       更为严峻的现实是，由于人们对城市交通发展的属性特征及内在的运行分布规律缺乏足够准确的认识，使得实际交通工程和应用过程中也存在着众多问题。

       上世纪九十年代初，出于科技工作者关注学科发展和对接国家社会需求的高度自觉性和使命感，刚刚到北京交通大学从事博士后研究工作的高自友就将目光聚集到了交通科学问题的研究上，从城市交通系统中的内在属性特征及运行分布规律等基础科学问题入手，寻求破解城市交通发展难题的途径，由此踏上了二十多年的孜孜探索之路。

寻找中国城市交通拥堵难题的破解方法

       一直以来，我国一些城市正竭尽全力，投入巨资，多修道路、控制车辆及其行驶方式，寻求交通拥堵的破解之法。然而，城市交通拥堵问题并没有得到明显改善，一些大城市甚至出现“路通到哪，车堵到哪”的怪现象。不仅如此，由于缺乏科学的控制管理措施，原有的一些道路交通资源无法得到充分利用，导致了交通基础设施的重复建设。究其原因，高自友认为，根源在于缺乏先进的理论指导。“实践经验和教训均表明，如果缺乏先进的理论指导，单纯依靠‘头痛医头，脚痛医脚’的管理方式来解决城市交通问题，不仅成本高昂而且效果有限”。他指出，多年来，我国城市交通的研究与实践往往侧重于工程管理层面，主要围绕道路运输网络和交通控制体系的规划、设计和建设进行。这方面当然非常重要，但却无法从根本上解决问题。“问题的关键在于，应从理论上全面系统地研究城市交通运行过程中的各种内在机理。换言之，就是要加强交通管理科学基础研究，发现制约交通系统的基本规律，促进交通科学与交通技术的协调发展，使交通工程实践立足于更科学、更有效的基础上。”“这应该是破解交通拥堵等城市交通发展难题的根本出路”。

       城市交通系统涉及到人、车、路及管理控制系统等，其主体是全体交通参与者，因而其具有高度的随机性、动态性和复杂性，其中蕴含着大量的基础科学问题。而出行者的出行行为可能是交通中最复杂最具动态性的因素。这么多出行者都想尽快从起点到终点，那么这些出行者在路上是怎么分布的？为什么一部分的路堵特别严重，另一部分就相对比较宽松？谈到研究城市交通的困难，高自友坦言：“城市交通系统是一个开放的复杂巨系统，涉及到人、车、路、交通运行环境等各种因素。而且，出行者什么时候出发、走怎样的路线、使用何种交通工具，完全是自主决定的。同一时间在道路上参与城市交通的出行者有成千上万，拥有如此多主体的博弈是非常复杂的。”

高自友认为，这其中实际上大有规律可循。“对这些规律的认识越深刻，就越能从根本上解决城市交通发展的问题。”

       正是基于这样的科学认识，20多年来，高自友及其团队一直致力于基于出行者行为的城市交通流时空分布规律的研究。团队成员从现实中挖掘科学问题、从大量数据和现象中提炼科学问题，在此基础上通过科学建模，进行理论分析与仿真模拟，随后再通过实践检验模型的有效性与合理性。

       根据中国城市交通的特点，高自友与其合作者深入分析了机动车和非机动车之间的相互干扰机理，建立了道路混合交通流动力学模型，研究了城市交通流在路网上的时空分布及控制方法，为提升道路通行能力奠定了理论基础，并为科学决策道路新（扩）建问题奠定了方法基础；提出了可准确刻画交通拥堵的形成、传播与消散全过程的动态模型，为准确构建城市交通拥堵评价体系及交通信息预报系统提供了理论依据。

       他带领科研团队与工程技术人员密切合作，以取得的理论成果为指导，促使了若干城市交通管理实践项目的顺利实施。研发的 “北京市地面公交调度指挥系统”。北京公交公司评价：该系统“实现了北京市公交系统2万辆公交车、190个车队、600个公交场站的日常公交调度运营作业，取得了重大社会效益。在奥运期间,应用该系统调度和监控34条公交专线,2000多辆公交车,200多辆救援备用车,为实现北京奥组委关于开闭幕式集散场时间不超过90分钟的对外承诺提供了强力支撑(实际集散场时间为75分钟)”。

       潜心于城市交通研究20多年，使高自友逐渐认识到：当前城市道路交通资源紧缺，因此如何尽可能提升现有道路资源利用率，提升道路通行能力是城市道路交通管理的首要任务，而作为解决城市交通问题的主要手段的城市轨道交通系统，如何进一步提高运输能力和服务水平则是当前迫切需要研究的重要工作。要真正破解城市交通拥堵难题，必须要同时对城市道路交通和城市轨道交通这两个核心子系统开展研究。

       发展城市轨道交通是国际上公认解决城市交通问题的主要措施之一。科学有效的运输组织和运行控制在确保列车行车安全、提高运输能力和服务水平、降低运营成本方面起着至关重要的作用。

正是基于这样的认识，2003年前后，高自友又将其研究目光转向了城市轨道交通领域，其带领团队开始创建轨道交通控制与安全国家重点实验室，2006年经科技部批准，实验室在北京交通大学正式成立，高自友出任实验室的首任主任。该实验室设立了四个相互支撑、协同联动的研究方向，包括轨道交通流特性分析及控制理论、轨道交通安全保障与运输组织理论及关键技术、轨道交通运行控制系统分析与集成，以及轨道交通专用移动通信理论与关键技术。高自友为这一研究平台的建设倾注大量心血。经过10年的发展，该国家重点实验室已取得了多项具有国际先进水平的重要科研成果，为国家的轨道交通快速发展发挥了重要作用。

       10多年来，高自友及其团队针对高密度条件下的城轨列车运行控制问题，系统研究了城市轨道交通列车运输组织优化理论与运行控制方法，构建了基于出行需求与系统节能的城市轨道交通调度控制一体化理论模型，并构建了面向出行需求与系统节能的调度控制一体化半实物仿真平台等。

       他带领科研团队与工程技术人员密切合作，以取得的理论成果为指导，促使了有关城市轨道交通工程实践项目的顺利实施。如研发的“城轨列车运行控制仿真系统”。北京交控科技公司评价：“……以优化能耗、运行时间和舒适性为目标，通过模拟列车能耗和列车区段运行时间，有效地确定各列车的合理工况转换方案，在我公司开发城轨列控仿真系统的过程中发挥了重要作用。”在此基础上，结合北京亦庄线运营特点，提出了一种节能优化驾驶策略并在真实列车上实验，实现单车牵引能耗降低5.85%的节能效果。

       2011年，高自友及其合作者完成的“基于行为的城市交通流时空分布规律与数值计算”项目获得国家自然科学奖二等奖，该成果不仅加深了人们对城市交通流时空分布规律的认识，而且对建立现代交通科学理论体系具有重要的理论指导意义，是国内交通科学领域第一个重大的基础性研究成果，处于该领域当今国际研究的先进水平。美国工程院院士Sinha教授认为：“高自友及其研究团队在交通管理与交通工程方面取得了一批原创性成果，具有深远影响，达到了国际领先水平……对理论研究和交通实践都发挥了积极作用。”

       高自友是我国城市交通工程领域首个973项目首席科学家，国家杰出青年基金获得者，长江学者特聘教授，俄罗斯自然科学院外籍院士。在他的指导下，有 4人获全国优秀博士论文奖（其中提名奖2人）；带领的科研团队2006年被评为教育部创新团队，并在 2011年度获国家“十一五”科技计划执行优秀团队奖；在全国一级学科评估中，以他为带头人的北京交通大学系统科学学科连续三次排名第一。2000年获全国优秀教师，2012年获北京市有突出贡献的科学、技术、管理人才。

       谈到自己20多年研究取得的成果时，高自友说的第一句话是：“首先要说明的是，这么多成果并不是我一个人完成的，而是我们团队共同努力的结果。” 北京航空航天大学教授黄海军、香港科技大学讲座教授杨海、香港理工大学讲座教授林兴强、北京交通大学教授唐涛、毛保华和关伟等都是团队中的核心成员。“这些都是从上世纪90年代就开始合作的‘老搭档’”。高度的默契、互相的信任，为团队的成功奠定了稳固的基础。

       面对中国城市交通管理研究的未来，高自友还是持着谨慎乐观的态度。“城市交通问题非常复杂，而且，我们还面临着城市人口和私家车的不断激增，机动车、非机动车与行人混行等到特殊国情，客观地说，距离完全解决我国城市交通拥堵这一难题还是比较远的，必须有打持久战的准备。但是通过各个部门的集思广益和共同努力、通过出行者交通意识的提高，逐步缓解城市交通拥堵还是完全可行的。”

“坚持是成功的保证”

       “我常常跟学生分享的一句话就是：坚持是成功的保证。学问做到最后，可能就是谁坚持下来了，谁就成功了。”高自友始终践行着自己对于科研、对于学术作风的坚持。

       提起高自友，他的同事和学生们都会用到一个字，那就是 “忙”。无论是学术研究、教书育人还是学科建设，都见证着高自友忙碌的身影，忙碌已成为他工作、生活的最大特点。白天，高自友的时间被授课、行政、顾问工作以及大大小小的会议占据，白天工作结束后，回到学校投入科研工作，晚上11点多才回家，这早已成为他正常的生活节奏。

       高自友的学生、北京交通大学教授吴建军回忆，在2005年申报国家重点基础研究发展计划（973）项目的时候，高老师带领工作组的同事放弃了多个公休假期，一直忙到大年三十的下午才回家，年初四，他又回到岗位上继续工作，甚至在生病时也打着点滴坚持工作。

       高自友对待学术非常严谨，他的学生、北京交通大学教授孙会君表示，让她印象最深的就是高老师从严治学的作风。每年新生入学时，高自友总是教导学生，“做学问的前提是要学会做人”。对于学生论文中不加标注的引文，他会严厉指出这违背了学术规范。他还曾把报上刊登的一篇有关学术腐败的文章复印了十几份分发给学生，让他们张贴在自己实验室的桌前，以示警醒。在老师的影响下，学生们也都以踏实严谨的作风投身于学习与研究中。

文/王梦琪