寄情數(shù)據(jù)辟疆土 智創(chuàng)城市話未來(lái)
——記北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副院長(zhǎng)劉馳

□ 胡 敬

大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能賦能下的下一代城市，成為新型的“智慧城市”。人類的衣食住行等生活方式也在其中發(fā)生著深刻的變革。而智慧城市發(fā)展的重要基石是海量數(shù)據(jù)資源的積累與采集，即：大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。從這個(gè)意義上講，沒(méi)有數(shù)據(jù)資源，就沒(méi)有智慧城市。而隨著信息化步伐、數(shù)字經(jīng)濟(jì)的逐漸深入，傳統(tǒng)從互聯(lián)網(wǎng)上獲取數(shù)據(jù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大數(shù)據(jù)分析與挖掘的要求，這就要求科學(xué)工作者跳出固有思維的束縛，研究“人、機(jī)、物”（人、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)）三元深度融合與協(xié)同基礎(chǔ)上的大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。

18年來(lái)，北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副院長(zhǎng)、教授、博士生導(dǎo)師劉馳積極參與著“智慧城市”關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)。這位1984年出生的副院長(zhǎng)，在中國(guó)科學(xué)院院士梅宏的帶領(lǐng)下，正抽絲剝繭地推動(dòng)著面向智慧城市的群智數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展。

十八年汗水辛勤澆灌，大數(shù)據(jù)學(xué)術(shù)新秀冉冉升起

18歲第一批加入中國(guó)共產(chǎn)黨，本科就讀于清華大學(xué)，又于英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院取得博士學(xué)位，劉馳一直努力要求自己做一名“又紅又專”的青年科技工作者，他的科研之路可謂“星光熠熠”，但不為人知的是一路上的汗水與堅(jiān)持不懈地付出。

劉馳

2006年，劉馳剛剛從清華本科畢業(yè)，由時(shí)任中國(guó)工程院副院長(zhǎng)鄔賀銓院士推薦，來(lái)到英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院不久就接手歐盟第六框架項(xiàng)目中的無(wú)線城域網(wǎng)路由與調(diào)度策略研究。從生活關(guān)到語(yǔ)言關(guān)，盡管每一步都十分不易，但他倔強(qiáng)的性格從未讓自己放棄。2010年，年僅25歲博士畢業(yè)后，到2013年的3年間，劉馳相繼在德國(guó)電信研究總院做博士后研究、在美國(guó)IBM TJ Watson研究中心和IBM中國(guó)研究院任研究主管，領(lǐng)導(dǎo)了多個(gè)與移動(dòng)計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心相關(guān)的項(xiàng)目。在世界云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)學(xué)術(shù)界飛速發(fā)展的那段時(shí)間，劉馳的研究從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控到群智感知，從未離開(kāi)熱點(diǎn)，也切切實(shí)實(shí)的推動(dòng)著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2013年，在所有人看來(lái)劉馳的事業(yè)剛剛走向正軌的時(shí)候，他毅然離開(kāi)IBM，白手起家，以副教授的身份加入北京理工大學(xué)。用他的話說(shuō)，是自己對(duì)三尺講臺(tái)的熱愛(ài)，和對(duì)學(xué)術(shù)夢(mèng)想的執(zhí)著追求，讓他投身高等教育事業(yè)。次年，劉馳破格獲評(píng)教授，從此他的大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)科學(xué)夢(mèng)想揚(yáng)帆起航。

2015年，劉馳入選國(guó)家人社部“高層次留學(xué)人才回國(guó)資助計(jì)劃”；2016年，入選中國(guó)科協(xié)“青年人才托舉工程”、陜西省第八批“百人計(jì)劃”（短期項(xiàng)目）、國(guó)家“十二五”輕工業(yè)科技創(chuàng)新先進(jìn)個(gè)人、中國(guó)電子學(xué)會(huì)優(yōu)秀科技工作者；2017年，獲評(píng)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)年度人物；2019年，劉馳獲評(píng)英國(guó)工程技術(shù)學(xué)會(huì)最高榮譽(yù)——會(huì)士（IET Fellow），Google Scholar索引達(dá)到2800余次，H index為25。

他同時(shí)獲得中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國(guó)電子學(xué)會(huì)自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)，并在2016年10月31日被《科技日?qǐng)?bào)》——《前沿人物》專欄深度報(bào)道。

與此同時(shí)，劉馳活躍在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界，他擔(dān)任中國(guó)電子學(xué)會(huì)理事、中國(guó)職業(yè)教育學(xué)會(huì)理事、國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)評(píng)專家、卡塔爾國(guó)家自然基金外籍評(píng)委、中國(guó)電子學(xué)會(huì)物聯(lián)網(wǎng)專委會(huì)副秘書長(zhǎng)、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)院普適計(jì)算和大數(shù)據(jù)兩個(gè)專委會(huì)委員、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)大數(shù)據(jù)專委會(huì)委員、中國(guó)通信學(xué)會(huì)物聯(lián)網(wǎng)專委會(huì)委員等。用劉馳的話說(shuō)，中國(guó)的青年科技工作者要更多地為國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界服務(wù)，同時(shí)要有自信，努力走向國(guó)際舞臺(tái)，展示中國(guó)青年學(xué)者的風(fēng)采。

攻克物聯(lián)網(wǎng)通用技術(shù)瓶頸，開(kāi)辟群智感知新技術(shù)熱土

針對(duì)面向智慧城市的群智數(shù)據(jù)采集技術(shù)的研究，劉馳信心滿滿，決定成為這個(gè)領(lǐng)域第一批“吃螃蟹的人”，爭(zhēng)取為大數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展做一些貢獻(xiàn)。

在研究重點(diǎn)上，從2013年起，他從物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)、新型智能終端技術(shù)這兩個(gè)子問(wèn)題入手做了深入研究。

針對(duì)科學(xué)問(wèn)題之——物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，他表示，物聯(lián)網(wǎng)類大數(shù)據(jù)的獲取依賴于海量異構(gòu)傳感設(shè)備的部署與互聯(lián)，而其重點(diǎn)在于對(duì)其進(jìn)行有效的設(shè)備命名，并針對(duì)其異構(gòu)多元接入?yún)f(xié)議，設(shè)計(jì)出一種“透明”的尋址方式。最后，要能動(dòng)態(tài)調(diào)整其“喚醒—休眠”的工作模式從而最大程度上地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。劉馳與團(tuán)隊(duì)成功提出了滿足物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備的通用命名、尋址和屬性服務(wù)的中間件架構(gòu)，用來(lái)橋接物聯(lián)網(wǎng)中千差萬(wàn)別的平臺(tái)、傳感器和應(yīng)用。劉馳興奮地表示：“我們的創(chuàng)新點(diǎn)在于提出了基于傳感器屬性的命名方案，并利用Restful資源建立了層次化尋址方式”。接下來(lái)，劉馳提出了一種“面向數(shù)據(jù)質(zhì)量的傳感器—任務(wù)相關(guān)性”度量，在提出“關(guān)鍵涵蓋集”這一概念的基礎(chǔ)之上，確定傳感器選擇算法。團(tuán)隊(duì)繼而又建立了物聯(lián)網(wǎng)控制信號(hào)在傳感器之間的傳輸延遲模型，并對(duì)滿足最大時(shí)延下的傳感器運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，在理論層面上有所突破。

這些在別人看來(lái)有些晦澀枯燥的研究方向，劉馳始終都甘之如飴。他在另一問(wèn)題智能終端技術(shù)上也取得了重要進(jìn)展。

針對(duì)科學(xué)問(wèn)題二——智能終端技術(shù)，劉馳認(rèn)為，隨著以智能手機(jī)為代表的可穿戴設(shè)備的普及，物聯(lián)網(wǎng)類大數(shù)據(jù)的獲取可以以“人”為中心，利用人所攜帶的智能終端主動(dòng)收集數(shù)據(jù)，形成群智感知的大數(shù)據(jù)獲取新模式。劉馳自2011年起開(kāi)始研究群智感知，第一篇文章發(fā)表在IEEE SECON 2011國(guó)際會(huì)議上，也是國(guó)內(nèi)較早群智感知方面的研究成果。設(shè)備要節(jié)能，感知任務(wù)的多元信息質(zhì)量需求要滿足，人的干預(yù)與協(xié)作要考慮，這三點(diǎn)成為了群智數(shù)據(jù)采集的重要約束和目標(biāo)。設(shè)計(jì)好的算法來(lái)選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)提供者，并為其推薦最優(yōu)感知行為是劉馳研究的重點(diǎn)。他提出了一種多元數(shù)據(jù)質(zhì)量滿意度指標(biāo)、一種能耗指標(biāo)。接下來(lái)，“我們還提出了一種分布式、多穩(wěn)態(tài)有限狀態(tài)機(jī)鏈的Gur Game框架?！眲ⅠY如是介紹道。與此同時(shí)，他還提出了一種可以滿足所有任務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的參與者選擇算法。

這些研究成果獲得國(guó)際同行專家積極評(píng)價(jià)，例如：美國(guó)UCLA大學(xué)M.B.Srivastava教授（IEEE Fellow）在ACM ToSN的長(zhǎng)文中指出劉馳的工作“成了實(shí)時(shí)管理傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供動(dòng)態(tài)事件監(jiān)測(cè)服務(wù)的驅(qū)動(dòng)力”；美國(guó)密蘇里技術(shù)大學(xué)講席教授S.K.Das教授（IEEE Fellow）發(fā)表在ACM ToSN的長(zhǎng)文中認(rèn)為劉馳的工作是：“最早引入信息質(zhì)量來(lái)設(shè)計(jì)激勵(lì)機(jī)制的工作之一”。頂級(jí)期刊IEEE IoT Journal上發(fā)表的綜述論文肯定了劉馳的研究工作是“具有代表性的，提出的網(wǎng)絡(luò)管理框架解決了三個(gè)根本問(wèn)題：節(jié)能、提供信息質(zhì)量和激勵(lì)用戶參與”。

人工智能賦能群智感知研究，人機(jī)協(xié)同開(kāi)辟數(shù)據(jù)獲取新路

近兩年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)、無(wú)人車技術(shù)的成熟、產(chǎn)品化的深入，劉馳一直在思索一個(gè)新的問(wèn)題：以“人”為中心的群智感知技術(shù)能不能擴(kuò)展到“人機(jī)協(xié)同”的新方式。新一代智慧城市需要突破性的、顛覆性的技術(shù)，特別是當(dāng)城市遇到自然災(zāi)害、緊急事件的時(shí)候，部署傳感器是來(lái)不及的，用人做群智感知也是不可能的，那怎么辦？“新一代智慧城市中的大數(shù)據(jù)獲取需要人機(jī)協(xié)同”，劉馳興奮地說(shuō),“深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)在Alpha Go、Atari Games等多個(gè)場(chǎng)景取得了不差于人類水平的成績(jī)，因此為人機(jī)協(xié)同群智感知系統(tǒng)中的任務(wù)調(diào)度提供了可能?！痹谶@個(gè)全新的研究領(lǐng)域，劉馳的團(tuán)隊(duì)是領(lǐng)先的。他們連續(xù)在本領(lǐng)域頂級(jí)刊物IEEE Journal of Selected Areas in Communications，IEEE Transactions on Mobile Computing上發(fā)文3篇，在對(duì)智慧城市數(shù)據(jù)獲取環(huán)境做了精確時(shí)空數(shù)據(jù)建模和特征提取的基礎(chǔ)上，提出了多智能體、連續(xù)動(dòng)作空間、分布式深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)框架，調(diào)度無(wú)人設(shè)備最優(yōu)的采集城市攝像頭的數(shù)據(jù)，取得突破性進(jìn)展。

許多人說(shuō)他“常在頂峰，少有波谷”，但背后的辛酸也許只有劉馳自己才知曉。憑著對(duì)教師這一職業(yè)的無(wú)限崇敬、憑著對(duì)科學(xué)研究的無(wú)限暢想，劉馳一直在努力。在收獲無(wú)數(shù)耀眼矚目的成果后，也讓他更清晰地認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)的魅力，更促使他跨越時(shí)間的廣度與深度，勇做一名“大數(shù)據(jù)科學(xué)工匠”。