為萬物智聯提供解決方案

伴隨人工智能和網絡通信的快速發展，各式各樣的智能物聯網終端應運而生。智能物聯網通過物聯網產生、收集海量的數據存儲于云端、邊緣端，再通過大數據分析及更高形式的人工智能，實現萬物數據化、萬物智聯化，形成完整的智能化生態體系。智能物聯網的發展中，移動物聯網感知技術是備受關注的方向。移動物聯網感知技術利用智能物聯網設備感知周圍環境，實現感知數據的收集和利用，去完成復雜的定制應用任務。移動物聯網感知技術是構架智能物聯網的應用基礎與關鍵技術，對智慧城市，乃至智慧國家的構建起到決定性作用。因此，針對智能物聯網愈加廣泛的感知需求，上海交通大學計算機科學與工程系副教授俞嘉地深入研究智能物聯網下的移動感知計算方法與系統，旨在為實現萬物數據化、萬物智聯化的生態體系提供更多的解決方案。

心中多了使命感

“走廊里燈沒開，如果傳感器感覺到人在動，燈會自動打開，人離開后，又會自動關閉；空氣不好，隨身裝備會提醒，換一個空氣好的場所去跑步，這些都是感知情景的典型應用。理論上講，感知的實現可以使用任何傳感器，例如：手機上的加速傳感器、壓力傳感器、攝像頭等。而我目前做的是基于無線信號的感知技術，通過采集無線通信的信號（Wi-Fi信號、聲音信號、毫米波信號等）來感知環境和環境中的人。例如，利用無線信號識別與追蹤手勢來遠程控制家電，也可用無線信號來監控呼吸與心跳的頻率與波形。另外，不同的人其行為特征也有所不同，可通過無線信號感知人體獨特的行為特征，用于用戶識別認證，這打破了基于視覺的用戶認證方法，有效地保護了用戶的隱私。”對所做工作，俞嘉地開門見山做了介紹。

面向社會、家庭與個體，智能物聯網與感知技術能夠提供更多智能便捷的應用，室內定位與追蹤、生命體征檢測、車輛駕駛狀態感知、行為識別與追蹤、身份識別與認證等，促進了萬物數據化、萬物智聯化的生態體系構建。俞嘉地所做工作對于更加有效利用城市資源、提高社會運行效率、保障社會治安等都有著重大意義。尤其我國從“十二五”國家自主創新能力建設規劃開始，就將物聯網作為戰略性新興產業創新能力建設的重點發展對象；在“十三五”國家科技創新規劃中，也多次將物聯網和人工智能作為新一代信息技術的代表技術；在“十四五”國家規劃和2035年遠景目標綱要（草案）中，又將物聯網和人工智能作為國家數字經濟重點產業加以強調和推進。當所做科研與國家命運掛鉤，俞嘉地的心中更多了一份使命感。

如今，在相關科研領域，俞嘉地已有所建樹，但談到如何與之結緣時，他卻坦言，自己雖出生于高校教師家庭，小時候經常出入于父母的實驗室，卻并未立志于做科研，從事科研工作完全是機緣巧合。上大學時計算機網絡蓬勃發展，俞嘉地對網絡產生了極大興趣，也因此開始了相關的研究工作。

俞嘉地從本科讀到博士期間，是有線網絡的時代，他的研究也主要聚焦在有線網絡的資源共享。隨著移動網絡的發展，智能終端開始隨人移動，俞嘉地開始思考，如何將機器與機器的連接轉為人與機器、人與人的連接，而這正是物聯網的基本思想。他在美國斯蒂文斯理工大學從事博士后研究時，恰遇移動網絡發展的黃金期。在博士后導師陳瑩瑩（Yingying"Chen）教授的傾心指導下，他開始將移動感知技術與智能交通相結合，嘗試用智能終端傳感器去感知車輛的運動狀態，從而為駕駛提供一個更加安全的環境，也由此確定了未來的研究方向。

回首求學、成長歷程，俞嘉地用“平淡”二字作總結。在平平常常的日子里，他踏實又堅定地邁出了每一步。在波瀾不驚的歲月里，也總有一些人如明燈一般，照亮了他前進的方向。Yingying"Chen教授曾對他說，無論做什么事情都要考慮到所做的應該是服務于人的。秉承為人服務的科研理念，從興趣出發，為讓科技更高質量地改變生活，俞嘉地一直不遺余力。

科研要服務于人

2012年，俞嘉地回國進入上海交通大學計算機工程和科學系從事教學與科研工作。近年來，他在移動計算、物聯網、車聯網等領域取得令人矚目的成績：主持與參與了多個國家與省部級項目；發表論文70余篇，其中包括移動計算領域三大旗艦國際會議國際計算機學會移動計算與網絡國際會議（ACM"MobiCom）、國際計算機學會移動系統、應用和服務國際會議（ACM"MobiSys）、國際計算機學會移動自組織網絡與計算研討會（ACM"MobiHoc）和國際期刊電氣與電子工程師協會移動計算匯刊（IEEE"Transactions"on"Mobile"Computing）、電氣與電子工程師協會/國際計算機學會網絡系統匯刊（IEEE/ACM"Transactions"on"Networking）等；以第一發明人申請國家發明專利20余項，其中15項已授權；先后獲得上海市自然科學獎二等獎、上海市科技進步獎二等獎等諸多獎項。

“獲得上海市自然科學獎二等獎的項目是我和唐飛龍、孔令和教授合作的項目，我們主要針對感知數據量大質低和缺乏全局信息的問題，提出多維認知和經典壓縮感知理論融合的新方法，通過多個維度的認知，形成感知數據的立體化呈現。多維認知方法可以在終端稀疏感知下，準確精選出優質數據。”俞嘉地介紹。

俞嘉地并未唯獎項論，他認為獲獎是對所做工作的一個肯定，但是同時他也看到很多不足。在他看來，其實每個工作，都有其意義和價值。

“基于音頻信號的車輛駕駛行為傳感研究”是俞嘉地承擔的國家自然科學基金面上項目。將基于智能終端的感知技術與交通系統相結合，通過項目攻關，俞嘉地意在打造安全、快速和便捷的智能化交通系統。

在智能交通系統中，感知車輛駕駛行為是備受關注的問題之一，是構架智能交通系統的應用基礎與關鍵技術。由于聲波信號穿透性強、感知范圍大、能耗低等特點，智能終端聲源裝置為實現車輛駕駛行為的感知任務帶來了新的技術支持。項目針對感知技術的兩個核心問題——行為識別和軌跡追蹤，深入研究基于聲波信號的車輛駕駛行為感知技術。創新之處在于，項目提出了面向復雜交通環境的運動行為識別與軌跡追蹤技術方案；設計了駕駛員駕駛行為、駕駛員健康生命體征和車輛行駛狀態的監控技術，率先打破了基于視覺的監控方法，保護了用戶的隱私，并且適應各種環境。

為彌補當前廣泛部署的基于人體生理特征的身份認證技術存在的欠缺，俞嘉地也開展了相應的攻關。據他介紹，針對智能物聯網對數據、應用與服務的高安全性需求，用戶身份認證已成為其不可或缺的安全保障。但指紋、面部識別和聲紋等都容易受到竊取和易受環境影響，通常僅提供一次性登錄認證服務，無法為復雜智能物聯網環境提供可靠與連續的安全保障。

在俞嘉地負責的國家自然科學基金面上項目“基于毫米波信號感知人體行為特征的身份認證”中，針對智能物聯網對用戶身份認證的實際需求，俞嘉地提出面向復雜智能物聯網環境的基于毫米波信號感知人體行為特征的身份認證技術方案，重點解決基于人體行為特征的身份認證、中細粒度個體行為特異性提取、多樣化行為下個體固有生理特異性挖掘、跨環境與多人復雜場景身份認證4個核心與難點問題。

不同于傳統思路將人體與生俱來的生理特征作為身份認證的基礎，俞嘉地帶領團隊從人體復雜感官系統辨別個體特征的智能機理獲得啟發，獨辟蹊徑地將基于生理特征的身份認證拓展到基于人體行為特征的認證。項目面向真實智能物聯網隱私安全保護的需求，以人體行為特征作為認證基礎，通過在智能物聯網環境中部署低成本的毫米波裝置實現人體行為特征感知，結合人工智能和機器學習技術，賦予智能物聯網基礎設施身份認證的能力，有望突破現有面向穩定環境和單一場景的一次性認證系統框架的局限，建立復雜環境下人體行為特征感知及基于其的非侵入式連續身份認證理論與方法，引領形成新型的真實場景身份認證研究范式。

雖然身在“象牙塔”，工作以科研為重，但俞嘉地亦有著實干家的夢想，他希望自己的研究成果能夠真正落地，更希望為人服務的理念能盡快變為現實。在美國讀博士后研究時，通過與導師Yingying"Chen教授的聊天，俞嘉地只是感覺所做研究很有意思，而且未來可能會有越來越廣闊的發展空間。隨著人工智能技術的發展，十余年來俞嘉地的研究也走向深入，而且所做工作也越來越受到工業界的歡迎。經常有工業界的朋友找到他，希望通過合作能做一些事情。興趣所致，一直非常重視產學研合作的俞嘉地，也先后開啟了與評駕科技、螞蟻集團、OPPO、華為等公司的合作歷程。

與評駕科技合作，俞嘉地主要負責數據模型的指導和技術團隊的構建工作，積極推動評駕科技核心算法的迭代升級，針對復雜數據分析、駕駛行為分析、駕駛數據模型、個性化車險定價等方面進行深層次的探索，規劃具有戰略意義的智能手機方案，將核心算法充分產品化，最終實現車聯網保險的可持續發展。他們還合作開發了“評駕”APP駕駛行為分析應用軟件，這一軟件能實時地感知車輛行駛狀態與駕駛員的駕駛行為狀態，并基于用戶的駕駛行為對駕駛員進行數據評估。目前，此套軟件已安裝在沃爾沃、長安汽車、北汽等數十種車型中，并被用于十幾家保險公司對其客戶的駕駛行為進行分析。此類駕駛行為數據分析平臺，具有海量數據處理能力、深度數據分析挖掘能力，能夠實現平臺全數據可視化展示、源數據清洗建模與分析、自動生成用戶畫像、提供BI工具分析報告、精準用戶分析與營銷等功能。目前已為保險、汽車租賃、主機廠經銷商等行業提供有效的數據支撐，累計個人用戶達到千萬級。

與螞蟻科技集團股份有限公司進行產學研合作，俞嘉地同他們一道將無線感知身份認證技術與自動售貨機的刷臉支付場景相結合，開發并落地了“自動售貨機支付認證系統”，通過在自動售貨機上安裝輕量級、低成本的mmWave傳感器，實現非侵入式的活體檢測，為支付提供安全有效的身份認證服務。目前，相關產品已在支付寶大廈、螞蟻Z空間、螞蟻A空間等廣泛部署并進行了內部測試。在無線感知技術與視覺人臉識別技術的融合判別下，產品對3D頭模攻擊的抵御達到了99.8%。

除與工業界開展廣泛的合作，俞嘉地還與醫學界建立了緊密的合作關系。與上海交通大學醫學院附屬新華醫院合作，他們致力于建立能共享兒童遺傳病信息的云平臺，通過智能提取遺傳病的相關特征，為醫生做出診斷提供輔助支持。

看到越來越多的成果落地，俞嘉地心中滿是欣慰和喜悅，因為這證明他做的東西是有用的，是能夠真正服務于大家的。

在挑戰中把握機遇

為用戶創造價值，是俞嘉地的科研目標；作為師者，在教書育人上，他亦有自己的目標，就是希望學生能自由成長，到更廣闊的空間去翱翔。

帶學生，一個很重要的工作就是根據學生的特點，給他們未來擇業提供指導。有的學生，工程方面比較強，俞嘉地會建議他們讀碩士，將來做一個好的工程師；有的學生，有志于從事科研，就建議他們讀博士，將來不管是在高校還是在大公司做研究，都可以對前沿技術進行探索。

俞嘉地非常注重學生科研興趣的培養，也注重培養學生的動手能力和獨立思考能力。他鼓勵學生做各種實驗，從實驗中發現問題，而不是由自己設定題目，把學生的思維限制在一個固定的模式中。“我希望學生來挑戰我，因為老師不一定全是對的，學生也不一定全是錯的，大家都來做，最后看結果。我喜歡這樣與學生互動。”俞嘉地說。

為開闊學生的眼界，俞嘉地很支持他們去參加各種學術會議，并送他們到國外的知名實驗室去鍛煉，了解世界前沿技術同時也為實驗室注入了新鮮的血液。

現在，俞嘉地的很多學生對科研都有著濃厚興趣，很多學生畢業后依然留在高校從事科研工作，也不乏到浙江大學、東南大學等知名高校任教的。

俞嘉地支持學生有各種各樣的興趣愛好，他自己的生活就常常伴隨著各種看似與科研無關的活動。在他看來，熱愛科研不一定要做“7天24小時”的“實驗鼠”。他喜歡旅行，尤其喜歡觀摩古建筑，這個愛好為他論文的寫作帶來了很多益處，古建筑帶給他美的感受的同時，更讓他懂得了如何構建整個論文的結構，如何畫出賞心悅目的系統結構圖。

俞嘉地也喜歡打游戲、看電影。這些愛好雖然占用了他很多時間，但也為他做科研帶來了許多靈感。“操控游戲時，我會想如果能擺脫手柄的約束將會更加方便，于是我開始了基于無線信號感知人體細粒度行為的研究。游戲玩到一半有事離開，我會想別人進入我的系統把我之前玩的成果毀了怎么辦？于是我又進一步開始研究感知人體行為特征的用戶認證方法。另外，如果玩得過于激動，我會想身體會不會出事？是不是應該實時地監控一下生命體征。但是穿戴設備不夠友好，于是我便開始研究在運動狀態下的非侵入式人體生命體征的感知。而這些工作也可以擴展到我們生活的方方面面，例如：運動、健身、獨居養老等。”

帶著這些靈感，堅持對科研的初心，俞嘉地對未來即將要開展的工作充滿期待。

目前，隨著新一代網絡通信技術的發展，社會正逐漸步入5G通信時代；同時，各類人工智能算法不斷從理論變為應用，智能物聯網設備不斷更新換代。這些技術的發展趨勢讓俞嘉地堅信，智能物聯網感知技術在未來很長的時間內將會繼續蓬勃發展。但不可否認智能物聯網感知技術在發展中，也會面臨諸多挑戰。首先，物聯網感知信號通常是為通信設計而非為感知設計，因此在物聯網感知信號中提取有效的感知信息是其中的一大技術難點；其次，在實際應用中，背景環境、應用場景、用戶狀態等情況都非常復雜、隨機和多樣，智能物聯網感知的質量和魯棒性難以得到保證；最后，伴隨著更多復雜的感知任務出現，在低計算力的物聯網終端中如何實現高效、即時的感知計算更是智能物聯網感知能否落地的關鍵。

面對這些現實挑戰，俞嘉地認為智能物聯網感知技術的發展將朝著“感知定制化”“場景獨立化”“計算高效化”發展。而“感知定制化”意味著，隨著智能感知場景的廣泛出現，智能物聯網設備將會逐步為感知任務定制感知信號，以此通過定制的感知信號實現更有效的感知信息提取；“場景獨立化”意味著面向越來越復雜的背景環境、應用場景、用戶狀態等影響，智能物聯網感知技術將會朝著復雜場景獨立的感知計算發展，實現復雜場景下魯棒的感知與計算能力；“計算高效化”則意味著，針對更廣泛的各類物聯網終端設備，計算將朝著云-邊協同計算解決方案發展，提供更多的算力，實現高效、即時的感知計算。

為應對這些挑戰，針對智能物聯網環境中各類廣泛應用的無線信號，俞嘉地已開始研究基于多種用戶行為的行為識別重構與身份認證算法。利用聲波信號、無線Wi-Fi信號、振動信號、毫米波信號以及RFID信號等，研究人體唇讀、步態、手勢、觸摸、面部運動等行為中的個體特征提取算法，以此實現在實際場景中的行為重構與身份認證。目前，在利用毫米波信號實現細粒度人體姿態重建、利用聲波信號進行基于唇讀的身份認證、利用振動信號進行基于觸摸的身份認證，以及利用Wi-Fi信號進行基于手勢的身份認證上，他已取得了階段性的成果。這些研究成果為一些智能化場景提供了理論與實際的解決方案，例如，相比于目前廣泛使用的深度攝像頭解決方案，基于毫米波信號的細粒度人體姿態重建能夠實現無隱私擔憂的體感游戲體驗；在智能家庭中，利用Wi-Fi信號進行基于手勢的身份認證能夠為定制化服務提供身份依據，使得用戶在日常行為動作中即可被動地獲得身份授權。這些不斷拓展的應用場景激勵著俞嘉地為提供更多的智能物聯網感知解決方案做著不懈努力。在未來，他將進一步研究在各種復雜環境與用戶狀態下的細粒度行為重構與身份認證技術，推動基于智能物聯網無線感知的識別與認證方法在現實中的廣泛部署與應用。

隨著場景的不斷拓展，技術的不斷完善，俞嘉地相信智能物聯網感知技術終有一天會步入千家萬戶，為智慧家庭、智慧城市，乃至智慧國家的實現提供強有力的助力。

（責編：李莉）