交通工程的思考.docxVIP

来美半年，在最初的兴奋和激动之后，自己感受更多的却是压抑、痛苦、彷徨和失落。两种不同理念的碰撞，对于以前自己无比崇拜和相信的理论的怀疑，应如何选择未来的发展方向，都成了让我在梦中都无法摆脱的问题。其实一直想写点什么，让自己的心能放空出来。懒了这么久，还是终于借一个契机写了出来，也算是对自己之前很长一段时间的思考的总结吧。首先，我一直非常尊重和崇拜在上世纪50年代以Sheffi, Boyce等教授为交通研究做出的贡献。他们在交通数据极度匮乏而现实交通发展需要有一定的理论模型为基础的时代，创造性的用数学模型的方式对交通问题进行了描述，实现了从无到有的革命性的创新。以至于到现在，在交通分配理论中仍然是以50年前的四阶段法为主要的工具。可以说，没有他们的努力，交通研究将一直处于模糊混沌没有方向的阶段。前人做出的贡献为我们对交通发展提供了很好的祭奠，否定前人的努力就等于否定了整个交通近50年的发展。然而我认为，目前交通专业的发展（由于知识面的限制，我只能以公路交通为例）处于了一个变革时期。特别是在2000年以后，ITS的迅速发展，让我们在生活的点点滴滴中，有意无意中已经体会到其强大的力量，而这种科技的进步势必将推动整个交通研究的进一步发展。与此同时，人们也发现了交通问题已经发生了很大的变化。在没有路径信息指导的时候，交通模型用Logit模型来描述人们对于路段长度和行程时间的感知。虽然不准确，但至少逻辑上是可以接受的。但有了实时路径信息以后，人们路径选择的方式方法必然与传统模型不一样了。那么在ITS信息环境下，人们的出行究竟是什么样的呢？可以用什么样的模型来描述呢？再一个，起讫点间的最短路径搜索一直是用Dijkstra算法来实现的。但是交通网络一方面是不确定性网络，另一方面交叉口处是有延误存在的。针对交通网络本质现象，我们应如何搜索最短路径？这样的算法又应该如何描述呢？这样的研究太少，并且没有成为主流。主流的依然是那些经典模型基础上的小修小补，陷入其中而忘记了交通这个本源的事物。目前交通研究发展被无形地分为了两个明显不同的派别：一个是以经典交通理论为基础，在原有理论的基础上发展理论，这类研究可以简单称之为“基于文献的研究”。比如在Logit模型基础上发展的C_Logit，Nest_Logit等很多的模型，比如在Logit模型基础上发展Weibit模型等等，其出发点往往都是别人的研究成果。由于原创一个理论是很不容易的一件事，因此很多人选择了在别人论文研究的基础上进行改进和创新。他们认为这样会有两个优势：一是不用为理论的正确性负主要责任。因为其是基于他人的研究成果而来，如果要否认自己的研究，则必然要否认前人的研究成果，而前人的研究成果是已经发表了的论文，因此要否认前人的研究成果势必会造成一种学术上的攻击，对于他人论文的否定。这在学术界中是不可想象的，学术界讲究百花齐放，却很少有人尖锐的指出别人的研究是错误的。二是在前人研究基础上的研究，他人已经指出了该研究可能的发展方向和潜在的改进内容，较为容易为人掌握和实现。毕竟从0到1很难，但从1到2甚至到3都会相对容易得多。另一个则是以交通工程为基础，在实际的交通项目中，通过交通数据来做一些研究。用实际数据说话，其研究针对具体问题往往是有实际意义和作用的。这类研究我将其称之为“基于项目的研究”。但遗憾的是，这类研究更多的是就项目问题而研究，因为时间、经费和人力等约束，无法有理论上的高度和后续的深度。一旦项目结束，或者有新的项目介入，前面的工作都只能告一段落而开始新的研究，之前研究的后续发展和理论总结往往得不到系统的完善。其实这两种方式各有利弊，但前者似乎更为当前学术界认可。因为第一种方式所需成本小（不需要海量数据的获取，不需要有交通调研和数据分析，只需要在实验室用纸和笔就能写论文，正如某位知名教授说的“我做研究不需要数据”），成果多（论文发表的多），而且档次较高（TR-PART B的论文多是此类论文）。正因为如此，该方式非常适合海外的学者在学校中成为一名教授，因为有一堆论文为基础，有很好的理论研究的能力，可以指导学生写出更多的这样的论文。但我窃以为，这仅仅是为了生存而找到的方式，并非交通发展的真正正确的道路。我一直有这样的一个问题，我希望有一天哪位学者能给我一个定量的数据作为答案：“在过去的30年间，交通的顶级SCI期刊Transportation Research Part B中的论文，有多少为交通专业的发展做出了实质性的贡献，无论是理论上的指导意义，还是实际模型在工程中的应用？”作为交通专业最好的期刊，最有理论意义的期刊，它应该体现着整个交通研究发展的方向，但在其上发表的文章更多的是在数学模型中进行分析，一堆纷繁复杂的数学公式、模型、证明、推导，然后用一个简单之极的算例来描述模型的效果和意义。因此，当前很多知名的交通研究的专家居然都是数学背景，而非真正交通专业背景。从交通现象中提炼出数学模型固然是好，但当研究脱离了交通本质而转向研究模型的时候，是不是有点本末倒置了？或者，当你的问题的来源已经不是实际，而是来源于模型，这样的研究模式是不是更适合理科学生，如数学系的人员研究更为合适？有一种说法认为当前交通科学研究的套路是在工程界和数学界的交界处找到了一个夹缝，很多人就在夹缝中生存。但反观这些研究成果，在工程界中无法应用到实际中，无法解决现实的交通问题，为社会创造价值；在数学界中，其实很多的理论是站不住脚的。在工程师面前谈数学，在数学家面前谈交通，并不是交通研究可以称之为科学的基石，至今还有很多人认为交通是没有科学存在的。我的观点是：从交通实际现象出发，以交通数据为依据，发现和分析交通问题；建立符合交通实际现象的模型，利用数学和计算机为工具，求解分析模型的特性，从理论高度阐述问题的本质；将模型的结果返回到实际交通中去验证并发展，同时可以前瞻性的提供宏观规划的意见和建议。简而言之，即“从交通现实中来，回到交通现实中去”。我们的专业是交通，我们的研究对象是交通问题，而不是数学问题。数学和计算机如同是两根筷子，我们用筷子去吃饭，但我们自身并不需要研究筷子到底有什么特征，需要如何改进。我们关注的是这个筷子是不是能够方便我们夹菜，方便我们吃饭，不会让我们饿死。把数学问题提升到交通科学问题的高度，在一定程度上是本末倒置了。理科性的专业和工程性的专业的最大差异，我认为就在于问题的出发点不同。数学、物理等专业，他们是可以从理论出发，脱离实际，因为他们本身就是研究理论的。哥德巴赫猜想在实际中的意义究竟有多大，我作为工科学生不敢妄言，但其问题的提出其实只是人类思维上的一个火花，一个大胆而又很吸引人的假设。量子物理的提出，对于宇宙未来的探索，很多东西是无法在实际中去获取数据和验证，但很多物理学家通过严谨的假设推理，得出了一系列的重要成果，这也是人类探索未知世界的智慧结晶。但工程学科则不能走此道路。评价工程学科理论是否有意义的唯一标准就是它能不能用于工程并且创造价值。袁隆平先生发明了杂交水稻，但他本身没有论文，没有系统的所谓高深的理论。即使无法在当前功利性的社会中被评选为院士，也没有人能否认他的研究是没有高度没有水平的，因为杂交水稻就是实实在在被发明出来了，并且解决了中国人吃饭的问题。这是工程的胜利，因为他为社会带来了效益。“神七”其涉及到的通信、计算机、航空航天等专业也都是工程学科，它的胜利并不是靠各种理论的发展，论文的堆砌，而是实实在在的克服其研发过程中的一个个实际问题而实现的。它成功升天则表明了所做的一切是有意义的，是正确的。工程的胜利就是看其是否为社会产生价值，让人们切切实实看到感受到，并认可它。实践是检验真理的唯一标准，亘古至今，这个道理被无数专业所认同和接受，但为什么交通专业不能如此发展呢？是交通本该就如此还是社会因素导致人们趋向于找到一种生存之道而非发现交通之“道”呢？我不否认数学理论基础的重要性，但我坚持认为其是交通研究的工具而非对象。以我目前研究的内容为例，通过数据，我们发现了城市间断流条件下行程时间的分布已经不是单一的对数正态分布，而是呈现双峰特征，这与经典理论中对行程时间分布服从正态分布的那些成果大相径庭。那么我们应该如何去研究和分析它呢？恰巧数学里有联合分布这样的工具，可以很好的描述交通中这样的问题，那么我们就可以利用它来对问题进行建模。通过最小二乘法模型，希望我们得到的模型最贴近实际数据，那么我们需要建立一个凸规划的模型。确定模型参数的时候我们必须基于实际交通的本质现象来进行假设，比如对数正态分布中的方差只能取0到1之间，而行程时间的变化必须在最大值和最小值之间。建立模型以后的求解，我们又可以利用Frank-Wolfe算法作为工具来得到问题的解，而在此过程中，我们又需要用单纯形法这个工具求解子线性规划问题。最后，计算得到具体的模型参数以后，我们还需要通过R2检验来分析模型的效果，通过具体数值来分析具体的模型表征的交通意义，分析路段的交通状态、服务水平等，这样就回归到了交通现象之本质，落到了我们需要解决的问题上。我需要了解单纯形法的含义和步骤，但我没有必要去针对单纯形法去做改进，因为这个是数学专业应该做的，而不是交通专业的人应该关注的问题。现在有一种观点认为，现在交通的研究，建立各种各样的模型，实际就是为交通提供各种工具。我并不认同这样的观点。就好比我要修车（求解交通问题），我去工具室去找我需要的工具（各种现有数学模型），我只需要知道千斤顶是用来干嘛的，扳手是用来干嘛的就行了，我不需要自己去设计一个比现在更好用的千斤顶，比现在更顺手的扳手，这个不是我修车的目的所在。就如杨老师一直举的例子，我的目的是用合适的刀去把牛杀死，而不是自己去设计各种各样的刀，而忘记了自己的对象其实是牛而不是刀。当然，基于项目的研究也是存在问题的。当你着眼于一棵具体树木的时候，你就忘记了整片森林。庖丁解牛，目的是解牛，但庖丁最后是从千万次的解牛过程中，掌握了方法，因此对于他而言，就没有了具体的牛，而只有解牛的方法了。这有点类似于佛教中的“诸相无相”的哲理。从实际中来，到实际中去是没有错的，但在其过程中，作为一个博士生，更应该具有抽象概括凝练方法的能力，这也是博士和工程师的一个差异所在。工程师的目标是“解牛”，来多少牛我解多少牛，在其过程中以成本最小化，利益最大化作为标准。但博士则不然，其需要在解牛过程中能够提炼出方法和规律，揭示事物的本质，然后能做到“手中无剑心中有剑”。这我想应该就是交通之“道”吧。道存于天地万物之间，也应当存在于交通研究之中。博士应该有此高度和眼光，我也会以此为目标去不断充实和提高自己。和朋友聊天，偶然说到了金庸先生的笑傲江湖，灵机一动，发觉华山派的剑宗与气宗之争恰恰可以很好的来描述当前的交通界的派系之分。气宗讲究以气御剑，认为内功达到一定高度了就自然御剑无敌了。内功好比数学功底，第一派的人就认为数学功底越强，就能来以内达外，以气即来御剑而击败敌人。然而，剑宗就认为，华山派既然已剑派为名，就当以剑法为主，以气御剑的套路就走邪门了。这很像第二派的观点，认为解决交通问题才是核心。其实，最后的发展也说明，没有内力，令狐冲也只能在招数上胜人，一旦敌人用内地拼斗，他就不敌。但当其内力恢复以后，独孤九剑就基本天下无敌了，就因为有一定内地为基础后，独孤九剑是破解天下所有招数的招数，任何问题都能迎刃而解。放到交通专业来，数学功底是必须的，没有数学功底的研究都是站不住脚，经不起推敲和考研的（好比别人用内功来