“新工科”建設背景下“人工智能+城市交通規劃”研究生教育研究與實踐
——以華僑大學為例

高悅爾

(華僑大學 建筑學院 福建廈門 361000)

0 引言

人工智能(AI)技術自誕生以來，其理論與應用領域得到了飛速發展，已成為信息科學領域最前沿學科之一。經過幾十年的發展，人工智能與城市交通、醫療衛生、商業管理、航空航天等領域的深度融合正在引發新一輪產業革命。智慧城市、智慧醫療、智能家居和智慧物流等概念不斷提出與實現，學科交叉及應用成為目前人工智能領域熱門研究方向，人工智能已成為深刻影響我國未來國際競爭的新興力量。

為應對世界科學技術的變化，支撐國家科技創新發展，教育部2017年開始推行以“新工科”建設為主導的工程教育改革。2018年，教育部正式將人工智能專業列入首批“新工科”研究與實踐項目建設名單，并發布了《高等學校人工智能創新行動計劃》，要求“對照國家和區域產業需求布點人工智能相關專業，加大人工智能領域人才培養力度，推動人工智能領域一級學科建設，形成“人工智能+”復合專業培養新模式，提出要在2020年建設100個 “人工智能+X”特色復合專業；同年，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，認為人工智能是引領未來的戰略性技術，指出要將人工智能教育全面融入到“新工科”建設當中[1]，為我國在人工智能領域實現“彎道超車”做準備。在當前信息技術環境迎來大發展、大變化背景下， “新工科”建設主導下的“人工智能+X”復合培養模式將人工智能技術融入到工科教育當中，使得人才培養模式更加符合經濟社會發展需要，是符合我國新時代高等工程教育發展的重大戰略選擇，也為構筑國際競爭優勢提供了新的機遇[2]。

2019年國務院印發《交通強國建設綱要》，指出將大數據、互聯網、人工智能和區塊鏈等新興科技技術運用到交通行業，推動交通智慧化[3]?！叭斯ぶ悄?智慧交通”理念的提出，為人工智能與復雜交通系統的深度融合指明了未來發展方向。海量的大數據，使人們對于城市交通運行的細節有了更加深入的掌握，但對于城市交通系統運轉方式，對于不斷出現的新的交通形式在城市交通中的影響和作用，還需要在人工智能與交通領域的交叉研究中不斷加深理解。當前國內外針對智慧交通的項目與案例日益增多，國家各部門也在大力推進智慧交通的相關試點工作[4]。在這樣的背景下，“人工智能+城市交通規劃”方向的人才培養也被提上日程。

1 “人工智能+”人才培養的相關探索

在國家推動人工智能相關領域高層次人才培養的號召下，為貫徹落實《國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》，國內許多高校開始改變傳統模式，嘗試構建基礎理論人才與“人工智能+X”復合型人才并重的培養體系，探索基于深度融合的學科建設和人才培養新模式。表1為國內部分開展“人工智能+”復合培養專項的學校及培養目標。

表1 國內部分高?！叭斯ぶ悄?”教學實踐概況

在智慧城市與智能交通領域，同濟大學吳志強院士團隊研發了人工智能城市規劃的九大推演工具，包括城市人口推演、城市用地推演、城市密度推演、產業空間推演、城市資源推演、城市交通推演、空間形象推演、城鎮群落推演、建設時序推演。2017年清華大學成立數據科學研究院交通大數據研究中心，專注跨界融合大數據、機器學習、人工智能技術在交通行業全流程數據科學和數據工程的核心技術創新應用研究；西南交通大學人工智能研究院，以人工智能為切入點，圍繞先進交通和未來交通打造跨學科、跨院系、跨學校的綜合交叉科研平臺和創新團隊，承擔國家重大科技任務，探索“人工智能+X”的人才培養模式，同時積極開展國際學術交流與合作，努力建設成交通與人工智能領域國際合作聯合實驗室。同濟大學智能交通運輸系統(ITS)研究中心未來城市與交通聯合實驗室利用全息感知與人工智能等技術，研究交通病及其治理問題。

在“人工智能+新工科”人才培養方面，國內高校還在積極探索和實踐中。在課程設置上均安排了計算機技術和數學等基礎課程，也有對應的專業化知識課程；由于復合型培養模式剛剛提出，在團隊建設上大多是以高校的計算機學院與對應的工科學院相結合，由來自不同一級學科的教師及其學生組成團隊。培養模式上，復旦大學將人工智能專業學生列入工科試驗班進行招生、分流和管理，為加強產學研融合培養，學生可以參加計算機科學技術學院、大數據學院、工程與應用技術研究院和相關企業開設相關科研、科創項目[6]; 西南交通大學“人工智能+X”博士研究生交叉培養項目分為專業型博士和學術型博士，采用主導師與合作導師制度，導師來自不同的一級學科，同時校外導師具備高級職稱或同等水平。

2 華僑大學“人工智能+城市交通規劃”的實踐探索

在校企合作戰略協議框架下，我校與廈門市交通運輸局共同組建廈門市城市綜合公共交通研究中心，聯合搭建人才培養平臺和項目實踐平臺。從2020年開始，華僑大學結合近些年在廈門市交通領域的相關實踐，以計算機科學與技術學院電子信息專業和建筑學院城鄉規劃專業碩士培養點為試點，共同組建“華僑大學智慧交通研究團隊”，開展“人工智能+城市交通規劃”方向的研究生培養的探索與實踐。

2.1 人才培養模式

傳統城市規劃與交通規劃人才培養模式中往往缺少對學生“信息化素養”的培養與關注。 “信息化素養”本質上是指通過運用信息來進行合理決策的能力。一個有信息化素養的人，可以通過對大量信息資源進行獲取，利用相應的信息技術工具，分析問題進而解決問題，它強調的是利用信息化思維加深對專業領域知識的理解?！叭斯ぶ悄堋睍r代的到來，使得信息化素養具有了更加豐富的內涵，更加成為了新時代人才培養中不可或缺的重要環節。在“人工智能+城市交通規劃”復合型研究生的培養中，不僅要探索信息類課程與規劃類課程優化整合的思路與方法，還必須將信息素養嵌入人才培養的全過程[11]。

“人工智能+城市交通規劃”方向的研究生在招生時，首先要求學生要具有良好的數理基礎和掌握計算機編程的基本技能，以使得跨專業的學生可以更快地適應多學科交叉理論學習與加快對相關技能的掌握。經過多年實踐，該專業的研究生生源主要來自地理科學、交通工程、計算機科學、城鄉規劃等學科，學生的知識體系與專業能力之間具有很大的差別，表現出明顯的多學科共存的特征。因此在制定培養計劃時，“人工智能+城市交通規劃”專業研究生在完成各自學院必修的專業相關課程的同時，為了保證培養過程中研究生知識體系的完整性，鼓勵不同專業背景的學生根據自身需要選修計算機學院和建筑學院開設的相關的課程，例如在本科階段未接觸過城市交通規劃訓練的學生可以選修城鄉規劃系開設的《城市道路與交通規劃》本科課程和《城市交通規劃理論與實踐》研究生課程，而本科期間缺少人工智能或計算機學科相關訓練的同學則鼓勵選修電子信息系開設的《人工智能導論》等本科課程和《大數據與商務智能》《機器學習》等研究生相關課程，從而打破學科之間的壁壘，實現研究生培養的學科交融與創新。

同時，為促進城市交通規劃與人工智能技術在培養過程中的深度融合，我校積極鼓勵團隊研究生參與相關學科競賽，以賽帶學、以賽促教。例如，中心組建學生團隊參加“2020數字中國創新大賽-大數據賽道”，基于端午節假期期間出租車GPS和訂單數據對廈門市道路擁堵情況進行了識別和分析，構建了一套基于出租車GPS的道路多方向維度的擁堵識別智能算法模型，為城市交通管理部門提供了可靠的算法支撐。

2.2 多學科團隊建設

研究生導師隊伍的建設是影響人才培養質量和學科創新的關鍵因素。華僑大學基于城市交通領域學科發展和行業實踐的最新動態，為滿足“人工智能+城市交通規劃”研究生的培養需要，構建了多學科交叉的導師團隊，實行“主導師負責，多元導師聯合培養”的制度。導師團隊的專業背景包括交通工程、計算機科學和城鄉規劃，在職稱結構上，做到教授、副教授、講師結合；在年齡結構上，以具有學術成果和科研熱情的中、青年學者為主?；诙嘣獙焾F隊，在“人工智能+城市交通規劃”研究生培養中可以充分激發不同學科各自的專業優勢，擴大學科之間交融的廣度與深度。

依托于構建的“華僑大學智慧交通研究團隊”，導師共同承接福建省和廈門市重大的交通科研項目。以項目為依托，一方面可以解決單一導師負責制下的研究生知識面狹窄、研究視野和思維不開闊的問題[12]，有效提升研究生的科研創新能力；另一方面，導師團隊可以共享研究生資源與科研成果，構建“人工智能+新工科”視角下多學科聯動的師生互動模式。對團隊中的研究生而言，在多學科交叉的環境中進行學習是知識體系與思維模式重構過程，在幫助他們建立獨立思考和判斷能力的同時，也在形成團隊的自我價值認同，進而加強科研團隊的凝聚力和創新能力。

2.3 在地項目合作

合作項目方面，依托與廈門市交通運輸局和交通研究中心合作，為研究生提供跨專業的項目合作平臺，創造多學科的創新實踐環境。團隊在承接編制《廈門全市域公共交通客流特征》及《廈門市軌道交通及沿線交通客流特征》的過程中，通過對2019年廈門市公交的核心指標及在運軌道線路客流特征進行分析，掌握其運營效益以及發展趨勢，為智能化提升廈門市公交系統服務能力提供了依據。在項目研究中，團隊應用人工智能算法及地理信息系統，智能分析軌道刷卡數據和公交起訖點數據，解決公共交通運營組織問題，為公共交通整體服務質量的評估提供了可行途徑。同時，基于已有經驗，從累計型、換乘型、特殊票制三方面對公共交通優惠方案進行定性分析，利用人工智能技術手段自動計算出累計費用值、累計次數值、階梯優惠折扣程度等要素指標，從優惠間隔、實施層次、選址輔助三方面對換乘優惠政策提出了具體改進建議，承擔了廈門市公共交通換乘政策方案研究課題。

此外，我校還通過與交通科研部門及校外互聯網公司合作，積極改進專業培養方案，讓學生在校期間進行實踐實習，合作部門包括廈門市交通運行監測指揮中心、廈門市交通研究中心、廈門衛星定位有限公司等，主要從事數據處理及分析等崗位。在參加競賽、聯合培養、項目實踐過程中，研究生能夠快速地學習和應用人工智能與城市交通規劃的交叉知識，有效培養了其提出問題、分析問題、解決問題能力，提高了“人工智能+城市交通規劃”研究生的綜合應用水平。

3 實踐探索中存在的問題

3.1 研究生跨學科培養力度仍需提升，人工智能與交通規劃課程融合性不足

在我國，人工智能技術發展還不夠成熟，其應用還不具有廣泛的普適性和通用性，其教授的內容也十分依賴于高校自身的教學框架與辦學定位。其次，人工智能是計算機學科中發展最快，最前沿的學科之一，快變的技術框架與思想往往不能被及時地傳遞給學生，造成高校中的人工智能教學不能緊跟學科發展前沿。由于各學科教學體系的不同，在課程體系整體設計上我校缺乏系統的交叉課程設計。

3.2 數據獲取及交叉人才的短缺，限制了人工智能在高校的實踐教學應用

在信息時代，沒有數據就寸步難行，人工智能得以結合實踐進行教學，離不開大數據的加持。但隨著通訊隱私政策的完善及互聯網巨頭的數據壟斷，許多研究及科研項目都受制于艱難的數據獲取，阻礙了人工智能在高校的實踐教學應用，使理實結合的教育模式變得步履維艱。并且，不同學科的教師要想理解交叉學科團隊中的其他專業，就需要結合自身學習能力，摸著石頭過河，對于這一過程，我校教師經驗尚且不足。

3.3 項目合作過程中存在信息不對稱，缺乏高效跨學科交流發展機制

跨學科合作項目的進行不僅是學科之間的交流，更是跨區域、跨校、跨專業高校師生之間的深度交流[13]，我校在人工智能與城市交通項目合作中，盡管課題組中的教師來自不同學科背景，但非正式的師生關系無法為組內學生的學習實踐提供有效制度保障[14]。并且，由于不同學科領域間存在較大差異，老師在推進交叉項目時，往往只負責各自的學生及各自的專業部分，缺乏跨學科交流動力。

4 培養“人工智能+城市交通規劃”人才的優化路徑

為滿足社會對復合型人才的需要，本研究針對實踐探索中遇到的問題，提出培養“人工智能+城市交通規劃”人才的優化路徑，具體內容分為人才培養模式、學科團隊建設、項目合作及實踐教學反饋機制4個方面展開闡述。

4.1 優化人才培養模式

優化人才培養模式，以建成國內一流人工智能學術平臺為目標，為智能產業注入新動力。首先要對人才評價觀念進行轉變，應當從獎勵型、總結型教學體系轉向診斷型、過程型教學體系?！叭斯ぶ悄?城市交通規劃”涵蓋交通、計算機、地理信息等多個領域，交叉性強，對于學生不容易吸收。一方面需要在課程內容創新，以產業應用實踐和緊跟科技前沿創新為目標，構建人工智能相關的課程體系，鼓勵學生通過跨學科課程教育提高知識體系的全面性。城市規劃專業交通研究方向的學生需要補充學習計算機領域的知識，包括機器學習、強化學習、模式識別等，提高計算編程能力，并且將計算機知識運用到交通與土地利用模型、交通網絡布局研究當中。計算機專業學生需要補充學習城市交通規劃、交通管理與控制、地理信息系統方面的知識，提高解決城市交通規劃問題的實踐能力。

4.2 健全學科團隊建設

研究生的培養離不開科研團隊的建設，在人工智能時代科研團隊需要從師資隊伍建設和團隊交流制度兩方面進行轉型。首先，是師資隊伍能力的轉型。面對人工智能這個新興領域，教師應當跟上時代步伐，教學內容以培養“人工智能+城市交通規劃”人才為目標，研究方向可向人工智能與交通規劃、交通管理、交通仿真等智慧交通的各個方向進行擴展，并且可以整合跨校師資資源，加強校際合作資源共享，促進教學資源充分利用。同時學校需要人才引進，吸納人工智能領域的教學骨干，最終打造多專業協同的復合型教學團隊。其次，是團隊交流制度轉型，完善的制度才能保障團隊順利運轉，轉型的制度需要以培養人工智能型人才為目標，形成導師指導+學術組會+團隊學術報告的合作交流制度，并形成常態性活動。

4.3 深化項目合作水平

結合目前實踐探索經歷，可以總結兩個方面的優化策略：在企業合作層面，通過學科團隊與當地產業界良性互動與深度合作，實現對人工智能領域關鍵問題攻克，以及前沿技術基礎資料共享，面向產業特點將學術成果轉化為實際應用，同時滿足市場和學術需求，從而形成人工智能內涵式發展，并且打造產學研合作新模式。在服務地方政府層面，積極開展科研團隊與政府項目合作，提高政府機構信息化治理水平，拓展合作的深度與廣度。發揮專業優勢應用于合作項目，主動服務地方政府并促進社會經濟發展。

4.4 健全實踐教學反饋機制

“新工科”視角下的“人工智能+城市交通規劃”領域人才培養的主要功能之一，就是更好推動城市交通在新時代的可持續發展。因此，建立一套完善教學效果反饋體系，可以更好地使學校的學科專業結構、人才培養模式與市場和社會對人才的要求相適應。在高校的實踐教學過程中，一方面應該通過教研相長的方式使學生有效吸收學科前沿的專業知識，并通過建立實踐效果反饋平臺及時把握學生的學習成果；另一方面，學習與實踐所得應該幫助學生在就業中建立起明顯的競爭優勢。因此，在未來應從教學、實踐、就業三方面構建多維度結合的效用評價體系，即制定結合教學方法、學習效用、就業反饋等方面的評價準則，從而可以對本?！叭斯ぶ悄?城市交通規劃”的實踐教學作出綜合評價。

5 結語

新一輪科學技術革命中人工智能是需要重點攻克的領域，如今，隨著人工智能技術在各行各業的發展，已經從技術研發階段轉向實踐應用階段，成為經濟增長新動力。然而，目前社會急缺“人工智能+”型人才，國家在教育改革方面明確指示要提高人工智能應用的主體地位，以滿足社會對復合型人才的需求。本文結合華僑大學實踐探索歷程進行分析，總結歸納期間存在的問題，最后從人才培養模式、學科團隊建設、項目合作及實踐教學反饋機制4個層面提出優化路徑，然而本研究對研究生培養質量的量化評估和持續改進機制的討論相對不足，后期可以通過問卷調查等定性定量結合方式，完善研究生培養-反饋的全鏈條。以期促進城市交通學科與人工智能學科的進一步交叉融合，并為“新工科”背景下“人工智能+城市交通規劃”領域高層次人才培養提供有益參考，促進我國由工程教育大國向工程教育強國轉型。