智慧赋能宁波港 乘风破浪启新程——记宁波诺丁汉大学教授、计算机科学系主任白瑞斌及其科研团队

杜月娇

白瑞斌

2004年，在宁波诺丁汉大学的落成典礼上，习近平总书记寄语：“宁波诺丁汉大学的创建和成立，开创了中国高等教育与国外优质高等教育资源相结合的先河，为中国教育走向世界创造了一种全新的模式。”正是在这片理想的沃土之上，白瑞斌教授和他的研究团队展开了一场科研逐梦之旅。

时间追溯到2007年9月，彼时的白瑞斌刚刚结束长达5年的国外求学、科研之旅，回国到宁波诺丁汉大学计算机科学系任教。当时，深受国内外研究教育洗礼的他，已经在智能计算、组合优化、数据挖掘及建模与仿真研究中积累了丰富的经验，迫切希望能为这些技术的落地应用找到最佳场景。

在21世纪“数字中国”和工业新基建已上升为国家战略的大背景下，白瑞斌敏锐地感知到了人工智能在优化研究领域所蕴含的巨大潜能。因此，他和研究团队决定结合自己之前在这一领域的研究经验，全身心投入研究与开发下一代智能型、自适应决策支持系统。除此之外，毗邻宁波舟山港的地理位置优势，更让他们决心扎根于这片热土，将人工智能服务于宁波港口经济的发展。以此为基点，他们立志将这幅梦想的蓝图勾勒到全国各地并辐射到智能交通、物流运输、调度优化等各个领域，用科学服务于祖国发展大计。

贯穿始终的诺丁汉情缘

西安是白瑞斌梦想的发源地。1999年6月和2002年4月，白瑞斌分别获西北工业大学学士和硕士学位，在这7年的时间里，他徜徉在大学知识的海洋里，孜孜不倦汲取专业知识，更坚定了自己今后从事科研工作的理想与决心。

研究生毕业后，白瑞斌在家人的影响下打算出国留学，接受更加前沿的科研思想。本意想前往美国留学的他，却因为一些原因，没有顺利申请到全额奖学金。如果自费留学的话，费用会十分昂贵，负担不起。恰巧这时，英国两所大学向他抛出了橄榄枝，其中一所就是英国诺丁汉大学。学校提供全额的奖学金，除了每年1万英镑的学费免掉外，还有大概1万多英镑的生活费。在这种情况下，白瑞斌欣然接受了学校的邀请，为此他一直对英国诺丁汉大学心存感激。

长期以来，诺丁汉大学在英国乃至世界范围内都享有美誉。作为一所英国百年名校，诺丁汉大学产生了很多的杰出校友，包括3位诺贝尔奖得主和众多奥运奖牌得主。在这里，白瑞斌接受了更为扎实的研究训练，并受到很多先进科研思想的熏陶，在计算智能、超启发式搜索、调度优化等方面研究中积累了丰富的经验，为他今后回国开展科研工作打下了坚实的基础。

科研探索，报效祖国。如今回国已十四载有余，白瑞斌已经成为宁波诺丁汉大学计算机科学系教授、博士生导师和系主任。扎根于宁波诺丁汉大学这一平台，他的拳拳报国之心得以施展。多年来，白瑞斌团队立足我国的国情，基于之前在人工智能领域打下的坚实基础，不断开拓探索，服务于祖国的社会经济，特别是在智能港口技术与服务创新发展中，一直都有白瑞斌研究团队的身影。

港口数字化转型迫在眉睫

自古以来，港口一直是世界经济发展的关键要素。据不完全统计，世界上90%的发达城市都是沿海城市，主要得益于海上交通是国际贸易的主要运输方式。在宁波乃至全国的海上经济发展中，宁波舟山港所起的作用就不容小觑。

宁波舟山港具有得天独厚的地理位置。其地处我国大陆海岸线中部，南北和长江“T”型结构的交汇点，是中国内地著名的深水良港。作为一个集内河港、河口港和海港于一体的多功能、综合性的现代化深水大港，宁波舟山港向外直接面向东亚及整个环太平洋地区，且已与世界上100多个国家和地区的600多个港口通航。宁波舟山港连续9年货物吞吐量全球第一，2020年集装箱吞吐量全球第三。

宁波舟山港地处长三角地区，而港口经济作为国家发展战略的一部分，一直是长三角建设的重要任务。浙江省的“十四五”规划和2035年远景目标中对宁波港的定位是“四港联动畅通流”，大力推动宁波舟山港建设世界一流强港，打造世界级港口群，建设舟山江海联运服务中心，构建现代化内河航运体系，推进海铁、海河联运。在白瑞斌看来，在现代化的航运背景下，人工智能领域的相关技术与港口经济发展相结合是大势所趋。

在白瑞斌的介绍下，记者了解到：港口是一个多要素集中的封闭场地，涉及人、车、物、船等多重要素，也涉及能耗、维护、运营等多个方面。现如今，规模港口在相关领域仍面临着诸多挑战，尤其是在超大规模码头生产管理、海量大数据应用场景下的码头核心资源（桥吊、堆场、集卡、泊位、集装箱等）优化配置等方面还有待进一步发展和完善，在国家智能制造2025战略、节能减排和淘汰落后产能需求的大背景下，我国港口在降本增效、绿色可持续建设等方面还需要持续加大投入。

“在我看来，未来的港口一定是绿色环保、安全高效的。而要实现这一目标，就必须通过智能化的手段，优化港口的管理，提升服务质量。”白瑞斌说。多年来，他和研究团队成员不断探索前行，在宁波港口的数字化智能化发展中开展大量工作，将人工智能技术深入到了宁波舟山港的经济与生产运输中，开展了一系列实践与探索。

运筹优化与机器学习相结合优化港口服务

经济要发展，国家要强大，交通特别是海运首先要强起来。长期以来，白瑞斌团队的智能化港口运营研究工作，都是基于国家发展的大背景而展开的。“将人工智能的相关技术应用在宁波舟山港的生产运输管理中，不仅能够提升其出口效率，也对港口的安全及管理的增效意义重大。”白瑞斌说。

近年来，随着国家智能制造、智慧城市等战略的实施和推进，研究和应用的焦点逐渐从以单一节点的智能化（如人脸识别、缺陷检测）向系统的综合智能化发展。随着调度优化技术的发展，它在调度及路由（routing）问题上取得了长足进步，这些技术同样适用于海港作业等相关优化场景。白瑞斌团队在实践中，就将运筹优化技术与机器学习技术相结合，让其在港口集装箱运输等实践应用中发挥了极大的功效。

港口业内有句话：“大不大”看吞吐量，“强不强”看集装箱。集装箱码头是水陆联运的枢纽站，是集装箱货物在转换运输方式时的缓冲地，也是货物的交接点，因此，集装箱码头在整个集装箱运输过程中占有重要地位。虽然，集装箱码头作业有显著的结构特点，但是由于船期、出口集箱、进口提箱及装卸作业时间等诸多环节的不确定因素，导致各类集装箱的分配与调度效率不佳。在相关科研方法的启发和国家自然科学基金及省市科研项目的支持下，白瑞斌团队将运筹优化和机器学习优化两种方法进行融合，辅之以自主开发的全场景高精度仿真平台，开发出先进的数、模融合的调度算法，并应用到港口集装箱码头的集卡调度优化中。这一技术能够解决模型计算速度慢和深度学习方法可靠性低等问题，在现场的复杂环境中还能获得比较接近的业务预测，从而制订更好的工作计划，帮助减少堆场安排不合理导致的拥堵，提高集装箱的流转速度，减少无效操作，提高港口的综合吞吐效率，在当今的航运市场中具有良好的竞争力。

实践证明，白瑞斌团队所提出的数、模融合的超启发搜索算法框架，便是解决港口作业优化问题的一个理想选择，并取得了良好成效，能够显著提升作业效率，减少设备闲置，为每个码头带来更高效的作业和更少的设备维护费用。根据他们在2019年的一个研究测算，单独的车辆智能调度优化能够给一个有4个泊位的集装箱码头提高5%的作业效率，减少15%车辆空载里程，全面推广后，每年可节约成本千万元，对提高未来港口的核心竞争力发挥巨大作用。

志在万里，努力打造世界一流的智慧港口、绿色港口的核心技术和软件，一直是白瑞斌科研团队奋斗的目标。“未来，随着港口智能化、现代化的发展，以及宁波舟山港‘世界强港’建设的需求，核心技术和系统的研究是重中之重。除此之外，数字港口建设还具有普适性，可以作为未来智能复杂系统的一个样板工程，在其他领域进行移植，比如交通系统、物流系统、仓储系统等。”白瑞斌说。

加大实验室建设及人才培养

脚踏实地，一步一个脚印，白瑞斌团队一直在开拓一条属于自己团队独一无二的发展道路，并最终形成了机器学习技术和运筹优化相结合的技术特色。“其实这也是英国诺丁汉大学的一个研究特色。英国诺丁汉大学的运筹学及人工智能团队都集中在计算机系，长期以来，宁波诺丁汉大学都与英国诺丁汉大学保持着密切的合作。在相关科研技术的基础上，我们一直在将其付诸实践，希望能够在实际应用中发挥良好的效果。”白瑞斌说。

为了能将技术优势进行积累、升级，更好地服务于宁波舟山港的数字化建设，2021年，白瑞斌和研究团队成员们开始着手于浙江省数字港口技术重点实验室的建设。实验室同步浙江省“十四五”规划和2035年远景规划，针对宁波港“四港流动畅通流”和宁波自贸区“一枢纽、三中心、一示范区”的定位和高质量发展的迫切需求，就港口核心资源的智能感知、港口作业规划与调度优化、港口智能化流程、国际枢纽港供应链服务和供应链金融的核心问题开展研究。

作为实验室的带头人，白瑞斌将和研究团队依托宁波诺丁汉大学在计算机科学、人工智能及运筹管理、信息系统管理、创业营销与系统管理等学科坚实的研究基础和研究实力，着眼于打造基于真实场景数据和智能仿真技术的数字孪生平台，通过智能仿真平台辅助决策，实现港口核心资源的高效一体化闭环运作，为宁波港的数字化、智能化提升提供技术保障。同时以港口供应链技术为核心，研究港口战略，为宁波港的软实力和世界影响力的提升提供智力支持。

白瑞斌（左二）参加专题论坛

人才是实验室发展的动力与源泉。长期以来，宁波诺丁汉大学都有一套独具特色的教学模式。在学生的培养上，他们更加强调培养学生计算机技术与各项软技术相结合。“通过学习，我们希望学生不仅仅是增加了一门专业技能，而是经过90%的课程所包含的各项软性考核，给学生提供一个全方位的发展机会。”白瑞斌说。

除此之外，每项考核课程中都有许多开放性作业，这些作业并不是课程中会100%教到的东西，学生可以通过自主学习和教师指导相结合，找到解决的办法。通过这一寻找答案的过程，激发学生的自我学习能力和自我批判思维。

兼容并包，博采众长。学校中超过一半的教师是国际教师，超过10%的学生是国际学生，全英文的教学模式，以及多元文化碰撞与交流，能让学生们在国际交流中了解另外一种文化思维的相关特色，彼此之间更好地进行交流与学习。

未来，白瑞斌还希望能够在实验室的人才培养上加大投入，吸引更多国际一流的科研人员及海外优秀学者和学生加入实验室队伍中，随后通过2年时间，打造一支理论基础扎实、实践经验丰富、国际化特征明显的高水平研究队伍，使其成为宁波海港智能化建设的中坚力量。

以海而立，向海而兴。如今，位于我国大陆海岸线中部的宁波舟山港建设愈加令人瞩目。在多年的努力下，白瑞斌团队着力打造的“数字港口技术实验室”建设已规模彰显。“今后我们还是希望能够在浙江省以及国家科研项目的支持下，将数字港口技术实验室打造为国际一流的实验室。即使我们不是国内最大的实验室，也希望能够成为国内最有特色的实验室。”谈起未来的愿景，白瑞斌充满期待。