【中国科学报】中国科学院院士管晓宏：杰青项目赋能 复杂“交响乐”有了“指挥棒”

更新时间：2024-08-31 04:44  浏览量：32

中国科学院院士、西安交通大学电子与信息学部主任管晓宏是我国著名系统工程学家。20世纪70年代，管晓宏曾是文工团乐队的笛手，同行和学生中流传着这样一句话——“不会吹长笛的教授不是好院士”。

从能源电力系统优化到网络安全，管晓宏数十年如一日，瞄准国家重大需求和重点领域，勇攀科学高峰。如同交响乐团中不可或缺的指挥，他运用数学模型与优化算法这根“指挥棒”，精准调控着复杂系统的每一个“音符”，让看似杂乱无章的数据在算法的引导下演绎出和谐美妙的旋律。

1997年，管晓宏获得国家杰出青年科学基金项目（以下简称杰青项目）资助。“杰青项目当时认可了我的研究方向的重大意义，为我沿着这条路继续从事科研建立了十足的信心。”管晓宏告诉《中国科学报》。

迎难而上 延续创新

1997年，管晓宏提交了杰青项目申请书。他在美国康涅狄格大学读博期间，在与美国东北电力公司的合作项目中，提出并实现了创新的电力调度决策优化方法，置换了软件的关键部分，这项工作被合作企业称赞为“置换原有程序的心脏”。

“我们发现原有软件的功能还处于初级阶段。”管晓宏说，“通过建立先进的数学模型，引入最优化算法，我们在考虑复杂外部因素的同时，实现了对电力系统资源的优化调度。”

最终，这一创新方案将原本耗时一周的人工加计算机辅助决策周期缩短至一分钟内，显著降低了系统运行成本并极大提高了效率。

杰青项目申请中，管晓宏计划延续此前的创新工作，继续在电力系统优化方面开展深入研究。这一次，他的视野聚焦于中国，特别是西北地区复杂多样的电力网络。

西北电网涵盖水电、火电等多种电源类型以及各类负载，其规模之大、结构之复杂在当时全球范围内位居前列。

在管晓宏看来，当时尽管风电和光伏发电尚未形成规模，但西北地区电力系统的协调优化已面临严峻挑战，尤其是黄河流域的水火电协调优化调度，复杂度远超美国同类系统。

“解决这个问题是国家重大需求，对我国国民经济发展有着重大意义。”管晓宏表示。

经过严格评审，管晓宏顺利获得杰青项目资助。在杰青项目资助下，他带领团队迎难而上，综合考虑各种电源特性和负载需求，力求在保障稳定供电的同时，实现电力系统资源的高效利用和成本的有效控制。

最终，通过不懈努力，他们提出的电力系统优化调度理论和方法在复杂性与创新性方面达到了世界一流水平。

令管晓宏感到欣慰的是，这项成果不仅解决了西北地区电力系统面临的难题，也为我国能源行业的可持续发展开辟了新路径。

如今，回顾杰青项目的研究成果，管晓宏认为，这项研究与当前倡导发展绿色生产力的理念不谋而合，尤其在实现“双碳”目标方面，其价值越发凸显。

“面向未来，随着原有问题的解决，应当把重点转向如何有效整合可再生能源，以及应对储能技术突破等高度不确定的挑战上。”为此，他提出了“氢赋能零碳智慧能源系统”，并担任国家自然科学基金重大项目“含氢多能源供需系统协同运行的基础理论与关键技术”负责人。

2022年7月，他带领团队在陕西榆林建成了世界领先的氢赋能零碳智慧能源站并投入使用，实现了零碳和经济性的双示范。

见证与书写历史

回忆起20多年前申请杰青项目的点滴，管晓宏至今仍记忆犹新。彼时，距离他从美国当时最大的电力公司太平洋燃气与电力公司辞职回国工作刚刚两年。

“当时杰青项目启动不久，我刚回国，对项目的相关事宜不了解。”管晓宏回忆说，“我对答辩一无所知，对答辩的要求、流程、重点完全没有把握。”

一个小插曲是，1997年夏天，正在国外参加学术会议的管晓宏突然接到答辩的通知。他迅速行动，马上订票，直飞北京，又马不停蹄地转机前往兰州。答辩结束后，他从兰州返回西安的途中，经历了一个特别的历史时刻——乘坐我国最后一班由“图-154”客机执飞的航班，见证了我国航空史的重要时刻。

他记得，答辩现场没有如今的电脑PPT演示，演讲材料都印刷在透明胶片上，需要通过投影仪逐页投射在屏幕上。就在这样的答辩条件下，管晓宏书写了自己科研生涯中的一段重要历史。

答辩中，由我国著名系统科学家于景元等组成的评审专家组对管晓宏的研究工作给予了高度评价，认为他的研究植根于国内的实际应用场景，其复杂性甚至超过国外案例，保证了未来产出的创新性和实用性。

“这些此前出现在教科书中的专家的认可，不仅是对我个人工作的肯定，还是对我未来科研方向的支持。”管晓宏表示，“这坚定了我在国家自然科学基金资助下开展更深层次研究的决心。”

艺术启迪科学人生

作为一位科学家，管晓宏深受艺术的影响。少年时期，他只上了四年小学和一年半小学附设的初中班。

在没有任何家人从事艺术工作的情况下，管晓宏不知道从哪里获得了“艺术细胞”，找家里要了几块钱买了竹笛，学吹笛子且无师自通，进步还很快。

就这样，不满15岁的管晓宏，有幸以笛手身份由临时工转正成为工厂的正式职工，后来当了木工、钳工、车工，其间自学了初中和高中的数理化全部课程，最终在1977年恢复高考时脱颖而出，被清华大学录取。

“我感谢音乐，第一次改变了我的命运；1977年恢复高考，则彻底改变了我的人生。”他曾在接受媒体采访时表示。

管晓宏善于反向思考，这一思维方式不仅助力他解决科学研究中的困难与挑战，也为探寻艺术与科学的交叉结合提供了新机遇。真正以科研为职业后，他依然坚持以艺术启迪科学。

管晓宏团队发现，音乐旋律的统计特性与自然界现象和工程系统呈现相同的“幂律分布”。这促使他们深入探讨音乐旋律的数学本质以及作曲家在创作时无意识追求的模式。在总结出音乐作曲理论中的3个数学特征后，他们构建了一个新的数学模型，推导出音乐旋律的幂律。

基于上述研究，他们正在承担国家自然科学基金委员会交叉科学部专项项目“音乐智能量化和脑科学认知研究”，期待在音乐人工智能领域取得创新成果。

近年来，管晓宏致力于通过教学实践，让学生在科学探索中融入艺术思维，从而推动创新人才培养，为社会进步贡献力量。

原文刊登于2024-08-27《中国科学报》 第4版 自然科学基金

报道链接：https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2024/8/380947.shtm

文字：中国科学报 甘晓； 国家自然科学基金委员会科学传播与成果转化中心 杨曦

责任编辑：崔可嘉

值班编辑：朱佳一