重庆师大团队：用数学公式治理城市交通

节假日的重庆，高峰车流像一条条被拉紧的弦。

2025年国庆、中秋假期，一套“应急车道智慧动态管控系统”在凤中立交至华岩立交、赖家桥立交至G93收费站等易堵路段试用，日均引导车辆借道快速通行超3万辆次。原本最拥堵的高峰时段，随着红绿灯节奏悄然变化，车辆有序分流。

这份顺畅的背后，有一群长期与公式、模型、算法打交道的数学人，他们用自身的智慧与汗水，深度参与城市运行。

“我们研发的这套系统已完成功能迭代，能应对大型活动疏导、常态缓堵等场景，让城市交通治理更精准。”重庆国家应用数学中心主任，重庆师范大学数学学科带头人、教授杨新民的话中，藏着团队深耕的初心——让抽象的数学公式，变成服务社会的实用工具。2025年9月，重庆师范大学数学学科的“最优化与控制教师团队”获评全国高校黄大年式教师团队。

团队成员在探讨科研过程中遇到的问题。资料图片

团队成员在调试智能信号设备。资料图片

从跨界入手，用最优化算法破解难题

“大数据与人工智能的核心是什么？”

这是早些年杨新民在参加一次学术交流时的话题。他洞察到核心是最优化问题，数学如果不主动跨界，可能会错失一个时代。随即他提出了“运筹学+人工智能”的跨界研究方向。

这个判断，一开始并非所有人都认同。

“会不会两头都做不成？”

“转型风险太大了！”

…………

“科研不能守着老领域，要紧跟国家需求！”质疑声中，杨新民选择带头“啃硬骨头”。他制订团队学习计划，带着团队每周研讨，到中国科学院、清华大学等单位取经。

然而，失败接踵而至。团队初期尝试将运筹学融入神经网络训练，却因算法缺陷导致模型收敛变慢，实验不得不一次次推倒重来。

为攻克自适应学习率算法瓶颈，团队常常泡在实验室，为参数怎么调争得面红耳赤。最终，杨新民带领大家回到最基本的数学原理，从深夜推演到天明，重新设计出一套参数调节逻辑。上百次实验后，新算法让神经网络训练效率提升40%，成为核心突破。

与此同时，团队又在向量最优化领域建立起局部解与全局解的理论关系，为非凸规划问题提供全新理论框架。这一成果获得了2018年国家自然科学奖二等奖，在西部地方高校中首次摘得该项殊荣。2019年，杨新民还牵头获批国家自然科学基金重大项目，填补了西部地方高校空白。

“想要在专业领域做出成果，需要敢闯敢试，迎难而上，这样才能推动科研实现关键跨越。”杨新民说。

凭借这样的科研态度，团队已在多个领域实现跨越发展：最优化理论与方法团队面向领域内国际前沿重大基础性问题，发表的论文被国内外著名刊物引用超5000次；流形上的几何与分析团队在顶级期刊发表论文60余篇；微分方程与动力系统研究团队相关成果解决了国际难题，被国际数学家大会邀请报告人A.Navas评价为“微分方程领域的重要突破”……

“科学计算是与理论推导和实验验证同等重要的三大科研手段之一，它通过数值模拟和数据分析，为科学研究开辟了全新路径。”重庆师范大学数学科学学院教授李小林说，他正在参与研究一种灵活高效的无网格计算方法，为复杂数学物理方程的求解提供精准可靠的算法支持，将助力破解空气动力学、高速碰撞模拟、复杂流体运动等领域的科学工程难题。

走出象牙塔，把数学写进城市运行的精密脚本

2020年2月，重庆国家应用数学中心成立。“数学必须走出象牙塔，服务现实需要。”杨新民说，想搞好科研，还要应对好实验室之外的考验。于是，之后两年时间里，他带队走访企业200多次，平均每周就要进企业两三回。

在长安汽车，双方反复讨论40多次，才最终凝练出可攻关的问题模型。其中，“复杂条件下自动驾驶实时轨迹优化问题”和“电动汽车动力电池热安全的混沌模型及故障预测”两个问题入选重庆市科学技术局“揭榜挂帅”项目榜单，迈出了从需求到问题再到攻关的关键一步。

这一经历让杨新民体会到，要做好数学的应用，就要真正凝练问题、吃透问题、解决问题，这需要耗费大量的时间和精力，要有一支愿意走出校园、深入企业一线、为推动应用数学落地倾力付出的研究队伍。

杨新民做了一个决定——辞去副校长职务，专职带队。如今，重庆国家应用数学中心已会聚来自海内外高校的博士及博士后全职研究人员27名，拥有专兼职研究人员、硕博研究生及研究助理等超200名，培育8个交叉研究团队，将合作研究拓展至多个关键领域。高性能超快蓝光激光器获得华为实验室连续资助；“大规模复杂电力系统运行可靠性的数学模型与优化算法”破解电网运行难题；信控平台和智能信号机智能交通项目中标总经费超过1亿元；基于多模态AI的肺部疾病智能诊疗系统成功研发。

在交通上，在医院里，在电力系统中，数学正悄然发挥着作用。当前，重庆国家应用数学中心副教授皮家甜正在利用大数据与数学模型，找出交通流变化的玄机，打造具备自主学习、决策、协同能力的交通信号控制智能体，以应用数学与人工智能技术攻坚超大城市交通拥堵治理难题。

“我们自研的区域交通流平衡红绿灯自适应控制系统已落地应用。”皮家甜说，团队将联合企业、交巡警构建“科学研究—技术攻关—中试验证—落地应用”的全链条研究体系，让路口红绿灯变得更智能、群众出行更便捷。

经过团队的持续攻坚，数学从实验室走进了城市治理、产业升级的领域里，融入到现实生活的运转之中。

从解题到解困，让数学嵌进生活的每个角落

“科研不是闭门造车，要在解决真问题中成长。”重庆师范大学2023级博士生张柯对杨新民的这句话记忆深刻。当他第一次跟着杨新民走进长安汽车调研时，工程师抛出的问题很现实——自动驾驶车辆在极端情况下，如何实现更快、更安全的紧急避让？

张柯一度无从下手。

“先别急。”杨新民引导他从“约束最优控制模型”出发，结合强化学习算法，反复推演和修正。经过多次探索，他们最终使车辆紧急避让响应速度提升15%以上。

在距学校300多公里的重庆市黔江区石家镇中心小学的教室里，扑克牌魔法般变成老师解释概率问题的工具；彩色积木的一次次变形，让孩子们听懂了什么叫几何。

这是重庆师范大学数学科学学院教授张文萌组织的数学支教团开设的数学兴趣课堂。在他们的课堂上，概率不再是抽象的数字，空间也不再仅仅停留在课本里。

“我们要让孩子们爱上数学。”多年来，张文萌将研究目光投向数学在基础教育和日常生活中的应用。团队诸多师生走进山区学校，用生动案例拆解复杂数学原理，让枯燥的公式变得鲜活有趣。

在老师的影响下，重庆师范大学硕士研究生魏小琴毕业后没有选择留在城市，而是扎根山区，成为一名基层数学教师。如今，她已成长为当地学校的教学骨干，继续把那副扑克牌和积木背后的数学概念，教给更多孩子。

类似让数学公式“落地”的故事，在团队中不断发生。

在杨新民的带领下，重庆师范大学数学科学学院教授罗萍把思政元素嵌入真实数学应用场景，让课堂围绕“解决什么问题”展开；重庆师范大学数学科学学院教授刘立汉则以一流本科课程为载体，把培养学生解决现实问题的数学能力，作为对接社会复合型人才需求的核心抓手；重庆师范大学数学科学学院教授赵克全以真实工程问题为牵引，将重庆建工领域的智能调度需求转化为可计算、可验证的数学模型，为工程决策提供了可用方案……

“数学支撑科技创新，应用赋能产业发展。”对团队而言，重要的不仅是解出了多少道题，更是让数学真正服务好社会。“未来，团队将持续推动数学应用落地研究与学科交叉融合，在更广泛、更深层次领域服务国家战略以及重庆区域发展需求。”杨新民说。