来源:复旦大学微信公众号 发布时间:2023/10/21 17:03:04
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复旦林燕丹获世界工程组织联合会工程领域杰出女性奖

 

图片今天(10月21日),世界工程组织联合会(World Federation of Engineering Organizations,下文简称:WFEO)官网正式官宣复旦大学信息科学与工程学院教授林燕丹获得2023年WFEO工程领域杰出女性奖。

 

因在光环境人因工程学理论的成就和在飞机、列车和汽车领域的贡献,林燕丹成为全球第五位该奖项的获奖者,也是首位中国获奖女性。这也是复旦在工程领域的一大突破。

WFEO成立于1968年,是在联合国教科文组织的倡议和支持下成立的世界上最大的非政府工程组织。每年WFEO在全球评出1名女性,表彰其在工程领域做出的重要贡献。2018年,第一位获奖者是82岁高龄的西班牙核电站建设开创者玛利亚·特蕾莎(Maria-Teresa)。日前,中国上海成功获得2025年WFEO全体大会主办权。

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C919大型客机、中车背后的“复旦光”

接受学校融媒体中心记者采访时,林燕丹刚结束一个近三小时的会议。永远在忙,是身边人对她的评价。而她,也很享受这种忙的状态。“我在做我热爱的事情”,林燕丹笑着说。

1995年,林燕丹考入复旦大学光源与照明工程系,随后,硕博连读。期间,她获得德国学术交流中心奖学金,作为中德联合培养博士,赴德国达姆斯塔特技术大学电气信息工程学院照明技术研究所学习。2005年,博士毕业的她,放弃国外诸多选择,回到复旦任职。

刚入学时,林燕丹对电光源专业不甚了解,真正学了这个专业之后,她就再没离开这个领域。转眼,那个刚考入复旦大学电光源专业“完全不知道这是干嘛”的潮汕女孩,成为坚守在光健康领域一线20多年的领军者。

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林燕丹随中国商飞研究团队到南航飞行员训练中心考察模型机

2022年,国产C919大型客机完成全部适航审定工作后,获中国民用航空局颁发的型号合格证。这标志着我国具备自主研制世界一流大型客机能力。这架国产大飞机的背后有“复旦光”的照亮。

 

此时,距离林燕丹承担大飞机照明系统相关课题研发的任务已过去14年。

 

2008年至2013年期间,林燕丹作为课题负责人承担“大客飞机客舱情景照明机理研究”、“大客飞机驾驶舱照明人机工效研究”等重大专项,探索大客飞机基于人机工效的驾驶舱安全照明与基于乘客舒适的情景照明。

 

在此之前,没有单独针对中国飞行员操作和驾驶特点的大型客机的光学视效指标和设计体系,而国际上已有的资料是秘而不宣的科技专利。如何在国人自主研发的大飞机上,建立一套能让以中国人群为主的乘客达到最舒适状态的照明系统,通过科研工作为创新赋能,一切从零开始。

 

光对人类健康,如睡眠、视觉、感受、情绪,有直接影响。因此,照明学科的研究涉及多交叉学科,需要全方位把光分解到光谱、光强、光的刺激时间、时段等等,通过对光不同维度的整合,了解光对人的行为表现和生物效应的影响规律,借助这一规律调整设备和环境形成的光环境,满足不同人群的需求,定义光照标准,使人们在更安全、更健康、更高效的环境中开展工作。

 

这涉及到复杂的“人-机-光环境”的人因系统。要想厘清其中的关系,就要回归科研的思维,找到问题的机理,从根本上解决工程问题。林燕丹称其为光环境的人因工程学。“这是一个细分领域,需要心理学、计算机、光学与工程设计等诸多学科交叉开展研究,对战略新兴产业来说是必需的。”

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林燕丹在飞行实验中与时任南航总飞行师江平(右一)等飞行员的合影

从起飞、穿云层、平飞到降落、着陆,从短途飞行到长途飞行、从早班飞行到夜班飞行、从多云天气到晴朗天气,“不同条件下视觉经历的挑战是不一样的,甚至同一时段,从南飞到北和从北飞到南,光环境都不一样。”要想了解飞行员在不同飞行阶段对光照的需求,就需要科研工作者全程跟飞跟踪测量。

2008-2010年期间,林燕丹独自背着十几斤的信息采集设备,到各型号和不同航路的飞机跟飞考察、现场测试,完整记录飞行员在不同情况下飞行周期的反应。“当时不舍得吃饭,不舍得睡觉,顶着时差,那种感觉,我记忆犹新。”

“但我很高兴的是,从一无所知到逐渐摸出门道,再到将项目全部完成,我们对客机客舱、驾驶舱的照明采用‘中国创造’的人性化情景照明设计,为给乘客和机组人员提供安全舒适飞行环境提供了科学的理论依据。”

2013年,中国中车股份有限公司(下文简称:中国中车)找到林燕丹,希望可以研究出轨道交通驾驶室内照明的光学参数标准,解决驾驶过程的光污染隐患,而这也是长期被垄断的技术,“我们只能从工程上大概了解别人是怎么设置,但内在机理还是不清楚。”

林燕丹带领团队研究不舒适眩光数学模型;建立高动态显示调光模型及复杂应用场景下基于视觉安全的多目标优化算法,为飞机和列车等复杂场景提供视觉光环境,保障行驶安全。

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光学实验室里开展实验讨论

最终成果应用在中国中车出口的美国波士顿橙线地铁、美国波士顿红线地铁、以色列特拉维夫红线有轨电车以及美国洛杉矶地铁等多个型号出口列车重点舱室的研发和生产中。通过保障光的安全、健康和舒适,调节长期人工光环境服役人员的视觉安全、情绪和心理健康。

 

承担973重点基础研究发展计划课题,针对环境工效综合影响因素及机理展开全面的研究;针对民机型号特征,形成规范的基于人因工程研究的民机机内照明综合评估规范和验证标准;定义改善情绪障碍的光照方案并形成专利,为调节飞行过程中的情绪提供新的光疗思路和理论依据;研究雷暴恶劣天气下提高可视度的驾驶舱雷暴灯设置模式……

 

在飞机、列车和汽车等重要的支柱制造业领域,林燕丹带领团队常年攻克光领域的基础科学问题,解决驾乘光安全、光健康的共性机理问题,攻坚影响安全驾驶的关键技术,受到WFEO工程领域青睐。

 

她进一步深入研究光照与人体节律的关系,通过量化预测光照时间点和光照积累量对人体节律相位迁移的影响,指导光健康环境的设计与评价。

谈及未来,林燕丹笑着说:

“我希望在光对人体功能影响的深入内涵上,基于光的人因工程学和交叉学科的研究,把复旦照明继续发扬光大,保持全球领先,焕发学科新的生命力”。

02

用科研思维来解决工程问题,培养学生科研创新思维

基于长年研究实验,林燕丹形成光环境人因工程学的基础方法论及光健康评估的综合体系,应用于民用飞机和多个型号出口列车重点舱室的研发和生产中。同时,她将基础研究的方法论,应用到学生培养中,让学生也掌握方法。

 

“我不是一个会直接给学生答案的老师,我更愿意教会学生科研的方法论,培养他们的思考能力。”谈起自己对学生的培养,林燕丹这样说。

图片回想起自己博士期间第一篇工程应用类论文被拒稿,已毕业博士周莉感慨:“这篇论文不管从研究方法、实验设置和结果分析等方面,都更像一篇工程报告。”跟随林燕丹读博前,周莉学习的是光学工程,一个和博士期间主攻的人因工程学在研究方法和评估体系上完全不同的方向。这种思维惯性上的差异,让周莉在一开始很抵触做基础研究。“林老师很清楚且理解我的思维困境,给予我试错机会,安慰我拒稿是接收的重要环节”。

 

期间,每当周莉告诉林燕丹自己在做了多少次光学仿真、得到了某个数据时,林燕丹会告诉周莉,“做光学仿真的目的,是要掌握光学的规律和机理。从科研的角度解决工程问题,才能从根本上解决工程问题,才能凸显出复旦大学综合性研究型大学的优势。如果以工程方法解决工程问题,那可能还不如一个专业的设计公司。”

在林燕丹看来,

用新工科的方法、用科学的方法来解决工程问题,才能从根本上解决制造业的创新和核心问题。她坚持用复旦所长的理科、科研思维来解决工程问题,在解决工程问题的同时,培养人才培育学生。

在后续相似的座舱应用场景中,林燕丹陪着周莉进一步凝练科学问题、丰富仿真数据,并让她与团队其他学生的算法研究相结合。

 

历时3年,这篇包含了周莉对座舱光污染项目的思考和对诸多类型座舱光环境优化的总结的论文——《基于座舱光环境多目标算法》发表在国际期刊《光学快报》(Optics Express)上。“正是林老师不厌其烦地梳理,从我的角度去剖析,才能让我逐渐建立起科学的科研方法论。”

图片“我们团队不做飘在天上的研究”,复旦大学人类表型组研究院博士后侯丹丹是林燕丹招收的第一个博士生。她的博士课题针对光干预人体节律这一重要问题。

 

“在科研这条路上林老师会给予足够的思考空间,在确保方案充分讨论无误后,尽一切可能给我们提供实验条件和设备平台,并充分参与讨论及时为重要节点赋能。”经历了数不清的一起开会讨论科研机理问题、一起改论文改到半夜的日子,终于,一个可以预测人体节律相移的量化模型发表于《表型组学》(Phenomics),回答了用多少光在什么时间照可以调节人的节律这一问题,让“日出而作,日落而息”中光的作用变得可量化。

“我们可以从光的参数上解析,怎样的剂量和干预方式真正诱导我们睡觉或起床。这种量化模型可直接用于指导倒时差、情绪调节、睡眠障碍调节等医疗干预,相当于把健康照明的概念变成落在实处的干预手段。”

 

“我很高兴看到学生在我的影响下,去商飞、成飞、国家机动车检测中心工作,服务国家重大战略”,林燕丹说。

03

发起国内第一个国际汽车照明领域论坛

2003年,在加利福尼亚圣地亚哥举行的国际照明委员会大会(International Commission on illumination)上,国际照明委员会前副主席艾德·维斯(Ad de Visser)认识了一位来自中国的年轻博士生。同行人告诉他,“不久的将来,你会听到更多关于她的信息。”这位学生就是林燕丹。那时,她是德国达姆施塔特技术大学照明研究所国际汽车照明研讨会支持团队的一员。

 

林燕丹的德国博士生导师汉斯-乔勤·施密特-克劳森(Hans-Joachim Schmidt-Clausen)在1995年创办世界第一个汽车照明论坛——汽车照明学术研讨会(Progress on Automotive Lighting,下文简称:PAL)。随着PAL的推进,德国的汽车工作在照明领域处于领先地位。跟随导师参与论坛组织过程中,林燕丹发现,“大家讨论的议题非常先进”,“当时我国汽车照明技术起码落后15-20年”。

 

“我也要在中国办一个这样的论坛。”2012年,已经归国在复旦工作的林燕丹负责中国照明学会交通照明与光信号委员会的工作。她开始思考,中国是不是也可以创办这样一个论坛,在汽车照明产品的设计、应用、质量检测与标准上提供权威的意见,同时搭建起产学研及供需双方技术的交流合作高端平台。

几个月后,由复旦大学电光源研究所和中国照明学会交通运输照明和光信号专业委员会联合主办第一届中国国际汽车照明论坛(International Forum on Automotive Lighting下文简称:IFAL)正式举行,这也是中国首个国际汽车照明的学术论坛。

图片在产业界视角上发展和推广工程技术,倡导深入科研机理,用科研思维而非工程思维解决工程问题,组织科研单位、汽车和零部件生产企业、检测机构,针对汽车照明和视觉领域的前沿课题进行深入研讨,如今,IFAL迈进第11个年头。

 

十多年来,IFAL经历了中国汽车行业从油车到电车以及照明领域从传统的气体光源到LED光源更新换代的过程。论坛也从最初高校和汽车照明产业的学术科技成果交流会,发展成为与国际接轨的、先进汽车制造产业高端科技创新交流平台。

“从根本上扭转产业界的观念很难。”为引导产业界将自身痛点转变成基础研究的问题,实现从科学机理到技术突破,再到投入产品开发,完成科学应用的正循环过程,林燕丹需要和参加论坛的业界研发团队不停沟通,“要想实现先进制造业的创业、创新,老在经验里‘打架’是不行的”。

对这一需要长期时间投入的整体性工程,林燕丹直言:

“只要有所改变,那就是进步。持续的改变会产生一片土壤,变成一片森林,这关乎我国先进制造业的未来。”

现今,每一年IFAL研讨主题和热点研究课题的发布,为产、学、研各界提供新的、科学的研究方向。今年,以“多传感与智能照明”为主题,IFAL吸引国内外智能传感和控制行业的企业,标准检测、政府管理部门等专家、学者、企业家参加。学界业界共同探讨汽车照明与视觉科技领域的前沿热点话题和创新科研成果。

 

获奖的今天,林燕丹回想起很多年前的一天,在与学院新引进的工科教师交谈时,她深感彼此之间的差距,“当时,我很自卑”。那天过后,她默默给自己定下一个目标:“我要做一位面向工程领域的科学家,做有用的科研,解决实际问题”。

 
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