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十三分之一!这个中心有点牛

新媒体工作室 首都师范大学 2023-11-09




他是谁

——北京国家应用数学中心

中心成立于2020年,是科技部首批支持建设的十三个国家应用数学中心之一,北京国家应用数学中心由首都师范大学牵头,联合北京应用物理与计算数学研究所、中国科学院数学与系统科学研究院以及十余家行业代表性企业、单位共同打造,是应用数学与产业发展交叉融合的国家级科研平台。



他在做什么?

中心围绕数字化建模与算法、大数据分析、大规模科学计算等方向积极组织数学家与企业开展对接,凝练并解决精准医疗、生物医药、工业制造、智慧城市等北京市行业产业发展重大需求中的核心数学问题,突破关键核心技术。同时培养应用数学人才,广泛开展数学的应用交流。



他有哪些过人之处?


优化共建资源配置

中心现有来自共建单位及合作企业的人员48人,包括中科院院士2人,国家高层次人才11人,四青人才7人。共建单位科研平台实现设备协调共享,包括检测成像北京高校工程中心、光场成像与数字几何北京市重点实验室、北京成像理论与技术高精尖创新中心、国家国防科技工业联合应用数学创新中心、科学与工程计算国家重点实验室等。


创新产研联结模式

中心积极探索数学家与企业、产业专家的交流机制,规划了“攻关瓶颈难题”与“孵化前瞻技术”双轨并行的助力企业发展路径,针对不同合作阶段与合作内容,与企业共同建立联合实验室,共同组织孵化型项目。

中心与北京联影研究院共建交叉联合创新实验室

中心与赛诺威盛科技(北京)有限公司

共建智能医学CT成像联合实验室


搭建精干高效团队

中心组建了成像理论与技术、可解释人工智能、建模仿真与优化、大数据分析与数据挖掘四个研究部,利用首都师范大学和共建单位数学及相关交叉学科的建设优势,创建“数学理论探索+计算机仿真实验+大数据价值挖掘软+硬件一体化设计”的科研新范式,使中心各研究团队形成互为牵引、高效协同的有机整体。


立足关键数学问题开展有组织科研

初步形成“双向反馈+多次迭代”的关键数学问题凝练机制。与相关企业围绕实际应用场景,在医学影像后处理、建筑智能设计与评估、公共安全事件预警、工业智能互联等方面构建“工程问题-技术问题-科学问题”剥离与串联的方法,立足应用数学与数据科学研发多领域共性技术和通用平台。

组织承担国家和北京市重大科技项目。近三年,共承担国家重点研发计划项目、国家自然科学基金创新研究群体项目、重大科研仪器研制项目、重点项目等国家和北京市重大科技项目16项 ,如“医学成像中的关键数学问题及其产业应用”“面向医学领域影像数据标准化标注的数学理论与方法研究”等。

国家重点研发计划项目启动暨实施方案论证会

设立开放基金项目。进一步加强基础科学研究,推进数学与工程应用、产业化的对接融通。2022年共接收19个项目申请,涉及心血管病仿真与辅助诊疗系统、肿瘤基因数据库(TCGA)数据挖掘、自供能边缘加速器设计、荧光探针脑成像等。

开展学术研讨。连续主办三届“数学及其交叉学科前沿创新论坛”,围绕数学、统计学及相关交叉学科的前沿热点问题展开交流,吸引了国内外知名大学、科研机构及企业近百位青年学者参加;参与协办“第二届数学促进企业创新发展论坛”;举办多个小型研讨会、120余场学术讲座和学术报告。

数学及其交叉学科前沿创新论坛

第二届数学促进企业创新发展论坛



他取得了哪些成果?

中心在精准医疗、健康服务、工业制造等多个关键领域均取得重要研究进展,创造了良好的经济和社会效益。




代表性成果




可解释人工智能

提出曲面参数化理论,自主研发新一代虚拟肠镜技术,实现定量刻画分析大肠息肉大小,对结直肠癌的早期筛查和治疗具有重要意义。

虚拟肠镜系统软件界面

虚拟肠镜技术


提出基于双曲几何的听骨链形状分析,自主开发听骨链辅助诊断系统。完成软件原型系统开发,已申报3项专利,其中2项已公开。

听骨链辅助诊断系统


提出基于最优传输方法的新冠肺炎住院时长预测模型,实现了一种可解释的长尾数据处理方法。申请发明专利8项,其中授权1项。


成像理论与技术

提出高性能X射线能谱CT重建算法,研发新一代光子计数探测器能谱CT。研发世界首台临床前混合能谱四肢专用骨科CT,在成像的空间分辨率、密度分辨率等性能指标方面均优于所对标的瑞士SCANCO公司的国际著名骨科CT。此外还研制了应用于电子封装系统检测的国际首创的板状物能谱CT。

世界首台临床前混合能谱四肢专用骨科CT

板状物CT


提出在线式高速CT成像理论和技术。凝练工业领域难题中的数学问题——高度病态的欠定反问题求解,解决高速检测的核心问题之一,即如何在满足检测精度需求的成像高空间分辨率基础上,提高成像的时间分辨率,提升成像速度。

研制新能源电池在线检测CT,实现自动测量分析与缺陷识别。


大数据分析与数据挖掘

提出变权重模型平均方法。实现从固定权重到时变权重的重大跨越,相关成果发表在计量经济学顶刊《计量经济学杂志》(Journal of Econometrics)。


完成水稻全基因组数据的统计建模与推断及相关数据分析。中心首次发现并验证了基因COLD11在我国粳稻和籼稻的分化和低温耐受中的作用,为未来通过分子设计育种改良水稻耐冷性提供了一个关键调控基因。

水稻全基因组数据统计建模与推断


建立累计新冠肺炎疫情预测预报中的非线性回归模型,精准预测新冠疫情发展,服务防控工作。


建模仿真与优化

提出随机哈密尔顿偏微分方程保结构算法的系统性构造方法与分析理论,为复杂环境中随机问题的长时间高效数值跟踪与预测提供数学理论支撑。


提出六阶加权本质非震荡格式的子模板重构多项式,实现与国产自主CFD软件内核的接入。


基于薄层假设的泥石流、山体滑坡等地质灾害数值模拟求解器开发与应用。



未来他还要做什么?

未来,北京国家应用数学中心将致力于打造一个枢纽、深耕两极服务、创新产学研三维融合模式,努力成为连接北京高校、科研机构和科创企业开展应用数学和数学应用研究、人才培养、应用交流的枢纽平台,努力完善应用数学学科体系,提升应用数学支撑北京创新发展的源头动力,成为引领应用数学中心建设和发展模式的科技创新高地。


往期回顾

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作者:郭圆圆

编辑:窦玥

责任编辑:窦玥

审核:郭圆圆

部分来源:北京国家应用数学中心


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