华夏星辰 | 所见及所得 博士后浪漫的执着

来源: 发布时间:2024-04-08点击率:

校友之光,若熠熠星辰,映照芳华;

蓦然回首,仍柔肠百结,永念母校。

忆往昔,青春年少,在华夏朝夕相处同窗苦读。

看今朝,意气风发,于四海奋发向上绽放辉煌。

带你走近璀璨若星辰的华夏校友,

感受深刻在他们骨子里的华夏精神。




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并非每一个博士后都能在孤独的赛道中甘之如饴,而鲁恩顺却怡然自得享受其中。他心无杂念,朝着自己的专业方向不疾不徐地前进。


他爱创新,爱在实践中探索,他懂得那些冰冷机械内在的温度,迸发的力量。12年来,他痴迷于机械和算法的世界,不断刷新技术发现,将自己的个人价值流向一个更精神性、更纯粹、更有智识的空间。


鲁恩顺,武汉华夏理工学院智能制造学院(原机电工程学院)机械设计制造及其自动化专业2013届校友,先后为武汉理工大学机械工程硕士、武汉理工大学机械工程博士,现为武汉理工大学能源与动力工程学院博士后,研究方向为大型机械结构视觉测量方法及装备研制。




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鲁恩顺





关于他的专业,他有一句颇为浪漫的描述:“我站在港口旁,前面是一台尺寸巨大到令人感到逼仄的岸桥,你给我一台相机,我拍下它,回头我就可以给你绘制一张这台岸桥的结构图。”


博士期间,他参与了包括国家重点研发计划在内的多项纵向项目的研究工作。在科研过程中,他和导师将大型机械结构的视觉测量方法作为主要研究方向。在后续的研究工程中,他幸运地找到了一种新的算法,将现有基于民用相机的远距离摄影测量的精度提升了接近一个数量级,实现了测量精度与设备便携性的平衡。


该项科学技术在国内外尚属于行业先行探索,适用于城市高架、高铁、地铁、军工造船等不同应用场景,在工程验证实验中展现出了优秀的测量精度与工程适应性。




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对着我国对外的不断开放和海洋贸易的发展,港口物流货物的不断增多,对港口起重机的要求也越来越高,其安全性评估问题受到越来越多的关注。故港口起重机上相关尺寸数据的测量也成了一项重要工作。






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阳光腼腆的笑容、黑框眼镜、灰色运动卫衣、双肩包,已经“成家立业”的鲁恩顺全身上下还透露着不谙世事的校园青年的气息。


心无杂念,方能至纯。“我其实也确实从未真正离开过校园,一直在美好的喜象牙塔做着自己喜欢做的事。”鲁恩顺推了推眼镜,自足自洽的笑容在冬日的阳光下散发出一种治愈的力量。


“我的读研和读博生活很简单,基本就是宿舍——实验室两点一线,每天看文献,对自己的思路进行总结,并写出小程序进行验证。当有一定成的积淀后,我会为算法设计一些原理验证样机,并到工程现场进行验证。”




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鲁恩顺在武汉理工大学留影




跟大多数理科男一样,鲁恩顺过着平平淡淡略显枯燥的学术生活。


早上7点起床,晚上12点睡觉,偶有忙碌的时候,延迟到凌晨2点。在每天的饭点时刻,他和同学们盘算着去哪个食堂窗口去给调节味蕾。从实验室出来看到漫天的星辰点点,他也会即兴去操场上跑上几圈,体验酣畅淋漓的快感。


跟别的研究不同,他还需要亲自奔赴全国各个港口,针对港口起重机机械进行实验,验证算法的可行性,为工程样机到实际交付成品的设计累积经验和数据。




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做实验--验证--优化--再做实验--再验证,不断地迭代循环,算法研究才会有所突破




“我们先按照测量对象的结构特征与工程应用场景,开发专用算法及实验样机,然后在与合作单位进行理论推演后在实验室进行理论验证,理论验证通过后,我们会进行工程验证实验的设计,并与合作单位讨论通过。”




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港口起重机是鲁恩顺研究的其中一个主要的工程应用场景




鲁恩顺说,这些年,他的足迹踏遍了全国各个港口。


深入一线进行测量不是一件浪漫差事。


有一次去北部湾,那是一个散货码头,在岸边没走几步,鲁恩顺的鞋底就摞起了一层厚厚的的黑炭,里面还裹着玉米粒。整个一天下来,他的一身衣服鞋子几乎“报废”。




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扛着测量设备跋涉各个港口是鲁恩顺的工作日常




还有一次在深圳高架桥现场做实验,鲁恩顺徒手爬上接近二十米的架桥机,当时脚上沾上了润滑油,差点掉下来。




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鲁恩顺在工程现场全副武装亲自勘验




苦累中也不乏趣事。有一次鲁恩顺和团队成员去钦州港做实验,晚上去摊贩那里吃宵夜,两个人起手点了100元的生蚝,结果端上来满满一桌,原来那边的价格是20块10个大生蚝,从未吃过如此美味又价廉的生蚝,两人像捡到了大便宜,兴奋地大快朵颐,最后吃到快吐了。


这些外出做实验的点滴瞬间均消解了他一头扎进算法世界的苦闷感。




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如何确立科研方向,如何创新?是每一位青年科研工作者面临的灵魂拷问。


鲁恩顺认为寻觅科研生长点应立足于现实和时代需求。他归结自己在科研中取得的些微成绩,最主要的一个原因,或许在于工作中愿意尽量多花力气,能够紧跟工程建设的发展需求并预计到需求的所在。


“从事工程技术而非单纯从事理论探索的人,更要紧跟时代的需求。”他将此视为基本原则。


3D视觉测量技术,一直是人工智能发展途径中重要的研究课题之一,人类获取信息的80%以上都来源于视觉,通过双眼对图像信息的捕获能直观的映射在大脑中,从而适应环境变化、改变生存发展。


然而,随着20世纪高科技的飞速发展,人类单靠双眼所获取的信息感知已经远远不能满足现代生活、工业发展的高标准要求。为了更好地认知世界、改造世界,通过视觉技术探知人眼视线范围内不可预知的立体景象,成为现如今炙手可热的技术发展。




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视觉测量,即通过多张照片,测量物体关键点的空间位置,实现定位、模型重建、关键运动参数测量




而工程测量领域是视觉测量研究的一片新蓝海,待测物体结构的特殊性、工作环境的复杂性以及测量需求的专业性都需要对现有方法进行改进。



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尤其是对于港口起重机这种大型机械设备,视觉测量能否保证其精度非常关键




鲁恩顺解释,在进行视觉(摄影)测量时,为了保证测量精度,需要确保摄影基线,即相机间距离的长度。在对大型构件这种尺寸比较大的测量对象进行测量时,由于测量距离也需相应拉远,基线的理想长度可达十米以上,若采用传统POS系统的刚性支架,无疑会大大削弱设备的便携性。而目前为止,绝大多数的视觉测量设备需要在实验室需要对镜头参数进行标定,然后在测量过程中保持定焦拍摄,这显然无法适应工程测量复杂的应用环境。


“你可以简单理解为,需要用一台类似于无人机的摄影测量机器,对一台庞大的工程机械设备进行测量,而目前传统的这种摄影测量机器要么因其自身体型同样庞大无法很好地盘旋在另一个庞然大物周围进行飞行测量,要么其摄影测量的数据不够精准。”


无法使用合适的焦距意味着无法获取这些大型机械设备构建的信息,这在某种程度上成为了城市高架、高铁建设、特种设备测量以及船舶制造开发技术的掣肘。




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如何解决这个痛点,真正为这些大型工程机械设备开发一种适应工程实际需求的测量技术,是鲁恩顺需要突破的目标。




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2016年,鲁恩顺接手了这项研究项目,一直到2019年,贯穿其博士。到博士后期间,他几乎走通了全部的工程摄影流程,包括实验方法、算法等。


算法研究需要链接数学和工程知识,而数学是一种最纯粹的思维形式,在局外人看来,数学需要凭借直觉和灵感,而只有真正的科研人知道,除了这些不可偶得的虚无因素之外,在真理到来之前,艰难且漫长的跋涉必不可少。


鲁恩顺常常在思考中睡去,又在思考中醒来,他就像一个探险者,踏在科学的荒野中,奋力拨开眼前的迷雾。


永不安分的想象和极具耐心的执拗填充了他的三年岁月。




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鲁恩顺将三年实验期间的艰辛历程一笔带过,他不觉得有多偏执热血,也不因为经历了就感到多自豪,而是把这看作一种科研的常态




在经历了异乎寻常的曲折、真知灼见和灵感闪现后,鲁恩顺最终找到了完美的算法,实现了基于测量照片的焦距实施标定,在满足变焦拍摄需求的同时,为测量精度提供了保障。




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基于该算法研究,他研发出了大型构件无控制点高精度视觉测量系统。


对比传统的视觉测量系统,该测量系统的最大的优势是实现了测量精度与设备便携性的平衡。传统系统使用的刚性支架相对位置不能发生变化,鲁恩顺创新性地地将测量系统进行拆分,通过刚性平移原理完成外方位元素的解算,可以让前方相机为后方定位,后方相机为前方定位。


他用一句生动的话来概括:“未来,通过这种‘科技慧眼’,将打通眼前模样与其内部构造秘密接口,所见即所得”。




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视觉测量影像下的港口起重机示意图




为了推进技术成果在实际工程中的应用,鲁恩顺和团队成员进行了积极的探索。


他们与中交二航局合作,在位于深圳市的高架拼接项目当中,进行了基于视觉测量方法的定位试验,该次试验的测量效率与精度,得到了中交二航局技术中心的认可。目前基于试验经验,该项目组已完成了与架桥机结合的测量吊舱设计。


该技术在地铁建设领域的应用前景也得到了证实。


“现阶段的站台限界仪都是接触式的,需要人工在铁轨上进行操作,这对高铁排班以及操作人员的安全都有不利影响。”鲁恩顺说,通过他的视觉测量系统的精度验证,可以完成全自动、非接触式站台限界仪,大大解放人工。




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2020年5月,鲁恩顺作为校方研究团队负责人之一与柳州科路测量仪器有限公司合作开发基于视觉测量的铁路站台界限仪




“比我们便捷性好的,其精度没有我们高,比我们精度优秀的,其便捷性很难达到我们的水平。”鲁恩顺自信地说,这是他独到的技术优势。


谈及该技术的未来,鲁恩顺说,根据该技术所开发的设备还有望打破部分工程测量领域国外设备长期盘踞的卖方市场,在测量研究领域为国家尽自己的一份绵薄之力。


“以瑞典的material光笔测试仪为例,其销售价格高达四十余万元,而我们的设备一旦投入市场,售价仅为十余万元,且有效测量距离更占优势。”


凭借着该技术,鲁恩顺获得四项国家专利,发表2篇SCI论文。




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漂亮的论文,烫金的专利证书,明年博士后即可出站,鲁恩顺在31岁就拥有了别人需要花更多时间才能拥有的闪光标签。




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他却一直谦虚地将其归结为“是自己过于幸运,正好赶在了时代风口上,又正好遇见了给他指点迷津的好导师。”


然而追溯他的成长印记,坚韧、执著、勤奋、有天赋的个性特点很难不与他如今的成绩有着莫大联系。


2009年,鲁恩顺考上华夏,高中时一直物理成绩拔尖的他填志愿时很自然选择了机械设计制造及其自动化专业。他回忆当时还处于一个比较懵懂的状态,对于学业、人生全然没有规划,然而这一切却因为他听了两场讲座而改变。


第一场是华夏杰出校友朱中卫学长关于他奋斗经历的分享,鲁恩顺从他身上看到了华夏的学生通过自身努力,一样可以在科研这条路上取得成就。




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▌华夏杰出校友朱中卫成为了鲁恩顺的精神偶像




第二场是他的专业老师齐洪方的讲座,他为鲁恩顺指明了两条学科竞赛最重要的赛道:挑战杯和机械创新设计大赛。


他到现在还始终记得齐洪方老师的一句话:“基于学校科研条件以及我们个人基础的科研方法论,通过转用创新,最大程度利用网络资源、深度整合学校周边的机加资源,完全可以做出惊艳的参赛作品。”


两场讲座似乎让他在黑夜中凿开一道白光:“我也要向优秀学长朱中卫学习,要在所学的专业领域闯出自己的一片天地!”


他陡然感到浑身涌起一股力量,推动着他在日后的实践中用汗水和勤奋积蓄实力。


大一大二期间,鲁恩顺积极参与学校各类社团活动,有意识地锻炼自己的方案总体策划能力,并针对性地去研究了解学校周边的机加工业态;他加入辩论队,并参加了当时机电工程学院的首冠赛季,培养自己的表达能力与临场心理素质,幻想着这些积攒的经验会在自己日后参加各项竞赛及学术答辩的主讲时派上用场。


就像松鼠为过冬储存足够的食物一样,鲁恩顺在大学四年一直牢牢抓住机会默默为未来储存实力,除了这个坚定的信念外,他对谈恋爱、逛街、吃喝等“大学生式享受”部分保持着克己寡欲的状态。


“向上”的路虽然艰难,但他也幸运地遇到了一些志同道合的朋友。


“聪明的李君、踏实的黄江滔、勤奋的艾宏洋以及多才多艺的张宏翔”,他回忆这些朋友组成了一个他们自称的“日不落”团队,在后续的比赛和考研中,彼此之间形成了很好的互补,对每个成员的自我提升都发挥了巨大的作用。


机械设计制造及其自动化专业重在实践和创新,要想在该专业领域取得漂亮的成绩,历经各种机械设计大赛的淬炼是必需。


鲁恩顺参与比赛的经历是从失败开始的。


大一时,由于对技术难度估计不足,最终没能在期限内完成样机的加工,甚至没取得正式参赛的资格。大二那年,他又参加了挑战杯,结果最为关键的无线通讯模块由于质量问题,在比赛现场烧坏了,最终导致比赛失败,“只拿了一个纪念奖”。他如今回忆起来语气中仍然感到遗憾不已。


一个人只要自己知道去哪里,全世界都会给他让路。


经过无数次试错,无数次暗夜,在齐洪方老师的支持和鼓舞下,鲁恩顺和团队成员最终完成了2012年机械创新设计大赛的作品,超过了当时学校的历史最佳,第一次拿到了湖北省一等奖的成绩,并在当年,又斩获了三维数字化创新大赛的一等奖。


多次比赛失败的魔咒终于被打破。




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鲁恩顺在华夏读书期间连获两届湖北省科技创新奖




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“输了再战,没什么大不了”的信念在他的学业路上也体现得淋漓尽致。


第一次考研以失败结束,他没有丝毫犹豫地选择了二战。


不同于头悬梁锥刺股地备考,他摈弃没有章法的自我感动,首先琢磨起复习的方法论。


他对在大学期间的学习方法进行了总结归纳,独辟蹊径地开发了自己的朗读知识点,进行录音,并将其当作音乐,在闲暇时间重复听,来加强知识点的记忆,提升自己的背记能力与速度。


作为二战考生,他没有通盘再来一遍,而是针对第一次考研失败中的“命门”专业课,进行了系统分解,再将里面的每一个知识点进行理解背诵。


这套独特的复习方法让他在最终的考试中将专业课成绩由第一年的89分提升到了137分,顺利上岸。


“回想起来,这种音乐复习方法可能是我这个理科直男的唯一一点浪漫趣味。”鲁恩顺笑谈到。


此次上岸也让他自此开启了科研的星辰大海。


山河浩瀚,宇宙浪漫,在科研的世界中,时间是永恒的。



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2018年,鲁恩顺赴台参加‘IMETI2018’国际学术会议,返校后为武汉理工大学物流工程学院研究生会举办的“科研竞赛及学术成果发表” 方法交流讲座作论文写作分享




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鲁恩顺正在为2021全国博士后创新创业大赛全国总决赛做准备




谈及未来,鲁恩顺说,在明年博士后出站后,他会遵从自己内心的秩序,继续沿着这条科研路走下去,不希望被科研以外的事而打扰。