导航工程涉及定位、跟踪、通信、控制等多方面技术,主要解决的是“我在哪”、“我去哪”、“怎么去”等问题。近日,湖北之声《专业与职业》栏目就导航工程专业开设背景、专业内涵和建设情况、学生就业方向等方面,专访了武汉理工大学航运学院导航工程专业负责人刘克中教授,以下是访谈内容:

1. 请您介绍下武汉理工大学导航工程专业的基本情况,新专业开设的背景情况如何?

刘克中教授:武汉理工大学是教育部直属全国重点大学,是首批列入国家“211工程”和“双一流”建设高校,是教育部和交通运输部、国家国防科技工业局共建高校,特别是在建材建工、交通、汽车等三大行业具有非常深厚办学背景。武汉理工大学有着以工学为主,70%以上专业为工科专业,构建了多学科相互渗透、协调发展的学科专业体系。

作为一所教育部直属重点大学,学校的专业建设一方面面向社会经济发展对高层次人才的需求,另一方面面向国家重大发展战略,以及推动行业发展、产业科技进步具有革命性、颠覆性的新兴科技领域,对高层次专门人才的重大需求。我们新建的导航工程专业正是属于这样的技术领域。

从当前产业发展的角度来看,导航以及与之相关的位置服务产业已成为继互联网、移动通信之后发展最快的新兴信息产业之一,近年来持续保持较高的增长势头,具有十分巨大的市场前景。2017年我国导航与位置服务产业总体产值达到了2550亿元,较上一年增长了20.4%,预计2020 年中国导航市场规模将达到5000亿元、2030 年核心产业规模将超过2万亿元。

随着产业与技术的迅猛发展,导航与位置服务也在越来越广阔的领域得到应用,从载人航天、“嫦娥”探月工程,到兴建“火神山”医院时使用的快速高精度基础测绘定位,从自驾出行、路况提醒,到找到离你最近的美食,甚至看到快递小哥离你还有几个路口,导航与位置服务已经越来越广泛和深入地走进了人们日常生活,同时,导航技术与大数据、人工智能、物联网等新兴技术的融合,不断创造出一个又一个新奇的技术和领域,为人们的生活带来越来越丰富的应用体验的同时,也正不断地改变我们的生活方式。

正是因为导航与位置服务技术具有广泛的产业关联性、应用与服务的普适化及全球化特征,以及与通信产业和互联网产业有着良好的互补性、融合性,对带动交通运输业、现代服务业、电子制造业、移动通信业等多个产业升级具有重要的推动作用,已成为了提升自主创新能力、推动产业结构调整、改善人民生活质量、提升国家核心竞争力的战略新兴产业。

目前,我国普通高校中开办了导航工程类专业的不到10家,每年的培养规模还远远不能满足这一领域行业发展的需求。武汉理工大学是一所以交通,尤其是水路交通为特色优势的大学。值得一提的是,导航作为一门工程技术,最初正是在人类征服海洋的航海过程中为了确定船舶在大海中的位置而产生与发展起来的。而导航工程作为以空间定位及位置变化为主要研究内容的专业技术领域,天生就与人们的交通出行以及交通工具的运动紧密相连。在我国“十四五”和面向2035国家发展战略中,将智能汽车、智能船舶以及无人驾驶载运工具作为下一代关键引领技术列入了重要科技攻关内容,而导航工程技术则是其中的关键支撑技术之一。武汉理工大学积极面向国家战略和行业发展需求,着眼产业技术前沿和未来创新科技,在过去传统远洋船舶通信导航与天文导航的基础上,发挥多学科优势,在现代卫星导航、小尺度定位导航以及组合导航技术等领域取得了快速发展。当前导航相关产业对经济社会发展发挥出越来越巨大的推动和引领作用,导航工程技术也与其他工程科技产生越来越深刻和广泛的结合,在这科技发展与社会需求共同驱动的背景下,武汉理工大学开办导航工程专业以更好的服务于国家与经济社会发展的需求。

2. 导航工程专业的基本概念是什么?有什么特点?

刘克中教授:通俗一点讲,导航工程主要解决的是“我在哪”、“我去哪”、“怎么去”等问题,它涉及定位、跟踪、通信、控制等多方面技术。显然,导航工程专业是一个典型的多学科交叉专业,需要综合运用导航、信息、控制和智能航海等多领域专业知识。在智能交通、智能航海、无人驾驶等新兴产业和应用的驱动下,导航工程专业重点培养掌握组合导航、智能导航、自主导航等理论、技术和方法,能运用所学的专业知识和技能解决实际问题,具有较强的实践能力、创新能力和国际视野的高层次人才。

武汉理工大学的导航工程专业主要有两个特点:一是导航工程专业是一门多学科交叉的新兴工科专业,不仅和定位跟踪相关,还需要有通信、控制、计算机等专业具有很强的联系;二是导航工程不仅面向导航工程领域进行通用专业知识传授,而且注重与交通运输等行业深度融合,让学生有更宽广的知识面和就业面,有助于学生提高理论与实践能力,有效地解决实际问题。

3. 举例说明导航工程专业本科阶段具体都学些什么?在我们的日常生活中有哪些应用或者体现,现实中有哪些问题是需要我们导航工程专业的人才来解决的?

刘克中教授:导航工程本科阶段本着“厚基础、宽口径、强特色”的原则来设置课程体系。厚基础——即夯实数理等公共基础课和专业基础课,导航工程与其他电子、信息类专业类似,也是一门工科专业,授予工学学士学位,这需要学生在工科类专业共性基础方面如数学、软硬件设计编程、信号处理等有扎实的基础知识和基本功训练,扎实的基础是其后续专业学习、创新能力塑造的重要保障。宽口径——导航工程知识交叉性强、应用面很广,考虑学生长远的发展和面向不同领域就业及深造的可能性,对学生进行宽知识面和一定交叉领域课程的设置,如船舶导航雷达、卫星导航、算法设计、机器学习、无人航行器智能控制等。强特色——发挥我校在交通、航海等领域的行业优势,突出学生实践和创新能力的培养,通过校企联合指导实习实践、聘期企业导师等方式让学生尽早接触实际产品和技术研发等环节,比如导航信息系统、无人航行器导航控制等实践环节。目前,我们已与10多家导航设备系统研制企业、行业单位签订了合作培养协议。

日常生活中导航有关应用或服务可以说无处不在,比如我们的手机定位功能、百度地图APP、物流企业的自动分拣装置(苏宁物流—小黄车)、智能消毒机器人(抗击新冠疫情期间武汉6家医院应用)、无接触送餐机器人、手机应用-跑步路程计算、扫地机器人、城市车辆跟踪、共享单车等。

另外,运输工具导航、机器人导航、商场或停车场室内定位系统等应用为人们的生活带来前所有未有的便捷和舒适。谈到日常生活应用,不得不提与当前防疫工作非常紧密的一个应用,就是健康码出行,可以记录并跟踪每个人的位置信息,在必要时通过位置数据的分析找出疑似的或有风险的人群动向,为实现精准的个人防控、隔离等措施提供支持,大大提高防疫的工作效率。

人才培养目标源于社会需求,定位与导航的准确、可靠、便捷是我们追求的目标,这其中涉及基本理论方法,也涉及软硬件开发、算法设计与改进、应用创新等,特别是在创新驱动需求方面具有广阔的前景。应该讲,我们的培养方案中充分考虑了人才培养路径与人才培养目标的匹配性。

4. 导航工程专业的特色和核心课程是什么?咱们学校的导航工程专业与其他学校的这个专业相比核心竞争力体现在哪里?师资力量怎么样?导航工程学科重要性如何?

刘克中教授:核心课程包括:导航学、卫星导航原理、信号与系统、数字信号处理、电子海图与地理信息系统、最优估计、惯性导航、船舶导航雷达、嵌入式系统与程序设计、组合导航、自动控制原理。特色课程主要为了支撑实践能力培养和较为宽广知识领域做的设计,大家可以在网上去了解。

导航工程专业是我们武汉理工大学特色专业之一,充分依托学校办学行业优势,有效整合我校信息与控制、人工智能、交通运输等多学科优势资源。我校导航工程专业与其他院校导航专业存在共性,如专业基础和学科基础课程等方面,做到了核心课程的全覆盖,但我校导航工程更加突出在交通、船舶、无人航行器等方面的特色与优势,特别是在“交通强国”、“海洋强国”、“一带一路”等国家重大发展战略背景下,我校导航工程专业将为我国交通、船舶海洋等领域在导航核心技术及装备研发等方面所急需的高层次人才提供支持,我们将为导航工程领域关键技术及装备国产化、专业化高层次人才队伍建设等方面做出积极贡献。前面已经提到,我们开设的理论课程及实践环节设计与一些行业单位、研发企业有着密切联系,这为学生提供了得天独厚的实践机会和条件,更为学生今后的就业进行了提前规划,10多家相关单位已承诺每年向我校导航工程专业毕业生提供一定数量的就业岗位。

本专业拥有一批长期从事定位、导航、控制等方面教学科研的教授团队,包括国家千人计划专家、学科首席教授、产学研特聘教授等,也有一批学术思想活跃、具有丰富国际交流经历、扎实基础理论知识和突出实践能力的青年学术骨干。近年来,本专业教师承担国家级、省部级科研项目50多项,在国际高水平期刊发表学术论文100多篇。目前,本专业参与建设“国家水运安全工程技术研究中心”、“智能航运与海事安全”国际合作基地、“交通运输行业内河智能航运协同创新平台”等重要教学科研基地。

导航工程对支撑“一带一路”、“海洋强国”、“交通强国”等国家战略实施具有重要意义,是物联网、智能交通、公共安全以及位置服务等战略性新兴产业的关键技术基础,并已列为国家高端装备制造产业的重点扶持领域。导航工程专业人才能胜任导航定位领域的科学研究、技术开发与工程管理等多方面工作,也可从事载运工具远程控制、无人系统自主导航等方面技术研发工作。应该说,导航工程从筹建到目前准备招生,得到了行业企业、兄弟院校和学校、院系各级领导的高度重视和大力支持,作为我校特色新工科专业,还将持续加大师资队伍、教学实验条件的建设,进一步强化学科交叉优势,将我校导航工程专业建设成为本领域我国高层次人才培养的重要基地。

5. 学习导航工程专业,学生需要具备什么样的素质?家长把孩子送到咱们学校,学习这个专业,将经历一个怎样的培养过程,我们重点培养哪方面的素质 ?

刘克中教授:我们欢迎对导航定位技术、智能航行及无人驾驶等感兴趣的理工科学生报考,学生需具备扎实的数理基础和较好的外语能力,喜欢动手实践。学生将来毕业除了一部分就业,还有相当一部分可以继续在国内外深造。

刚才提到,导航工程专业将体现“厚基础、宽口径、强特色”的培养过程。同时,我们还将打造“学校+行业+企业”的协同育人模式。聘请国际和国内行业知名学者作为兼职教授,聘请企业高级工程技术人员作为实践导师,形成课堂理论教学、课内外结合工程实践教学、校企互动教学、工程案例教学、虚拟仿真教学等“多种形式”教学手段及实践教学模式。通过紧盯行业发展前沿,密切学生与行业及企业的联系,使学生获得充分的实践锻炼机会,将来可快速适应工作需求。

同时,我们构建培养体系中,非常注重培养学生的实践能力、应用能力和创新能力,形成以实践、应用、创新“三项”能力为目标的人才培养路径。以学生为中心,建立“导师制”培养制度,精选责任导师,采取一对一辅导和个性化培养,为学生的人生规划和学习过程保驾护航。通过参与导师指导的科研活动,训练和提高学生的实践动手能力、分析和解决实际问题的能力以及创新能力。围绕“基础原理、算法程序、工程设计、系统研发”配置多维度的实践与开发课程,锻炼学生的学科知识综合运用能力和开发能力。此外,我们还将以大学生创新创业活动、大学生创新实践竞赛、企业实践锻炼等为载体,培养学生的创新意识与团队合作能力。我们希望,本专业毕业生不仅具有良好的人文素养,而且是具有较强的实践能力、应用能力和创新能力的卓越人才。

6. 在导航工程专业的学习过程中,有可能遇到的困难是什么?

刘克中教授:武汉理工大学生源整体素质高,顺利完成学业不会有问题,导航工程相对更高的要求体现在两方面:

一是对数理知识要求比较高。多门核心课程如信号与系统、惯性导航、卫星导航原理,需要学生具备较好的数据知识素养。本专业课程体系强化数理基础教学,可为学生打下扎实的基础。

二是对学生实践应用能力要求比较高。导航工程专业是交叉性学科专业,知识综合性强,要求理论教学和实践教学紧密结合,需要学生具备较强的动手和开发能力,从而有效提升学生的综合能力。

我相信,上述两方面的要求一定会在学生毕业时转化成卓越的学习能力和工作能力。

7. 社会上对导航工程专业存在哪些理解误区?

刘克中教授:一说起导航,可能很多人自然而然地想到了GPS,北斗,将导航简单等同于卫星导航。其实,还有室内定位、视觉导航、天文导航、地形匹配导航、无线电导航等。另外,谈到导航应用,简单地理解为“寻路”。寻路只是导航技术的一个非常典型的应用,比如刚才举的很多例子,还有很多涉及空间位置定位、测量、以及运动控制,甚至地图、空间建模等技术应用都属于导航技术的范畴,在与物联网、大数据、人工智能等科技结合后,必将产生出越来越多以及更加广泛的应用,从而将深入我们生活的方方面面。

8. 导航工程专业属于招生专业类中的哪一类?专业分流的时间节点和依据分别是什么?

刘克中教授:从专业所属的学科门类来看,导航工程专业属于工学-测绘类,在2020年招生中,和我校大部分专业一样在普通本科一批招生录取。

导航工程专业今年将直接按专业招生,如果在同学们高考填报志愿时没有录取到本专业,根据学校政策,可以在大一下学期后半段申请转专业,按照学生的在校成绩、面试表现等进行筛选,所以在进入大学后其他专业同学也有机会转到导航专业就读。

9. 导航工程专业和通信工程专业(专业有交叉又有不同)有哪些区别?

刘克中教授:导航工程专业主要还是测绘科学与技术、计算机、电子与通信等学科的一个交叉应用学科。可以认为,导航离不开通信,但导航更多关注定位、跟踪、路径规划和位置服务等内容。当然,也有人认为,导航与通信的融合是未来发展趋势。

10. 导航工程专业有哪些学术传统和知名学者?

刘克中教授:导航工程是测绘、信息、控制等多学科交叉逐步形成的一个新兴专业方向,已经成为一门具有独特研究对象和完整理论方法体系的工程学科。随着卫星定位技术的应用越来越广泛,不少高校在修订测绘工程、仪器科学与技术等专业的培养方案时,增设了部分与导航定位有关的课程。由于原有专业的人才培养系统无法满足我国北斗、自动驾驶等国家重大战略对导航人才的迫切需求,武汉大学测绘学院于2012年在我国普通高校中率先设立导航工程专业,现已有近10所高校设立导航工程专业。

导航工程专业知名学者:孙家栋院士,运载火箭与卫星技术专家;刘经南院士,在大地测量坐标系理论、卫星定位应用、软件开发和重大工程应用方面做出了一系列开创性工作,特别是在GNSS技术应用和工程领域成就显著;谭述森院士,北斗卫星导航定位总站高级工程师,我国北斗卫星导航系统主要开拓者和建设者;杨元喜院士,中国卫星导航定位应用管理中心北斗系统副总设计师;姜卫平教授,武汉大学卫星导航定位技术研究中心主任,长期致力于卫星大地测量学理论与应用研究;张小红教授,长期致力于GNSS精密定位研究。导航专业学术带头人,作为专业建设人,率先在全国开设导航工程本科专业。

11. 考生和家长还有一个非常关心的话题就是,不知道我们学校的这个导航工程专业今后好不好就业,您能不能把我们这个专业的就业渠道、就业方向介绍一下 ?

刘克中教授:目前,国家正在大力推广使用北斗卫星导航系统,室内定位与位置服务商用化进程也在迅速推进。我国基于导航与位置服务的单位和公司已达14000家,无论是企事业单位还是科研院校都急需导航方面的人才。对软件/算法研发感兴趣的,可以去一些事业单位如中国航天科工集团、中船重工、航海保障中心等,还有一些导航领域知名的企业单位如千寻位置服务公司、中海达、华测等。随着“北斗+”概念的提出,许多互联网公司和移动通讯公司近年来对导航工程专业的人才需求也越来越大。另外,对科研感兴趣的则可以去一些高校和科研院所继续深造,或者从事教学相关工作。总的来说,毕业生就业前景广阔,可在航空航天、交通、军事、电子、信息及通讯产业等部门工作,也可以在政府部门、教学和科研单位从事研发、管理、教学及应用等工作。

12. 导航工程专业保研率如何?我们导航工程专业学生如果想继续深造读研,方向有哪些?大学阶段应该做哪些准备?

刘克中教授:导航工程专业保研率肯定不会低于武汉理工大学平均保研率,目前武汉理工大学的全校保研率在13.5%左右(2019年数据)。我们在对专业进行论证的时候,我们希望保研+考研的比例达到25%,甚至更高,因为这个专业对高层次人才的需求非常大。

武汉理工大学已经有导航与信息工程专业硕士点和博士点,我们欢迎导航工程专业学生报考。除此之外,导航工程专业的学生还可以报考信息、控制、计算机、交通运输工程等专业的研究生。

大学阶段的准备工作,我个人建议有三点,一是扎实学好基础课程,特别是数学、英语和专业基础课;二是充分锻炼自己的动手能力,包括编写代码、硬件开发等能力;三是较强的综合素质,包括健康体魄,良好的沟通能力和组织协调能力。

13. 对于有意愿就读武汉理工大学导航工程专业的高三学生有何建议?(高考寄语)

刘克中教授:武理导航工程,为您人生启航助力!再次欢迎各位考生报考武汉理工大学导航工程专业。谢谢大家!