暨南大學 潘濤

人生格言：科學造福人類，創(chuàng)新引領(lǐng)未來!

1985年，我從四川大學數(shù)學專業(yè)畢業(yè)，分配到廣西大學任教，1987年1月發(fā)表第一篇論文。不覺間，從事科學工作已滿32年。一時不知從何說起，先分享一些早年的求學軼事吧。

1987-1988年，我參加了中國科大、蘇州大學主辦的第五屆全國偏微分方程研究班。由姜禮尚教授、張同教授、李大潛院士、洪家興院士、陳恕行院士等名家講授。李先生稱我們是“八年抗戰(zhàn)”：精修八門課，苦讀而成效。我慶幸有這樣的機緣，學到頂尖的前沿課程。我對張同教授的課程頗感興趣，學間常請教于他。一年后，張先生邀我去中國科學院數(shù)學研究所訪問四個月，跟他研習“高維雙曲守恒律”—這個至今仍高難的課題。之后，林龍威教授邀我到中山大學訪問一年(教育部立項)。再后，王靖華教授也邀我去中科院數(shù)學所訪問四個月。方向凝練在“雙曲守恒律的邊界效應”，背景是超音速氣流的邊界層。我們的工作在國際上開展較早，論文發(fā)表在SIAM J Math Anal、App Math L、Q Appl Math、BVP、JJIAM、JPDE、自然科學進展(英)、數(shù)學學報(英)、應用數(shù)學學報(英)、數(shù)學物理學報(英)等刊物。我們證明的壓縮波沖擊邊界可反射稀疏波的定理，被美國布朗大學數(shù)學家C. M. Dafermos撰寫的專著Hyperbolic Conservation Laws in Continuum Physics(黃皮書)引用。

受母校劉應明院士團隊在模糊拓撲的知名研究的影響，我回母校拜訪胡淑禮老師，學習模糊數(shù)學。開展模糊層次分析法、模糊系統(tǒng)及算法設(shè)計的應用研究。我主持研發(fā)的相關(guān)計算機軟件成功應用到廣西的幾十家單位。我至今仍感到：模糊邏輯與模糊評判乃是人工智能的基石之一。1995年，晉升副教授，開始培養(yǎng)碩士研究生。主持承擔國家自然科學基金、廣西自然科學基金、廣西科技計劃等項目。獲邀到香港中文大學數(shù)學科學研究所(丘成桐創(chuàng)立)、香港浸會大學、香港城市大學從事客座研究等。

1998年，日本啟動著名的文部省重點課題“E-Cell Project”，國立三重大學副校長T.Kameoka教授主持“代謝通路測定與分析”的子課題，面向全球招聘懂數(shù)學和物理的學者。沒學過多少英語和日語，也沒有出國打算的我，就這么機緣巧合的去了日本，一呆就是六個年頭。在循環(huán)生物工學系生物信息工學研究室，我的研究方向為“細胞代謝及解離性代謝物分析”，涉及到數(shù)、理、化、生、計算機的各方知識。主要工具是傅立葉變換紅外(FT-IR)光譜結(jié)合衰減全反射(ATR)技術(shù)。側(cè)重點是化學計量學，但大量生物光譜實驗得自己做。數(shù)學出身的我，還要深究“物理化學”、“分析化學”、“生物化學”三大化學，其困難不亞于十年前的那場歷練。

首次接觸近紅外(NIR)光譜，是參加T.Kameoka先生主持的日本農(nóng)林水產(chǎn)省重點課題《分散協(xié)調(diào)型多次元農(nóng)産物情報センシングシステムの開発》。這個項目將近紅外用于田間土壤、農(nóng)作物(西紅柿、葡萄)的實時測定，并將數(shù)據(jù)返回監(jiān)測中心。后來，在九州大學出席日本化學工學年會，結(jié)識了Y.Ozaki教授，對近紅外有了更多的了解。我們的研究先后發(fā)表在Appl Spectros、Bioproc Biosyst Eng、MMAS、JJCE等刊物。赴英國劍橋大學牛頓研究所短期學術(shù)訪問，并赴日本早稻田大學與K.Nishihara教授開展合作等。用三年時間完成了我的博士學位。為了吸引海外留學生回國工作，中國留學基金委、中國大使館組織評審“首屆國家優(yōu)秀自費留學生獎”(在美、日、英、德、法五國的博士留學生中評選100人)。我有幸獲選，赴中國大使館(東京)接受中國外交部副部長武大衛(wèi)頒發(fā)的證書和獎金，我的導師T.Kameoka教授作為導師代表發(fā)言。

感念國家的厚愛，蒙臺灣中央研究院院士、斯坦福大學劉太平教授推薦，我于2004年回國，進入暨南大學任教，同年評定為教授。中國科學院長春光機所的陳星旦院士，也是這一年到暨大創(chuàng)建“應用光譜”團隊。和陳院士的認識，頗有傳奇色彩：他讓圖書館買了一本英文的近紅外光譜學專著，這本書剛上架就被我借走了，他很吃驚，找到我，聊了十來分鐘，他說：“你就是搞近紅外的，我們一起做吧!”就這樣，由校長特批，我從信息學院轉(zhuǎn)入理工學院光電工程系，開啟近紅外之旅。

(一)近紅外過程分析技術(shù)(PAT)的探討

2005年，陳院士和我到廣東湛江、廣西宜州的甘蔗糖廠考察近紅外在制糖過程的應用。從原料收購的按質(zhì)論價、工藝質(zhì)量監(jiān)控、成品質(zhì)量分級等環(huán)節(jié)，依次需要對初壓汁、混和汁、清汁、清糖漿、糖蜜、白砂糖等中間及終產(chǎn)物的垂度、蔗糖分、還原糖分、pH值、色值等指標進行實時測定。還關(guān)注了制糖廢水排放的COD檢測、轉(zhuǎn)基因甘蔗葉片的無損判別分析等。我們采集大量樣品，通過很多實驗，建立了上述各類樣品及指標的預測模型。為近紅外用于甘蔗制糖過程的在線分析，積累了大量數(shù)據(jù)和參數(shù)，在全國第一屆近紅外會議做了報道。我的體會是：在過程分析技術(shù)(PAT)中，近紅外乃是珍貴的一線技術(shù)，但尚需要解決諸多技術(shù)問題。如，多過程、多目標、多參數(shù)的模型優(yōu)化及動態(tài)維護才是問題的核心。

(二)在土壤、農(nóng)產(chǎn)品、食品領(lǐng)域的創(chuàng)新應用

2006年，與中科院長春光機所團隊合作，研制了分立波長土壤專用近紅外分析樣機，通過廣州市科技攻關(guān)項目的實施，建立了土壤有機碳、總氮的NIR預測模型，經(jīng)驗證，其預測性能已接近進口的FOSS儀器。后來，與廣東省科學院土壤研究所、自動化研究所等單位合作，進一步開發(fā)儀器通訊端口，實現(xiàn)野外檢測和數(shù)據(jù)傳輸。通過粵港關(guān)鍵領(lǐng)域招標項目的實施，成功應用于珠江三角洲農(nóng)田系統(tǒng)立體污染監(jiān)測的信息化。為了避免數(shù)據(jù)過擬合、模型評價失真，實現(xiàn)參數(shù)選擇穩(wěn)定性，我們基于隨機性、相似性、穩(wěn)定性提出定標、預測、檢驗設(shè)計的新方法，應用于土壤有機碳、總氮、重金屬，廢水COD，玉米蛋白質(zhì)等的檢測。還開展了白酒、葡萄酒、奶粉品牌的近紅外判別分析等。論文發(fā)表在Appl Spectros、Chemom Intell Lab、Spectrochim Acta A、Anal Methods、Infrared Phys Tech、分析化學、光學精密工程等刊物。獲評《分析化學》優(yōu)秀論文(2012-2013年度最高引用率)。近紅外在農(nóng)業(yè)、食品領(lǐng)域的應用可行性是熟知的，但規(guī)模化應用是終極目標。必須解決儀器制造的低成本、小型便攜化、一致性與模型傳遞、數(shù)據(jù)云平臺的快速運算等核心問題。近年來，這些技術(shù)發(fā)展甚快，已經(jīng)指日可待。

(三)在生物、醫(yī)學、藥學領(lǐng)域的創(chuàng)新應用

2007年，我先后遴選為數(shù)學(上海大學)、生物醫(yī)學工程(暨南大學)的博導，與陳院士一起，培養(yǎng)了多屆博士研究生，側(cè)重于紅外(NIR、FTIR/ATR)光譜在生物、醫(yī)學、藥學領(lǐng)域的創(chuàng)新應用。血糖、血脂(膽固醇、甘油三酯等)、血蛋白(血紅蛋白、糖化血紅蛋白、白蛋白、球蛋白等)、血粘度等是醫(yī)學上診斷糖尿病、高脂血癥、高粘滯血癥、心腦血管疾病的重要臨床指標。地中海貧血是全球性危害嚴重的遺傳性血紅蛋白病，我國廣西、廣東人群的地貧基因攜帶率分別高達24.50%和11.07%。我們在上述諸方面具有長期的研究積累。其中，地貧、糖化血 紅蛋白、血粘度的研究為本團隊首創(chuàng)。在藥學方面，還開展了抗生素、中藥口服液檢測的研究。論文發(fā)表在Anal Bioanal Chem、Chemom Intell Lab、Spectrochim Acta A、J Biomed Opt、Anal Methods、Clin Biochem、J Innov Opt Heal Sci、分析化學、光譜學與光譜分析、光學精密工程等刊物。地貧近紅外研究被英國皇家化學會(RSC)刊物Anal Methods作為封面論文亮點介紹。獲評《分析化學》優(yōu)秀論文(2010-2011年度最高引用率)、第三、五、六屆全國近紅外光譜學術(shù)會議優(yōu)秀墻報獎等。我相信，近紅外在健康、醫(yī)學領(lǐng)域也有相當?shù)倪m用性，將從研究殿堂逐步推入實際應用。

(四)面向儀器設(shè)計及應用的化學計量學研究

近紅外分析包含樣品、變量和模型三要素。由于近紅外的吸收強度弱，通常不需要處理便可直接測量樣品，快速簡便。這既是優(yōu)點也是難點：我們的對象，基本上都是多組分的復雜體系，化學計量學是問題的核心。需要解決光譜預處理、波長優(yōu)選、多變量校正方法等環(huán)節(jié)的多目標、多參數(shù)優(yōu)化及穩(wěn)定性。我們提出Savitzky-Golay平滑參數(shù)與PLS潛變量數(shù)同時優(yōu)化的算法、基于連續(xù)型的移動窗口PLS的模型集群方法等。在變量優(yōu)化方面，兼顧到參數(shù)選擇穩(wěn)定性，我們提出了準連續(xù)型的等間隔組合方法(EC-MLR、EC-PLS);分段連續(xù)型的相關(guān)系數(shù)優(yōu)化(CCO-PLS)、吸光度值優(yōu)化(AVO-PLS)方法;離散型的最優(yōu)伙伴波長組合(OPWC-PLS)、重復率優(yōu)先(RRPC-PLS)方法等。在復雜樣品的光譜分析中取得成功應用，申請了發(fā)明專利。對于提高光譜預測能力、降低復雜性和專用儀器設(shè)計具有意義。論文發(fā)表在Appl Spectrosc、Chemom Intell Lab、Spectrochim Acta A、Anal Methods、Infrared Phys Tech、J Innov Opt Heal Sci、分析化學、光譜學與光譜分析、光學精密工程等刊物。

我在歷屆國際近紅外、亞洲近紅外會議上作過六次大會發(fā)言，先后介紹了這些工作。最近，國際近紅外新聞(NIR news，2015)團隊專欄介紹我們的工作，在國際上產(chǎn)生了影響。化學計量學乃是近紅外分析的另一個核心。我們面對的是多過程、多目標、多參數(shù)的動態(tài)數(shù)學建模，博大精深。必須融合數(shù)、理、化、生、計算機的各方知識，集成創(chuàng)新，攻克難關(guān)。

從2006年第一屆全國近紅外會議開始，我出席了幾乎每一屆的中國、亞洲、世界近紅外學術(shù)盛會，以及我們近紅外理事會的活動，堪稱近紅外的鐵桿粉絲，深切地感受到近紅外的強大生命力。近紅外學會也一直對我們的工作給予支持。早在2010年，學會的袁洪福、韓東海、劉慧穎、梁逸曾諸領(lǐng)導就到暨南大學考察、指導。另一方，業(yè)界的朋友也找上門來，精誠合作，成立“智能檢測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)合研究中心”，共商近紅外規(guī)模化應用之大計。現(xiàn)代的近紅外已經(jīng)是云儀器、云計算的觸角和紐帶，連接物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)。并將伴隨著人工智能一道步入新時代。我愿意和大家一起努力奮斗，攻克難關(guān)，為我國的近紅外光譜事業(yè)繼續(xù)貢獻力量。