北京交通大學(xué)電信學(xué)院教授、軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任 唐濤

列車(chē)對于很多人來(lái)說(shuō)，或許意味著(zhù)回家，意味著(zhù)與親人、愛(ài)人的團聚，意味著(zhù)人生新的起點(diǎn)，而對于唐濤來(lái)說(shuō)，列車(chē)是他的研究對象，更是他的事業(yè)，也是他相交多年的“老朋友”。

唐濤， 北京交通大學(xué)電信學(xué)院教授，軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任，國家新世紀百千萬(wàn)人才工程國家級人選者，教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃獲得者，鐵道部有突出貢獻中青年專(zhuān)家，茅以升鐵道科技獎獲得者，曾任國家十一五“863”計劃現代交通技術(shù)領(lǐng)域專(zhuān)家組組長(cháng)。主要研究軌道交通列車(chē)運行控制、智能交通、安全苛求系統設計。

上世紀90年代，唐濤在中科院博士畢業(yè)后到北京交通大學(xué)任教，當時(shí)研究的不是鐵道信號，而是自動(dòng)控制。那個(gè)時(shí)代的鐵路信號是基于固定閉塞的地面模式。一段路只允許有一列車(chē)，司機根據前方地面信號機顯示的信號行車(chē)。唐濤研究運行控制就是將信號器挪到車(chē)上，在列車(chē)行駛的全過(guò)程中始終監控列車(chē)的速度，一旦列車(chē)速度超過(guò)最高限速，自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)使列車(chē)減速或停車(chē)。當時(shí)，這項技術(shù)在我國剛剛開(kāi)始研究。唐濤帶領(lǐng)團隊承擔的國家“八五”科技攻關(guān)課題——“列車(chē)超速防護系統研究”一干就是8年，經(jīng)歷了技術(shù)攻關(guān)、現場(chǎng)試驗、中試應用等階段，但最終還是沒(méi)能在鐵路推廣應用。然而，“是金子在哪里都會(huì )發(fā)光”，真正讓唐濤的本領(lǐng)得以施展的并不是鐵路，而是城市軌道交通。

CBTC自主化——這是時(shí)代給予的機會(huì )

唐濤回憶道：“ 1 9 9 8 年的時(shí)候，我們就已經(jīng)開(kāi)始研究城市軌道交通信號系統，2003年，北京交通大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)北交大） 開(kāi)始牽頭研究基于無(wú)線(xiàn)通信的列車(chē)自動(dòng)控制系統，也就是CBTC（Communication Based Train ControlSystem）技術(shù)”。CBTC系統是集現代計算機、通信及控制技術(shù)與傳統信號技術(shù)為一體的復雜系統，系統裝備分別安裝在每列列車(chē)、分布在每個(gè)車(chē)站，并覆蓋整條線(xiàn)路，實(shí)現列車(chē)運行全過(guò)程的安全防護、速度控制以及精確停車(chē)。CBTC是列控技術(shù)的發(fā)展方向。作為軌道交通系統的“大腦與神經(jīng)”，列車(chē)運行控制系統是確保列車(chē)行車(chē)安全和高效運營(yíng)的關(guān)鍵技術(shù)裝備。本成果應用之前，我國城軌列車(chē)運行控制系統關(guān)鍵技術(shù)裝備全部依賴(lài)引進(jìn)。引進(jìn)設備造價(jià)昂貴，后期維護成本高，制約著(zhù)城軌的快速發(fā)展。2000 年國家就將該技術(shù)列為國產(chǎn)化重點(diǎn)，組織專(zhuān)項攻關(guān)，但未能突破。唐濤所在的產(chǎn)學(xué)研團隊攻克了CBTC核心技術(shù)，完成了仿真測試、現場(chǎng)試驗和中試驗證，但有了成果后，如何將自主研發(fā)的CBTC技術(shù)得到應用成為了研究團隊面臨的難題。

這也不難理解，城市軌道交通關(guān)系著(zhù)國計民生，關(guān)系著(zhù)千百萬(wàn)乘客的生命安全，因此對設備安全性、可靠性要求特別高。對于業(yè)主來(lái)說(shuō)，使用國際品牌的進(jìn)口設備，比使用經(jīng)驗不足甚至沒(méi)有工程示范驗證的國內產(chǎn)品讓人放心。國產(chǎn)化自主化固然重要，但誰(shuí)也不愿第一個(gè)吃螃蟹。

唐濤說(shuō)： “ 技術(shù)只有應用才能發(fā)展，才能有更多的創(chuàng )新。原始創(chuàng )新需要應用和推廣?！?2007年，CBTC研發(fā)團隊終于等到了這個(gè)機會(huì )。當時(shí)，國家推出了‘首臺套’的相關(guān)政策，鼓勵一些重要行業(yè)盡可能多地應用自主化產(chǎn)品。與此同時(shí)，業(yè)內也開(kāi)始逐漸意識到信號系統自主化的必要性和重要性。2009年，時(shí)任北京市市委書(shū)記劉淇親自關(guān)心軌道交通信號技術(shù)國產(chǎn)化的問(wèn)題，并最終決定采用北交大自主研發(fā)的CBTC技術(shù)。唐濤說(shuō)：“當時(shí)我們的技術(shù)已經(jīng)完成實(shí)驗室測試階段，正處在中試階段，而市里也有想要應用國產(chǎn)化技術(shù)的意愿，所以，雙方一拍即合，我所在的北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗室承接了軌道交通亦莊線(xiàn)國產(chǎn)CBTC（移動(dòng)閉塞）示范工程信號系統研發(fā)任務(wù)?！?010年，擁有百分百純正“中國血統”的軌道交通信號系統正式在亦莊線(xiàn)上試航。這標志著(zhù)我國軌道交通信號系統完全依靠進(jìn)口技術(shù)的歷史正式終結。事實(shí)證明，自2010年順利開(kāi)通至今，亦莊線(xiàn)信號系統運行良好，與同期開(kāi)通的線(xiàn)路相比，亦莊線(xiàn)測評成績(jì)最為出色。

回顧CBTC的自主化之路，唐濤坦言：“這是時(shí)代給予的機會(huì )。CBTC信號系統是產(chǎn)、學(xué)、研、用的典型，是天時(shí)、地利、人和的產(chǎn)物，它的成功不僅提升了國家軌道交通裝備的整體技術(shù)水平，同時(shí)也激發(fā)了眾多同行的熱情與激情，使社會(huì )對我們的國產(chǎn)技術(shù)重塑了信心。這也為后來(lái)從事信號系統自主化研究的單位及公司打開(kāi)了市場(chǎng)?！碑斎?，CBTC自主化還帶來(lái)了一個(gè)最為直接的益處，那就是降低了整個(gè)信號系統市場(chǎng)的價(jià)格。據唐濤介紹，從近幾年的投標來(lái)看，由于國產(chǎn)化技術(shù)的介入，信號系統差不多降低了三分之一的價(jià)格。

經(jīng)過(guò)不懈的努力，自主化的CBTC在軌道交通領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應用，據唐濤介紹，目前北京7號線(xiàn)、14號線(xiàn)、16號線(xiàn)、正在建設的燕房線(xiàn)，以及天津、石家莊、長(cháng)沙、成都、重慶、深圳、烏魯木齊、青島等10余條線(xiàn)路都采用了自主化的CBTC技術(shù)。

軌道交通自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)方向

唐濤是技術(shù)出身，對于國際上一些先進(jìn)技術(shù)的“嗅覺(jué)”非常靈敏，對于軌道交通自動(dòng)化技術(shù)更是有著(zhù)很多前瞻性的認知和理解。在接受記者采訪(fǎng)的1個(gè)多小時(shí)里，他認真地和記者分享著(zhù)當今軌道交通自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的諸多方向。

（1）全自動(dòng)運行技術(shù)

2014年11月底，國際公共交通聯(lián)合會(huì )（UIDP）在德國紐倫堡召開(kāi)第二次都市軌道交通會(huì )議，主題是地鐵系統的自動(dòng)化和如何將傳統的地鐵線(xiàn)路改造為全自動(dòng)運行（Full Automatic Operaton，簡(jiǎn)稱(chēng)FAO） 。UIDP主席Meyer先生指出，FAO可以使現有一些地鐵系統的運能提高50%，其最大潛力可以使客運能力達單向7.5萬(wàn)人/h。這樣的技術(shù)應用在中國顯得尤為迫切。唐濤告訴記者：“在中國智慧城市和綠色出行的號召下，軌道交通已經(jīng)成為了當今人們最重要的交通工具之一，近年來(lái)城市軌道交通的客流呈逐年增長(cháng)的趨勢，在部分城市，客流的增速已經(jīng)大大超過(guò)了線(xiàn)路運能的增速，城市軌道交通的運營(yíng)壓力日益增加。為了緩解運營(yíng)壓力，軌道交通線(xiàn)路的聯(lián)網(wǎng)程度不斷提升，列車(chē)運行間隔不斷縮短，列車(chē)的行駛速度也在不斷提高，這對列車(chē)、信號系統和通信系統等軌道交通設備都提出了更高的要求。

與此同時(shí)，城市軌道交通與其它道路交通最大的不同是相對封閉的環(huán)境中沿既定的軌道行進(jìn)，不能像汽車(chē)那樣可以自主的運行，它必須有序、有組織的運行。也正是基于這些特點(diǎn)，軌道交通對于自動(dòng)化技術(shù)有著(zhù)更高的要求，而全自動(dòng)運行技術(shù)對于進(jìn)一步提升軌道交通的安全、高效都有著(zhù)極為重要的意義。

全自動(dòng)運行技術(shù)是近年來(lái)國際上公認的軌道交通自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的方向之一，被很多人簡(jiǎn)單理解為無(wú)人駕駛技術(shù)，但在唐濤看來(lái)，無(wú)人駕駛只是強調駕駛自動(dòng)化，而全自動(dòng)運行技術(shù)實(shí)質(zhì)是進(jìn)一步減少人為因素對列車(chē)運行安全、效率的影響，實(shí)現列車(chē)運行全過(guò)程的自動(dòng)化，而不僅是替代司機?！斑@里所說(shuō)的全過(guò)程是指從車(chē)輛段停車(chē)庫線(xiàn)上電啟動(dòng)、駛入正線(xiàn)、載客運行、回庫停車(chē)、斷電休眠等列車(chē)運行的全過(guò)程?！睆?003年以來(lái)，國際上開(kāi)始加快了這項技術(shù)推廣應用，其適用范圍也從原來(lái)的低密度、小運量線(xiàn)路擴展到高密度、大運量的線(xiàn)路（如巴黎地鐵一號線(xiàn)）。近幾年倫敦、巴黎、香港等地鐵還相繼提出要用全自動(dòng)運行技術(shù)對全網(wǎng)進(jìn)行改造升級。2010年以后，唐濤所在團隊就開(kāi)始研究這項技術(shù)，目前，北京地鐵已決定把全自動(dòng)運行技術(shù)應用到正在建設的燕房線(xiàn)上，國家發(fā)改委也已決定把燕房線(xiàn)作為全自動(dòng)運行技術(shù)的示范工程，計劃于2017年開(kāi)通。唐濤告訴記者，全自動(dòng)運行技術(shù)目前已經(jīng)被行業(yè)逐漸認知并接受，上海10號線(xiàn)最初也是按照這個(gè)技術(shù)去規劃建設的，現在已經(jīng)處在調試開(kāi)通階段。從北京來(lái)看，基本新一輪的軌道交通線(xiàn)路建設都會(huì )采用這項技術(shù)。

（2）積極建設車(chē)地通信的專(zhuān)用頻段

2012年11月上旬，深圳地鐵2號線(xiàn)、5號線(xiàn)多次中斷運行。據調查，故障為乘客便攜式Wi-Fi設備干擾地鐵運行信號系統所致。二者無(wú)線(xiàn)數據傳輸頻段均為2.4GHz。唐濤告訴記者，隨著(zhù)數字化城市的建設，民用的Wi-Fi開(kāi)始覆蓋軌道交通沿線(xiàn)。而2.4GHz頻段無(wú)線(xiàn)資源有限，當列車(chē)行駛時(shí)乘客大量使用便攜式Wi-Fi，勢必會(huì )擠占CBTC系統的頻點(diǎn)或通信時(shí)間，彼此產(chǎn)生干擾。嚴重時(shí)會(huì )影響CBTC系統中車(chē)地實(shí)時(shí)控制信息傳輸，使列車(chē)停車(chē)。舉例說(shuō)明，公共頻段就像一條講究自由競爭的三車(chē)道高速公路，如果是九、十臺車(chē)通過(guò)，就不會(huì )擁擠，但如果是五六十臺車(chē)，就會(huì )容易互相干擾。唐濤告訴記者，Wi-Fi相互干擾嚴重的話(huà)盡管不會(huì )影響行車(chē)安全，但會(huì )造成信息傳輸延遲或中斷，迫使列車(chē)停車(chē)，嚴重影響列車(chē)正常運行。所以，從深圳地鐵事件開(kāi)始，政府相關(guān)部門(mén)已經(jīng)逐漸認識到了建立軌道交通專(zhuān)用頻道的重要性，從各方面開(kāi)始推進(jìn)相關(guān)工作的進(jìn)展。工信部于2015年發(fā)布了65號文，提出1.8G頻段本地無(wú)線(xiàn)寬帶技術(shù)，可用于城市軌道交通、電力、石油等行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)及公網(wǎng)的使用，使軌道交通有了一個(gè)可申請的受保護的無(wú)線(xiàn)專(zhuān)用頻段的機會(huì )。

據唐濤介紹，軌道交通協(xié)會(huì )從2015年也開(kāi)始著(zhù)手制定LTE-M的相關(guān)規范。目的是啟動(dòng)編制LTE-M（LTE-Machine toMachine）系列標準，實(shí)現城市專(zhuān)用車(chē)地通訊系統的互聯(lián)互通、生產(chǎn)的規范化、工程實(shí)施的標準化，為L(cháng)TE-M網(wǎng)絡(luò )規劃產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工程設計、設備配置與運營(yíng)管理等提供技術(shù)依據，形成LTE-M的網(wǎng)絡(luò )規劃和建設管理與維護的指導文件。

據悉，基于LTE技術(shù)的城軌LTE-M系統目前已經(jīng)完成了實(shí)驗室測試，試驗段測試，并通過(guò)了專(zhuān)家評審，已經(jīng)在北京，烏魯木齊，重慶等城市開(kāi)始部署，LTE-M系統具備承載軌道交通綜合業(yè)務(wù)承載能力，在保障CBTC業(yè)務(wù)高可靠傳輸的同時(shí)，能夠滿(mǎn)足車(chē)載視頻監控和乘客信息等業(yè)務(wù)的傳輸需求。

軌道交通應強調人機協(xié)作

雖然整個(gè)采訪(fǎng)過(guò)程，唐濤都在談軌道交通自動(dòng)化技術(shù)。但他在最后提出：不管軌道交通自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展得多先進(jìn)，始終都是一個(gè)人機共同完成的系統?！耙ＷC軌道交通運行的安全、高效，一方面要不斷推進(jìn)先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現對危及行車(chē)全過(guò)程安全因素的監控；另一方面，我們不能忽略，人機關(guān)系的研究也非常重要。比如在設備發(fā)生故障后，需要人對故障進(jìn)行及時(shí)處理，這對于防止列車(chē)安全事故至關(guān)重要，有時(shí)候，即便設備發(fā)生故障，但因為人員處理非常及時(shí)、得當，也會(huì )避免事故的發(fā)生?！碧茲寡?，目前國際上這方面研究已比較深入，而我國更多的還是在強調技術(shù)，強調設備，對人機協(xié)作方面的研究并不多。他強調：“關(guān)注自動(dòng)化技術(shù)的同時(shí)也要關(guān)注人，我們并不是單純?yōu)榱俗詣?dòng)化而研究自動(dòng)化，一切研究都要從軌道交通安全高效運行的角度出發(fā)?！?/p>

當前，我國城市軌道交通正處于高速發(fā)展時(shí)期，以“一帶一路”為主要內容的“走出去”國家戰略也正式啟動(dòng)并實(shí)施。針對城市軌道交通大客流、網(wǎng)絡(luò )化、互聯(lián)互通等新的運營(yíng)需求，我們要走的路還很長(cháng)，但值得慶幸的是，還有很多如唐濤一樣，熱愛(ài)軌道交通，熱愛(ài)信號控制的人。他們?yōu)橹畩^斗，為之努力，為了保證列車(chē)穩定運行及乘客的人身安全，始終辛勤耕耘著(zhù)。也許絕大多數乘坐軌道交通的乘客永遠都不會(huì )知道他們是誰(shuí)，但正是基于他們的工作，我們才可以安全地享受著(zhù)軌道交通為生活帶來(lái)的便利。

摘自《自動(dòng)化博覽》2016年3月刊