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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實驗室主任 唐濤

列車對于很多人來說，或許意味著回家，意味著與親人、愛人的團聚，意味著人生新的起點，而對于唐濤來說，列車是他的研究對象，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實驗室主任，國家新世紀百千萬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家，茅以升鐵道科技獎獲得者，曾任國家十一五“863”計劃現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜医M組長。主要研究軌道交通列車運行控制、智能交通、安全苛求系統(tǒng)設(shè)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，當時研究的不是鐵道信號，而是自動控制。那個時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，司機根據(jù)前方地面信號機顯示的信號行車。唐濤研究運行控制就是將信號器挪到車上，在列車行駛的全過程中始終監(jiān)控列車的速度，一旦列車速度超過最高限速，自動實施制動使列車減速或停車。當時，這項技術(shù)在我國剛剛開始研究。唐濤帶領(lǐng)團隊承擔的國家“八五”科技攻關(guān)課題——“列車超速防護系統(tǒng)研究”一干就是8年，經(jīng)歷了技術(shù)攻關(guān)、現(xiàn)場試驗、中試應(yīng)用等階段，但最終還是沒能在鐵路推廣應(yīng)用。然而，“是金子在哪里都會發(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——這是時代給予的機會

唐濤回憶道：“ 1 9 9 8 年的時候，我們就已經(jīng)開始研究城市軌道交通信號系統(tǒng)，2003年，北京交通大學(xué)（以下簡稱北交大） 開始牽頭研究基于無線通信的列車自動控制系統(tǒng)，也就是CBTC（Communication Based Train ControlSystem）技術(shù)”。CBTC系統(tǒng)是集現(xiàn)代計算機、通信及控制技術(shù)與傳統(tǒng)信號技術(shù)為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)裝備分別安裝在每列列車、分布在每個車站，并覆蓋整條線路，實現(xiàn)列車運行全過程的安全防護、速度控制以及精確停車。CBTC是列控技術(shù)的發(fā)展方向。作為軌道交通系統(tǒng)的“大腦與神經(jīng)”，列車運行控制系統(tǒng)是確保列車行車安全和高效運營的關(guān)鍵技術(shù)裝備。本成果應(yīng)用之前，我國城軌列車運行控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)裝備全部依賴引進。引進設(shè)備造價昂貴，后期維護成本高，制約著城軌的快速發(fā)展。2000 年國家就將該技術(shù)列為國產(chǎn)化重點，組織專項攻關(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(xiàn)場試驗和中試驗證，但有了成果后，如何將自主研發(fā)的CBTC技術(shù)得到應(yīng)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)系著國計民生，關(guān)系著千百萬乘客的生命安全，因此對設(shè)備安全性、可靠性要求特別高。對于業(yè)主來說，使用國際品牌的進口設(shè)備，比使用經(jīng)驗不足甚至沒有工程示范驗證的國內(nèi)產(chǎn)品讓人放心。國產(chǎn)化自主化固然重要，但誰也不愿第一個吃螃蟹。

唐濤說： “ 技術(shù)只有應(yīng)用才能發(fā)展，才能有更多的創(chuàng)新。原始創(chuàng)新需要應(yīng)用和推廣。” 2007年，CBTC研發(fā)團隊終于等到了這個機會。當時，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(yīng)用自主化產(chǎn)品。與此同時，業(yè)內(nèi)也開始逐漸意識到信號系統(tǒng)自主化的必要性和重要性。2009年，時任北京市市委書記劉淇親自關(guān)心軌道交通信號技術(shù)國產(chǎn)化的問題，并最終決定采用北交大自主研發(fā)的CBTC技術(shù)。唐濤說：“當時我們的技術(shù)已經(jīng)完成實驗室測試階段，正處在中試階段，而市里也有想要應(yīng)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實驗室承接了軌道交通亦莊線國產(chǎn)CBTC（移動閉塞）示范工程信號系統(tǒng)研發(fā)任務(wù)。”2010年，擁有百分百純正“中國血統(tǒng)”的軌道交通信號系統(tǒng)正式在亦莊線上試航。這標志著我國軌道交通信號系統(tǒng)完全依靠進口技術(shù)的歷史正式終結(jié)。事實證明，自2010年順利開通至今，亦莊線信號系統(tǒng)運行良好，與同期開通的線路相比，亦莊線測評成績最為出色。

回顧CBTC的自主化之路，唐濤坦言：“這是時代給予的機會。CBTC信號系統(tǒng)是產(chǎn)、學(xué)、研、用的典型，是天時、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，同時也激發(fā)了眾多同行的熱情與激情，使社會對我們的國產(chǎn)技術(shù)重塑了信心。這也為后來從事信號系統(tǒng)自主化研究的單位及公司打開了市場。”當然，CBTC自主化還帶來了一個最為直接的益處，那就是降低了整個信號系統(tǒng)市場的價格。據(jù)唐濤介紹，從近幾年的投標來看，由于國產(chǎn)化技術(shù)的介入，信號系統(tǒng)差不多降低了三分之一的價格。

經(jīng)過不懈的努力，自主化的CBTC在軌道交通領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，據(jù)唐濤介紹，目前北京7號線、14號線、16號線、正在建設(shè)的燕房線，以及天津、石家莊、長沙、成都、重慶、深圳、烏魯木齊、青島等10余條線路都采用了自主化的CBTC技術(shù)。

軌道交通自動化技術(shù)發(fā)展的幾個方向

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

（1）全自動運行技術(shù)

2014年11月底，國際公共交通聯(lián)合會（UIDP）在德國紐倫堡召開第二次都市軌道交通會議，主題是地鐵系統(tǒng)的自動化和如何將傳統(tǒng)的地鐵線路改造為全自動運行（Full Automatic Operaton，簡稱FAO） 。UIDP主席Meyer先生指出，F(xiàn)AO可以使現(xiàn)有一些地鐵系統(tǒng)的運能提高50%，其最大潛力可以使客運能力達單向7.5萬人/h。這樣的技術(shù)應(yīng)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，近年來城市軌道交通的客流呈逐年增長的趨勢，在部分城市，客流的增速已經(jīng)大大超過了線路運能的增速，城市軌道交通的運營壓力日益增加。為了緩解運營壓力，軌道交通線路的聯(lián)網(wǎng)程度不斷提升，列車運行間隔不斷縮短，列車的行駛速度也在不斷提高，這對列車、信號系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等軌道交通設(shè)備都提出了更高的要求。

與此同時，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，不能像汽車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，軌道交通對于自動化技術(shù)有著更高的要求，而全自動運行技術(shù)對于進一步提升軌道交通的安全、高效都有著極為重要的意義。

全自動運行技術(shù)是近年來國際上公認的軌道交通自動化技術(shù)發(fā)展的方向之一，被很多人簡單理解為無人駕駛技術(shù)，但在唐濤看來，無人駕駛只是強調(diào)駕駛自動化，而全自動運行技術(shù)實質(zhì)是進一步減少人為因素對列車運行安全、效率的影響，實現(xiàn)列車運行全過程的自動化，而不僅是替代司機。“這里所說的全過程是指從車輛段停車庫線上電啟動、駛?cè)胝€、載客運行、回庫停車、斷電休眠等列車運行的全過程。”從2003年以來，國際上開始加快了這項技術(shù)推廣應(yīng)用，其適用范圍也從原來的低密度、小運量線路擴展到高密度、大運量的線路（如巴黎地鐵一號線）。近幾年倫敦、巴黎、香港等地鐵還相繼提出要用全自動運行技術(shù)對全網(wǎng)進行改造升級。2010年以后，唐濤所在團隊就開始研究這項技術(shù)，目前，北京地鐵已決定把全自動運行技術(shù)應(yīng)用到正在建設(shè)的燕房線上，國家發(fā)改委也已決定把燕房線作為全自動運行技術(shù)的示范工程，計劃于2017年開通。唐濤告訴記者，全自動運行技術(shù)目前已經(jīng)被行業(yè)逐漸認知并接受，上海10號線最初也是按照這個技術(shù)去規(guī)劃建設(shè)的，現(xiàn)在已經(jīng)處在調(diào)試開通階段。從北京來看，基本新一輪的軌道交通線路建設(shè)都會采用這項技術(shù)。

（2）積極建設(shè)車地通信的專用頻段

2012年11月上旬，深圳地鐵2號線、5號線多次中斷運行。據(jù)調(diào)查，故障為乘客便攜式Wi-Fi設(shè)備干擾地鐵運行信號系統(tǒng)所致。二者無線數(shù)據(jù)傳輸頻段均為2.4GHz。唐濤告訴記者，隨著數(shù)字化城市的建設(shè)，民用的Wi-Fi開始覆蓋軌道交通沿線。而2.4GHz頻段無線資源有限，當列車行駛時乘客大量使用便攜式Wi-Fi，勢必會擠占CBTC系統(tǒng)的頻點或通信時間，彼此產(chǎn)生干擾。嚴重時會影響CBTC系統(tǒng)中車地實時控制信息傳輸，使列車停車。舉例說明，公共頻段就像一條講究自由競爭的三車道高速公路，如果是九、十臺車通過，就不會擁擠，但如果是五六十臺車，就會容易互相干擾。唐濤告訴記者，Wi-Fi相互干擾嚴重的話盡管不會影響行車安全，但會造成信息傳輸延遲或中斷，迫使列車停車，嚴重影響列車正常運行。所以，從深圳地鐵事件開始，政府相關(guān)部門已經(jīng)逐漸認識到了建立軌道交通專用頻道的重要性，從各方面開始推進相關(guān)工作的進展。工信部于2015年發(fā)布了65號文，提出1.8G頻段本地無線寬帶技術(shù)，可用于城市軌道交通、電力、石油等行業(yè)專網(wǎng)及公網(wǎng)的使用，使軌道交通有了一個可申請的受保護的無線專用頻段的機會。

據(jù)唐濤介紹，軌道交通協(xié)會從2015年也開始著手制定LTE-M的相關(guān)規(guī)范。目的是啟動編制LTE-M（LTE-Machine toMachine）系列標準，實現(xiàn)城市專用車地通訊系統(tǒng)的互聯(lián)互通、生產(chǎn)的規(guī)范化、工程實施的標準化，為LTE-M網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃產(chǎn)品開發(fā)、工程設(shè)計、設(shè)備配置與運營管理等提供技術(shù)依據(jù)，形成LTE-M的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)管理與維護的指導(dǎo)文件。

據(jù)悉，基于LTE技術(shù)的城軌LTE-M系統(tǒng)目前已經(jīng)完成了實驗室測試，試驗段測試，并通過了專家評審，已經(jīng)在北京，烏魯木齊，重慶等城市開始部署，LTE-M系統(tǒng)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?shù)耐瑫r，能夠滿足車載視頻監(jiān)控和乘客信息等業(yè)務(wù)的傳輸需求。

軌道交通應(yīng)強調(diào)人機協(xié)作

雖然整個采訪過程，唐濤都在談軌道交通自動化技術(shù)。但他在最后提出：不管軌道交通自動化技術(shù)發(fā)展得多先進，始終都是一個人機共同完成的系統(tǒng)。“要保證軌道交通運行的安全、高效，一方面要不斷推進先進的自動化控制技術(shù)，實現(xiàn)對危及行車全過程安全因素的監(jiān)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(shè)備發(fā)生故障后，需要人對故障進行及時處理，這對于防止列車安全事故至關(guān)重要，有時候，即便設(shè)備發(fā)生故障，但因為人員處理非常及時、得當，也會避免事故的發(fā)生。”唐濤坦言，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(diào)技術(shù)，強調(diào)設(shè)備，對人機協(xié)作方面的研究并不多。他強調(diào)：“關(guān)注自動化技術(shù)的同時也要關(guān)注人，我們并不是單純?yōu)榱俗詣踊芯孔詣踊磺醒芯慷家獜能壍澜煌ò踩咝н\行的角度出發(fā)。”

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

摘自《自動化博覽》2016年3月刊