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北京交通大學電信學院教授、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，也是他相交多年的“老朋友”。

唐濤， 北京交通大學電信學院教授，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”計劃現代交通技術領域專家組組長。主要研究軌道交通列車運行控制、智能交通、安全苛求系統設計。

上世紀90年代，唐濤在中科院博士畢業后到北京交通大學任教，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，這項技術在我國剛剛開始研究。唐濤帶領團隊承擔的國家“八五”科技攻關課題——“列車超速防護系統研究”一干就是8年，經歷了技術攻關、現場試驗、中試應用等階段，但最終還是沒能在鐵路推廣應用。然而，“是金子在哪里都會發光”，真正讓唐濤的本領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，我們就已經開始研究城市軌道交通信號系統，2003年，北京交通大學（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，也就是CBTC（Communication Based Train ControlSystem）技術”。CBTC系統是集現代計算機、通信及控制技術與傳統信號技術為一體的復雜系統，系統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是列控技術的發展方向。作為軌道交通系統的“大腦與神經”，列車運行控制系統是確保列車行車安全和高效運營的關鍵技術裝備。本成果應用之前，我國城軌列車運行控制系統關鍵技術裝備全部依賴引進。引進設備造價昂貴，后期維護成本高，制約著城軌的快速發展。2000 年國家就將該技術列為國產化重點，組織專項攻關，但未能突破。唐濤所在的產學研團隊攻克了CBTC核心技術，完成了仿真測試、現場試驗和中試驗證，但有了成果后，如何將自主研發的CBTC技術得到應用成為了研究團隊面臨的難題。

這也不難理解，城市軌道交通關系著國計民生，關系著千百萬乘客的生命安全，因此對設備安全性、可靠性要求特別高。對于業主來說，使用國際品牌的進口設備，比使用經驗不足甚至沒有工程示范驗證的國內產品讓人放心。國產化自主化固然重要，但誰也不愿第一個吃螃蟹。

唐濤說： “ 技術只有應用才能發展，才能有更多的創新。原始創新需要應用和推廣。” 2007年，CBTC研發團隊終于等到了這個機會。當時，國家推出了‘首臺套’的相關政策，鼓勵一些重要行業盡可能多地應用自主化產品。與此同時，業內也開始逐漸意識到信號系統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心軌道交通信號技術國產化的問題，并最終決定采用北交大自主研發的CBTC技術。唐濤說：“當時我們的技術已經完成實驗室測試階段，正處在中試階段，而市里也有想要應用國產化技術的意愿，所以，雙方一拍即合，我所在的北京交通大學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CBTC（移動閉塞）示范工程信號系統研發任務。”2010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上試航。這標志著我國軌道交通信號系統完全依靠進口技術的歷史正式終結。事實證明，自2010年順利開通至今，亦莊線信號系統運行良好，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信號系統是產、學、研、用的典型，是天時、地利、人和的產物，它的成功不僅提升了國家軌道交通裝備的整體技術水平，同時也激發了眾多同行的熱情與激情，使社會對我們的國產技術重塑了信心。這也為后來從事信號系統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市場的價格。據唐濤介紹，從近幾年的投標來看，由于國產化技術的介入，信號系統差不多降低了三分之一的價格。

經過不懈的努力，自主化的CBTC在軌道交通領域已經得到廣泛應用，據唐濤介紹，目前北京7號線、14號線、16號線、正在建設的燕房線，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。

軌道交通自動化技術發展的幾個方向

唐濤是技術出身，對于國際上一些先進技術的“嗅覺”非常靈敏，對于軌道交通自動化技術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發展的諸多方向。

（1）全自動運行技術

2014年11月底，國際公共交通聯合會（UIDP）在德國紐倫堡召開第二次都市軌道交通會議，主題是地鐵系統的自動化和如何將傳統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，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7.5萬人/h。這樣的技術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，軌道交通線路的聯網程度不斷提升，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，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有著更高的要求，而全自動運行技術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。

全自動運行技術是近年來國際上公認的軌道交通自動化技術發展的方向之一，被很多人簡單理解為無人駕駛技術，但在唐濤看來，無人駕駛只是強調駕駛自動化，而全自動運行技術實質是進一步減少人為因素對列車運行安全、效率的影響，實現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、駛入正線、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推廣應用，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對全網進行改造升級。2010年以后，唐濤所在團隊就開始研究這項技術，目前，北京地鐵已決定把全自動運行技術應用到正在建設的燕房線上，國家發改委也已決定把燕房線作為全自動運行技術的示范工程，計劃于2017年開通。唐濤告訴記者，全自動運行技術目前已經被行業逐漸認知并接受，上海10號線最初也是按照這個技術去規劃建設的，現在已經處在調試開通階段。從北京來看，基本新一輪的軌道交通線路建設都會采用這項技術。

（2）積極建設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。二者無線數據傳輸頻段均為2.4GHz。唐濤告訴記者，隨著數字化城市的建設，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系統的頻點或通信時間，彼此產生干擾。嚴重時會影響CBTC系統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，政府相關部門已經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工作的進展。工信部于2015年發布了65號文，提出1.8G頻段本地無線寬帶技術，可用于城市軌道交通、電力、石油等行業專網及公網的使用，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。

據唐濤介紹，軌道交通協會從2015年也開始著手制定LTE-M的相關規范。目的是啟動編制LTE-M（LTE-Machine toMachine）系列標準，實現城市專用車地通訊系統的互聯互通、生產的規范化、工程實施的標準化，為LTE-M網絡規劃產品開發、工程設計、設備配置與運營管理等提供技術依據，形成LTE-M的網絡規劃和建設管理與維護的指導文件。

據悉，基于LTE技術的城軌LTE-M系統目前已經完成了實驗室測試，試驗段測試，并通過了專家評審，已經在北京，烏魯木齊，重慶等城市開始部署，LTE-M系統具備承載軌道交通綜合業務承載能力，在保障CBTC業務高可靠傳輸的同時，能夠滿足車載視頻監控和乘客信息等業務的傳輸需求。

軌道交通應強調人機協作

雖然整個采訪過程，唐濤都在談軌道交通自動化技術。但他在最后提出：不管軌道交通自動化技術發展得多先進，始終都是一個人機共同完成的系統。“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，實現對危及行車全過程安全因素的監控；另一方面，我們不能忽略，人機關系的研究也非常重要。比如在設備發生故障后，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重要，有時候，即便設備發生故障，但因為人員處理非常及時、得當，也會避免事故的發生。”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技術，強調設備，對人機協作方面的研究并不多。他強調：“關注自動化技術的同時也要關注人，我們并不是單純為了自動化而研究自動化，一切研究都要從軌道交通安全高效運行的角度出發。”

當前，我國城市軌道交通正處于高速發展時期，以“一帶一路”為主要內容的“走出去”國家戰略也正式啟動并實施。針對城市軌道交通大客流、網絡化、互聯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。他們為之奮斗，為之努力，為了保證列車穩定運行及乘客的人身安全，始終辛勤耕耘著。也許絕大多數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