文/梁秀璟

唐濤：人機(jī)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)軌道交通安全高效運(yùn)行

文/梁秀璟

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

列車對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)，或許意味著回家，意味著與親人、愛人的團(tuán)聚，意味著人生新的起點(diǎn)，而對(duì)于唐濤來(lái)說(shuō)，列車是他的研究對(duì)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，國(guó)家新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選者，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃獲得者，鐵道部有突出貢獻(xiàn)中青年專家，茅以升鐵道科技獎(jiǎng)獲得者，曾任國(guó)家十一五“863”計(jì)劃現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜医M組長(zhǎng)。主要研究軌道交通列車運(yùn)行控制、智能交通、安全苛求系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

上世紀(jì)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(dāng)時(shí)研究的不是鐵道信號(hào)，而是自動(dòng)控制。那個(gè)時(shí)代的鐵路信號(hào)是基于固定閉塞的地面模式。一段路只允許有一列車，司機(jī)根據(jù)前方地面信號(hào)機(jī)顯示的信號(hào)行車。唐濤研究運(yùn)行控制就是將信號(hào)器挪到車上，在列車行駛的全過(guò)程中始終監(jiān)控列車的速度，一旦列車速度超過(guò)最高限速，自動(dòng)實(shí)施制動(dòng)使列車減速或停車。當(dāng)時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)剛剛開始研究。唐濤帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的國(guó)家“八五”科技攻關(guān)課題——“列車超速防護(hù)系統(tǒng)研究”一干就是8年，經(jīng)歷了技術(shù)攻關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、中試應(yīng)用等階段，但最終還是沒(méi)能在鐵路推廣應(yīng)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(jī)會(huì)

唐濤回憶道：“1998年的時(shí)候，我們就已經(jīng)開始研究城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)，2003年，北京交通大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱北交大）開始牽頭研究基于無(wú)線通信的列車自動(dòng)控制系統(tǒng)，也就是CBTC（Communication Based Train Control System）技術(shù)”。CBTC系統(tǒng)是集現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通信及控制技術(shù)與傳統(tǒng)信號(hào)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(gè)車站，并覆蓋整條線路，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過(guò)程的安全防護(hù)、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(yùn)行控制系統(tǒng)是確保列車行車安全和高效運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵技術(shù)裝備。本成果應(yīng)用之前，我國(guó)城軌列車運(yùn)行控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)裝備全部依賴引進(jìn)。引進(jìn)設(shè)備造價(jià)昂貴，后期維護(hù)成本高，制約著城軌的快速發(fā)展。2000 年國(guó)家就將該技術(shù)列為國(guó)產(chǎn)化重點(diǎn)，組織專項(xiàng)攻關(guān)，但未能突破。唐濤所在的產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)攻克了CBTC核心技術(shù)，完成了仿真測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和中試驗(yàn)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(tuán)隊(duì)面臨的難題。

這也不難理解，城市軌道交通關(guān)系著國(guó)計(jì)民生，關(guān)系著千百萬(wàn)乘客的生命安全，因此對(duì)設(shè)備安全性、可靠性要求特別高。對(duì)于業(yè)主來(lái)說(shuō)，使用國(guó)際品牌的進(jìn)口設(shè)備，比使用經(jīng)驗(yàn)不足甚至沒(méi)有工程示范驗(yàn)證的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品讓人放心。國(guó)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(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(tuán)隊(duì)終于等到了這個(gè)機(jī)會(huì)。當(dāng)時(shí)，國(guó)家推出了‘首臺(tái)套’的相關(guān)政策，鼓勵(lì)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(shí)，業(yè)內(nèi)也開始逐漸意識(shí)到信號(hào)系統(tǒng)自主化的必要性和重要性。2009年，時(shí)任北京市市委書記劉淇親自關(guān)心軌道交通信號(hào)技術(shù)國(guó)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(dāng)時(shí)我們的技術(shù)已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)室測(cè)試階段，正處在中試階段，而市里也有想要應(yīng)用國(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承接了軌道交通亦莊線國(guó)產(chǎn)CBTC（移動(dòng)閉塞）示范工程信號(hào)系統(tǒng)研發(fā)任務(wù)。”2010年，擁有百分百純正“中國(guó)血統(tǒng)”的軌道交通信號(hào)系統(tǒng)正式在亦莊線上試航。這標(biāo)志著我國(guó)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)完全依靠進(jìn)口技術(shù)的歷史正式終結(jié)。事實(shí)證明，自2010年順利開通至今，亦莊線信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行良好，與同期開通的線路相比，亦莊線測(cè)評(píng)成績(jī)最為出色。

回顧C(jī)BTC的自主化之路，唐濤坦言：“這是時(shí)代給予的機(jī)會(huì)。CBTC信號(hào)系統(tǒng)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(guó)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(duì)我們的國(guó)產(chǎn)技術(shù)重塑了信心。這也為后來(lái)從事信號(hào)系統(tǒng)自主化研究的單位及公司打開了市場(chǎng)?！碑?dāng)然，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(hào)系統(tǒng)市場(chǎng)的價(jià)格。據(jù)唐濤介紹，從近幾年的投標(biāo)來(lái)看，由于國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的介入，信號(hào)系統(tǒng)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(yīng)用，據(jù)唐濤介紹，目前北京7號(hào)線、14號(hào)線、16號(hào)線、正在建設(shè)的燕房線，以及天津、石家莊、長(zhǎng)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(dòng)化技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)方向

唐濤是技術(shù)出身，對(duì)于國(guó)際上一些先進(jìn)技術(shù)的“嗅覺”非常靈敏，對(duì)于軌道交通自動(dòng)化技術(shù)更是有著很多前瞻性的認(rèn)知和理解。在接受記者采訪的1個(gè)多小時(shí)里，他認(rèn)真地和記者分享著當(dāng)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(yùn)行技術(shù)

2014年11月底，國(guó)際公共交通聯(lián)合會(huì)（UIDP）在德國(guó)紐倫堡召開第二次都市軌道交通會(huì)議，主題是地鐵系統(tǒng)的自動(dòng)化和如何將傳統(tǒng)的地鐵線路改造為全自動(dòng)運(yùn)行（Full Automatic Operaton，簡(jiǎn)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(yùn)能提高50%，其最大潛力可以使客運(yùn)能力達(dá)單向7.5萬(wàn)人/h。這樣的技術(shù)應(yīng)用在中國(guó)顯得尤為迫切。唐濤告訴記者：“在中國(guó)智慧城市和綠色出行的號(hào)召下，軌道交通已經(jīng)成為了當(dāng)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(zhǎng)的趨勢(shì)，在部分城市，客流的增速已經(jīng)大大超過(guò)了線路運(yùn)能的增速，城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)壓力日益增加。為了緩解運(yùn)營(yíng)壓力，軌道交通線路的聯(lián)網(wǎng)程度不斷提升，列車運(yùn)行間隔不斷縮短，列車的行駛速度也在不斷提高，這對(duì)列車、信號(hào)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(shí)，城市軌道交通與其它道路交通最大的不同是相對(duì)封閉的環(huán)境中沿既定的軌道行進(jìn)，不能像汽車那樣可以自主的運(yùn)行，它必須有序、有組織的運(yùn)行。也正是基于這些特點(diǎn)，軌道交通對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)有著更高的要求，而全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)對(duì)于進(jìn)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(dòng)運(yùn)行技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際上公認(rèn)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(qiáng)調(diào)駕駛自動(dòng)化，而全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)實(shí)質(zhì)是進(jìn)一步減少人為因素對(duì)列車運(yùn)行安全、效率的影響，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)化，而不僅是替代司機(jī)?！斑@里所說(shuō)的全過(guò)程是指從車輛段停車庫(kù)線上電啟動(dòng)、駛?cè)胝€、載客運(yùn)行、回庫(kù)停車、斷電休眠等列車運(yùn)行的全過(guò)程?！睆?003年以來(lái)，國(guó)際上開始加快了這項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用，其適用范圍也從原來(lái)的低密度、小運(yùn)量線路擴(kuò)展到高密度、大運(yùn)量的線路（如巴黎地鐵一號(hào)線）。近幾年倫敦、巴黎、香港等地鐵還相繼提出要用全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行改造升級(jí)。2010年以后，唐濤所在團(tuán)隊(duì)就開始研究這項(xiàng)技術(shù)，目前，北京地鐵已決定把全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用到正在建設(shè)的燕房線上，國(guó)家發(fā)改委也已決定把燕房線作為全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)的示范工程，計(jì)劃于2017年開通。唐濤告訴記者，全自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)目前已經(jīng)被行業(yè)逐漸認(rèn)知并接受，上海10號(hào)線最初也是按照這個(gè)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(lái)看，基本新一輪的軌道交通線路建設(shè)都會(huì)采用這項(xiàng)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(hào)線、5號(hào)線多次中斷運(yùn)行。據(jù)調(diào)查，故障為乘客便攜式Wi-Fi設(shè)備干擾地鐵運(yùn)行信號(hào)系統(tǒng)所致。二者無(wú)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(wú)線資源有限，當(dāng)列車行駛時(shí)乘客大量使用便攜式Wi-Fi，勢(shì)必會(huì)擠占CBTC系統(tǒng)的頻點(diǎn)或通信時(shí)間，彼此產(chǎn)生干擾。嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響CBTC系統(tǒng)中車地實(shí)時(shí)控制信息傳輸，使列車停車。舉例說(shuō)明，公共頻段就像一條講究自由競(jìng)爭(zhēng)的三車道高速公路，如果是九、十臺(tái)車通過(guò)，就不會(huì)擁擠，但如果是五六十臺(tái)車，就會(huì)容易互相干擾。唐濤告訴記者，Wi-Fi相互干擾嚴(yán)重的話盡管不會(huì)影響行車安全，但會(huì)造成信息傳輸延遲或中斷，迫使列車停車，嚴(yán)重影響列車正常運(yùn)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(rèn)識(shí)到了建立軌道交通專用頻道的重要性，從各方面開始推進(jìn)相關(guān)工作的進(jìn)展。工信部于2015年發(fā)布了65號(hào)文，提出1.8G頻段本地?zé)o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(gè)可申請(qǐng)的受保護(hù)的無(wú)線專用頻段的機(jī)會(huì)。

據(jù)唐濤介紹，軌道交通協(xié)會(huì)從2015年也開始著手制定LTE-M的相關(guān)規(guī)范。目的是啟動(dòng)編制LTE-M（LTE-Machine to Machine）系列標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)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(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)化，為L(zhǎng)TE-M網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃產(chǎn)品開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備配置與運(yùn)營(yíng)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(hù)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(shí)驗(yàn)室測(cè)試，試驗(yàn)段測(cè)試，并通過(guò)了專家評(píng)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(shí)，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(qiáng)調(diào)人機(jī)協(xié)作

雖然整個(gè)采訪過(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(jī)共同完成的系統(tǒng)?！耙ＷC軌道交通運(yùn)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(xiàn)對(duì)危及行車全過(guò)程安全因素的監(jiān)控；另一方面，我們不能忽略，人機(jī)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(duì)故障進(jìn)行及時(shí)處理，這對(duì)于防止列車安全事故至關(guān)重要，有時(shí)候，即便設(shè)備發(fā)生故障，但因?yàn)槿藛T處理非常及時(shí)、得當(dāng)，也會(huì)避免事故的發(fā)生?！碧茲寡裕壳皣?guó)際上這方面研究已比較深入，而我國(guó)更多的還是在強(qiáng)調(diào)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)設(shè)備，對(duì)人機(jī)協(xié)作方面的研究并不多。他強(qiáng)調(diào)：“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(yùn)行的角度出發(fā)?！?/p>

當(dāng)前，我國(guó)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(nèi)容的“走出去”國(guó)家戰(zhàn)略也正式啟動(dòng)并實(shí)施。針對(duì)城市軌道交通大客流、網(wǎng)絡(luò)化、互聯(lián)互通等新的運(yùn)營(yíng)需求，我們要走的路還很長(zhǎng)，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(hào)控制的人。他們?yōu)橹畩^斗，為之努力，為了保證列車穩(wěn)定運(yùn)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(yuǎn)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軌道交通為生活帶來(lái)的便利。