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    唐濤:人機(jī)協(xié)作,實(shí)現(xiàn)軌道交通安全高效運(yùn)行
    • 作者:梁秀璟
    • 點(diǎn)擊數(shù):26151     發(fā)布時間:2016-03-17 16:35:00
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    當(dāng)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(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(yùn)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(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。
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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(diǎn)實(shí)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(tuán)聚,意味著人生新的起點(diǎn),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(diǎn)實(shí)驗室主任,國家新世紀(jì)百千萬人才工程國家級人選者,教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃獲得者,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(yùn)行控制、智能交通、安全苛求系統(tǒng)設(shè)計。

    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(jī)根據(jù)前方地面信號機(jī)顯示的信號行車。唐濤研究運(yùn)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(shí)施制動使列車減速或停車。當(dāng)時,這項技術(shù)在我國剛剛開始研究。唐濤帶領(lǐng)團(tuán)隊承擔(dān)的國家“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(jī)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(jī)、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(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過程的安全防護(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)營的關(guān)鍵技術(shù)裝備。本成果應(yīng)用之前,我國城軌列車運(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)備造價昂貴,后期維護(hù)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(diǎn),組織專項攻關(guān),但未能突破。唐濤所在的產(chǎn)學(xué)研團(tuán)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(tuán)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(jìn)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(tuán)隊終于等到了這個機(jī)會。當(dāng)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(dāng)時我們的技術(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(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(diǎn)實(shí)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(biāo)志著我國軌道交通信號系統(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,亦莊線信號系統(tǒng)運(yùn)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C(jī)BTC的自主化之路,唐濤坦言:“這是時代給予的機(jī)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(dāng)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(biāo)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(jìn)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(rèn)知和理解。在接受記者采訪的1個多小時里,他認(rèn)真地和記者分享著當(dāng)今軌道交通自動化技術(shù)發(fā)展的諸多方向。

    (1)全自動運(yùn)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(yùn)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(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(dāng)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(yùn)能的增速,城市軌道交通的運(yùn)營壓力日益增加。為了緩解運(yùn)營壓力,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(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),軌道交通對于自動化技術(shù)有著更高的要求,而全自動運(yùn)行技術(shù)對于進(jìn)一步提升軌道交通的安全、高效都有著極為重要的意義。

    全自動運(yùn)行技術(shù)是近年來國際上公認(rèn)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(qiáng)調(diào)駕駛自動化,而全自動運(yùn)行技術(shù)實(shí)質(zhì)是進(jìn)一步減少人為因素對列車運(yùn)行安全、效率的影響,實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過程的自動化,而不僅是替代司機(jī)。“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(yùn)行、回庫停車、斷電休眠等列車運(yùn)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(yùn)量線路擴(kuò)展到高密度、大運(yùn)量的線路(如巴黎地鐵一號線)。近幾年倫敦、巴黎、香港等地鐵還相繼提出要用全自動運(yùn)行技術(shù)對全網(wǎng)進(jìn)行改造升級。2010年以后,唐濤所在團(tuán)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(yùn)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(yùn)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(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(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(dāng)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(diǎn)或通信時間,彼此產(chǎn)生干擾。嚴(yán)重時會影響CBTC系統(tǒng)中車地實(shí)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(yán)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(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可申請的受保護(hù)的無線專用頻段的機(jī)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(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(yùn)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(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(qiáng)調(diào)人機(jī)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(jìn),始終都是一個人機(jī)共同完成的系統(tǒng)。“要保證軌道交通運(yùn)行的安全、高效,一方面要不斷推進(jìn)先進(jìn)的自動化控制技術(shù),實(shí)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(jī)關(guān)系的研究也非常重要。比如在設(shè)備發(fā)生故障后,需要人對故障進(jìn)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(dāng),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(qiáng)調(diào)技術(shù),強(qiáng)調(diào)設(shè)備,對人機(jī)協(xié)作方面的研究并不多。他強(qiáng)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\(yùn)行的角度出發(fā)。”

    當(dāng)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(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(yùn)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(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


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