唐涛：人机协作，实现轨道交通安全高效运行

文/梁秀璟

唐涛：人机协作，实现轨道交通安全高效运行

文/梁秀璟

北京交通大学电信学院教授、轨道交通控制与安全国家重点实验室主任 唐涛

列车对于很多人来说，或许意味着回家，意味着与亲人、爱人的团聚，意味着人生新的起点，而对于唐涛来说，列车是他的研究对象，更是他的事业，也是他相交多年的“老朋友”。

唐涛，北京交通大学电信学院教授，轨道交通控制与安全国家重点实验室主任，国家新世纪百千万人才工程国家级人选者，教育部新世纪优秀人才支持计划获得者，铁道部有突出贡献中青年专家，茅以升铁道科技奖获得者，曾任国家十一五“863”计划现代交通技术领域专家组组长。主要研究轨道交通列车运行控制、智能交通、安全苛求系统设计。

上世纪90年代，唐涛在中科院博士毕业后到北京交通大学任教，当时研究的不是铁道信号，而是自动控制。那个时代的铁路信号是基于固定闭塞的地面模式。一段路只允许有一列车，司机根据前方地面信号机显示的信号行车。唐涛研究运行控制就是将信号器挪到车上，在列车行驶的全过程中始终监控列车的速度，一旦列车速度超过最高限速，自动实施制动使列车减速或停车。当时，这项技术在我国刚刚开始研究。唐涛带领团队承担的国家“八五”科技攻关课题——“列车超速防护系统研究”一干就是8年，经历了技术攻关、现场试验、中试应用等阶段，但最终还是没能在铁路推广应用。然而，“是金子在哪里都会发光”，真正让唐涛的本领得以施展的并不是铁路，而是城市轨道交通。

CBTC自主化——这是时代给予的机会

唐涛回忆道：“1998年的时候，我们就已经开始研究城市轨道交通信号系统，2003年，北京交通大学（以下简称北交大）开始牵头研究基于无线通信的列车自动控制系统，也就是CBTC（Communication Based Train Control System）技术”。CBTC系统是集现代计算机、通信及控制技术与传统信号技术为一体的复杂系统，系统装备分别安装在每列列车、分布在每个车站，并覆盖整条线路，实现列车运行全过程的安全防护、速度控制以及精确停车。CBTC是列控技术的发展方向。作为轨道交通系统的“大脑与神经”，列车运行控制系统是确保列车行车安全和高效运营的关键技术装备。本成果应用之前，我国城轨列车运行控制系统关键技术装备全部依赖引进。引进设备造价昂贵，后期维护成本高，制约着城轨的快速发展。2000 年国家就将该技术列为国产化重点，组织专项攻关，但未能突破。唐涛所在的产学研团队攻克了CBTC核心技术，完成了仿真测试、现场试验和中试验证，但有了成果后，如何将自主研发的CBTC技术得到应用成为了研究团队面临的难题。

这也不难理解，城市轨道交通关系着国计民生，关系着千百万乘客的生命安全，因此对设备安全性、可靠性要求特别高。对于业主来说，使用国际品牌的进口设备，比使用经验不足甚至没有工程示范验证的国内产品让人放心。国产化自主化固然重要，但谁也不愿第一个吃螃蟹。

唐涛说：“技术只有应用才能发展，才能有更多的创新。原始创新需要应用和推广。” 2007年，CBTC研发团队终于等到了这个机会。当时，国家推出了‘首台套’的相关政策，鼓励一些重要行业尽可能多地应用自主化产品。与此同时，业内也开始逐渐意识到信号系统自主化的必要性和重要性。2009年，时任北京市市委书记刘淇亲自关心轨道交通信号技术国产化的问题，并最终决定采用北交大自主研发的CBTC技术。唐涛说：“当时我们的技术已经完成实验室测试阶段，正处在中试阶段，而市里也有想要应用国产化技术的意愿，所以，双方一拍即合，我所在的北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室承接了轨道交通亦庄线国产CBTC（移动闭塞）示范工程信号系统研发任务。”2010年，拥有百分百纯正“中国血统”的轨道交通信号系统正式在亦庄线上试航。这标志着我国轨道交通信号系统完全依靠进口技术的历史正式终结。事实证明，自2010年顺利开通至今，亦庄线信号系统运行良好，与同期开通的线路相比，亦庄线测评成绩最为出色。

回顾CBTC的自主化之路，唐涛坦言：“这是时代给予的机会。CBTC信号系统是产、学、研、用的典型，是天时、地利、人和的产物，它的成功不仅提升了国家轨道交通装备的整体技术水平，同时也激发了众多同行的热情与激情，使社会对我们的国产技术重塑了信心。这也为后来从事信号系统自主化研究的单位及公司打开了市场。”当然，CBTC自主化还带来了一个最为直接的益处，那就是降低了整个信号系统市场的价格。据唐涛介绍，从近几年的投标来看，由于国产化技术的介入，信号系统差不多降低了三分之一的价格。

经过不懈的努力，自主化的CBTC在轨道交通领域已经得到广泛应用，据唐涛介绍，目前北京7号线、14号线、16号线、正在建设的燕房线，以及天津、石家庄、长沙、成都、重庆、深圳、乌鲁木齐、青岛等10余条线路都采用了自主化的CBTC技术。

轨道交通自动化技术发展的几个方向

唐涛是技术出身，对于国际上一些先进技术的“嗅觉”非常灵敏，对于轨道交通自动化技术更是有着很多前瞻性的认知和理解。在接受记者采访的1个多小时里，他认真地和记者分享着当今轨道交通自动化技术发展的诸多方向。

（1）全自动运行技术

2014年11月底，国际公共交通联合会（UIDP）在德国纽伦堡召开第二次都市轨道交通会议，主题是地铁系统的自动化和如何将传统的地铁线路改造为全自动运行（Full Automatic Operaton，简称FAO） 。UIDP主席Meyer先生指出，FAO可以使现有一些地铁系统的运能提高50%，其最大潜力可以使客运能力达单向7.5万人/h。这样的技术应用在中国显得尤为迫切。唐涛告诉记者：“在中国智慧城市和绿色出行的号召下，轨道交通已经成为了当今人们最重要的交通工具之一，近年来城市轨道交通的客流呈逐年增长的趋势，在部分城市，客流的增速已经大大超过了线路运能的增速，城市轨道交通的运营压力日益增加。为了缓解运营压力，轨道交通线路的联网程度不断提升，列车运行间隔不断缩短，列车的行驶速度也在不断提高，这对列车、信号系统和通信系统等轨道交通设备都提出了更高的要求。

与此同时，城市轨道交通与其它道路交通最大的不同是相对封闭的环境中沿既定的轨道行进，不能像汽车那样可以自主的运行，它必须有序、有组织的运行。也正是基于这些特点，轨道交通对于自动化技术有着更高的要求，而全自动运行技术对于进一步提升轨道交通的安全、高效都有着极为重要的意义。

全自动运行技术是近年来国际上公认的轨道交通自动化技术发展的方向之一，被很多人简单理解为无人驾驶技术，但在唐涛看来，无人驾驶只是强调驾驶自动化，而全自动运行技术实质是进一步减少人为因素对列车运行安全、效率的影响，实现列车运行全过程的自动化，而不仅是替代司机。“这里所说的全过程是指从车辆段停车库线上电启动、驶入正线、载客运行、回库停车、断电休眠等列车运行的全过程。”从2003年以来，国际上开始加快了这项技术推广应用，其适用范围也从原来的低密度、小运量线路扩展到高密度、大运量的线路（如巴黎地铁一号线）。近几年伦敦、巴黎、香港等地铁还相继提出要用全自动运行技术对全网进行改造升级。2010年以后，唐涛所在团队就开始研究这项技术，目前，北京地铁已决定把全自动运行技术应用到正在建设的燕房线上，国家发改委也已决定把燕房线作为全自动运行技术的示范工程，计划于2017年开通。唐涛告诉记者，全自动运行技术目前已经被行业逐渐认知并接受，上海10号线最初也是按照这个技术去规划建设的，现在已经处在调试开通阶段。从北京来看，基本新一轮的轨道交通线路建设都会采用这项技术。

（2）积极建设车地通信的专用频段

2012年11月上旬，深圳地铁2号线、5号线多次中断运行。据调查，故障为乘客便携式Wi-Fi设备干扰地铁运行信号系统所致。二者无线数据传输频段均为2.4GHz。唐涛告诉记者，随着数字化城市的建设，民用的Wi-Fi开始覆盖轨道交通沿线。而2.4GHz频段无线资源有限，当列车行驶时乘客大量使用便携式Wi-Fi，势必会挤占CBTC系统的频点或通信时间，彼此产生干扰。严重时会影响CBTC系统中车地实时控制信息传输，使列车停车。举例说明，公共频段就像一条讲究自由竞争的三车道高速公路，如果是九、十台车通过，就不会拥挤，但如果是五六十台车，就会容易互相干扰。唐涛告诉记者，Wi-Fi相互干扰严重的话尽管不会影响行车安全，但会造成信息传输延迟或中断，迫使列车停车，严重影响列车正常运行。所以，从深圳地铁事件开始，政府相关部门已经逐渐认识到了建立轨道交通专用频道的重要性，从各方面开始推进相关工作的进展。工信部于2015年发布了65号文，提出1.8G频段本地无线宽带技术，可用于城市轨道交通、电力、石油等行业专网及公网的使用，使轨道交通有了一个可申请的受保护的无线专用频段的机会。

据唐涛介绍，轨道交通协会从2015年也开始着手制定LTE-M的相关规范。目的是启动编制LTE-M（LTE-Machine to Machine）系列标准，实现城市专用车地通讯系统的互联互通、生产的规范化、工程实施的标准化，为LTE-M网络规划产品开发、工程设计、设备配置与运营管理等提供技术依据，形成LTE-M的网络规划和建设管理与维护的指导文件。

据悉，基于LTE技术的城轨LTE-M系统目前已经完成了实验室测试，试验段测试，并通过了专家评审，已经在北京，乌鲁木齐，重庆等城市开始部署，LTE-M系统具备承载轨道交通综合业务承载能力，在保障CBTC业务高可靠传输的同时，能够满足车载视频监控和乘客信息等业务的传输需求。

轨道交通应强调人机协作

虽然整个采访过程，唐涛都在谈轨道交通自动化技术。但他在最后提出：不管轨道交通自动化技术发展得多先进，始终都是一个人机共同完成的系统。“要保证轨道交通运行的安全、高效，一方面要不断推进先进的自动化控制技术，实现对危及行车全过程安全因素的监控；另一方面，我们不能忽略，人机关系的研究也非常重要。比如在设备发生故障后，需要人对故障进行及时处理，这对于防止列车安全事故至关重要，有时候，即便设备发生故障，但因为人员处理非常及时、得当，也会避免事故的发生。”唐涛坦言，目前国际上这方面研究已比较深入，而我国更多的还是在强调技术，强调设备，对人机协作方面的研究并不多。他强调：“关注自动化技术的同时也要关注人，我们并不是单纯为了自动化而研究自动化，一切研究都要从轨道交通安全高效运行的角度出发。”

当前，我国城市轨道交通正处于高速发展时期，以“一带一路”为主要内容的“走出去”国家战略也正式启动并实施。针对城市轨道交通大客流、网络化、互联互通等新的运营需求，我们要走的路还很长，但值得庆幸的是，还有很多如唐涛一样，热爱轨道交通，热爱信号控制的人。他们为之奋斗，为之努力，为了保证列车稳定运行及乘客的人身安全，始终辛勤耕耘着。也许绝大多数乘坐轨道交通的乘客永远都不会知道他们是谁，但正是基于他们的工作，我们才可以安全地享受着轨道交通为生活带来的便利。