給鐵路列車裝上“最強(qiáng)大腦”、“千里眼”、“順風(fēng)耳”！這一遠(yuǎn)大志向，來自北京交通大學(xué)先進(jìn)軌道交通自主運(yùn)行全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（簡稱實(shí)驗(yàn)室）。

先進(jìn)軌道交通自主運(yùn)行全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室全景圖

實(shí)驗(yàn)室依托交通運(yùn)輸工程和信息與通信工程這兩個(gè)一級學(xué)科國家重點(diǎn)學(xué)科，和在學(xué)科評估中連續(xù)四次蟬聯(lián)全國第一的系統(tǒng)科學(xué)學(xué)科，在原軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上，整合教育部、北京市及鐵路行業(yè)等自主運(yùn)行相關(guān)創(chuàng)新平臺，得到了國家鐵路局和國鐵集團(tuán)等高鐵主管部門的大力支持，于2023年3月獲科技部正式批準(zhǔn)成立。前不久，該實(shí)驗(yàn)室成為交通運(yùn)輸領(lǐng)域全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)盟首批入選成員單位之一。

“科技之星”風(fēng)華正茂

實(shí)驗(yàn)室主體位于北京交通大學(xué)思源樓8至13層，占地面積約6800平方米；現(xiàn)有科研儀器設(shè)備總價(jià)超過1億元；此外，在北京市豐臺區(qū)和河北省滄州黃驊建設(shè)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)基地。

“交通強(qiáng)國，鐵路先行。實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)傳承‘聚焦真需求、十年磨一劍’的科研定力和工匠精神，圍繞重點(diǎn)布局的軌道交通自主運(yùn)行領(lǐng)域感知、診斷、通信、控制等方面的核心技術(shù)問題，產(chǎn)出引領(lǐng)性、原創(chuàng)性重大科技成果并促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室健康發(fā)展，打造我國軌道交通領(lǐng)域自主可控技術(shù)‘策源地’。”北京交通大學(xué)校長兼實(shí)驗(yàn)室主任余祖俊同時(shí)指出，實(shí)驗(yàn)室緊密圍繞建設(shè)目標(biāo)，認(rèn)真落實(shí)學(xué)校有關(guān)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室專職科研隊(duì)伍建設(shè)部署，持續(xù)推進(jìn)有組織科研，不斷完善管理制度，嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)保障，激勵攻關(guān)任務(wù)團(tuán)隊(duì)成員勇于探索、持續(xù)創(chuàng)新。

“我來到實(shí)驗(yàn)室參與科研工作近20年了，可謂是一路跟隨到今天。”實(shí)驗(yàn)室副主任秦勇告訴筆者，實(shí)驗(yàn)室傳承了北京交通大學(xué)幾代人數(shù)十年的研究積累，一直是軌道交通自主運(yùn)行領(lǐng)域的“科技之星”。

“軌道交通自主運(yùn)行就是要利用傳感器、人工智能、大數(shù)據(jù)、無線通信、機(jī)器人等顛覆性技術(shù),為鐵路列車加裝‘千里眼’‘順風(fēng)耳’和‘最強(qiáng)大腦’，實(shí)現(xiàn)自主感知、自主定位、自主診斷、自主決策……”隨著交談的深入，頗具形象感的詞匯吸引了筆者的注意。

軌道交通是一個(gè)龐大的聯(lián)動系統(tǒng)，達(dá)到“提感增智”的目標(biāo)需要各專業(yè)高度耦合。其中，“最強(qiáng)大腦”指針對列車“撞軟墻”安全追蹤等世界性難題，研究創(chuàng)建綜合立體防護(hù)理論，突破列車群協(xié)同控制與智能調(diào)度技術(shù)，隸屬實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)攻關(guān)任務(wù)一——列車自主追蹤與協(xié)同管控。

“把原來8節(jié)編組改成兩個(gè)中間不靠車鉤鏈接的4節(jié)編組，通過協(xié)同控制技術(shù)讓車組‘追著跑’，既實(shí)現(xiàn)了超近距離的安全防護(hù)控制，又解決了高峰與平峰時(shí)期上座率不均衡的問題，還節(jié)約了資源能耗。”攻關(guān)任務(wù)負(fù)責(zé)人宿帥教授自豪地介紹，實(shí)驗(yàn)室是現(xiàn)場成功實(shí)現(xiàn)列車虛擬編組關(guān)鍵技術(shù)的世界頭一份。

這樣的靈活平衡技術(shù)，不僅需要“最強(qiáng)大腦”，也需要強(qiáng)大的通信技術(shù)支撐。在實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)攻關(guān)任務(wù)四——車車/車地高可信信息傳輸攻關(guān)任務(wù)中，研究人員針對高速移動場景下的高可靠強(qiáng)安全通信需求，構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境下的智能監(jiān)測檢測及網(wǎng)絡(luò)安全防御體系，研制高可信專用移動通信裝備。

什么是智能超表面？它其實(shí)是實(shí)驗(yàn)室研究的一個(gè)新型通信陣地，通過對基站信號進(jìn)行反射，提升通訊性能。基于智能超表面的電磁環(huán)境操控，研究人員可實(shí)現(xiàn)高速移動場景下的智能定位和波束追蹤，大幅提升列車信號覆蓋強(qiáng)度，解決彎道、遮擋及車廂覆蓋問題。

像這樣的高精尖設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室里還有很多，“千里眼”就是典型代表之一。

“‘千里眼’分為三只，一只在車上，是雷達(dá)與攝像機(jī)；一只在地上，是具有智能分析功能的沿線視頻監(jiān)控系統(tǒng)；還有一只在空中的天眼，是通過無人機(jī)大范圍綜合巡檢行車基礎(chǔ)設(shè)施及周邊環(huán)境。”攻關(guān)任務(wù)負(fù)責(zé)人郭保青教授介紹到，針對鐵路司機(jī)超視距凈空提前感知的難題，團(tuán)隊(duì)依托實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)攻關(guān)任務(wù)二——運(yùn)行環(huán)境智能感知與檢測預(yù)警，聚焦研究列車運(yùn)行環(huán)境全息智能感知與危險(xiǎn)源辨識技術(shù)，攻克了兩個(gè)重要科技問題：超視距行車障礙可靠感知、全天候環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)辨識。

當(dāng)然，有了“千里眼”，還得有“順風(fēng)耳”。

“這個(gè)是我們國際上原始創(chuàng)新的自供電無線無源傳感器，外號叫做‘零碳探針’，因?yàn)樗约壕湍墚a(chǎn)生足夠的電保持正常的傳感功能，服務(wù)于實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)攻關(guān)任務(wù)三——行車安全關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測。”秦勇教授舉著一個(gè)圓柱形小零件介紹到。

針對高速列車和貨車關(guān)鍵部位健康診斷與本質(zhì)安全保障問題，“零碳探針”通過收集列車行駛過程中產(chǎn)生的振動能量，轉(zhuǎn)化為電能供傳感器和無線通信需要，把關(guān)鍵狀態(tài)信息發(fā)給車載智能診斷處理主機(jī)，再通過可自主持續(xù)學(xué)習(xí)的健康診斷智能算法進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警與故障診斷，為列車安全運(yùn)行和先進(jìn)的無人駕駛提供設(shè)備健康診斷“心電圖”。部分成果已支撐我國復(fù)興號高速列車的安全運(yùn)行，將來也會在“一帶一路”的國際貨運(yùn)班列上得到應(yīng)用。

交出“政產(chǎn)學(xué)研用”優(yōu)異成績單

《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》中提出，建設(shè)城市群一體化交通網(wǎng)，推進(jìn)干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通融合發(fā)展。

近年來，軌道交通的安全與運(yùn)營問題愈顯突出，多項(xiàng)世界性鐵路工程呼喚科技支撐。在此背景下，實(shí)驗(yàn)室圍繞國家重大戰(zhàn)略需求，聚焦先進(jìn)軌道交通自主運(yùn)行技術(shù)前沿，牢牢把握研發(fā)優(yōu)勢，引領(lǐng)行業(yè)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展，做出了歷史性貢獻(xiàn)。

先后自主研發(fā)四代通用機(jī)車信號裝備，解決干線鐵路互聯(lián)互通世界難題；提出中國高鐵列控（CTCS）總體技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)建中國高鐵列控技術(shù)體系；世界首創(chuàng)重載鐵路移動閉塞，列車發(fā)車間隔縮短三分之一，引領(lǐng)世界重載鐵路列控技術(shù)發(fā)展；自主研發(fā)國內(nèi)第一、世界第四套CBTC系統(tǒng)，攻克城軌“卡脖子”難題；率先提出軌道交通自主運(yùn)行概念，制定國家鐵路行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究規(guī)劃，引領(lǐng)我國軌道交通自主運(yùn)行技術(shù)……碩果累累，不勝枚舉。

優(yōu)秀的科研成果產(chǎn)出離不開高水平人才高地支撐，缺不了高質(zhì)量人才隊(duì)伍推動。

實(shí)驗(yàn)室以學(xué)科建設(shè)為引領(lǐng)，依托智慧交通學(xué)科群，包括交通運(yùn)輸工程學(xué)科、系統(tǒng)科學(xué)學(xué)科和信息與通信工程學(xué)科等優(yōu)勢學(xué)科，構(gòu)建了高質(zhì)量人才培養(yǎng)體系，匯聚了一批杰出人才。目前共有研發(fā)人員100余人，其中具有正高職稱的人員占48%，具有博士學(xué)位的人員占97%，包括2個(gè)自然基金委創(chuàng)新群體、3個(gè)教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、國家杰出青年基金獲得者等國家級人才20余人。

才聚天下，智贏未來，資源共享，價(jià)值共創(chuàng)。

深諳國際化人才交流與合作能夠推動科技創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了系列國際合作平臺，包括3個(gè)教育部引智基地和1個(gè)科技部國際聯(lián)合研究中心，與德國、英國、法國、日本等軌道交通發(fā)達(dá)國家的著名學(xué)者和科研團(tuán)隊(duì)建立了長期的合作交流，具有很強(qiáng)的國際學(xué)術(shù)影響力。

此外，實(shí)驗(yàn)室始終踐行“政產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新，目前共獲得國家獎14項(xiàng)，主持完成國家一等獎1項(xiàng)、二等獎1項(xiàng)；先后孵化了交控科技股份有限公司、北京交大思諾科技股份有限公司等兩個(gè)上市企業(yè)，科研成果產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與轉(zhuǎn)化成效顯著。

志之所趨，無遠(yuǎn)弗屆，窮山距海，不能限也。

未來，實(shí)驗(yàn)室將致力于軌道交通自主運(yùn)行領(lǐng)域原創(chuàng)性理論突破、前沿創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)和核心裝備研制，構(gòu)建面向自主運(yùn)行的感知、診斷、通信、控制等應(yīng)用基礎(chǔ)理論體系，攻克超視距協(xié)同感知、自主追蹤、在途檢測診斷、高可信信息傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，研制系統(tǒng)成套裝備，技術(shù)支撐川藏鐵路、高鐵提速、高運(yùn)量重載鐵路和高密度城軌運(yùn)行等重大工程任務(wù)，做軌道交通自主運(yùn)行領(lǐng)域的特長生，成為技術(shù)“策源地”，實(shí)現(xiàn)國際引領(lǐng)，為加快建設(shè)交通強(qiáng)國提供堅(jiān)強(qiáng)支撐。

同學(xué)們，想好了嗎？好專業(yè)好方向好前途就選北京交通大學(xué)！