自主創(chuàng)新讓軌道交通更安全高效 新氣象 | 走進(jìn)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
2022-09-05 來(lái)源:中央紀(jì)委國(guó)家監(jiān)委網(wǎng)站
本文摘要:軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合國(guó)家軌道交通的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展與現(xiàn)實(shí)需求,圍繞軌道交通運(yùn)行控制、安全保障、運(yùn)輸組織、信息通信等,開(kāi)展軌道交通控制與安全科學(xué)技術(shù)方面的創(chuàng)新性應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究和基礎(chǔ)性工作,形成適合我國(guó)國(guó)情的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軌道交通控制與安全核心技術(shù)及裝備體系,用科技創(chuàng)新助力我國(guó)軌道交通發(fā)展。
實(shí)驗(yàn)室名片
軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合國(guó)家軌道交通的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展與現(xiàn)實(shí)需求,圍繞軌道交通運(yùn)行控制、安全保障、運(yùn)輸組織、信息通信等,開(kāi)展軌道交通控制與安全科學(xué)技術(shù)方面的創(chuàng)新性應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究和基礎(chǔ)性工作,形成適合我國(guó)國(guó)情的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軌道交通控制與安全核心技術(shù)及裝備體系,用科技創(chuàng)新助力我國(guó)軌道交通發(fā)展。
在這里,你可以成為“高鐵司機(jī)”,感受“復(fù)興號(hào)”的“速度與激情”;也可以變?yōu)?ldquo;乘客”,體驗(yàn)現(xiàn)代地鐵的“高智商”;還可以化身“調(diào)度員”,實(shí)現(xiàn)與列車(chē)的“隔空對(duì)話”……
這里是軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,我國(guó)軌道交通自主創(chuàng)新的前沿陣地。
當(dāng)今中國(guó),高鐵、地鐵和城際鐵路等,共同編織了一張巨大的軌道交通網(wǎng),讓人們享受著越來(lái)越高效便捷的出行服務(wù)。這其中離不開(kāi)廣大建設(shè)者的無(wú)私奉獻(xiàn),更離不開(kāi)眾多科研人員的默默付出與科研攻關(guān)。
如何讓軌道交通運(yùn)營(yíng)更安全高效?記者帶您走進(jìn)位于北京交通大學(xué)的軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一探究竟。
不斷探索,自主創(chuàng)新打造軌道交通“最強(qiáng)大腦”
9月1日早上7時(shí)許,我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的首條全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)地鐵線路——北京地鐵燕房線,各個(gè)站點(diǎn)的站臺(tái)上已是人頭攢動(dòng),一輛輛列車(chē)按照發(fā)車(chē)間隔進(jìn)站、出站,無(wú)人駕駛、自主運(yùn)行,精準(zhǔn)而有序。
對(duì)于這一景象,不少人或許已經(jīng)習(xí)以為常,卻很少有人了解其背后隱藏著意義非凡的科技創(chuàng)新——全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)(FAO)。這是實(shí)現(xiàn)高速度、高密度城市軌道交通安全、高效運(yùn)營(yíng)的重要技術(shù)保障,其典型特征是由車(chē)載設(shè)備和控制中心調(diào)度人員共同完成傳統(tǒng)人工駕駛中司機(jī)的職責(zé)。
“運(yùn)營(yíng)組織更加靈活,同時(shí)消除了人工駕駛的不確定性和不一致性,運(yùn)行更加高效、更加安全。”軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任唐濤教授告訴記者,這是實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)的標(biāo)志性成果之一。
談及交通,安全始終是一個(gè)繞不開(kāi)的話題,也是永遠(yuǎn)的底線。“一切的效率和服務(wù)都必須建立在安全的基礎(chǔ)之上,它不僅反映軌道交通的運(yùn)營(yíng)管理水平和運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量,更是實(shí)現(xiàn)軌道交通順暢、高效運(yùn)營(yíng)的重要前提。”唐濤教授介紹,實(shí)驗(yàn)室誕生于我國(guó)高速鐵路和城市軌道交通快速發(fā)展時(shí)期,科研人員設(shè)計(jì)研發(fā)了一系列支撐軌道交通的關(guān)鍵技術(shù),為我國(guó)軌道交通的創(chuàng)新發(fā)展提供動(dòng)力,為軌道交通的安全運(yùn)營(yíng)提供堅(jiān)實(shí)保障。
無(wú)人機(jī)全自動(dòng)智能巡檢系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)測(cè)試。(軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供圖)
軌道交通安全運(yùn)營(yíng)是一個(gè)大系統(tǒng),涵蓋車(chē)輛、軌旁設(shè)施、運(yùn)行環(huán)境等方方面面,涉及運(yùn)行控制、信息傳輸、安全檢測(cè)等諸多環(huán)節(jié)。“軌道交通安全運(yùn)行,首先要保證控制系統(tǒng)本身的安全性。”唐濤教授告訴記者,列控系統(tǒng)被視為軌道交通的“大腦”。
FAO堪稱(chēng)城市軌道交通的“最強(qiáng)大腦”,源于我國(guó)第一個(gè)自主研發(fā)、擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的基于通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)(CBTC)。而CBTC系統(tǒng),同樣誕生于該實(shí)驗(yàn)室。
2010年底開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的北京地鐵亦莊線,對(duì)于唐濤教授和他的團(tuán)隊(duì)而言,具有特別的意義。這是我國(guó)第一條用上國(guó)產(chǎn)“大腦”的地鐵線路,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、無(wú)人折返和安全運(yùn)營(yíng),以最小的發(fā)車(chē)間隔達(dá)到安全范圍內(nèi)最大的運(yùn)輸能力。其開(kāi)通運(yùn)營(yíng)標(biāo)志著我國(guó)成為世界第四個(gè)成功掌握CBTC核心技術(shù)、應(yīng)用于實(shí)際工程并順利開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的國(guó)家。
如今,我國(guó)研發(fā)的CBTC系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外數(shù)十個(gè)城市得到推廣應(yīng)用。疫情期間,北京地鐵多條線路之所以能夠縮短行車(chē)間隔、加大運(yùn)行頻次、降低乘客乘車(chē)密度,就是基于CBTC系統(tǒng)帶來(lái)的變化。
“FAO可以說(shuō)是CBTC的升級(jí)版,更加‘聰明’,可實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛狀態(tài)下的自主運(yùn)行。”唐濤教授介紹。
在北京交通大學(xué),記者看到了實(shí)驗(yàn)室里的“北京地鐵亦莊線”。據(jù)介紹,這是一個(gè)仿真操作平臺(tái),F(xiàn)AO、CBTC的誕生都離不開(kāi)這一平臺(tái)。未來(lái),隨著軌道交通運(yùn)行需求的不斷變化,這里還會(huì)誕生更加“聰明”的“大腦”。
移動(dòng)通信信道仿真模擬平臺(tái)。(軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供圖)
不僅如此,在軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,記者還見(jiàn)到了高速列車(chē)仿真駕駛平臺(tái)以及我國(guó)高速列車(chē)使用的列控系統(tǒng)。“不同企業(yè)生產(chǎn)的列控系統(tǒng)進(jìn)行迭代升級(jí),都在這里完成相應(yīng)的功能測(cè)試驗(yàn)證。”唐濤教授介紹,實(shí)驗(yàn)室面向軌道交通高質(zhì)量發(fā)展的國(guó)家重大需求,主持或參與完成了高鐵、地鐵等軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的編制工作,填補(bǔ)了本領(lǐng)域的空白。
在途監(jiān)測(cè),智能巡檢“健康管家”全域全息感知行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)
王志鵬,軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授。
最近,他正和團(tuán)隊(duì)成員一起加班加點(diǎn),為無(wú)人機(jī)全自動(dòng)智能巡檢系統(tǒng)做部署投用前的飛行數(shù)據(jù)鏈路和邊緣計(jì)算模塊測(cè)試。
據(jù)介紹,這一系統(tǒng)投用后,將可實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)高鐵線路基礎(chǔ)設(shè)施的全域全息的無(wú)人化巡檢。“也就是說(shuō),在設(shè)定了巡檢范圍和內(nèi)容后,無(wú)人機(jī)可自主進(jìn)行航線規(guī)劃、起降飛行、跟蹤捕捉巡檢目標(biāo)、研判分析巡檢數(shù)據(jù)等,全過(guò)程無(wú)需人工介入。”王志鵬告訴記者。
記者了解到,無(wú)人機(jī)全自動(dòng)智能巡檢系統(tǒng)是軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的高速列車(chē)一體化主動(dòng)安全保障系統(tǒng)的重要組成部分。這是高速列車(chē)主動(dòng)安全與運(yùn)維保障的重大技術(shù)創(chuàng)新。
據(jù)介紹,近年來(lái),隨著高鐵運(yùn)行速度不斷提高、高鐵網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展、列車(chē)保有量不斷增加、運(yùn)行環(huán)境與工況更加復(fù)雜,對(duì)其安全保障工作也提出新的挑戰(zhàn)。
過(guò)去,對(duì)列車(chē)“健康狀態(tài)”的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)對(duì)車(chē)載設(shè)備、外部設(shè)備等進(jìn)行定期檢查和維修,對(duì)鋼軌、接觸線網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的“體檢”則主要是依靠人工和綜合軌檢車(chē)巡檢,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且存在檢測(cè)不及時(shí)、微弱故障難以發(fā)現(xiàn)等問(wèn)題。
那么,有沒(méi)有這樣一套系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全的在途監(jiān)測(cè)及安全預(yù)警?
實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)不斷探索攻關(guān),融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等前沿科技,最終成功研發(fā)出高速列車(chē)在途安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行過(guò)程的全域全息感知與在途檢測(cè)維修。“就是在列車(chē)全身布設(shè)不同的傳感設(shè)備,像人一樣可以聽(tīng)到、看到、感知到自身的健康狀態(tài)以及周?chē)倪\(yùn)行環(huán)境,經(jīng)數(shù)據(jù)分析,及時(shí)作出診斷評(píng)估,并將結(jié)果反饋到控制系統(tǒng)。”王志鵬介紹,這一技術(shù)已在我國(guó)高鐵列車(chē)上得到應(yīng)用。
軌道交通列車(chē)運(yùn)行控制車(chē)地通信系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)。(軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供圖)
不僅如此,科研團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出一種基于5G+AI的無(wú)人機(jī)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施巡檢系統(tǒng),并在中國(guó)高鐵標(biāo)準(zhǔn)示范線——京滬高鐵線路巡檢中得到應(yīng)用。
“軌道上任何微小的變化和環(huán)境中任何可能對(duì)行車(chē)安全造成影響的因素變化,都能夠及時(shí)得到捕捉和預(yù)警,大大提高運(yùn)營(yíng)安全水平。”據(jù)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)負(fù)責(zé)同志介紹,科研團(tuán)隊(duì)在列車(chē)運(yùn)行安全保障、運(yùn)維效率提升和科技進(jìn)步等方面發(fā)揮了引領(lǐng)作用,使得高速列車(chē)可用性提高10%、定期檢修效率提高20%、運(yùn)維成本降低25%,奠定了我國(guó)軌道交通向主動(dòng)安全與運(yùn)維保障轉(zhuǎn)型的技術(shù)基礎(chǔ)。
在此基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)繼續(xù)攻關(guān),將高速列車(chē)車(chē)載在途健康管理、運(yùn)行環(huán)境智能感知、無(wú)人機(jī)全自動(dòng)智能巡檢等功能進(jìn)行一體化融合,形成前文提到的高速列車(chē)一體化主動(dòng)安全保障系統(tǒng),可針對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)空車(chē)地一體化的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、診斷、預(yù)警,為保持我國(guó)在該領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的國(guó)際領(lǐng)先位置和高速鐵路系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)保障。未來(lái),列車(chē)健康狀態(tài)如何、基礎(chǔ)設(shè)施及運(yùn)行環(huán)境是否存在安全隱患等,全部可以通過(guò)這位“健康管家”知悉。
移動(dòng)通信系統(tǒng)從2G到5G讓“隔空對(duì)話”更通暢
在實(shí)驗(yàn)室軌道交通信息通信研究室,孫斌老師向記者展示了地面控制中心的調(diào)度指令如何準(zhǔn)確無(wú)誤地傳遞給高速移動(dòng)的列車(chē),列車(chē)的速度、位置等信息又是如何高效實(shí)時(shí)地反饋到地面控制中心。
“相隔千里,車(chē)地之間仍可實(shí)現(xiàn)安全高效精準(zhǔn)的‘對(duì)話’,離不開(kāi)通暢的通信網(wǎng)絡(luò)。”軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任熊磊指著桌面上的機(jī)車(chē)綜合無(wú)線通信設(shè)備告訴記者,這個(gè)設(shè)備就是高鐵列車(chē)司機(jī)能夠與調(diào)度中心“隔空對(duì)話”的關(guān)鍵設(shè)備。
對(duì)于軌道交通而言,如同人們用手機(jī)打電話、發(fā)信息、上網(wǎng)需要移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)一樣,車(chē)地之間也需要專(zhuān)門(mén)的移動(dòng)通信系統(tǒng)。當(dāng)前,我國(guó)高鐵上普遍使用的GSM-R系統(tǒng),就離不開(kāi)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員的技術(shù)攻關(guān)。
高速列車(chē)仿真駕駛平臺(tái)的操作臺(tái)。(軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供圖)
據(jù)介紹,列車(chē)高速行駛,而且會(huì)經(jīng)過(guò)隧道、山區(qū)、高架橋等諸多復(fù)雜場(chǎng)景,這導(dǎo)致無(wú)線電波在傳輸過(guò)程中可能遇到各種問(wèn)題,信號(hào)傳輸質(zhì)量發(fā)生惡化。熊磊給記者打了個(gè)比方,這就好比兩個(gè)人在打電話,但周?chē)h(huán)境混亂嘈雜,就會(huì)導(dǎo)致信息接收不準(zhǔn)確等問(wèn)題,“這就要求形成一個(gè)車(chē)地之間信息傳輸?shù)膶?zhuān)門(mén)通道,不會(huì)被其他信息干擾。”
GSM-R系統(tǒng)就是為了實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)、復(fù)雜場(chǎng)景下的信息安全高效精準(zhǔn)傳輸。
當(dāng)前,軌道交通運(yùn)行更高速、更智能,產(chǎn)生了海量信息,對(duì)信息高可靠低延遲傳輸提出了更大挑戰(zhàn)。隨著國(guó)家新基建的加快推進(jìn),5G技術(shù)也正被融入高鐵移動(dòng)通信系統(tǒng)的研發(fā),業(yè)內(nèi)人士稱(chēng)為5G-R。
與我們平時(shí)乘坐列車(chē)時(shí)使用的5G網(wǎng)絡(luò)不同,5G-R是一個(gè)專(zhuān)供高鐵信息傳輸?shù)膶?zhuān)網(wǎng)通道。“如果說(shuō)我們平時(shí)使用的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是一條開(kāi)放的高速公路,所有人都可以使用,那么5G-R就是一條專(zhuān)門(mén)的車(chē)道,專(zhuān)供高鐵海量信息的快速傳輸。”孫斌說(shuō)。實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)目前已攻克了鐵路5G無(wú)線信道仿真與互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)。
記者了解到,未來(lái)5G-R系統(tǒng)投用后,“隔空對(duì)話”將更加通暢,車(chē)地之間將可實(shí)現(xiàn)任何位置、任何時(shí)間的實(shí)時(shí)視頻通話。
“這些只是我們眾多自主創(chuàng)新成果的一部分。”唐濤教授表示,當(dāng)前,軌道交通網(wǎng)絡(luò)遍布全國(guó)各地,他們?nèi)詫⒊掷m(xù)為軌道交通安全運(yùn)營(yíng)貢獻(xiàn)新的技術(shù)力量。
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