[新活法·精彩故事]中国铁路通信专家屡创世界铁路奇迹

2017-05-17 09:46 千龙网

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2017年4月14日,“中国高铁数字移动通信之父”、北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室通信方向博士生导师、首席教授钟章队介绍。图为钟章队在向记者介绍他的高铁数字移动通信设备。千龙网记者 于振华摄

近日,北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室通信方向博士生导师、首席教授钟章队接受千龙网记者采访。图为钟章队向记者介绍高铁数字移动通信设备。千龙网记者 于振华摄

进入21世纪以来,短短17年,中国铁路发展突飞猛进:青藏铁路克服了高原缺氧、高寒冻土等困难,创下了世界高原铁路之最;大秦线4亿吨年运量,改写了重载铁路运输的历史;高速铁路每小时跑出350公里,成就了“中国速度”……

“中国速度”背后,是一批致力于铁路现代化建设的科研工作者,北京交通大学教授钟章队是其中有着突出贡献的一位。作为中国第一位研究GSM-R铁路无线通信的专家,钟章队在10余年潜心研究中,“吃得了苦、耐得住烦、霸得了蛮”,成果迭出,屡破世界难题,创造了中国乃至世界铁路发展史上绝无仅有的诸多奇迹。

10余年潜心研究高铁数字移动通信

1978年的秋天,邓小平同志在日本考察新干线时感慨地说:“它像风一样快,我们现在很需要跑!”当时,国外高速列车时速已达260公里,而中国旅客列车的平均时速却仅为43公里。此时,湖南衡阳人钟章队也面临人生选择,他在高考志愿填报栏里写下了北京交通大学无线通信专业,从此与中国铁路事业结缘。

中国铁路真正的加速始于21世纪初,铁路通信与信息系统是整个轨道交通系统的“神经中枢”,也是确保安全可靠运行、提高运输生产率的保证。

“铁路通信是生死攸关的通信,中国需要先进的、面向未来的通信。”日前,北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室通信方向首席教授、北京市高速铁路宽带移动通信工程技术研究中心主任、电子信息工程学院现代通信研究所所长钟章队在接受千龙网记者采访时回忆说,1994年,32岁的他提出铁路未来的移动通信一定是数字的,一定是小区制的、高可靠性的、无缝覆盖的、安全的。

从此,钟章队开始对欧洲高铁采用的GSM-R进行跟踪研究。那个时候,中国的民用移动通信网络已开始布局,“大哥大”逐渐变小,传呼机成为时尚人士新宠;而铁路通信却还停留传统模式,区间通信依靠的还是对讲机,只不过覆盖范围稍远而已。

1996年至2000年间,关于中国未来铁路究竟是要发展铁路专用数字移动通信系统(英文缩写为GSM-R),还是要发展陆地集群无线电系统(英文缩写为TETRA),在学术界的争论一直存在。而钟章队倾向于GSM-R,为了获得最新的数据和信息,他4次赴欧洲进行实地考察,参加了数十次学术研讨会,率领团队成员发表相关学术论文。

随着研究的深入,钟章队深刻体会到,GSM-R作为一种专门为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统,有着基础优势、可持续发展性、以及适合铁路综合信息化需要的特点,不仅满足调度需要,更可使中国铁路在迈向信息化、自动化的进程上前进一大步。

在机遇面前,瞄准国家需求的研究总能抢占先机。2002年,已经有近10年研究积累的钟章队获得了当时铁道部项目支持,在北京交通大学建立了国内第一个GSM-R系统应用模拟实验室。也正是有了这个实验室,并通过将近一年的试验演示和分析,验证了GSM-R技术是适应中国铁路的工程建设要求,符合铁道部要求的“先进、成熟、经济、适用、可靠”等技术引进的条件。

创新移动数字通信成果屡破世界难题

2004年,我国青藏铁路开始修建,钟章队带领团队入驻格尔木,参与青藏铁路试验线的建设。钟章队团队在青藏线试验段开展了许多创新性的工作。

“例如,我们实现了首次将GPS技术应用于GSM-R呼叫定位,实现了本站、前站和后站的调度呼叫功能。”钟章队介绍说,他们还开发研制的数据通信服务器与移动交换机(MSC)结合,为机车综合通信设备传送调度命令和车次号信息提供了可靠的数据传输通道,同时也为GSM-R网络服务质量测试提供了重要的通道等十几项创新成果。这些创新成果为GSM-R的实际应用,特别是为青藏铁路的通信信号工程建设奠定了基础。

而随后改造的大秦铁路更是一次重大考验。大秦铁路需要的编组模式是从未有过先例的,全长2.7公里的重载组合列车,需要多台机车进行同步运行,而如何实现多台机车同步牵引和制动是核心。重载列车不怕机车拉不动,怕的是主控机车指令发出后,从控机车收不到指令或指令不同步。在大秦铁路60%的山区坡道上,如果2万吨重载组合列车纵向冲动力控制不好,下坡时很可能脱轨,巨大冲力能把中间车辆挤成“铁饼”!

“这是世界上任何一个国家铁路没有做过的事情。”钟章队解释说,当时,他和他的科研团队再次夜以继日地挑战世界难题:把Locotrol技术与GSM-R系统结合,把点对点通信传输,提升为系统网络化无线传输,以彻底解决电台传输方式传输距离的限制问题……

钟章队带领团队废寝忘食,经过试验、修改、再试验、再修改——他把湖南人的那种“吃得了苦、耐得住烦”的“犟劲”使出来了,他们经过长时间的反复试验后,完美地实现了这一世界上史无前例的“嫁接”!

有了青藏线、大秦线和胶济线的先例,中国铁路的通讯制式更换步伐愈加坚定。钟章队和团队又忙碌在客运专线、高速铁路的施工现场。一张瑰丽的蓝图正在铺开,国家颁布《综合交通网中长期发展规划》和《中长期铁路网规划》中,客运专线、高速铁路以及旧线路改造,预计到2020年我国将有10万公里的线路,全面使用GSM-R无线通信。

2010年年底,第7届世界高速铁路大会在北京召开。这是世界高速铁路大会创办18年以来,第一次在欧洲以外的国家召开。这也意味着骄人的高速铁路技术成果和建设成就使得中国昂首阔步踏入“世界高铁俱乐部”。然而,在中国高铁强势崛起的背后,更需要坚实的基础理论的支撑,更需要持续不断地攀登科学技术的高峰。

高速率传输究竟可支持多高移动速度?

“高速率的传输究竟可以支持多高的移动速度?这个问题至今没有人给出过答案。目前,我国在时速350公里的高铁运行过程中,通信保证是不掉线的,那么高铁速度再高一些能否保证通信也不掉线呢?到底多高的速度是极限呢?

在钟章队的心中,这一个个问题无疑和哥德巴赫猜想、费马大定理一样令人着迷,值得有人前赴后继地去探索。如今,中国已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。然而,中国铁路还在加速,时速380公里新一代动车组即将下线,时速500公里的试验高速动车组正在研发……

当今世界,高铁迎来了一个日新月异、快速发展的黄金时代,而饱受湖湘文化浸染的钟章队,既有湖南人的坚韧与担当,又有“霸得了蛮”的秉性,他很清楚自己和率领的科研团队稍有松懈,就会掉队。为此,他和他的团队寒暑假也照常工作,甚至周末也明确规定只休息一天。作为团队带头人,钟章队每周六也在单位看书学习,也在潜心研究。他常常说:“我们现在的目标是赶超世界一流技术水平,如果前方的选手休息时,我们也休息,那么赶超从何谈起呢?”

“为国家重大工程服务,为中国铁路做些努力,为全人类的共同发展做贡献。”这是钟章队提出的目标。为此,他把年龄不同、专业各有所长的高端人才团结和凝聚在一起,共同奋斗了20多年。

近5年来,钟章队团队因贡献突出而硕果累累,频频获得各种大奖。例如,他们获国家科技进步一等奖1项,省部级科技进步特等奖1项、一等奖2项、二等奖2项,“铁路综合数字移动通信系统(GSM-R)理论、关键技术及工程应用”入选教育部2007年度“中国高等学校十大科技进展”。

钟章队团队发明专利授权13项,软件著作权登记50项,已申请发明专利51项。他们在国内外学术期刊发表论文272篇、国际会议上发表论文160余篇,其中SCI检索、EI检索150余篇,多次应邀在国内外重要学术会议上做大会报告。他们出版专著10部,其中4部已成为铁路专用通信和控制领域的权威著作。

原铁道部总工程师王麟书曾这样评价钟章队和他的创新团队:“作为铁路无线通信领域人才摇篮,北京交通大学正活跃着铁路移动通信技术研究开发和教学的中坚人物。”

2017年4月14日,“中国高铁数字移动通信之父”、北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室通信方向博士生导师、首席教授钟章队介绍说。图为钟章队在接受千龙网记者专访。千龙网记者 于振华摄

近日,北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室通信方向博士生导师、首席教授钟章队接受千龙网记者采访。图为钟章队。千龙网记者 于振华摄

责任编辑:马文娟(QJ0017)  作者:于振华

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