一、 课题类别
1、 重点课题
研究目标：实验室研究项目体系中的重要部分，其定位是面向重大需求、瞄准 国际前沿、整合创新资源、解决关键问题、孕育重点突破。重点课题支持实验室人 员围绕实验室重点任务，针对有战略意义的、已有较好基础，并可能产生重大成果 和重要研究方向的课题，组织团队开展持续深入的系统性基础研究或应用基础研 究；通过自主课题的研究，形成具有自主知识产权、对国民经济和相关技术领域发 展具有重大影响的标志性成果。
申请资格：各研究室学术带头人组织申报。 培育指标，满足下列指标之一：
➢ 主持申报并获得省部级（学会或协会）一等奖及以上奖励；
➢ 主持申报并获得国家级重大、重点项目，同时在实验室认定的本领域国内外 有影响力的期刊上发表论文至少 5 篇。
年限经费：实施年限为 1-3 年，经费支持额度为 30-80 万元，一般分三批拨付， 中期经费的拨付以完成相关培育指标的申报为准。
2、 探索性课题
研究目标：面向领域重要需求，瞄准学科前沿，促进学科发展，激励原始创新。
探索性课题支持实验室人员围绕实验室研究方向，针对一些在国际国内相关研究领 域尚处于初始阶段的基础性研究，开展具有前瞻性、勇于创新的探索性研究，期望 通过此类课题的研究，为在一些新兴方向取得突破性进展和持续研究奠定基础。同时，鼓励各研究室之间的联系与互动,促进研究室间研究内容的有效融合和深度协 作，引导各研究室面向国家重大需求、前沿以及创新性课题进行协同研究，为实验 室在轨道交通领域控制与安全领域综合性成果的形成提供支撑。
申请资格：具有博士学位，充分了解国内外相关研究领域发展现状与前沿的实验室固定人员自由申请，自主选题。
培育指标：申报国家自然科学基金项目，同时在实验室认定的本领域国内外有影响力的期刊上发表论文至少 2 篇。
年限经费：实施年限为 1-2 年，经费支持额度为 10-20 万元，一般分三批拨付， 中期经费的拨付以完成国家自然科学基金项目的申报或已投稿高水平论文。
3、 平台建设课题
研究目标：建设具有轨道交通控制与安全领域国际先进水平的实验平台，支持实验室基础理论和关键技术研究，有力支撑轨道交通行业的发展。
申请资格：申请人应具有博士学位，充分了解国内外相关研究领域发展现状与前沿，具有团队合作精神。
培育指标：完成实验室平台建设并形成研究报告，提交演示报告。
年限经费：实施年限为 1-2 年，经费支持额度为 10-20 万元，一般分三批拨付，中期经费的拨付以完成平台初步构建为准。
4、 人才类课题
1) 优秀中青年人才课题：
申请资格：申请人为 50 岁以下固定人员。 培育指标：获得国家级人才类项目，以个人形式申报，支持力度视各类人才层次而定。
年限经费：实施年限为 1-2 年，经费支持额度为 10-30 万元，一般分三批拨付， 中期经费的拨付以获得校级推荐资格为准。
2) PI 人员课题：
申请资格：申请人为实验室已聘 PI。
培育指标：实现申请人所属平台与实验室现有平台的交互融合并形成平台演示 报告，或在实验室认定的本领域国内外有影响力的期刊上发表论文至少 1 篇。
年限经费：实施年限为 1-2 年，经费支持额度为 10-30 万元，一般分三批拨付， 中期经费的拨付以完成平台的初步融合或已投稿高水平论文。
3) 新进人员启动课题：
申请资格：申请人为实验室新引进研究人员，与人才引进相配套，主要用于新进人员开展基础研究和应用基础工作，鼓励实验技术方法的创新研究，促进新进人 员成长。
培育指标：在实验室认定的本领域国内外有影响力的期刊上发表论文至少 1 篇。
年限经费：实施年限为 1 年，经费支持额度 5 万元，一次性拨付。
4) 科研博士后研究课题：
申请资格：申请人为实验室科研博士后，与人才引进相配套。
培育指标：按博士后任务书要求执行。
年限经费：经费支持额度 20 万元，实施年限为 2 年，分两年拨付。
二、 选题范围
研究方向之一：轨道交通流分析与控制理论
1. 重点课题
1) 轨道交通路网枢纽安全风险管理与韧性管控方法 拟解决关键科学问题：
(1) 异常事件下的轨道交通路网枢纽中个体行为演化规律；
(2) 异常事件下的轨道交通路网枢纽冗余度对流动性的影响机理；
(3) 异常事件下的轨道交通路网枢纽韧性应急调度与管控方法；
(4) 轨道交通枢纽新服务/新管理模式的多部门协同机制。
研究目标：
(1) 分析异常事件下的个体出行时空轨迹以及个体交通行为的时空分布特征， 确定不同风险场景下轨道交通路网的脆弱环节，得到轨道交通路网枢纽- 个体行为演化的内在机制，识别出关键风险因素；
(2) 揭示不同类型突发事件下轨道交通路网枢纽局部功能失效机理，并提出应 急交通诱导、公共交通车辆应急调度、交通应急疏散管控策略等枢纽失效 的应对方法，据此分析轨道交通枢纽冗余度对流动性的影响并开展轨道交 通路网枢纽流动性风险评估；
(3) 开展轨道交通路网枢纽新服务/新管理模式的建模与分析，设计轨道交通路网枢纽多部门协同管理新机制并开展方案的韧性评估方法；
(4) 结合各类新兴交通出行方式，设计不同风险场景下城市轨道交通路网枢纽的应急管理策略，构建轨道交通路网枢纽多部门协同管理新机制，实现提 升城市轨道交通路网枢纽韧性的目标。
2. 探索性课题：
1) 城市轨道交通线网韧性调度与优化控制研究 拟解决关键科学问题
(1) 多源数据驱动的城市轨道交通线网韧性分析与评估；
(2) 面向路网韧性提升的城市轨道交通线网客流优化控制方法；
(3) 耦合动态客流信息的城市轨道交通列车流韧性组织与调度方法。
研究目标
(1) 基于路网拓扑数据、列车运行数据、历史客流数据等，研究考虑吸收能力、 抗毁能力、以及恢复能力的城市轨道交通线网韧性分析与评估方法；
(2) 考虑全运营周期（事件发生前-事件发生时-事件发生后）的客流拥挤度及 乘客出行效率，研究融合客流进站控制、乘客出行诱导在内的城市轨道交 通线网客流韧性组织优化方法；
(3) 研究耦合动态客流信息的城市轨道交通列车流韧性组织与调度方法，从开 行方案优化、列车运行调度、列车实时优化控制“长期-中期-短期”三个 维度来提升网络韧性。
2) 基于混杂数据的城市轨道交通系统事故分析及预测
拟解决的关键科学问题：
(1)复杂环境下城市轨道交通系统事故特性及产生机理； (2)城市轨道交通系统事故成因链的构造机制及事故演变规律； (3)多源、异构及不同可靠性等混杂性数据预测模型的构建及算法设计。
研究目标：
(1)把握和理解信息化、网络化及智能化发展趋势下城市轨道交通系统事故产 生的随机性、突发性及涌现性等特征，揭示系统事故产生机理。 (2)构造城市轨道交通系统事故成因链，刻画事故演变规律。创建量化大系统 安全状态的单一的风险指标、安全等级等的计算体系。 (3)基于事故混杂性数据，构建适合城市轨道交通系统事故预测模型，设计面 向卷积神经网络的深度学习算法。
3) 不确定条件下综合运输网络中多模式多路径货运鲁棒随机优化研究
拟解决的关键科学问题：
(1) 分析综合运输网络中货运中遇到的各种不确定因素及其特点；
(2) 不确定条件下大规模综合运输网络中多模式多路径货运优化问题的特征分 析和建模方法的研究；
(3) 建立综合运输网络货运问题的鲁棒随机优化模型并设计高效启发式求解算法。
研究目标：
(1) 分析大规模、多模式运输网络及不确定市场环境对货物运输组织问题的影响，构建面大规模综合运输网络体系；
(2) 研究各种不确定条件下的优化方法，比较它们的各自优点及其局限性，推广和改进已有的鲁棒随机优化模型及其求解算法；
(3) 提出新的鲁棒随机优化模型与基于贪婪准则的高效启发式算法，并应用于不确定条件下大规模综合运输网络中多模式多路径货运优化问题。
4) 地铁运营中断场景下基于客流驱动的接驳网络设计与车辆智慧调度拟解决的关键科学问题：
(1) 不同地铁运营中断场景下客流的时空分布特征分析；
(2) 构建基于客流驱动下的接驳网络设计；
(3) 基于客流响应的接驳资源智慧调度方案设计；
研究目标：
(1) 分析地铁不同运营中断场景下客流在轨道交通系统中的时空分布规律，研究不同中断场景下制约客流有效疏散的瓶颈节点；
(2) 分析有限接驳资源状态下有效接驳节点的辨识，设计基于客流驱动下的接驳网络，建立有效的客流疏散路径。
(3) 构建车辆运输调配和客流相互联动的 VRP 模型，设计高效算法求解模型， 探索基于客流响应的接驳车辆智慧调度方案。
研究方向之二：轨道交通安全保障与运输组织理论及关键技术
1. 重点课题：
1) 轨道交通网络安全保障与主动防控体系研究 拟解决的关键科学问题：
(1) 轨道交通网络风险要素相互作用机理；
(2) 轨道交通网络风险演化与传播机理；
(3) 典型场景轨道交通网络安全保障与主动防控知识图谱构建方法。
研究目标：
(1) 基于 RAMSI 的轨道交通网络关键要素状态辨识方法，构建轨道交通网络安全风险致因要素集；
(2) 基于轨道交通风险要素集及其相互作用关系，建立典型场景的轨道交通风险链群；
(3) 结合典型场景的运行方案和事故案例集，构建面向常态运营与典型场景的 轨道交通安全保障与主动防控知识图谱案例集。
2. 探索性课题：
1) 基于动态可靠性的城轨车辆牵引系统失效机理与风险防控策略优化拟解决的关键科学问题：
(1) 城轨车辆牵引系统风险防控内涵分析；
(2) 城轨车辆牵引系统基础组分的风险特征与耦合作用机理；
(3) 外因作用下的城轨车辆牵引系统局部失效生成与演化机理。
研究目标：
(1) 揭示城轨车辆牵引系统风险防控理论内涵，研究系统的故障特征和故障模 式，研究不同粒度、不同层次的风险致因要素间的相互作用机制，提出基于复杂系统的车辆牵引系统核心风险要素集；
(2) 研究基础组分风险点属性关键特征提取、部件间互操作性计算，研究组分风险点拓扑、功能属性测度与耦合作用机制的准确表达，解决城轨车辆牵引系统风险点分级管控缺乏完备有效理论支持的瓶颈问题；
(3) 研究城轨车辆牵引系统外部风险要素和组分风险点状态间的作用关系、组 分间的失效传播机制，阐释基于局部失效非线性聚合的系统全局状态演变 机理，建立基于动态可靠性测度的城轨车辆牵引系统风险防控策略优化方法。
2) 城市轨道交通车站客流集散网络优化重构研究 拟解决的关键科学问题：
(1) 基于数据和模型的客流集散状态精细特征与演化规律分析。
(2) 基于全要素可控分析的车站客流集散过程主动干预方法。
(3) 基于客流组织流程的车站客流集散网络重构方法与实施策略。
研究目标：
(1) 建立基于数据和模型的客流集散模型，分析城轨车站客流集散精细化特征， 揭示客流集散状态演化规律和影响因素。
(2) 构建车站客流集散网络动态优化重构模型，有效解决不确定的客流集散需求与集散能力供给的不充分在车站客流组织流程约束下的精准协同问题。
(3) 设计集散网络优化重构模型的求解算法并提出重构方法的动态实施策略，并进行实例验证分析。
3) 地铁车站客流瓶颈点拥挤机理及疏散策略研究拟解决的关键科学问题：
(1) 如何识别疏散网络瓶颈点？面向地铁车站设施结构复杂，量化瓶颈点几何属性与客流走行关系？
(2) 提出不同客流密度下瓶颈设施客流疏散分担率的计算和优化方法，建立地铁车站客流均衡疏散模型。
研究目标:
(1) 制定冲突避免规则，提出瓶颈点客流走行模型，揭示设施几何属性对不同密度条件下客流走行速度、流量的影响机理。
(2) 面向地铁车站应急疏散网络，研究网络疏散最大流模型，评估车站网络最大疏散能力，提出客流在车站不同分布特征下瓶颈设施客流疏散分担率的 计算和优化方法。
4) 城市轨道交通线路基础设施病害图像内容理解及状态评估技术研究 拟解决的关键科学问题：
(1) 复杂恶劣环境下线路多类型基础设施多目标关键部件病害的高精度实时检测；
(2) 轨道交通线路多源病害数据特征融合；
(3) 线路基础设施图像精细化、准确中文描述自动生成。
研究目标：
(1) 实现线路基础设施场景智能识别，提出线路多类型基础设施多目标关键部 件安全状态的智能检测和识别算法；
(2) 提出线路病害图像数据、声音数据和振动信号数据的多源数据特征融合方法，实现基于多源数据融合的基础设施安全状态评估技术，构建线路基础设施状态评估系统；
(3) 构建线路基础设施图像内容自动中文描述生成模型，支持状态评估系统的综合评估报告生成。
5) 自主式轨道交通系统体系架构设计与优化方法 拟解决的关键科学问题：
(1) 自主式轨道交通系统组分细分与功能分层解构方法；
(2) 自主式轨道交通系统主体要素耦合机理与协同运行机制；
(3) 自主式轨道交通系统多维架构与全局行为映射机理。
研究目标：
(4) 构建自主式轨道交通系统主体组分集和功能域；
(5) 建立自主式轨道交通系统主体要素间互操作关系集；
(6) 建立功能可演进、逻辑可重构、物理可配置的自主式轨道交通系统体系架 构。
3. 平台建设课题
1）轨道交通乘客行为特性分析及应急疏散仿真平台拟解决的关键科学问题：
(1) 轨道交通环境下乘客应急行为特征提取与刻画；
(2) 轨道交通环境下应急导向系统对乘客疏散的影响机理；
(3) 基于多人工智能体的实时疏散行为生成与仿真方法。
研究目标：
(1) 基于 VR 的轨道交通乘客行为特性分析及应急疏散仿真平台架构设计；
(2) 轨道交通下被试乘客与多智能体虚拟乘客的交互协同仿真；
(3) 轨道交通乘客行为特性分析及应急疏散仿真的 3D 可视化。
研究方向之三：轨道交通运行控制系统分析与集成
1. 重点课题：
1）基于区块链技术的轨道交通数据共享与计算方法拟解决的关键科学问题：
(1) 基于区块链技术的轨道交通分布式数据共享方案；
(2) 基于区块链技术的轨道交通分布式机器学习算法；
(3) 基于区块链技术的轨道交通分布式数据共享激励方法；
(4) 轨道交通分布式数据共享信息安全防御方法。
研究目标：
(1) 提出一种基于区块链技术的数据管理共享方案，实现数据的分布式访问控 制与审计功能；
(2) 针对轨道交通系统中特定的数据共享计算场景，建立基于区块链的分布式 联邦监督学习与加强学习模型，完成去中心化的模型训练；
(3) 提出一种轨道交通数据共享激励方案，以提升数据生产者共享数据的意愿；
(4) 利用分布式系统的同态加密，最近聚合等方法，提升区块链数据共享系统 的信息安全；
(5) 建立区块链数据共享平台，验证数据共享计算方法的性能，信息安全，以及可扩展性。
2. 探索性课题：
1）面向全场景的列车运行状态全方位自主感知方法研究 拟解决的关键科学问题：
(1) 适于复杂运行场景的列车运行状态多源融合自主感知方法；
(2) 列车全场景自主感知的干扰入侵检测与韧性优化方法；
(3) 列车运行状态自主感知零现场测试评估方法。
研究目标：
(1) 揭示复杂运行环境下列车运行状态自主感知场景特性分类机制；
(2) 设计面向川藏铁路等复杂线路条件的列车运行状态自主感知无缝优化方 案；
(3) 建立面向列车运行状态全方位自主感知的干扰入侵主动防御与韧性保障体 系；
(4) 提出面向安全苛求应用的自主感知零现场全场景测试场景库优化配置与性
能评估方案。
2）自主协同利用再生能的列车运行控制方法研究拟解决的关键科学问题：
(1) 城市轨道交通列车再生制动能利用规律分析；
(2) 城轨系统中列车再生制动能利用机制；
(3) 满足实时性需求的协同优化快速求解。
研究目标：
(1) 提出基于状态感知的多列车节能动态匹配策略；
(2) 设计面向复杂场景的列车协同运行优化方案；
(3) 提出列车协同运行控制方法。
3）基于多智能体一致性的列车群抗扰自主运行控制方法拟解决的关键科学问题：
(1) 不确定有界干扰条件下列车群的稳定追踪控制方法；
(2) 异质多智能体协同控制方法。
研究目标：
(1) 构建列车群平稳追踪运行控制模型；
(2) 建立列车高效编队与解编模型；
(3) 提出面向多智能体的列车群高效编队与解编控制方法；
(4) 提出基于模型预测控制的列车群平稳追踪控制方法。
研究方向之四：轨道交通专用移动通信理论与关键技术
1. 重点课题：
基于多链路聚合的高清视频车地传输关键技术研究 拟解决的关键科学问题：
(1) 视频数据的高效分包切片；
(2) 视频数据切片与多链路通信能力的匹配；
(3) 不同优先级的多链路视频优化聚合。
研究目标：
(1) 提出多类视频数据的动态高效分包切片技术；
(2) 提出具有自学习能力的链路自适应视频数据切片和传输技术；
(3) 提出多链路条件下多路不同优先级高清视频的优化聚合技术；
(4) 实现视频数据的高效分包切片，验证多网络多链路高清视频传输性能。
2. 探索性课题：
1) 高铁场景车地通信组网高效传输调度研究拟解决的关键科学问题：
(1) 考虑高铁场景车顶中继与地面基站组网，如何通过传输调度实现 QoS 保障、 鲁棒以及高吞吐量的车地通信？
研究目标：
(1) 考虑移动中继的 QoS 请求，提出 QoS 保障的车地通信系统传输调度机制。
(2) 考虑车地通信被遮挡情况，提出无人机辅助的车地通信系统鲁棒传输调度 机制。
(3) 考虑利用无人机辅助车地通信，提出车地通信系统高吞吐量传输调度机制。
2) 面向智能铁路的 MEC 安全技术研究 拟解决的关键科学问题
(1) 面向智能终端设备接入密集化、技术架构异质化、网络虚拟化、开放化和 网络规模、复杂度提升带来的安全挑战，研究未来应用于智慧轨道交通场 景的 5G-R 安全体系架构；
(2) 针对网络异构化、终端类型差异化、业务多样化所产生的认证复杂问题， 研究智慧轨道交通场景中 5G-R 统一接入认证框架，尤其是组通信的用户面 安全策略管理；
(3) 针对 5G-R MEC 网络整体安全态势感知困难，无法识别跨 MEC 的攻击行为问 题，研究跨 MEC 的安全态势感知及协同防御方案；
(4) 针对同时满足用户数据共享和隐私保护需求的挑战，研究 5G-R MEC 网络中， 基于区块链技术和联邦学习的数据共享和隐私保护方法；
研究目标
(1) 以凝练申请国家重大项目、重点研发计划为目标，构建智慧轨道交通应用 场景下的 5G-R 移动通信网络安全架构，提供可灵活定制的安全服务；制定 主动安全防御可行措施，。
(2) 构建 5G-R 统一接入认证框架，提供用户无感知的、连续的、可靠的统一安 全接入。
(3) 提出一种跨 MEC 的安全态势感知及协同防御方案，保障 5G-R 移动通信网络 整体安全性；
(4) 以探索最新研究发展方向为目标，探究基于区块链技术和联邦学习的数据 共享和隐私保护新方法。
3. 平台建设课题：
面向高速铁路的 5G 链路级仿真平台拟解决的关键科学问题：
(1) 高速铁路典型场景下业务、信道与 QoS 对 5G 系统参数集的作用机理和适配 方法；
(2) 基于高性能云计算的无线覆盖、无线接入与无线传输的性能优化机制与评 估方法。
研究目标：
(1) 基于云计算的高速铁路 5G 链路级仿真平台的架构设计和接口设计，支持并 发、并行实时仿真；
(2) 实现 3GPP TR 38.901 为基础的信道模型，支持高速移动场景下实时的时空信道生成；
(3) 基于 3GPP 5G NR R16 版本，构建基于 Python 的仿真平台实现，支持 NR 信道（PBCH、PDCCH、PDSCH、PRACH、PUCCH、PUSCH）与信号（PSS、SSS、 DMRS、CS-RS、PT-RS）的发送与传输，支持覆盖性能、接入性能与和传输 性能的优化和性能评估。
三、 申请要求
1. 申请和审批程序
(1) 本年度课题申请方向不限于指南规定的选题范围，实验室鼓励申请人在人 工智能、大数据等智能轨道交通的新方法新理念中提出自由申请，申请人 可以与实验室其他研究方向、或学校相关学院合作申请。
(2) 申请牵头人须为实验室固定研究人员，鼓励与校内其他院所人员合作申请；
(3) 满足下列之一的，不予申请受理：
a) 申请者为在研自主课题负责人，申请新课题前申请者未提交课题《结题报告》，经费余额超过已拨经费的 10%；
b) 申请者为在研自主课题负责人，申请新课题前申请者提交了课题《结题报告》，且经费余额不超过已拨经费的 10%；若课题截止期为当年年 底，未满足《任务书》中指标要求；若课题截止期非当年年底，未双 倍完成《任务书》中指标要求；
c) 申请者当年已结自主课题的评审结果为“不合格”；
d) 申请者已连续 2 次承担自主课题且承担课题期间未获得国家自然科学 基金等项目的资助；
e) 申请者在日常科研活动中不遵守实验室管理规定者；
f) 申请书不符合要求，申请手续不完备，或研究内容不符合实验室资助 范围，申请经费超出课题资助能力。
(4) 申请批准的周期一般为 1 个月。
(5) 申请者填写《轨道交通控制与安全国家重点实验室自主课题申请书》，经所 在研究室主任确认签字后,向实验室申报。须提交纸质版一式两份，同时提 交 Word 电子版。
(6) 实验室进行初审，组织相关专家对课题进行评审，评审结果采用差额立项 的方式；根据评审结果确定本年度的资助项目，并由实验室通知课题申请者。
(7) 与获批准者签订课题任务书,经费支出承诺书，课题任务书内容应与申请书保持一致，但可参考专家评审意见进行适当修改。
2. 申请时间
2021 年轨道交通控制与安全国家重点实验室自主课题申请截止日期为 2020 年10 月 30 日，批准通知时间为 2020 年 12 月 30 日前，执行起始时间是 2021 年 1 月1 日。
轨道交通控制与安全国家重点实验室
二〇二〇年十月十一日
附件：