给铁路列车装上“最强大脑”、“千里眼”、“顺风耳”！这一远大志向，来自北京交通大学先进轨道交通自主运行全国重点实验室（简称实验室）。
实验室依托交通运输工程和信息与通信工程这两个一级学科国家重点学科，和在学科评估中连续四次蝉联全国第一的系统科学学科，在原轨道交通控制与安全国家重点实验室基础上，整合教育部、北京市及铁路行业等自主运行相关创新平台，得到了国家铁路局和国铁集团等高铁主管部门的大力支持，于2023年3月获科技部正式批准成立。前不久，该实验室成为交通运输领域全国重点实验室联盟首批入选成员单位之一。
“科技之星”风华正茂
实验室主体位于北京交通大学思源楼8至13层，占地面积约6800平方米；现有科研仪器设备总价超过1亿元；此外，在北京市丰台区和河北省沧州黄骅建设了两个实验基地。
“交通强国，铁路先行。实验室将继续传承‘聚焦真需求、十年磨一剑’的科研定力和工匠精神，围绕重点布局的轨道交通自主运行领域感知、诊断、通信、控制等方面的核心技术问题，产出引领性、原创性重大科技成果并促进实验室健康发展，打造我国轨道交通领域自主可控技术‘策源地’。”北京交通大学校长兼实验室主任余祖俊同时指出，实验室紧密围绕建设目标，认真落实学校有关加强实验室专职科研队伍建设部署，持续推进有组织科研，不断完善管理制度，严格落实各项保障，激励攻关任务团队成员勇于探索、持续创新。
“我来到实验室参与科研工作近20年了，可谓是一路跟随到今天。”实验室副主任秦勇告诉笔者，实验室传承了北京交通大学几代人数十年的研究积累，一直是轨道交通自主运行领域的“科技之星”。
“轨道交通自主运行就是要利用传感器、人工智能、大数据、无线通信、机器人等颠覆性技术,为铁路列车加装‘千里眼’‘顺风耳’和‘最强大脑’，实现自主感知、自主定位、自主诊断、自主决策……”随着交谈的深入，颇具形象感的词汇吸引了笔者的注意。
轨道交通是一个庞大的联动系统，达到“提感增智”的目标需要各专业高度耦合。其中，“最强大脑”指针对列车“撞软墙”安全追踪等世界性难题，研究创建综合立体防护理论，突破列车群协同控制与智能调度技术，隶属实验室重点攻关任务一——列车自主追踪与协同管控。
“把原来8节编组改成两个中间不靠车钩链接的4节编组，通过协同控制技术让车组‘追着跑’，既实现了超近距离的安全防护控制，又解决了高峰与平峰时期上座率不均衡的问题，还节约了资源能耗。”攻关任务负责人宿帅教授自豪地介绍，实验室是现场成功实现列车虚拟编组关键技术的世界头一份。
这样的灵活平衡技术，不仅需要“最强大脑”，也需要强大的通信技术支撑。在实验室重点攻关任务四——车车/车地高可信信息传输攻关任务中，研究人员针对高速移动场景下的高可靠强安全通信需求，构建复杂电磁环境下的智能监测检测及网络安全防御体系，研制高可信专用移动通信装备。
什么是智能超表面？它其实是实验室研究的一个新型通信阵地，通过对基站信号进行反射，提升通讯性能。基于智能超表面的电磁环境操控，研究人员可实现高速移动场景下的智能定位和波束追踪，大幅提升列车信号覆盖强度，解决弯道、遮挡及车厢覆盖问题。
像这样的高精尖设备，实验室里还有很多，“千里眼”就是典型代表之一。
“‘千里眼’分为三只，一只在车上，是雷达与摄像机；一只在地上，是具有智能分析功能的沿线视频监控系统；还有一只在空中的天眼，是通过无人机大范围综合巡检行车基础设施及周边环境。”攻关任务负责人郭保青教授介绍到，针对铁路司机超视距净空提前感知的难题，团队依托实验室重点攻关任务二——运行环境智能感知与检测预警，聚焦研究列车运行环境全息智能感知与危险源辨识技术，攻克了两个重要科技问题：超视距行车障碍可靠感知、全天候环境风险动态辨识。
当然，有了“千里眼”，还得有“顺风耳”。
“这个是我们国际上原始创新的自供电无线无源传感器，外号叫做‘零碳探针’，因为它自己就能产生足够的电保持正常的传感功能，服务于实验室重点攻关任务三——行车安全关键设备设施状态监测。”秦勇教授举着一个圆柱形小零件介绍到。
针对高速列车和货车关键部位健康诊断与本质安全保障问题，“零碳探针”通过收集列车行驶过程中产生的振动能量，转化为电能供传感器和无线通信需要，把关键状态信息发给车载智能诊断处理主机，再通过可自主持续学习的健康诊断智能算法进行实时预警与故障诊断，为列车安全运行和先进的无人驾驶提供设备健康诊断“心电图”。部分成果已支撑我国复兴号高速列车的安全运行，将来也会在“一带一路”的国际货运班列上得到应用。
交出“政产学研用”优异成绩单
《交通强国建设纲要》中提出，建设城市群一体化交通网，推进干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通融合发展。
近年来，轨道交通的安全与运营问题愈显突出，多项世界性铁路工程呼唤科技支撑。在此背景下，实验室围绕国家重大战略需求，聚焦先进轨道交通自主运行技术前沿，牢牢把握研发优势，引领行业及产业发展，做出了历史性贡献。
先后自主研发四代通用机车信号装备，解决干线铁路互联互通世界难题；提出中国高铁列控（CTCS）总体技术架构，构建中国高铁列控技术体系；世界首创重载铁路移动闭塞，列车发车间隔缩短三分之一，引领世界重载铁路列控技术发展；自主研发国内第一、世界第四套CBTC系统，攻克城轨“卡脖子”难题；率先提出轨道交通自主运行概念，制定国家铁路行业技术创新研究规划，引领我国轨道交通自主运行技术……硕果累累，不胜枚举。
优秀的科研成果产出离不开高水平人才高地支撑，缺不了高质量人才队伍推动。
实验室以学科建设为引领，依托智慧交通学科群，包括交通运输工程学科、系统科学学科和信息与通信工程学科等优势学科，构建了高质量人才培养体系，汇聚了一批杰出人才。目前共有研发人员100余人，其中具有正高职称的人员占48%，具有博士学位的人员占97%，包括2个自然基金委创新群体、3个教育部创新团队、国家杰出青年基金获得者等国家级人才20余人。
才聚天下，智赢未来，资源共享，价值共创。
深谙国际化人才交流与合作能够推动科技创新，实验室构建了系列国际合作平台，包括3个教育部引智基地和1个科技部国际联合研究中心，与德国、英国、法国、日本等轨道交通发达国家的著名学者和科研团队建立了长期的合作交流，具有很强的国际学术影响力。
此外，实验室始终践行“政产学研用”协同创新，目前共获得国家奖14项，主持完成国家一等奖1项、二等奖1项；先后孵化了交控科技股份有限公司、北京交大思诺科技股份有限公司等两个上市企业，科研成果产业应用与转化成效显著。
志之所趋，无远弗届，穷山距海，不能限也。
未来，实验室将致力于轨道交通自主运行领域原创性理论突破、前沿创新技术研发和核心装备研制，构建面向自主运行的感知、诊断、通信、控制等应用基础理论体系，攻克超视距协同感知、自主追踪、在途检测诊断、高可信信息传输等关键技术，研制系统成套装备，技术支撑川藏铁路、高铁提速、高运量重载铁路和高密度城轨运行等重大工程任务，做轨道交通自主运行领域的特长生，成为技术“策源地”，实现国际引领，为加快建设交通强国提供坚强支撑。