27载深耕铁路卫星定位应用研究,攻克高原极端环境高精度定位世界性难题。团队奔赴青藏、和若铁路重大工程一线,不惧5068米高寒缺氧与沙漠酷暑风沙,完成青藏格拉段1142公里、54座车站改造,走遍和若铁路全线22座站点。历时三年半攻关成套列控设备,北斗列车定位、车车通信等关键技术首次落地国铁,成就“世界首例、中国原创”技术成果。团队推进党建科研育人深度融合,获省部级奖10余项,培养国家级青年人才3人,用“缺氧不缺精神”的坚守诠释科教兴国担当。
20世纪,一位美国旅行家曾断言:“有昆仑山脉在,铁路就永远到不了拉萨。”2006年,青藏铁路全线通车,这条世界海拔最高、线路最长的高原铁路,稳稳驰骋二十载,曾经的“不可能”早已化为群众日常出行的通途。安全运行的背后,有这样一支科研团队,他们奔赴海拔5068米的唐古拉山口、穿行地表70℃的塔克拉玛干沙漠,把实验室搬到祖国极端环境、边疆地区铁路一线,以一套“世界首例、中国原创”新型列控技术,牢牢守住中国边疆铁路安全的主动权。

他们是北京交通大学自主智能与无人系统研究中心团队。自1999年起,团队深耕铁路卫星定位应用研究,在学术带头人、自动化与智能学院教授蔡伯根的带领下,团队攻克了高原恶劣环境下北斗高可信安全定位的世界性技术难题,研制出的新型列控系统不再依赖地面密集轨旁设备,也不再受制于国外卫星导航技术,根治了进口系统在高原、沙漠“水土不服”的行业痛点。一代代团队师生走到边疆铁路一线,坚守初心:在极端环境、边疆地区的铁路安全问题上,中国人要有不受制于人的自主列控技术。
一、日夜鏖战,终结“卡脖子”之困
列控系统是列车运行的“大脑”,每一条定位、控车指令,都关系着千百名旅客的生命安全。上世纪90年代末,将卫星导航用于列车运行控制是一个鲜有人触碰的命题,攻关赛道周期长、投入大,还要常年扎根野外,是名副其实的“冷板凳”。
2005年,蔡伯根教授接到铁道部和学校的函件,要求他负责尽快建立起GPS实验室,以配合正在建设中的青藏铁路ITCS系统。回望当年接到任务的心情,他坦言:“当时第一反应是高兴,能在青藏铁路这样的国家重大工程中开展工作,是一种难得的际遇。”可与美方合作调试ITCS系统的经历,让他真切体会到技术受制于人带来的被动与无奈:“为配合美方开通ITCS系统,青藏公司和交大团队付出了巨大努力。但美国的系统毕竟不是为国内应用开发的,我们提出的一些合理要求,美方动辄要价高昂、工期数月。”那一刻,他深刻意识到:“实现技术自主可控,摆脱对外依赖,有多么重要。”
即便前路充满未知挑战,蔡伯根教授从未有过半分退缩的念头:“我从心底坚信外国人能做成的技术,我们中国人凭实干一样能攻克。”2005至2006年,他先后六次带领团队奔赴青藏高原,成为团队第一个踏上天路的领路人。全线960公里线路海拔在4000米以上,45个车站中有38个属于无人值守站,驻藏期间,他每天裹着军大衣往返各站点,带领团队逐条完成了青藏线卫星定位和信息传输系统的试验和测试、电子地图数据库的生成等工作。



彼时卫星定位尚未在列车控制领域获得广泛认可,面对争议和质疑,蔡伯根教授常常为团队打气:“卫星定位的短板、多源融合的可行性,青藏沿线千万条观测记录已经给出答案,实践就是我们最有力的论据。”岁月流转,随着北斗系统逐渐成熟,国内有越来越多的铁路装备厂商实现并推进了北斗在现场的应用,工程实践也一步步印证了团队当年的前瞻判断。
自动化与智能学院教授王剑是是蔡伯根教授作为导师指导的第一届研究生,他坦言,“国外已经有了成熟系统和长期工程应用案例,我们要适配国内复杂高原地貌,走出一套全新方案,绝不是简单追赶就能实现的。”团队慢慢凝聚起统一共识:“国外技术可以学习参考,但适配中国的铁路技术,终究要靠我们中国人自己攻关突破。”这份信念形成了近三十年的“传帮带”传统。2009年,陆德彪还是研究生,第一次登青藏,扛满全套测绘设备,还被游客当作取经背景板;如今他已是教授独当一面。2014年,柴琳果作为研究生第一次独立带队忐忑不安;如今他已成为副教授,接过接力棒。


陆德彪至今记得首次作为老师独立带队在海拔4700多米的清水桥站作业,因高反直接躺在地上睡着。有学生刚到格尔木就因高反被迫返程。数次高原实战也让大家深刻认识,极端环境下,自研系统才能真正适配本土线路。


依托国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项,团队联动10家产学研单位协同作战,历时三年半日夜鏖战。从理论架构到算法优化,从实验室仿真到现场测试,从单设备调试到多系统联调,反复打磨,持续完善。2021年7月,在海拔3500米的哈木线(哈尔盖-木里)现场,低温、缺氧、大风时刻考验着设备与人员,团队师生迎难而上,完成了设备调试、参数校准、系统联调等一系列关键工作。

如今,随着国铁集团组织我校及多个装备厂商协同开展基于北斗的列控系统装备体系化研制及现场测试,我国新模式下的列控系统具备“车载中心化”“轨旁最少化”等优势,不再依赖大量地面设备,在高原、沙漠等极端恶劣环境中表现优异。我国由此跳出单项技术跟跑阶段,掌握成套列控系统研发与工程验证能力。正如北斗一号、北斗二号卫星首任总指挥李祖洪那句振聋发聩的话:既然巨人的肩膀不让我们站,我们就依靠自主创新,自己成为巨人。
二、行走边疆,扎根工程一线
二十七年来,一批批团队师生接续奔赴青藏、和若两条极端环境铁路线。
“在高原,每一步都在和身体极限较劲。”2022级博士研究生刘永强2019年第一次踏上青藏线,出发前满心憧憬雪山湖泊,到了才发现主要精力全在设备和数据上。一次夜宿大柴旦站,因铺位不够,他只能在司机室里凑合一晚,6月高原夜间零下10度,靠司机借的厚大衣熬过一夜。2023年3月,他在海拔4700米安多站采集数据,头晕得像要炸开,全身酸痛,但仍咬牙坚持。

陆德彪至今难忘清水河特大桥测量任务,全长约11.7公里的大桥位于海拔4600米以上的高原冻土区,上桥后没有中途下桥通道,必须全程走完才能撤离。还有一次在风火山站,车站位于风火山口,地理环境特殊,天气变化极快。7月暑季,团队在风火山站连续待了三天,却一直在下雪。大家只能一边等待,一边反复观察天气。终于雪停,他们抓住窗口,争分夺秒完成了车站电子地图关键点测量。柴琳果回忆,一次测试数据与预期不符,大家疲惫至极仍连夜复盘,无人敷衍。
南疆和若铁路的工作同样充满磨砺。2022级博士研究生刘宇航参与了和若铁路电子地图测绘工作,他最难忘的,是凌晨跟车采集数据的经历。“我们要在机车上连续记录定位和线路数据,驾驶室内除了司机的座位外,只有一把椅子,我和同学只能轮流坐下休息,另一个人站在设备旁观察运行状态。到后半夜,疲惫感越来越明显,眼睛发涩,脑子发木。”他回忆,即便紧闭车窗,细沙依旧源源不断涌入,闷热裹挟沙尘,汗水混着沙土,沾满全身。然而,天窗点内的工作时分非常宝贵,一旦当日数据记录残缺,可能要再等待一周才能重新安排采集,大家只能相互提醒,轮换休息,咬牙完成。一次测绘车陷进沙坑,全员下车顶着烈日推车,后背被汗水浸透。

艰苦驻场途中,铁路一线职工的坚守深深感染着青年科研人。刘永强曾和探伤工班的师傅们同吃同住一个多月。他发现班组成员经历各不相同,但只要开始探伤任务,他们往往要连续在外工作一个月,吃住都在车上,长时间无法洗澡,忍受高海拔作业的消耗。这段相处经历深深影响了刘永强,他暗下决心,今后也要沉下心打磨技术,用科研成果为铁路一线出力。

三、薪火相传,二十七年的变与不变
传承藏在现场叮嘱与一代代奔赴边疆的接力中。刘永强牢记“铁路安全无小事”;刘宇航记得老师嘱咐:“数据可以重分析,安全没机会重来。”

团队深耕“党建领航·三元融合”工作体系,获评了“第四批全国党建工作样板支部”“全国高校‘双带头人’教师党支部书记‘强国行’专项行动团队”“北京高校先进基层党组织”和“交通运输部重点领域创新团队”。党员骨干在重大专项攻关中认领最艰巨任务,在边疆工程一线带头驻守最艰苦区域,关键时刻站得出来,重大任务顶得上去。二十余载躬耕育人,团队培养出国家级青年人才3人、北京市高层次人才1人,多人斩获茅以升科学技术奖、詹天佑铁道科学技术奖,累计获省部级以上奖项10余项,持续培育出有情怀、敢吃苦、能创新、勇担当的青年骨干力量。

回望2005年初上青藏到2021年系统落地,蔡伯根教授感慨:“早年我们只能追赶国外成熟技术,如今我们拥有完整独立的研发思路、成套工程实践经验,面对海外同行,我们拥有十足的技术底气。”他看重学生两样品质:迎难而上的勇气,淡泊功利的正气。“一定要扎进现场。坚持理论联系实际,求真务实、真抓实干,这不只是我们做科研的底线,更与中国式现代化的内在要求一脉相承。”
蔡伯根教授夫人同为交大信号专业毕业生,全力支持他常年驻外。从业多年,他心中分量最重的是2007年青藏铁路通车后颁发的铁道学会奖:“那是我们从零拓荒起步的见证。”《天路》是他的手机铃声,每当旋律响起,当年并肩攻坚克难的画面便涌上心头。陆德彪总结:“设备、面孔年年更新,但立足国家重大需求、扎根工程一线、立德树人的初心从未动摇。”

刘永强说:“能够用自己的专业知识为青藏铁路安全运行贡献一点力量,是辛苦但有意义的事情。”刘宇航说:“只要国家需要,我愿继续贡献力量。”
择一事终一生,守一隅护万家。二十七载寒暑,迭代的是设备,永恒的是自主创新、爱路报国的赤子之心。立足教育强国、科技强国、人才强国、交通强国建设新征程,团队将深耕自主创新、扎根工程一线,以平凡坚守续写不凡担当,用赤诚实干报效祖国山河。