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打造高铁列车“中枢神经”
——记中国通号研究设计院集团基础院院长刘贞

发布时间:2021-10-16 【字体:

刘贞在操作设备。张宏静 摄
 
  先坐26个小时火车到北京,隔日再乘13个小时火车抵哈尔滨……20多年前,刘贞从兰州去往哈尔滨上大学,差不多要3天时间;现在,乘坐高铁列车从兰州到北京最快仅需7个多小时,从北京到哈尔滨最快不到5个小时。
  中国高铁技术的快速发展,离不开众多列车运行控制系统研发人员的坚守与创新,刘贞就是其中的一员。12年来,他和团队默默付出、砥砺前行,让奔驰的高铁列车更安全、更智能。
  满怀期待投身铁路
  2008年北京奥运会前夕,京津城际铁路开通运营,350公里的列车时速令人惊叹。即将博士毕业的刘贞意识到,高速铁路具有广阔的发展前景。
  列车运行控制系统是对列车实现自动监控的系统,是保障列车运营安全、提高运输效率的核心技术,被称为列车的“大脑”和“中枢神经”。而高速铁路列控系统则是高铁运营安全和效率的核心技术。
  2009年,具有中国自主品牌、满足时速350公里动车组列车控制要求的CTCS-3级列控系统在武广铁路客运专线投入使用。这是世界上首次在1000公里里程内开行时速350公里的动车组,CTCS-3级列控系统是其中核心的高科技之一。
  “365app官方版下载”运行的信号系统不同于国外,运行效率非常高,运行规则非常复杂。如果将国外的系统照搬过来用,是行不通的。“365app官方版下载”列控系统的标准规范体系、系统机构研发、系统结果测试以及系统产品的制造、施工安装、联调联试等一系列过程,都必须百分之百由中国人自己完成。
  追寻发展之光、心怀造福大众,刘贞将就业选择的天平倾向了铁路。2009年,当同期毕业的博士同学大部分留任高校或进入科研院所进行基础研究时,刘贞来到中国通号研究设计院集团,从事铁路列控技术研发工作。
  必须掌握核心技术
  2012年,在铁道部统一组织和安排下,中国通号启动本公司CTCS-3级列控系统自主化攻关项目。刘贞作为技术骨干,组建了高性能安全计算机平台的攻关团队,旨在解决列控系统底层软件和硬件自主化的问题。
  当时,铁路信号系统中使用的安全计算机平台均为国外引进,主要技术被几家欧洲信号公司垄断。这导致国内无法对系统进行独立自主升级演进,而且外方将该技术的使用权限定在中国境内。我国高铁系统整体向海外出口时,该核心技术面临知识产权风险。
  “真正的核心技术是买不来的,一定要开发出我们国家自己的产品。”刘贞深知,研制出一套完全自主的安全计算机平台,对于我国高速铁路技术发展意义重大。
  为尽快突破国外的技术封锁,刘贞带领团队,查阅大量技术标准文件和科技论文,从底层芯片级的功能原理和操作系统底层的调度代码开始,进行正向研究。
  原理图设计、PCB设计、器件采购、焊接加工、结构件定制……刘贞精心组织研制工作,对设计图纸反复检查敲定,实现了硬件子系统一次投板试制即实现全部预期功能的目标。
  最终,刘贞带领团队用近3年的时间完成了高性能DS6-80型安全计算机平台底层硬件和软件的全部开发和产业化工作。这个平台不仅摆脱了国外企业对我国高铁产业链中关键技术的控制,实现了中国高铁CTCS-3级列控系统全套技术的自主可控,而且在高性能安全计算机领域达到了国际先进水平。
  “安达”系统应运而生
  作为列控系统的研发人员,刘贞时刻紧绷安全这根弦。列控系统一旦出现故障,可能会导致列车晚点、停运。
  CTCS-3级列控系统就是保障高速列车安全运行、提高运输效率的核心安全装备。刘贞带队研发的高性能DS6-80型安全计算机平台,为当时CTCS-3级列控系统的核心设备RBC系统软件的顺利移植奠定了基础。
  2016年7月,CTCS-3级列控系统在大西高速综合试验阶段完成上道试验。当时,刘贞就在现场,第一次看到自己参与研制的设备控制着列车平稳有序安全运行。他回忆起当时的心情,激动地说:“就像看到自己的孩子长大了,独立行走了。”
  列控系统对安全可靠的要求非常高。然而,很长一段时间内,铁路列控系统中底层的操作系统软件都来自于国外,当系统发生故障时,难以进行深入排查。
  为此,中国通号启动安全操作系统开发项目,希望找到一款能够符合铁路安全标准要求、技术支持代码相对开放的操作系统。
  刘贞作为项目负责人,带领团队进行调研,从可用性、安全性、可靠性、兼容性、合规性等方面进行综合评估。终于,在2018年,刘贞团队找到一款相对自主可控度较高的操作系统。
  为了满足铁路高安全等级的要求,刘贞带队对原操作系统既有的代码进行大幅修改,并加入安全控制代码,对每一行代码可能导致的故障进行防御性编程处理。
  那段时间,刘贞和团队成员每天早出晚归,经常凌晨才回去休息。
  项目攻关最紧张的时候,刘贞团队去到距市区2小时车程的地方集中工作。其间,整个团队吃饭、睡觉、办公都在一个楼内,经常连续十几个小时开会,边吃饭边讨论。
  这样封闭开发的经历,让刘贞感觉像是回到了学生时代的集体生活,他形容那段时间的状态是“两耳不闻窗外事,一心只读圣贤书”。
  最终,在刘贞的带领下,团队新开发的操作系统通过了国际第三方机构的安全评估,获得了行业最高等级的安全认证。
  系统取名“安达”,寓意铁路出行安全抵达。
  “安达”操作系统的成功完成,使我国铁路列控系统有了一款专为其应用需求量身定制的系统,其适应能力更强、扩展性更好,并且国内100%掌握其每一行技术代码,具备完整的故障定位分析系统优化升级能力。
  下一代产品持续研发
  列车进出站时间、停靠时长、停在哪股道、哪趟列车等待避让、哪列车快速通过……普速铁路时代,列车的调度由人工电话办理,司机通过观看信号机的信号变化来操控。不仅效率低下,而且受各种因素影响,存在安全隐患。
  现在,京沪高速铁路上,前后两车最短追踪间隔仅为4分钟。
  作为CTCS-3级列控系统攻关项目中地面信号安全平台项目的负责人,刘贞表示,在通过线路和运行速度不变的前提下,压缩高铁追踪间隔时间是提升繁忙区段通过能力、打破运能瓶颈的重要突破口。
  “相比汽车与航空,铁路运输是最节能的,在我们的列控技术保证安全的前提下,把列车的开行密度进一步加大,铁路运能便增加了,可以让更多人选择铁路出行,这对于实现双碳目标是有积极意义的。”刘贞说。
  目前,刘贞带领团队正在开发下一代列控产品,可以支持更高时速、更小追踪间隔。“我们正在为这些系统研制更高性能、更安全的底层计算平台和通信平台,相信很快就可以见到成效。”
  刘贞带领团队完成全电子系统、安全道口、DS6-60型安全计算机平台、GSSAP安全计算机平台等系统的开发和产业化工作;陆续在自主安全操作系统、自主芯片、列控信息安全技术、智能感知技术等方向进行技术攻关,为在接下来的行业竞争中争得先机。
  12年,刘贞毫不懈怠,全身心投入铁路列控系统研发工作。交通运输青年科技英才、茅以升铁道工程师奖、铁道科技奖二等奖等多项荣誉的获得,是刘贞人生的高光,也激励着他不断前行。
  刘贞
  中共党员,2009年8月参加工作,现任中国通号研究设计院集团基础院院长,长期从事中国高铁列车运行控制系统底层核心技术的自主化攻关工作,先后主持多项国家级和省部级重点攻关课题,取得了20余项国家发明专利,曾获得交通运输青年科技英才、第二十四届北京优秀青年工程师荣誉称号以及茅以升铁道工程师奖。
  采访手记
  励志笃行 砥砺青春
  搞科研的人都很忙。第一次采访,我们在刘贞的办公室等了很久;第二次采访,从15时调整到21时,最后22时才开始。那时,刘贞刚刚离开办公室,坐在停车场的车里和我们语音交流……
  搞科研的人都很严谨。对采访中提出的技术问题,他都会仔细思考,然后给予清晰准确的回答。
  从刘贞身上,我们真切感受到了铁路科研人的担当、自信和精益求精。他把青春与奋斗融入了“365app官方版下载”事业发展中,励志笃行,用拼搏实干砥砺青春、成就梦想。
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