高鐵背后的中國(guó)創(chuàng)新

陳保亞

當(dāng)今中國(guó)已成為世界高速鐵路建設(shè)里程最長(zhǎng)的國(guó)家。近年來(lái)，中國(guó)開(kāi)啟了“高鐵外交”的進(jìn)程，尤其是在“一帶一路”戰(zhàn)略中，將軌道交通的發(fā)展提升到了國(guó)家戰(zhàn)略的高度。在軌道交通場(chǎng)景中的移動(dòng)通信系統(tǒng)，不僅涉及旅客信息服務(wù)，更加關(guān)系到列車(chē)的安全運(yùn)行。然而，軌道交通場(chǎng)景的特殊結(jié)構(gòu)一直對(duì)沿線移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃帶來(lái)重重挑戰(zhàn)。所以，作為移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃以及部署的重要基礎(chǔ)，軌道交通場(chǎng)景的電波傳播預(yù)測(cè)建模一直是工程電磁場(chǎng)理論的研究重點(diǎn)之一。新近出版的官科的專著《軌道交通場(chǎng)景電波傳播建模理論與方法》（北京郵電大學(xué)出版社2016年1月第一版），致力于對(duì)軌道交通場(chǎng)景的電波傳播建模理論和方法進(jìn)行綜合性的研究，在準(zhǔn)確揭示電波傳播特別是三大空間機(jī)制的基礎(chǔ)上，為不同通信系統(tǒng)在軌道交通場(chǎng)景中的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供各具特色的電波傳播預(yù)測(cè)模型，在當(dāng)今世界高鐵空間電波傳播領(lǐng)域做了科學(xué)的理論創(chuàng)新。這是我國(guó)科技研究難能可貴的新收獲和厚重成果。

官科博士系北京交通大學(xué)副教授。筆者看見(jiàn)他從兒時(shí)長(zhǎng)大，了解他的學(xué)習(xí)研究經(jīng)歷。因?yàn)檠芯空Z(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)傳播理論，我們常在一起討論信息傳播的基本和特殊規(guī)律，為其常有科研新得而擊掌。他剛過(guò)而立之年，可以說(shuō)是一位為國(guó)追夢(mèng)的年輕學(xué)者。他曾分別獲得國(guó)家公派和歐洲獎(jiǎng)學(xué)金資助，碩士博士研究生期間赴德國(guó)、西班牙留學(xué)三年，致力于軌道交通、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)、第五代通信系統(tǒng)以及至高頻通信中的電波傳播與無(wú)線信道研究，是首屆博士研究生國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金獲得者。2014年，榮獲國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)盟青年科學(xué)家獎(jiǎng)，2015年作為團(tuán)隊(duì)成員之一又獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)。

“自強(qiáng)首在儲(chǔ)才，儲(chǔ)才必先興學(xué)”是交通大學(xué)前身之一南洋公學(xué)的立校之本。作為交大學(xué)子的官科，是這句話的忠實(shí)踐行者。他堅(jiān)信，民族自強(qiáng)，國(guó)家發(fā)展，沒(méi)有人才，都是空談。他一直努力儲(chǔ)備才德，待國(guó)家民族需要之時(shí)，就可以投身時(shí)代，為國(guó)為民。本科期間，他成立學(xué)校辯論隊(duì)，參加多項(xiàng)國(guó)際賽事，斬獲亞太大專華語(yǔ)辯論公開(kāi)賽最佳辯手等榮譽(yù)，為國(guó)家儲(chǔ)備自己的思辨之才。同時(shí)，他積極參與理論學(xué)習(xí)性社團(tuán)，在《中國(guó)青年研究》上發(fā)表論文《多元文化背景下高校學(xué)生組織工作創(chuàng)新》，為國(guó)家儲(chǔ)備自己的思政之才。本科畢業(yè)，他選擇保留研究生學(xué)籍兩年，任高校輔導(dǎo)員。這兩年中，他扎根基層、砥礪青春，以勤奮出色的工作獲得了北京交通大學(xué)“優(yōu)秀專職團(tuán)干部”等稱號(hào)，為國(guó)家儲(chǔ)備自己的綜合實(shí)干之才。結(jié)束工作后，官科重回課堂，以自己加倍的努力收獲了首屆博士研究生國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金等八項(xiàng)分量十足的獎(jiǎng)勵(lì)，為國(guó)家儲(chǔ)備自己的科技專業(yè)之人才。

懷著“求學(xué)海外，志在報(bào)國(guó)”的信念，官科在國(guó)家建設(shè)高水平大學(xué)公派研究生項(xiàng)目和歐洲獎(jiǎng)學(xué)金的資助下，分別赴德國(guó)和西班牙進(jìn)行了為期三年的聯(lián)合研究。留學(xué)期間，他兼顧中歐雙方的科研工作，平日里起早貪黑，周末假期大多在加班中度過(guò)。不眠不休的努力，不僅讓他取得了在行業(yè)頂級(jí)期刊上發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文以及參與完成多項(xiàng)科研項(xiàng)目的成績(jī)，也為他在國(guó)際同行中贏得了普遍的認(rèn)可。官科并非天資過(guò)人，卻能成長(zhǎng)成才，其中原因在他給國(guó)內(nèi)導(dǎo)師鐘章隊(duì)教授所寫(xiě)的郵件中可見(jiàn)一斑：“在學(xué)生看來(lái)，今日之公派留學(xué)和百十年前的洋務(wù)運(yùn)動(dòng)在精神上一脈相承。從留學(xué)英德最后為國(guó)慷慨捐軀的北洋水師的管帶們，到后來(lái)赴日歐留學(xué)投身革命的國(guó)父?jìng)?，再到庚子賠款回國(guó)報(bào)效的華人之光、兩彈元?jiǎng)讉?，歷代學(xué)子只身孤懸海外，就是為了復(fù)興中華，國(guó)回漢唐。中國(guó)夢(mèng)、強(qiáng)國(guó)夢(mèng)，從鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)被打開(kāi)國(guó)門(mén)的那一刻起，就從來(lái)沒(méi)有在任何一個(gè)中國(guó)人心中停止過(guò)。只有將個(gè)人的發(fā)展融入到國(guó)家民族乃至世界的旋律中，才可能激蕩出時(shí)代強(qiáng)音，不負(fù)韶華?！?/p>

正是這種強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的精神支撐，官科在海外勤學(xué)苦鉆，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、加班思索，終有其成。

軌道交通，是指以軌道形式為主的交通模式，包括鐵路、地鐵、輕軌等多種類型。軌道交通具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點(diǎn)，作為全球公認(rèn)的低能耗、少污染的“綠色交通”，軌道交通不僅直接關(guān)系到人們的出行、工作和生活，而且對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)家和城市的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要和深遠(yuǎn)的意義。中國(guó)已經(jīng)成為世界高鐵建設(shè)里程最長(zhǎng)的國(guó)家，并且還計(jì)劃在2040年在全國(guó)形成5縱7橫的國(guó)家高速鐵路網(wǎng)絡(luò)大框架，使中國(guó)成為世界上第一個(gè)在本國(guó)形成高速鐵路網(wǎng)的國(guó)家。除了在國(guó)內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)，中國(guó)高鐵還提速“出海”，快速走向國(guó)際舞臺(tái)。當(dāng)前，中國(guó)已經(jīng)和50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)建立起了高鐵合作關(guān)系。作為我國(guó)的外交名片，高鐵的出口，不僅能夠加強(qiáng)國(guó)際交流與合作，擴(kuò)大中國(guó)的影響力，還將有利于地區(qū)間經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，促進(jìn)中國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)。

不論是對(duì)于以地鐵為代表的城市軌道交通系統(tǒng)，還是以高鐵為代表的區(qū)域間軌道交通系統(tǒng)，為了確保列車(chē)的安全運(yùn)行，軌道交通移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必須確保在任何時(shí)刻都能提供可靠性、有效性、可維護(hù)性、安全性的“高可信”服務(wù)。否則，列車(chē)控制將存在安全隱患，嚴(yán)重威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因而，作為無(wú)線電通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃以及部署的重要基礎(chǔ)，軌道交通場(chǎng)景的電波傳播預(yù)測(cè)建模一直都是工程電磁場(chǎng)理論研究領(lǐng)域的重要方向之一。

多年來(lái)，盡管經(jīng)過(guò)許多學(xué)者的努力，人們對(duì)軌道交通電波傳播領(lǐng)域有了更深入的探究和認(rèn)識(shí)，但是現(xiàn)有研究仍然在建模理論和方法的準(zhǔn)確性、所研究的空間類型以及電波傳播機(jī)制理解和分析上存在種種局限。官科作為創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的一員，在這十幾年間，積極參與了著名鐵路無(wú)線通信專家鐘章隊(duì)先生主持的一場(chǎng)場(chǎng)工程實(shí)踐、一個(gè)個(gè)科研攻關(guān)，使青藏鐵路成為亞洲第一條使用GSM-R通信系統(tǒng)的鐵路，把Locotrol技術(shù)與GSM-R系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)非常重要的煤炭運(yùn)輸線路——大秦線的年運(yùn)量從兩億頓提升到四億噸，見(jiàn)證和參與了中國(guó)鐵路發(fā)展通信工程的新歷程。作者從實(shí)踐到理論的深化，在西班牙馬德里理工大學(xué)和德國(guó)布倫瑞克工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)所嚴(yán)謹(jǐn)?shù)浇蹩贪宓难芯浚瑸椴煌ㄐ畔到y(tǒng)在軌道交通場(chǎng)景中的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供了各具特色的電波傳播預(yù)測(cè)模型，解決了局限的問(wèn)題，帶給我們發(fā)展的新視角。

讀罷此書(shū)，發(fā)現(xiàn)作者從電磁波能量約束的角度，將軌道交通的電波傳播空間分為三大空間分別進(jìn)行了新的研究。

針對(duì)開(kāi)放空間，研究了面向真實(shí)軌道交通戶外場(chǎng)景的電波傳播確定性建模理論和方法。為各類通信系統(tǒng)在軌道交通場(chǎng)景的設(shè)計(jì)提供了高準(zhǔn)確性的電波傳播預(yù)測(cè)模型；為面向列空與安全的通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供了可靠的建模方法；為下一代帶寬移動(dòng)通信系統(tǒng)在軌道交通場(chǎng)景中的信道建模奠定了研究基礎(chǔ)。針對(duì)半封閉空間，對(duì)軌道交通場(chǎng)景中橫跨橋和車(chē)站對(duì)電波傳播的影響進(jìn)行了測(cè)量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)性建模。通過(guò)實(shí)測(cè)證明模型可以有效地將這兩類半封閉空間納入到電波傳播的預(yù)測(cè)中去。針對(duì)限定空間，作者提出了隧道中電波傳播的完整模型架構(gòu)，對(duì)基于分段的建模思想進(jìn)行了整合和拓展，以形成對(duì)隧道中電波傳播過(guò)程的整體性認(rèn)識(shí)。針對(duì)無(wú)線電波在隧道中傳播的最初階段，作者對(duì)自由空間傳播機(jī)制和多模態(tài)傳播機(jī)制之間的分界點(diǎn)位置進(jìn)行了準(zhǔn)確的解析建模，提出了任意橫截面隧道中第一分界點(diǎn)位置的普適模型，明確了隧道中近場(chǎng)區(qū)的電波傳播機(jī)制。

作者通過(guò)多章節(jié)對(duì)軌道交通不同場(chǎng)景的電波傳播建模研究和詳細(xì)論述，在應(yīng)用層面為通信系統(tǒng)在軌道交通場(chǎng)景中的設(shè)計(jì)提供了電波傳播預(yù)測(cè)工具，在方法論層面為不同場(chǎng)景的電波傳播建模提供了可移植和轉(zhuǎn)化的方法，在認(rèn)識(shí)論層面為不同空間的電波傳播研究提供了可資借鑒的理論策略。本書(shū)在理論上對(duì)于提高軌道交通場(chǎng)景無(wú)線通信鏈路可靠性具有不可忽視的意義，為軌道交通場(chǎng)景無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、有效實(shí)現(xiàn)安全列控信息可靠傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。

據(jù)了解，這本書(shū)的內(nèi)容得益于作者深入的國(guó)際聯(lián)合研究，其中一些章節(jié)以英文描述曾發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊得到國(guó)際學(xué)術(shù)同行的認(rèn)可。

此書(shū)雖然是現(xiàn)階段我國(guó)軌道交通場(chǎng)景電波傳播方面的創(chuàng)新收獲，然而科學(xué)研究是無(wú)止境的。這一領(lǐng)域中仍然有許多后續(xù)研究需要深入，有不少后續(xù)問(wèn)題需要解決，一些后續(xù)工作需要進(jìn)一步完善?？上驳氖牵藭?shū)問(wèn)世不久，作者就獲得德國(guó)洪堡基金會(huì)外國(guó)科學(xué)家研究基金，成為一名年輕的“洪堡學(xué)者”。春暖花開(kāi)的人間最美四月天，他懷著新的追求和夢(mèng)想，飛赴德意志，去進(jìn)行為期兩年的科學(xué)研究。臨行前夕，作者專程登門(mén)贈(zèng)書(shū)，聽(tīng)取意見(jiàn)，與筆者長(zhǎng)談科研計(jì)劃和進(jìn)取愿景。華夏民族有這樣一批棟梁之才，振興中華躋身世界科技強(qiáng)國(guó)之夢(mèng)，看來(lái)大有希望。

掩卷遐思，期待作者有更新的研究成果問(wèn)世，也期待與作者展開(kāi)更深入的合作，從語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)傳播和軌道交通場(chǎng)景電波傳播入手，探索信息傳播更一般的機(jī)制和規(guī)律，更好報(bào)效祖國(guó)、造福人類。

（作者系北京大學(xué)中文系教授、博士生導(dǎo)師，教育部人文社科重點(diǎn)研究基地中國(guó)語(yǔ)言研究中心主任。）