心似平川坦闊 馳逐控制高原
——記北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院副教授蔡文川

本刊記者 鄭 明

專家簡介：

蔡文川，北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院副教授。從業(yè)多年，曾作為核心成員參與美國國家自然科學(xué)基金及宇航局重要項目計劃書撰寫，致力于航天器姿態(tài)自適應(yīng)魯棒控制、容錯控制、實時無人戰(zhàn)車跟蹤協(xié)同控制、智能編隊協(xié)同策略等研究。2010年回國后，陸續(xù)主持及參與多項國家自然科學(xué)基金重點項目、原“973”“863”計劃項目等，切合國家高速鐵路安全檢測理論與工程技術(shù)研究需求，轉(zhuǎn)型基于光纖傳感與視頻識別的智慧型周界安全監(jiān)測技術(shù)與產(chǎn)品的產(chǎn)學(xué)研孵化，完成了防區(qū)型光纖入侵監(jiān)測系統(tǒng)與基于深度視覺的人體識別系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計、測試、定型工作，為燃氣儲配站、變電站、高鐵編組站等提供了示范性應(yīng)用產(chǎn)品。發(fā)表高水平論文31篇，與他人合編專著1部。

不論是求學(xué)過程，還是科研歷程，蔡文川幾次面臨選擇，但幸運的是終有所得、有所成。追求內(nèi)心平靜，坦言知足常樂，他表示：“生活對我還不錯，至少每一次預(yù)想都能達成?！?/p>

放棄“一份報紙、一杯茶”的安逸，邁過了求學(xué)過程中的坎坷，曾遠赴大洋彼岸求索科學(xué)真諦，因家國情懷調(diào)轉(zhuǎn)研究方向……為了實現(xiàn)超越，蔡文川為自己甄選了一條與眾不同的路，在工程領(lǐng)域安全監(jiān)測理論與技術(shù)產(chǎn)品的創(chuàng)造、優(yōu)化中，行之逾深、研之逾堅，要做高速安全運行的護航人。

為國家需求調(diào)轉(zhuǎn)方向

從2005年赴美國北卡農(nóng)工州立大學(xué)攻讀碩士、博士學(xué)位開始，蔡文川用5年的時間快速適應(yīng)、學(xué)習(xí)最新的領(lǐng)域知識，與此同時還完成了美國軍方的無人戰(zhàn)車協(xié)同控制演示平臺開發(fā)，參與了美國宇航局和國家航空研究院關(guān)于空間飛行器姿軌控制研究。

而正是基于前期對協(xié)同控制的深度研究，2010年當(dāng)放棄國外優(yōu)渥的生活環(huán)境義無反顧地回到祖國，為契合國家發(fā)展需要，他于兩年后做出重要決定，迅速將研究重點轉(zhuǎn)向高速鐵路安全監(jiān)測理論與工程技術(shù)研究。在蔡文川看來，創(chuàng)新的驅(qū)動使很多人都在單純地追求可觀的線性增長，而他，想要靜下心來，回來為國家的高速鐵路安全發(fā)展模式及控制優(yōu)化做些事情。

“如今，我們每年大規(guī)模建設(shè)高速鐵路工程，且短時期內(nèi)技術(shù)標準和產(chǎn)品工藝有著高度的一致性，這就會造成幾十年后大批量集中問題的爆發(fā)?！辈⑶腋鶕?jù)2015年《高速鐵路周界入侵報警系統(tǒng)振動光纖監(jiān)測設(shè)備技術(shù)條件（暫行）》，市場上防區(qū)型光纖產(chǎn)品廣泛存在施工復(fù)雜、光纜芯數(shù)多、監(jiān)測距離短、投資成本大、定位精度不高等問題。

針對國家高速鐵路安全監(jiān)測需求，考慮到高速鐵路周界問題出現(xiàn)的時間、類型和復(fù)雜程度的不可預(yù)估性，蔡文川在已有的“高速列車主動粘著防滑可靠牽引與制動控制研究”“高速列車主動安全控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)研究”等項目研究基礎(chǔ)之上組建創(chuàng)新團隊。依托北京交通大學(xué)智能系統(tǒng)與再生能源研究中心和光波技術(shù)研究所，他領(lǐng)銜的團隊開始了基于光纖傳感與視頻識別的智慧型周界安全監(jiān)測技術(shù)與產(chǎn)品的產(chǎn)學(xué)研孵化。他強調(diào)，由于高速鐵路工程的建設(shè)、材質(zhì)和生命周期等相對固定，其結(jié)構(gòu)變化也便有跡可循。如果能夠通過技術(shù)提升預(yù)測它們的使用壽命，預(yù)測高速鐵路軌道可能出現(xiàn)的問題及時間，通過實時監(jiān)測軌道頻譜確保安全運行，將會為工程本身、乘客安全提供更進一步的保障。

立足前期先進智能周界安全檢測系統(tǒng)、高速鐵路防滑與制動等研究的積淀，他們仔細分析了作為可視化手段的視頻識別的優(yōu)越性及不足，開展了一系列危害入侵事物智能識別理論及關(guān)鍵技術(shù)研究。依靠基于分布式光纖振動傳感的入侵目標精確定位與識別，圍繞高速鐵路周界目標入侵、安全預(yù)警等進行系統(tǒng)研究，他們?yōu)榇_保高速列車的行車安全提供了極具價值的理論指導(dǎo)和先進的技術(shù)支持。

與此同時，蔡文川團隊還將先進的基于深度學(xué)習(xí)的視頻識別技術(shù)深度融合于分布式光纖振動傳感系統(tǒng)，模擬生物聽覺和視覺感知與識別功能。而由此研發(fā)的創(chuàng)新產(chǎn)品——基于視頻識別的分布式光纖傳感的智能監(jiān)測系統(tǒng)，不但解決了光纖振動傳感中廣泛存在的誤報率和漏報率的矛盾問題，還極大地降低了分布式光纖振動傳感系統(tǒng)誤報率。

在工作現(xiàn)場

創(chuàng)新產(chǎn)品助力高速鐵路安全監(jiān)測

談及基于視頻識別的分布式光纖傳感的智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，蔡文川表示，鐵路、油氣管道、大壩橋梁等大型建筑的安全監(jiān)測手段與國家發(fā)展速度尚未相互適應(yīng)。傳統(tǒng)的周界安防監(jiān)測技術(shù)主要基于電式傳感器，由于需要供電、容易受到電磁干擾、安裝方式不夠靈活（體積大）等原因，難以可靠實現(xiàn)對大型線性結(jié)構(gòu)建筑物的實時監(jiān)測。

考慮到分布式光纖傳感有著光纖傳感所特有的抗電磁干擾、全程無緣、隱蔽性好、易組網(wǎng)、定位精度高、靈敏度高等諸多獨特優(yōu)勢，蔡文川為實現(xiàn)大范圍長距離的實時智能監(jiān)測竭心盡力?！拔覀兡壳耙呀?jīng)完成了防區(qū)型光纖入侵監(jiān)測系統(tǒng)和基于深度視覺的人體識別系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計與測試定型工作，相關(guān)產(chǎn)品在燃氣儲配站、變電站、高鐵編組站、監(jiān)獄等行業(yè)實現(xiàn)了示范性應(yīng)用，得到了相關(guān)單位客戶的認可?！痹诔晒麉R報總結(jié)中，基于視覺識別的分布式光纖傳感振動智能監(jiān)測系統(tǒng)已順利實現(xiàn)核心技術(shù)的研發(fā)與實驗驗證，相關(guān)技術(shù)方案也得到了行業(yè)專家的普遍認可。

而為了滿足市場應(yīng)用的規(guī)模化需求，蔡文川積極促進分布式光纖傳感仿生智能監(jiān)測系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化進程。他表示，在前期關(guān)鍵技術(shù)突破、產(chǎn)品設(shè)計的經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，現(xiàn)已全面搭建基于視覺識別的光纖振動傳感演示平臺，在分布式光纖傳感精確定位、偏振控制、視頻復(fù)核等方面均取得順利進展。面臨市場嚴苛的檢驗，他明確系統(tǒng)優(yōu)勢，表現(xiàn)出充足的信心。從相關(guān)介紹中了解，該系統(tǒng)相比傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)，直接以普通單模通訊光纜作為傳感單元，構(gòu)建連續(xù)均質(zhì)的超長距離的連續(xù)傳感器。不但能實現(xiàn)大規(guī)模覆蓋，它還能自動進行空間距離分割，達到長距離、大范圍環(huán)境振動的協(xié)同組網(wǎng)監(jiān)測。與此同時，因融入人工智能視覺識別技術(shù)，產(chǎn)品可以充分模擬生物聽覺和視覺感知，對光纖傳感檢測去潛在危害行為進行自動聯(lián)動取證與智能可靠識別。

“相對常用防區(qū)型光纖周界監(jiān)控產(chǎn)品，分布式光纖周界監(jiān)控系統(tǒng)能支持更大范圍安全監(jiān)測，且施工更小，防區(qū)設(shè)置靈活。同時在分布光纖傳感中深度融合視頻識別，對進一步提高系統(tǒng)的抗風(fēng)能力、識別能力，降低系統(tǒng)誤報率具有重要意義?！敝档靡惶岬氖?，該安全監(jiān)測系統(tǒng)除了擁有良好的性能，還有著低于同等國外國內(nèi)產(chǎn)品的價格優(yōu)勢，可以普遍服務(wù)于鐵路、電力、風(fēng)電、邊防等大型企業(yè)和安全場所，滿足骨干高速鐵路、電力線路、骨干通信光纜、油氣管道、大壩橋梁等大型基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的應(yīng)用市場需要。

“由于新型‘基于視覺識別的分布式光纖綜合監(jiān)測系統(tǒng)’的開發(fā)技術(shù)復(fù)雜、行業(yè)壁壘高，因此國內(nèi)目前在鐵路上還沒有同類產(chǎn)品。在未來的5年，隨著市場的高速增長需求，我們會利用自身技術(shù)優(yōu)勢，以技術(shù)打品牌，以質(zhì)量求生存，以真誠拓市場?！泵嫦蚝笃诘尼槍π孕麄?，蔡文川表示，會積極同具備經(jīng)濟實力和高創(chuàng)新性需求的企業(yè)展開合作，進一步打開更加廣闊的市場。