心似平川坦闊 馳逐控制高原
——記北京交通大學電子信息工程學院副教授蔡文川

本刊記者 鄭 明

專家簡介：

蔡文川，北京交通大學電子信息工程學院副教授。從業多年，曾作為核心成員參與美國國家自然科學基金及宇航局重要項目計劃書撰寫，致力于航天器姿態自適應魯棒控制、容錯控制、實時無人戰車跟蹤協同控制、智能編隊協同策略等研究。2010年回國后，陸續主持及參與多項國家自然科學基金重點項目、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研究需求，轉型基于光纖傳感與視頻識別的智慧型周界安全監測技術與產品的產學研孵化，完成了防區型光纖入侵監測系統與基于深度視覺的人體識別系統產品設計、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用產品。發表高水平論文31篇，與他人合編專著1部。

不論是求學過程，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，至少每一次預想都能達成。”

放棄“一份報紙、一杯茶”的安逸，邁過了求學過程中的坎坷，曾遠赴大洋彼岸求索科學真諦，因家國情懷調轉研究方向……為了實現超越，蔡文川為自己甄選了一條與眾不同的路，在工程領域安全監測理論與技術產品的創造、優化中，行之逾深、研之逾堅，要做高速安全運行的護航人。

為國家需求調轉方向

從2005年赴美國北卡農工州立大學攻讀碩士、博士學位開始，蔡文川用5年的時間快速適應、學習最新的領域知識，與此同時還完成了美國軍方的無人戰車協同控制演示平臺開發，參與了美國宇航局和國家航空研究院關于空間飛行器姿軌控制研究。

而正是基于前期對協同控制的深度研究，2010年當放棄國外優渥的生活環境義無反顧地回到祖國，為契合國家發展需要，他于兩年后做出重要決定，迅速將研究重點轉向高速鐵路安全監測理論與工程技術研究。在蔡文川看來，創新的驅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展模式及控制優化做些事情。

“如今，我們每年大規模建設高速鐵路工程，且短時期內技術標準和產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。”并且根據2015年《高速鐵路周界入侵報警系統振動光纖監測設備技術條件（暫行）》，市場上防區型光纖產品廣泛存在施工復雜、光纜芯數多、監測距離短、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測需求，考慮到高速鐵路周界問題出現的時間、類型和復雜程度的不可預估性，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鍵基礎研究”等項目研究基礎之上組建創新團隊。依托北京交通大學智能系統與再生能源研究中心和光波技術研究所，他領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測技術與產品的產學研孵化。他強調，由于高速鐵路工程的建設、材質和生命周期等相對固定，其結構變化也便有跡可循。如果能夠通過技術提升預測它們的使用壽命，預測高速鐵路軌道可能出現的問題及時間，通過實時監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、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鍵技術研究。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、安全預警等進行系統研究，他們為確保高速列車的行車安全提供了極具價值的理論指導和先進的技術支持。

與此同時，蔡文川團隊還將先進的基于深度學習的視頻識別技術深度融合于分布式光纖振動傳感系統，模擬生物聽覺和視覺感知與識別功能。而由此研發的創新產品——基于視頻識別的分布式光纖傳感的智能監測系統，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誤報率。

在工作現場

創新產品助力高速鐵路安全監測

談及基于視頻識別的分布式光纖傳感的智能監測系統的設計，蔡文川表示，鐵路、油氣管道、大壩橋梁等大型建筑的安全監測手段與國家發展速度尚未相互適應。傳統的周界安防監測技術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，難以可靠實現對大型線性結構建筑物的實時監測。

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、定位精度高、靈敏度高等諸多獨特優勢，蔡文川為實現大范圍長距離的實時智能監測竭心盡力。“我們目前已經完成了防區型光纖入侵監測系統和基于深度視覺的人體識別系統的產品設計與測試定型工作，相關產品在燃氣儲配站、變電站、高鐵編組站、監獄等行業實現了示范性應用，得到了相關單位客戶的認可。”在成果匯報總結中，基于視覺識別的分布式光纖傳感振動智能監測系統已順利實現核心技術的研發與實驗驗證，相關技術方案也得到了行業專家的普遍認可。

而為了滿足市場應用的規模化需求，蔡文川積極促進分布式光纖傳感仿生智能監測系統的產業化進程。他表示，在前期關鍵技術突破、產品設計的經驗基礎之上，現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，他明確系統優勢，表現出充足的信心。從相關介紹中了解，該系統相比傳統應用系統，直接以普通單模通訊光纜作為傳感單元，構建連續均質的超長距離的連續傳感器。不但能實現大規模覆蓋，它還能自動進行空間距離分割，達到長距離、大范圍環境振動的協同組網監測。與此同時，因融入人工智能視覺識別技術，產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動取證與智能可靠識別。

“相對常用防區型光纖周界監控產品，分布式光纖周界監控系統能支持更大范圍安全監測，且施工更小，防區設置靈活。同時在分布光纖傳感中深度融合視頻識別，對進一步提高系統的抗風能力、識別能力，降低系統誤報率具有重要意義。”值得一提的是，該安全監測系統除了擁有良好的性能，還有著低于同等國外國內產品的價格優勢，可以普遍服務于鐵路、電力、風電、邊防等大型企業和安全場所，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設施行業的應用市場需要。

“由于新型‘基于視覺識別的分布式光纖綜合監測系統’的開發技術復雜、行業壁壘高，因此國內目前在鐵路上還沒有同類產品。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優勢，以技術打品牌，以質量求生存，以真誠拓市場。”面向后期的針對性宣傳，蔡文川表示，會積極同具備經濟實力和高創新性需求的企業展開合作，進一步打開更加廣闊的市場。