圖為張?jiān)讫垼ㄗ蠖┱谂c團(tuán)隊(duì)成員研究北斗設(shè)備測(cè)試方案。李 菁 攝
高鐵精密測(cè)量控制網(wǎng)——高鐵建設(shè)、運(yùn)營中至關(guān)重要的空間位置基準(zhǔn)，全國高鐵的每一寸鋼軌都基于此獲得精確三維坐標(biāo)。
高精度衛(wèi)星定位測(cè)量系統(tǒng)——構(gòu)建該基準(zhǔn)的“智慧天眼”，持續(xù)追蹤著控制網(wǎng)點(diǎn)的毫米級(jí)位移，以保障全路鋼軌坐標(biāo)精度穩(wěn)定可靠。
如今，這雙“天眼”已在關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍——由中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司測(cè)繪地理信息研究院高級(jí)工程師張?jiān)讫垘ьI(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，歷時(shí)7年攻堅(jiān)克難，成功研發(fā)出了自主可控的北斗三代星地融合高精度測(cè)量系統(tǒng)。這套系統(tǒng)打破國外技術(shù)壟斷，為中國高鐵精密測(cè)量控制網(wǎng)裝上了自己的“智慧天眼”。
破壁：精測(cè)系統(tǒng)突破國外技術(shù)壟斷
2018年7月，張?jiān)讫垙谋本┙煌ù髮W(xué)博士畢業(yè)，進(jìn)入中國鐵設(shè)測(cè)繪院工作。彼時(shí)，我國高鐵精密測(cè)量領(lǐng)域面臨著國外衛(wèi)星定位技術(shù)“卡脖子”困境。儀器設(shè)備依賴進(jìn)口，價(jià)格高昂、與中國北斗衛(wèi)星適配性差、面對(duì)復(fù)雜地形“水土不服”等問題，制約了我國高鐵建設(shè)的自主性與安全性。
目睹國外技術(shù)壟斷的弊端，張?jiān)讫埌迪聸Q心：“一定要讓中國鐵路在精測(cè)領(lǐng)域擁有自己的‘智慧天眼’。”那時(shí)，適逢我國北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全面建成，他立刻投身到基于北斗衛(wèi)星的鐵路智能勘測(cè)系統(tǒng)研發(fā)當(dāng)中。
研發(fā)，從硬件攻關(guān)開始。
性能可靠的芯片是硬件裝備的核心。為了選出最適配的芯片，張?jiān)讫埬贸觥皩宓首钡捻g勁，一頭扎進(jìn)實(shí)驗(yàn)室里，一臺(tái)電腦、一杯水，常常一坐就是一整天。
國內(nèi)外30余家企業(yè)、80余款芯片，他與團(tuán)隊(duì)從精度、靈敏度到信噪比、定位時(shí)間、抗干擾性，收集數(shù)據(jù)、測(cè)算對(duì)比，歷時(shí)半年，終于找到了“最優(yōu)解”。如今，市面上但凡“有名有姓”的芯片，張?jiān)讫埗既鐢?shù)家珍。
提升裝備抗干擾能力是硬件優(yōu)化的另一半。在芯片測(cè)評(píng)的同時(shí)，張?jiān)讫垘ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)從硬件設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)入手，通過選取最優(yōu)的外觀材料和電子器件材料，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、模具和電路，反復(fù)測(cè)算、調(diào)試，成功掌握了電離層閃爍監(jiān)測(cè)、抑制及抗多徑干擾技術(shù)。最終研發(fā)成功的北斗三代星地融合高精度測(cè)量系統(tǒng)，兼具低功耗與長續(xù)航特性，抗干擾能力提升30%。
從2022年開始，這項(xiàng)自主創(chuàng)新研發(fā)成果迎來實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)。“傳統(tǒng)鐵路精密測(cè)量網(wǎng)衛(wèi)星定位接收機(jī)受電離層干擾影響，通常只能在特定時(shí)段開展測(cè)量作業(yè)。”張?jiān)讫埥榻B，在濰煙高鐵、沈白高鐵等國家重點(diǎn)工程中，搭載抗干擾技術(shù)的北斗智能測(cè)量裝備取代進(jìn)口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了從固定時(shí)段測(cè)量到全天候測(cè)量的有效突破，測(cè)量效率提升20%以上，誤差控制在毫米級(jí)。
在成功突破硬件技術(shù)瓶頸后，張?jiān)讫垐F(tuán)隊(duì)將工作重心轉(zhuǎn)向軟件生態(tài)建設(shè)。
“只有硬件裝備、沒有自主可控的軟件支撐，就談不上真正的技術(shù)自主。”張?jiān)讫垘ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)從底層基線解算算法優(yōu)化開始，深入高原鐵路現(xiàn)場(chǎng)，在零下20攝氏度的嚴(yán)寒中采集數(shù)據(jù)，分析影響精度的各種干擾因素；在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試代碼，分析海量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)歷了無數(shù)次的推翻重構(gòu)，設(shè)計(jì)核心架構(gòu)、訓(xùn)練大氣誤差補(bǔ)償智能算法模型……
歷時(shí)800多個(gè)日夜，他們終于成功開發(fā)出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鐵路北斗精密測(cè)量軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從硬件到軟件的全鏈條技術(shù)突破。
“難，很難，但再難也要做，我們必須要擺脫‘卡脖子’技術(shù)困境。”張?jiān)讫埢叵肫甬?dāng)時(shí)軟件攻堅(jiān)的日子堅(jiān)定地說。
如今，基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的智能勘測(cè)系統(tǒng)已應(yīng)用于眾多鐵路建設(shè)項(xiàng)目中，從平原到高原、從城市到山區(qū)、從“分體式”到“一體化集成”、從“通用模型”到“場(chǎng)景定制”，這項(xiàng)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)在一次又一次的優(yōu)化中實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，已構(gòu)建起覆蓋勘察設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)全生命周期的“智慧天眼”系統(tǒng)。
量產(chǎn)：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從中國走向世界
“每一個(gè)儀器都要調(diào)試好、測(cè)試好，不要出問題。”張?jiān)讫埾驁F(tuán)隊(duì)成員何義磊囑咐道。這些由張?jiān)讫垐F(tuán)隊(duì)研發(fā)的“星聚智控”北斗監(jiān)測(cè)一體機(jī)，在測(cè)試完畢后，將被應(yīng)用在雅萬高鐵沿線。
這一技術(shù)從自用到走向世界，張?jiān)讫堄昧苏?年。
2019年7月，北斗“云—邊—端”智能形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成型，并迅速投入到哈佳鐵路路基監(jiān)測(cè)項(xiàng)目當(dāng)中。同年12月，哈佳鐵路路基監(jiān)測(cè)項(xiàng)目遭遇極寒天氣，設(shè)備軟硬件均出現(xiàn)了不同程度的問題。天寒地凍、冷風(fēng)刺骨，張?jiān)讫埿枰褂玫碾娔X被凍到死機(jī)，完全無法工作。他毫不猶豫地將電腦抱在胸前，待其恢復(fù)到正常溫度后繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試。工作結(jié)束后，張?jiān)讫埖氖忠呀?jīng)凍得無法打彎，身體也止不住地抖。
“那是我們第一代設(shè)備，各方面還不夠完善，但在一次次迭代中，設(shè)備越來越穩(wěn)定，效果也越來越好了。”在不斷的實(shí)踐優(yōu)化中，張?jiān)讫埖难逶絹碓街保讱庖苍絹碓阶恪?/div>
京廣高鐵、襄荊高鐵、鄭阜高鐵、京港高鐵……經(jīng)過數(shù)年的不懈努力，如今，北斗“云—邊—端”智能形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于眾多鐵路運(yùn)營項(xiàng)目中，在全國范圍內(nèi)建立了569個(gè)監(jiān)測(cè)站。
不僅如此，第三代產(chǎn)品——“星聚智控”北斗監(jiān)測(cè)一體機(jī)已經(jīng)走出國門，在雅萬高鐵運(yùn)營監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
面對(duì)印尼爪哇島火山巖地質(zhì)帶、熱帶雨林覆蓋區(qū)和密集水系等特殊環(huán)境，以及赤道附近特有的電離層擾動(dòng)，該設(shè)備憑借獨(dú)特的抗干擾技術(shù)，高效完成了雅萬高鐵運(yùn)營測(cè)量任務(wù)，為雅萬高鐵區(qū)域沉降監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警及應(yīng)急管理提供精準(zhǔn)時(shí)空信息支撐，讓雅萬高鐵的運(yùn)營安全穩(wěn)穩(wěn)躍上新臺(tái)階。
“從中國到世界，自主創(chuàng)新就是底氣。與其他品牌相比，我們的系統(tǒng)自主可控可調(diào)試，這就是我們的優(yōu)勢(shì)。”張?jiān)讫堊院赖卣f。
領(lǐng)航：技術(shù)與人才共同成長
“新興技術(shù)從哪里突破，行業(yè)應(yīng)用就向哪里發(fā)展。”張?jiān)讫埡退膱F(tuán)隊(duì)從不拘泥于現(xiàn)有的成績，不單單滿足于產(chǎn)品落地、應(yīng)用實(shí)踐這張答卷，更向布局未來、引領(lǐng)行業(yè)的高峰發(fā)起沖擊。
2024年，張?jiān)讫垹款^籌建iGMAS（國際GNSS監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)）鐵路北斗創(chuàng)新應(yīng)用中心。“iGMAS是我國第一個(gè)在聯(lián)合國框架下發(fā)起并主導(dǎo)的科學(xué)工程，依托其中軌道、鐘差、電離層等前沿技術(shù)，我們能夠持續(xù)攻關(guān)北斗/低軌星座統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)等前沿核心理論方法，提升北斗模型精度與產(chǎn)品性能，為鐵路行業(yè)北斗創(chuàng)新應(yīng)用提供關(guān)鍵支撐。”他說。
如今，張?jiān)讫堈龓ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)著手于低軌衛(wèi)星星座增強(qiáng)技術(shù)研究、亞米級(jí)智能隧道內(nèi)定位技術(shù)研發(fā)、“北斗+機(jī)器視覺”融合監(jiān)測(cè)創(chuàng)新等前沿研究方向，在前沿技術(shù)上發(fā)展，在行業(yè)應(yīng)用上突破。
一花獨(dú)放不是春，百花齊放春滿園。
在向前沿技術(shù)進(jìn)發(fā)的同時(shí)，張?jiān)讫埐煌P(guān)注團(tuán)隊(duì)中每位成員的成長。“他會(huì)記錄下我們團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人的科研難點(diǎn)。張工辦公室的大門永遠(yuǎn)向大家敞開，有問題找張工，他準(zhǔn)在。”團(tuán)隊(duì)成員胡錦民笑著說。
日復(fù)一日的學(xué)習(xí)鉆研、科研攻關(guān)，讓張?jiān)讫埖膱F(tuán)隊(duì)成長為中國鐵設(shè)有名的“不畏難、打硬仗”的科研隊(duì)伍。7年時(shí)間里，張?jiān)讫垘ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破北斗在鐵路領(lǐng)域的5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)出3大類智能測(cè)量監(jiān)測(cè)裝備、發(fā)明專利20項(xiàng)、獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)項(xiàng)8項(xiàng)……近年來，他也迎來了自己的收獲期，新時(shí)代青年先鋒獎(jiǎng)、全國青年崗位能手、詹天佑鐵道科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)青年獎(jiǎng)……
“榮譽(yù)是過去的注腳，創(chuàng)新才是永恒的主題。”站在實(shí)驗(yàn)室的大屏幕前，張?jiān)讫埖恼Z氣平靜而堅(jiān)定，“國家的需要在哪里，我們的創(chuàng)新就在哪里；行業(yè)的痛點(diǎn)在哪里，我們的攻堅(jiān)就在哪里。這就是中國工程師的初心。”
榜樣檔案
張?jiān)讫?/div>
中共黨員，中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司測(cè)繪地理信息研究院高級(jí)工程師、鐵路北斗技術(shù)應(yīng)用中心首席專家，獲新時(shí)代青年先鋒獎(jiǎng)、詹天佑鐵道科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)青年獎(jiǎng)、全國青年崗位能手、鐵路青年五四獎(jiǎng)?wù)碌葮s譽(yù)。
采訪手記
“再難也要做”
談及基于北斗衛(wèi)星的鐵路智能勘測(cè)系統(tǒng)研發(fā)，張?jiān)讫堉毖宰约阂苍纳鷳n慮：“國外技術(shù)壟斷像座大山，壓得人喘不過氣來。”然而，他并沒有妥協(xié)。從芯片適配到極端環(huán)境攻關(guān)，從軟件迭代到走出國門，他把“再難也要做”的決心融入每次鍵盤敲擊的聲響里。
“打破壟斷，讓中國鐵路建設(shè)擁有自己的‘智慧天眼’，這就是我的使命。”張?jiān)讫垬闼氐脑捳Z里，飽含著一位鐵路科技工作者的決心與責(zé)任。正因有無數(shù)像他一樣默默耕耘的鐵路科技工作者，中國鐵路的自主創(chuàng)新之路才越走越遠(yuǎn)、越走越廣。
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