北京地鐵亦莊線、昌平線日前開通運營，這標志著我國具有完全自主知識產權的“基于通信的列車自動控制系統（簡稱CBTC系統）”工程取得成功，我國成為繼德國、法國、加拿大后第四個成功掌握該項核心技術、應用于實際工程并順利開通運營的國家。
我國軌道交通信號研發團隊在幾十年積累的基礎上，歷經10年的努力，實現了CBTC系統的自主創新，并探索出一條聯合自主創新的路徑。
我國加快軌道交通建設，但信號控制系統一直依靠引進
CBTC項目首席專家、北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室主任唐濤說，近年來北京市乃至全國下大力氣加快進行軌道交通路網建設，到2015年北京總長561公里的軌道交通網絡將正式形成，2020年將達到1000公里的建設規模。而2009年底北京運營的里程僅為198公里，十年內還有近800公里的線路需要建設；全國每年以400公里的建設速度增長，近十年將有近6000公里的建設，而其中作為保證行車安全、提高運輸效率的信號控制系統一直依靠引進，核心技術掌握在外國人手里，給我們建設的成本、按期開通、運營管理與維護帶來了巨大影響。
2004年開始，北京市積極響應國家自主創新戰略，立項首次開展“基于通信的城軌CBTC系統研究”。到目前為止，自主創新CBTC系統歷經核心技術攻關、自主研發、室內測試、中試、示范工程等階段。2010年12月30日，歷經十幾年的核心技術研發、中試，特別是近三年的示范工程，在絕對保證安全的基礎上，北京地鐵亦莊線全功能開通CBTC，解決了一直困擾國內長期引進這項技術與裝備的瓶頸問題，實現了幾代“信號人”的夢想，使中國的軌道交通系統用上了自己的“大腦與神經系統”，完全聽從自己的“指揮官”安全而高效的運營。該項目的成功實施與應用，為國家帶來了巨大的經濟與社會效益，初步計算國家投入研究經費不到3億元，通過該項目的研究與應用，使得引進系統的價格降低20%以上，按照每年600公里建設投資60億元計算，每年節約了12億元的外匯。同時該項目在亦莊線和昌平線應用也將比引進系統節約10%以上的資金，以后國內6000公里的市場將會帶來近300億元的市場份額，且是可持續發展的市場與產業。
首套列車自動控制系統達到國際先進水平
北京交大軌道交通運行控制系統國家工程研究中心主任郜春海說，隨著城市軌道交通高速度、高密度的發展，如何保障線路上所有列車的安全、可靠、高效、準點、節能、舒適、精確停車運行，還要滿足軌道交通客流不斷增長的發展需求，是一個涉及軌道交通所有專業的問題與難題，而列車自動控制系統正是解決這個難題的系統，它是軌道交通的“大腦和神經系統”，是有效解決并平衡安全、可靠、高效、節能、舒適、準確等綜合指標的復雜協同控制系統。
北京地鐵亦莊線成為中國第一條采用完全自主知識產權列車自動控制系統的地鐵線路，實現了“自動駕駛”、“無人折返”和“安全運營”三項目標，成為城市軌道交通國產信號控制系統的里程碑。
在安全、可靠、高效方面，系統為線路上每個列車配備上了“千里眼、順風耳和安全衛士”，“千里眼、順風耳”（地車雙向的、實時的、冗余的、大容量傳輸系統）可以讓每個列車實時知道前面列車、線路和車站的準確信息，“安全衛士”（專業稱ATP系統）即保證線路上盡量多的列車追蹤運行，不管在任何情況下不能超速、撞車，絕對“全天候”的保證行車安全，遇到情況，自動降速或停車，兩個高速追蹤運行的列車停車后的間隔距離可以做到30米左右，完全可以實現90秒的行車間隔。
準點、舒適、節能、精確停車。在具備安全衛士的基礎上，系統為每個列車還配備了“最優秀的調度員和司機”（列車自動駕駛系統，專業稱ATO系統），“最優秀的調度員”可以根據運行時刻表及時調整列車的運行速度和時間，同時要求根據線路上的上下坡度靈活、節能地控制列車“油門和剎車”（對應專業術語“牽引與制動”），最終還要保證列車準點運行，誤差要求在5秒以內；“最優秀的司機”根據調度員的時刻表和節能要求，不同地點、不同時間、不同車況給出對應的“油門和剎車”指令，實現列車的自動啟動、自動巡航、自動定點停車，保證旅客的最大舒適度。一般情況下，旅客在車內可不用抓扶手。同時還能使幾百噸的龐然大物每次在車站停車時精度誤差不超過30厘米，并可實現與站臺屏蔽門的同開同關。
探索“政、產、學、研、用”自主創新模式
唐濤說，亦莊線完全自主創新的CBTC工程歷經了近十年的艱苦攻關，采用了“政、產、學、研、用”的模式。北京市從2004年開始就響應國家自主創新戰略，緊盯國際上剛剛發展的CBTC系統技術，集中了全國行業單位與專家的優勢力量，連續三期支持該項目的滾動，每期不同主體單位牽頭，經歷了基礎理論研究、核心技術攻關、實驗室仿真演算、非運營線路試驗、運營線路測試、大規模的中試，各項性能指標均達到國際領先水平，以及通過國際獨立第三方最高安全等級SIL4的產品安全認證，才終于在亦莊線上示范應用。
亦莊線信號系統示范工程完成了既定目標：突破了CBTC核心技術瓶頸、具有完全自主知識產權、達到國際領先水平，實現了移動閉塞，滿足客流不斷增長的需要；提升了我國包括建設、運營、設計、監理、供應商、施工、安全認證等方面的專業技術與管理能力；探索了一條進行核心技術研發、中試、示范工程與產業化的途徑；形成了“中國創造”的自主創新產業，為國內軌道交通提供完全自主、性能先進、安全可靠的列車自動控制系統技術與裝備。
打通了“首臺套”政策與國家招標法結合的通道。北京市軌道交通建設管理有限公司作為示范工程重大專項的承擔單位，又是受北京市政府委托的軌道交通工程建設管理單位，一方面要按照國家招投標法進行所有工程機電設備的國際采購，另一方面又要將這個沒有任何應用業績、受首臺套政策支持的核心技術嫁接在實際工程中。目前國家在如何實施首臺套政策還沒有成熟的辦法，本項目是北京市軌道交通第一個享受該政策的。在這樣的情況下，亦莊線CBTC示范工程創造性采取一系列方式與方法，打通了法律與政策互相融合的通道。
搭建最小系統平臺減少現場調試時間。針對列車運行控制系統是一個復雜協同的事件驅動系統，需要基于列控系統分布式仿真的時間管理、事件調度、數據交換機制等關鍵技術，以及基于中間件技術實現真實子系統與仿真模型的互聯，構建了“硬件最小化、功能最大化”的最小系統，實現靈活的虛實互換和虛實互控，完成設計、研發、工程實施、系統升級等不同階段的系統特定功能及全功能驗證，大大降低了每個階段的風險，對于一個工程項目來說，大大減少了在現場調試與測試的時間。
建立首席專家與實施專家的全程咨詢與決策機制。亦莊線CBTC系統示范工程是一個典型的“政、產、學、研、用”結合的典型案例。為保證示范工程的順利實施，成立了專門的核心技術與示范工程實施課題組，老中青結合，主要成員均主持或參加過相關領域課題的研究，對國內外信號系統核心技術與標準的現狀和發展趨勢全面了解，具有豐富的科研、設計、建設、運營和實踐經驗和扎實的理論基礎和豐富的現場知識。在項目主持單位北京市交通委的組織協調下，建立了固定的聯絡與例會制度，設立項目技術首席專家和示范工程首席專家制度。