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北京教育,中国铁路通信专家屡创世界铁路奇迹

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北京教育,中国铁路通信专家屡创世界铁路奇迹

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北京教育:袁芳DmM北京交通大学新闻网

近日,北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室通信方向博士生导师、首席教授钟章队接受千龙网记者采访。图为钟章队向记者介绍高铁数字移动通信设备。千龙网记者于振华摄

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进入21世纪以来,短短17年,中国铁路发展突飞猛进:青藏铁路克服了高原缺氧、高寒冻土等困难,创下了世界高原铁路之最;大秦线4亿吨年运量,改写了重载铁路运输的历史;高速铁路每小时跑出350公里,成就了“中国速度”……

1978年的秋天,邓小平同志在日本考察新干线时感慨地说:“像风一样快,我们现在很需要跑!”当时国外高速列车时速已达260公里,而中国旅客列车的平均时速却仅为43公里。就在这时,年轻的钟章队面临人生选择,他在高考志愿填报栏里写下了北京交通大学无线通信专业,从此与中国铁路事业结缘。DmM北京交通大学新闻网

“中国速度”背后,是一批致力于铁路现代化建设的科研工作者,北京交通大学教授钟章队是其中有着突出贡献的一位。作为中国第一位研究GSM-R铁路无线通信的专家,钟章队在10余年潜心研究中,“吃得了苦、耐得住烦、霸得了蛮”,成果迭出,屡破世界难题,创造了中国乃至世界铁路发展史上绝无仅有的诸多奇迹。

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10余年潜心研究高铁数字移动通信

弹指一挥三十年,中国铁路需要跑,中国铁路在追赶,更确切地说,近十年来,在几代铁路人和科技工作者的积淀与薪火传承下,中国铁路突飞猛进:青藏铁路克服了高原缺氧、高寒冻土等困难创下了世界高原铁路之最;4亿吨年运量的大秦线改写了重载铁路运输的历史;350公里每小时的高速铁路成就了“中国速度”……而已成为教授的钟章队,作为国内首位研究GSM-R铁路无线通信的专家,在近十几年中,与团队历经艰难,参与到一场场工程实践中,攻克了一个又一个科研难关,见证和参与缔造了中国铁路发展的奇迹。DmM北京交通大学新闻网

1978年的秋天,邓小平同志在日本考察新干线时感慨地说:“它像风一样快,我们现在很需要跑!”当时,国外高速列车时速已达260公里,而中国旅客列车的平均时速却仅为43公里。此时,湖南衡阳人钟章队也面临人生选择,他在高考志愿填报栏里写下了北京交通大学无线通信专业,从此与中国铁路事业结缘。

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中国铁路真正的加速始于21世纪初,铁路通信与信息系统是整个轨道交通系统的“神经中枢”,也是确保安全可靠运行、提高运输生产率的保证。

面向未来的通信 生死攸关的通信**

“铁路通信是生死攸关的通信,中国需要先进的、面向未来的通信。”日前,北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室通信方向首席教授、北京市高速铁路宽带移动通信工程技术研究中心主任、电子信息工程学院现代通信研究所所长钟章队在接受千龙网记者采访时回忆说,1994年,32岁的他提出铁路未来的移动通信一定是数字的,一定是小区制的、高可靠性的、无缝覆盖的、安全的。

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从此,钟章队开始对欧洲高铁采用的GSM-R进行跟踪研究。那个时候,中国的民用移动通信网络已开始布局,“大哥大”逐渐变小,传呼机成为时尚人士新宠;而铁路通信却还停留传统模式,区间通信依靠的还是对讲机,只不过覆盖范围稍远而已。

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1996年至2000年间,关于中国未来铁路究竟是要发展铁路专用数字移动通信系统,还是要发展陆地集群无线电系统,在学术界的争论一直存在。而钟章队倾向于GSM-R,为了获得最新的数据和信息,他4次赴欧洲进行实地考察,参加了数十次学术研讨会,率领团队成员发表相关学术论文。

中国铁路真正的加速始于本世纪初,之前都是在酝酿、在热身。DmM北京交通大学新闻网

随着研究的深入,钟章队深刻体会到,GSM-R作为一种专门为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统,有着基础优势、可持续发展性、以及适合铁路综合信息化需要的特点,不仅满足调度需要,更可使中国铁路在迈向信息化、自动化的进程上前进一大步。

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在机遇面前,瞄准国家需求的研究总能抢占先机。2002年,已经有近10年研究积累的钟章队获得了当时铁道部项目支持,在北京交通大学建立了国内第一个GSM-R系统应用模拟实验室。也正是有了这个实验室,并通过将近一年的试验演示和分析,验证了GSM-R技术是适应中国铁路的工程建设要求,符合铁道部要求的“先进、成熟、经济、适用、可靠”等技术引进的条件。

铁路通信与信息系统是整个轨道交通系统的神经中枢,也是确保安全可靠运行、提高运输生产率的保证,“铁路通信是生死攸关的通信,中国需要先进的、面向未来的通信。”1994年,32岁的钟章队提出铁路未来的移动通信一定是数字的,一定是小区制的、高可靠性的、无缝覆盖的、安全的,他开始了对欧洲高铁采用的GSM-R的进行跟踪研究。那个时候,中国的民用移动通信网络已开始布局,大哥大逐渐变小,传呼机还是时尚人士新宠,铁路通信却还停留传统模式,区间通信还依靠的是对讲机,不过覆盖范围稍远而已。DmM北京交通大学新闻网

创新移动数字通信成果屡破世界难题

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2004年,我国青藏铁路开始修建,钟章队带领团队入驻格尔木,参与青藏铁路试验线的建设。钟章队团队在青藏线试验段开展了许多创新性的工作。

1996年~2000年间,关于中国未来铁路究竟是要发展GSM-R(GSM for Railways铁路专用数字移动通信系统)还是TETRA的学术争论一直存在。钟章队倾向于GSM-R,为了获得最新的数据和信息,他四次赴欧洲进行实地考察,参加了数十次学术研讨会、率领团队成员发表相关学术论文。随着研究的深入,钟章队深刻体会到,GSM-R作为一种专门为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统,有着基础优势、可持续发展性以及适合铁路综合信息化需要的特点,不仅满足调度需要,更可使中国铁路在迈向信息化、自动化的进程上前进一大步。DmM北京交通大学新闻网

“例如,我们实现了首次将GPS技术应用于GSM-R呼叫定位,实现了本站、前站和后站的调度呼叫功能。”钟章队介绍说,他们还开发研制的数据通信服务器与移动交换机结合,为机车综合通信设备传送调度命令和车次号信息提供了可靠的数据传输通道,同时也为GSM-R网络服务质量测试提供了重要的通道等十几项创新成果。这些创新成果为GSM-R的实际应用,特别是为青藏铁路的通信信号工程建设奠定了基础。

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而随后改造的大秦铁路更是一次重大考验。大秦铁路需要的编组模式是从未有过先例的,全长2.7公里的重载组合列车,需要多台机车进行同步运行,而如何实现多台机车同步牵引和制动是核心。重载列车不怕机车拉不动,怕的是主控机车指令发出后,从控机车收不到指令或指令不同步。在大秦铁路60%的山区坡道上,如果2万吨重载组合列车纵向冲动力控制不好,下坡时很可能脱轨,巨大冲力能把中间车辆挤成“铁饼”!

瞄准国家需求的研究在机遇面前总能抢占先机。2002年,已经有近十年研究积累的钟章队获得了铁道部项目支持,在北京交通大学建立了国内第一个GSM-R系统应用模拟实验室。DmM北京交通大学新闻网

“这是世界上任何一个国家铁路没有做过的事情。”钟章队解释说,当时,他和他的科研团队再次夜以继日地挑战世界难题:把Locotrol技术与GSM-R系统结合,把点对点通信传输,提升为系统网络化无线传输,以彻底解决电台传输方式传输距离的限制问题……

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钟章队带领团队废寝忘食,经过试验、修改、再试验、再修改——他把湖南人的那种“吃得了苦、耐得住烦”的“犟劲”使出来了,他们经过长时间的反复试验后,完美地实现了这一世界上史无前例的“嫁接”!

也正是有了这个实验室,并通过将近一年的试验演示和分析,验证了GSM-R技术是适应中国铁路的工程建设要求,符合铁道部要求的“先进、成熟、经济、适用、可靠”等技术引进的条件。2004年,青藏铁路开始修建,钟章队带领团队入驻格尔木,参与青藏铁路试验线的建设。他们在青藏线试验段开展了许多创新性的工作:如实现了首次将GPS技术应用于GSM-R呼叫定位,实现了本站、前站和后站的调度呼叫功能;开发研制的数据通信服务器与移动交换机结合,为机车综合通信设备传送调度命令和车次号信息提供了可靠的数据传输通道,同时也为GSM-R网络服务质量测试提供了重要的通道等十几项创新成果,为GSM-R的实际应用特别是青藏铁路的通信信号工程建设奠定了基础。DmM北京交通大学新闻网

有了青藏线、大秦线和胶济线的先例,中国铁路的通讯制式更换步伐愈加坚定。钟章队和团队又忙碌在客运专线、高速铁路的施工现场。一张瑰丽的蓝图正在铺开,国家颁布和中,客运专线、高速铁路以及旧线路改造,预计到2020年我国将有10万公里的线路,全面使用GSM-R无线通信。

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2010年年底,第7届世界高速铁路大会在北京召开?这是世界高速铁路大会创办18年以来,第一次在欧洲以外的国家召开?这也意味着骄人的高速铁路技术成果和建设成就使得中国昂首阔步踏入“世界高铁俱乐部”?然而,在中国高铁强势崛起的背后,更需要坚实的基础理论的支撑,更需要持续不断地攀登科学技术的高峰。

而随后建设的大秦铁路更是一次胜利:大秦铁路需要的编组模式是从未有过先例的,全长2.7公里的重载组合列车,需要多台机车进行同步运行,如何实现多台机车同步牵引和制动是核心。重载列车不怕机车拉不动,怕的是主控机车指令发出后,从控机车收不到指令或指令不同步。在大秦铁路60%的山区坡道上,如果2万吨重载组合列车纵向冲动力控制不好,下坡时很可能脱轨,巨大冲力能把中间车辆挤成“铁饼”!DmM北京交通大学新闻网

高速率传输究竟可支持多高移动速度?

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“高速率的传输究竟可以支持多高的移动速度?这个问题至今没有人给出过答案。目前,我国在时速350公里的高铁运行过程中,通信保证是不掉线的,那么高铁速度再高一些能否保证通信也不掉线呢?到底多高的速度是极限呢?

这是世界上任何一个国家铁路没有做过的事情。钟章队和他的科研团队再次挑战难题:把Locotrol技术与GSM-R系统结合,把点对点通信传输,提升为系统网络化无线传输,彻底解决电台传输方式传输距离的限制问题……废寝忘食,夜以继日,试验,修改,再试验,再修改。一次次科研上的跋涉和历险、跌倒爬起后,史无前例的“嫁接”终成正果。DmM北京交通大学新闻网

在钟章队的心中,这一个个问题无疑和哥德巴赫猜想、费马大定理一样令人着迷,值得有人前赴后继地去探索。如今,中国已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。然而,中国铁路还在加速,时速380公里新一代动车组即将下线,时速500公里的试验高速动车组正在研发……

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当今世界,高铁迎来了一个日新月异、快速发展的黄金时代,而饱受湖湘文化浸染的钟章队,既有湖南人的坚韧与担当,又有“霸得了蛮”的秉性,他很清楚自己和率领的科研团队稍有松懈,就会掉队。为此,他和他的团队寒暑假也照常工作,甚至周末也明确规定只休息一天。作为团队带头人,钟章队每周六也在单位看书学习,也在潜心研究。他常常说:“我们现在的目标是赶超世界一流技术水平,如果前方的选手休息时,我们也休息,那么赶超从何谈起呢?”

大秦线的成功改造,将年运量从两亿吨在三年间提升到四亿吨,增大的运量相当于新建三条同类铁路。2008年年初,大秦铁路为缓解我国南方冰雪灾害运输电煤做出了巨大贡献,其社会效益、经济效益不言而喻。DmM北京交通大学新闻网

“为国家重大工程服务,为中国铁路做些努力,为全人类的共同发展做贡献。”这是钟章队提出的目标。为此,他把年龄不同、专业各有所长的高端人才团结和凝聚在一起,共同奋斗了20多年。

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近5年来,钟章队团队因贡献突出而硕果累累,频频获得各种大奖。例如,他们获国家科技进步一等奖1项,省部级科技进步特等奖1项、一等奖2项、二等奖2项,“铁路综合数字移动通信系统理论、关键技术及工程应用”入选教育部2007年度“中国高等学校十大科技进展”。

有了青藏线、大秦线和胶济线的先例,中国铁路的通讯制式更换步伐更加坚定。钟章队和团队又忙碌在客运专线、高速铁路的施工现场。一张瑰丽的蓝图正在铺开,国家颁布和中,客运专线、高速铁路以及旧线路改造,预计到2020年我国将有10万公里的线路,全面使用GSM-R无线通信。DmM北京交通大学新闻网

钟章队团队发明专利授权13项,软件著作权登记50项,已申请发明专利51项。他们在国内外学术期刊发表论文272篇、国际会议上发表论文160余篇,其中SCI检索、EI检索150余篇,多次应邀在国内外重要学术会议上做大会报告。他们出版专著10部,其中4部已成为铁路专用通信和控制领域的权威著作。

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原铁道部总工程师王麟书曾这样评价钟章队和他的创新团队:“作为铁路无线通信领域人才摇篮,北京交通大学正活跃着铁路移动通信技术研究开发和教学的中坚人物。”

一个极具魅力的提问

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近日,北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室通信方向博士生导师、首席教授钟章队接受千龙网记者采访。图为钟章队。千龙网记者于振华摄

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和许多取得非凡成就的科研团队一样,钟章队的科研团队有个鲜明的特点:能打硬仗,干起活来不讲条件。他们不仅时常远赴铁路现场,寒暑假也照常工作,甚至周末也明确规定只休息一天。DmM北京交通大学新闻网

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团队里的师生对此都没有怨言,原因很简单:首先,作为团队带头人的钟章队每周六也在,他也在看书学习,也在研究;第二,钟章队的观点是,我们现在的目标是赶超世界一流技术水平,如果前方的选手休息时,我们也休息,那么赶超从何谈起?最重要的一点是,大家被一个钟章队常用的句式深深吸引:“这个问题需要有人来回答”。DmM北京交通大学新闻网

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这是一个极具魅力的提问。比如最近钟章队提出的问题是:“高速率的传输究竟可以支持多高的移动速度?这个问题需要有人来回答……”这个问题至今没有人给出过答案,目前在时速350公里的高铁运行过程中,通信保证是不掉线的,那么再高一些的速度呢?到底多高的速度是极限呢?!在无线通信领域的科研工作者心中,这一个个问题无疑和哥德巴赫猜想、费马大定理一样令人着迷,值得有人前赴后继地去探索。DmM北京交通大学新闻网

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是为了名利,还是为了一个共同的理想走在一起?动机的不同决定了不同的动力来源。作为团队带头人,钟章队于己无私念,却用实际行动让人了解到他所怀有的梦想:“为国家重大工程服务,为中国铁路做些努力,为全人类的共同发展做贡献”。团队成员就是这样被同一个理想所感染激励着,近二十年来,始终团结在一起,并不断壮大。DmM北京交通大学新闻网

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“打造团队和打造个人是完全不同的。”谈到近二十年的团队建设,钟章队教授有自己的体会:“团队带头人首先得无私,要能做到相对公平,这样才能凝聚团队;其次,光有好人缘不行,还得有一定的敏感,也就是对行业发展趋势的敏锐捕捉,能成为团队前进的方向;另外,团队带头人应该有自己的长处,但并不代表着在每个方面都比团队成员强,而是团队中每个人都有特点,优势互补,互相支持。”DmM北京交通大学新闻网

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的确,在这发展势头迅猛的十来年中,钟章队身边汇聚了越来越多的惺惺相惜的人。他们年龄错落有致,专业各有所长,大家的共识是,团队像个大家庭,大家忙碌有干劲,但关系简单清澈。在重大任务当前有一个原则:还没成家的多照顾一些有家的,没有孩子的多照顾一些有孩子的,孩子大的多照顾一些孩子小的;而在机会和荣誉面前,年轻人总是得到老同志的推举和礼让。DmM北京交通大学新闻网

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蒋文怡、丁建文、武贵君是工程项目的绝对主力,他们都是从学生时代就追随钟章队从事研究。蒋文怡精通和CTCS3级中国列车控制系统相关的通信关键技术;丁建文主要是做各条高速铁路的无线网络优化工作,他还负责平台维护,目前GSM-R实验室中的所有系统维护由他一个人来管理,这在其他大公司相同规模的实验室需要5~6个人的编制。武贵君是软件编程高手,曾因细致有序的工作受到工程现场的同行们一再夸赞。DmM北京交通大学新闻网

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艾渤博士、陈霞、王方刚老师主攻基础理论研究,艾渤博士一心一意地致力于轨道交通专用移动通信理论与关键技术的科研攻关,高速移动环境下时变无线信道理论的研究;陈霞老师主攻网络信息论。熊磊老师负责“985优势学科创新平台—轨道交通专用通信宽带无线移动通信平台”建设。DmM北京交通大学新闻网

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朱刚教授、许荣涛教授,因为有着从国外留学的经验,外语能力强,所以主要协助钟章队加强团队对外学术交流的工作。杨炎老师负责GSM-R系统设备互联互通测试工作,何建军老师则负责后勤保障……DmM北京交通大学新闻网

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可以看出来,团队中的老师们年龄错落有致,专业各有所长。而和老师们一起埋头奋战的学生们,他们在重大工程项目中,在实验室里得到了充分的浸染和锻炼,并在实战中与各大公司的同行们进行学习交流,增长了见闻和动手能力,颇得企业的赏识,许多学生甚至还在试验线上忙碌还未毕业,就已经被大公司直接“内定”。如今,从团队中毕业的学生近百名,有很多在跨国公司或国内通信行业就业,且发展不错。DmM北京交通大学新闻网

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团队近五年来也因贡献突出取得累累硕果:获国家科技进步一等奖1项,省部级科技进步特等奖1项、一等奖2项、二等奖2项,“铁路综合数字移动通信系统理论、关键技术及工程应用”入选教育部2007年度“中国高等学校十大科技进展”;发明专利授权13项,软件著作权登记50项,已申请发明专利51项;在国内外学术期刊发表论文272篇、国际会议上发表论文160余篇,其中SCI检索、EI检索150余篇,多次应邀在国内外重要学术会议上做大会报告;出版专著10部,其中4部已成为铁路专用通信和控制领域的权威著作。难怪原铁道部总工程师王麟书曾这样评价:“作为铁路无线通信领域人才摇篮的北京交通大学正活跃着铁路移动通信技术研究开发和教学的中坚人物”。DmM北京交通大学新闻网

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他的心中有一幅世界地图

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2010年岁尾,第七届世界高速铁路大会在北京召开。这是世界高速铁路大会创办18年以来,第一次在欧洲以外的国家召开。这也意味着骄人的高速铁路技术成果和建设成就使得中国昂然步入世界高铁俱乐部。然而,应该清醒地看到,在中国高铁强势崛起的背后,更需要坚实的基础理论的支撑,持续不断地攀登科学技术的高峰。DmM北京交通大学新闻网

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崛起,并不意味着永远领先,我们仍需要追赶,仍需要有人在相关领域为我国轨道交通通信可持续发展提供技术支撑和人才储备。DmM北京交通大学新闻网

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在这点上,钟章队非常冷静清醒,也从来没有松懈过。在他的心中,有一幅世界地图。“请进来,走出去”是他谋划并开展了好多年的策略。DmM北京交通大学新闻网

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请进来,就是引进人才;请各国在通信领域有建树的专家学者来学校交流;与团队进行相关课题的合作;共同培养学生……为提高科技创新能力,团队从清华大学、香港理工大学、北京邮电大学、哈尔滨工业大学、中国科学院引进了艾渤博士、许荣涛博士、王方刚博士、吴昊博士、李旭博士和杨炎博士。DmM北京交通大学新闻网

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团队与国际铁路联盟、IEEE、IET等国际性组织有长期密切的学术关系,与英国南安普顿大学、加拿大滑铁卢大学、丹麦奥尔本大学等国际著名大学有经常性学术交流。2010年11月末12月初,团队还由谈振辉教授、钟章队教授带队,赴加拿大进行了学术交流访问,先后走访了多伦多大学、滑铁卢大学、麦克马斯特大学、新布伦瑞克大学、不列颠哥伦比亚大学和维多利亚大学。拜访了电子、通信、计算机等系所,与包括多位IEEE Fellow在内的相关领域的国际知名教授进行了深入的交流。钟章队的观点是:通过更广泛的交流和协作,让这个团队有更丰富的智慧的汇入。DmM北京交通大学新闻网

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走出去,就是让团队成员更多地走向国际学术舞台,让硕士生博士生有机会到国外学习,参加国际会议,代表北京交通大学,代表中国发出属于中国的声音。DmM北京交通大学新闻网

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基础理论研究与工程项目不同的是,前者要静的下来,“十年磨一剑”,要耐得住一时半会儿不出成果的寂寞。但真正要上升到为全人类服务的层面,那还得依靠基础理论的重大突破。如何在团队建设中,既服务于重大工程,又加强基础理论研究,培养创新人才,这也就要求团队带头人有自己的长远部署和安排。DmM北京交通大学新闻网

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在这方面,钟章队鼓励团队成员出国考察和学习交流,对学生的培养模式则非常类似国外的培养模式,他要求硕士生多跑工程项目,这样他们面向的是公司和企业的技术部门;博士生,他则要求他们更专心基础理论和关键技术研究。DmM北京交通大学新闻网

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“如果说我们这个团队中的学生有什么不同,应该说是——格局”钟章队教授的学生,曾在硕士期间赴西班牙马德里理工大学交流学习的2010级博士生官科这样谈起自己在团队中的几年,“正是在西班牙学习的机会,让我体会到专注于科学研究的丰富和快乐,也了解到了西班牙通信方面的前沿问题。”在钟教授的团队里,每个人都有机会出去学习,而钟教授甚至把让大家出国学习变成了一种要求。今年,他的四个博士生都申请到了国外联合培养的机会。钟教授还悉心为他们选择学校和导师,甚至细致到了注意学缘结构的丰富。比如官科本来可以继续在马德里攻读博士学位,这样还可以获得双博士学位,但钟章队教授认为:“出去就是要学本领,而不是取证书。”所以官科最后选择了到德国继续自己的研究。DmM北京交通大学新闻网

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团队的目标是:通过建设培养一支国内外知名的轨道交通通信和控制科学研究团队,其中具有博士学历以上的教师达到90%。在现有科研基础上,结合我国高速铁路工程建设的实际需求,围绕高速铁路专用移动通信与控制的科学研究、科学试验及评估测试,建设一个先进、开放、特色鲜明、不可替代的综合试验平台,在若干具有前瞻性、先导性和探索性的研究方向取得一批具有国际先进水平、产生巨大经济和社会效益的科研成果,为我国轨道交通现代化做出突出贡献。DmM北京交通大学新闻网

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如今,中国已成为世界上高速铁路系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高、在建规模最大的国家。然而中国铁路还在加速,时速380公里新一代动车组即将下线,时速500公里的试验高速动车组正在研发……DmM北京交通大学新闻网

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这是一个如风的时代,钟章队和他的科研团队依旧稳健,一如既往地沉浸在以“为中国铁路做些事情,赶超世界一流技术,为人类社会做些事情”这一梦想中,以此为目标不懈努力。DmM北京交通大学新闻网

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