城市軌道交通接觸網(wǎng)系統(tǒng)在線監(jiān)測系統(tǒng)設計研究

摘 要：目前地鐵接觸網(wǎng)的日常檢修主要是基于固定周期修，或是根據(jù)檢測車的數(shù)據(jù)，對接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)不能滿足要求的，進行狀態(tài)修。固定周期修存在維修不足或是維修過度的狀態(tài)，而檢測車給出的弓網(wǎng)動態(tài)相互作用數(shù)據(jù)因不能完全表征弓網(wǎng)正常載客運行的狀態(tài)，其對維修的指導意義有限，同時由于檢測車有檢測周期和運行速度的限制，不能實時反映弓網(wǎng)動態(tài)運行的狀態(tài)。文章介紹了地鐵弓網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)存在的必然性，其功能設置以及其檢測數(shù)據(jù)的實時性對避免大的弓網(wǎng)故障有一定的實際意義。

關(guān)鍵詞：弓網(wǎng)故障；接觸網(wǎng)；研究

1 研究背景

地鐵現(xiàn)有弓網(wǎng)監(jiān)測裝置，主要是由車輛生產(chǎn)廠家在車頂受電弓并安裝平臺，安裝一個相機，用于弓網(wǎng)視頻監(jiān)控，但由于相機分辨率不高，拍攝的圖像模糊不清，而且沒有定位功能，不能匯報故障發(fā)生的位置信息，系統(tǒng)軟件也沒有故障自動報警功能，導致無法及時發(fā)現(xiàn)弓網(wǎng)異常情況，對弓網(wǎng)拉弧缺陷無法進行及時處理和弓網(wǎng)故障無法進行聯(lián)控預防。因此，有必要開發(fā)出一套弓網(wǎng)在線監(jiān)測裝置，實時了解弓網(wǎng)動態(tài)運行狀態(tài)，有效避免弓網(wǎng)故障，指導接觸網(wǎng)工區(qū)進行狀態(tài)修。

2 研究現(xiàn)狀

接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測裝置一般可分為四種：便攜式檢測裝置、定點在線監(jiān)測裝置、專用車載檢測裝置和車載在線檢測設備[1]。

便攜式檢測裝置靠人工單點測量，測量精度、工作效率、工作持續(xù)時間等都有很大的限制，只適合普通檢修作業(yè)時進行復核測量。

定點在線監(jiān)測裝置，對接觸網(wǎng)的一些特殊區(qū)段或關(guān)鍵節(jié)點進行定點監(jiān)測，其缺點是無法對全線接觸網(wǎng)進行監(jiān)測。

專用車載檢測裝置一般安裝在接觸網(wǎng)作業(yè)車、接觸網(wǎng)檢測車等特殊車輛上，雖然可以實現(xiàn)對全線接觸網(wǎng)的檢測，但其檢測間隔時間長，因此缺乏對接觸網(wǎng)各類工況下工作狀態(tài)的實時性把握；而且由于專用車輛在車輛長度、車輛重量、運行速度、弓網(wǎng)相互作用、取流等方面的工作狀態(tài)與正常運營車輛是不同的，其檢測結(jié)果通常難以真實反映運營狀態(tài)下的弓網(wǎng)相互作用關(guān)系，在弓網(wǎng)燃弧的動態(tài)檢測上更是無法實現(xiàn)。

國內(nèi)尚無類似電氣化鐵路的車載在線檢測裝置進入運營線路實際運行。安裝的弓網(wǎng)視頻監(jiān)控裝置僅僅能夠進行視頻監(jiān)控，無法完成故障自動報警功能，及對應的軟件分析功能。因此有必要結(jié)合地鐵接觸網(wǎng)檢修的實際情況，開發(fā)一套具有故障自動報警以及數(shù)據(jù)分析功能的弓網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)功能模塊劃分

弓網(wǎng)動態(tài)相互作用的評價指標主要是依據(jù)弓網(wǎng)接觸力，弓網(wǎng)燃弧率的大小以及接觸線的抬升量進行評估。目前弓網(wǎng)接觸力的測量還主要是依據(jù)接觸式檢測方式，需對弓頭進行相應的改裝，該改裝會對受電弓的動態(tài)性能造成一定的影響，在運營車輛安裝，存在一定安全隱患。因此，弓網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能模塊主要以實現(xiàn)以下三方面的功能進行設計。

（1）弓網(wǎng)高清視頻錄像及接觸網(wǎng)動態(tài)導高測量模塊。

（2）弓網(wǎng)電弧檢測模塊。

（3）系統(tǒng)定位模塊。

3.1 弓網(wǎng)高清視頻錄像及接觸網(wǎng)動態(tài)導高測量模塊

該模塊由安裝在車頂?shù)母咚贁?shù)字相機及照明構(gòu)成，主要完成對弓網(wǎng)視頻進行高清錄像及在車輛運行過程中的接觸網(wǎng)動態(tài)導高進行高精度測量。采用的相機分辨率為204×1088，采樣頻率為110幀/秒，通過選用50W×2的高亮度LED光源進行照明補強，光源采用頻閃方式與相機拍照同步工作，測量精度為5mm，通過模板匹配的方式測量接觸網(wǎng)的動態(tài)導高，測量誤差為10mm。

弓網(wǎng)視頻監(jiān)控錄像能清晰的再現(xiàn)弓網(wǎng)動態(tài)運行的狀態(tài)，對于事后接觸網(wǎng)檢修和弓網(wǎng)故障回放具有實際的意義。

3.2 弓網(wǎng)在線電弧檢測模塊

該模塊實現(xiàn)列車運行過程中的弓網(wǎng)電弧檢測及弓網(wǎng)電弧錄像功能。其由安裝車頂?shù)母呔茸贤獠ǘ蜗鄳淖贤庀鄼C進行電弧檢測。根據(jù)EN50317弓網(wǎng)電弧檢測中，采用銅和銅合金的接觸線，弓網(wǎng)電弧的頻率主要集中在220nm～225nm或者是323nm～329nm[2]，同時考慮該標準中要求的電弧能量密度進行傳感器的選型。滿足EN50367中規(guī)定的弓網(wǎng)燃弧測量的最小燃弧時間為5ms的要求[3]。

3.3 系統(tǒng)定位模塊

系統(tǒng)定位分成三個部分：定位識別模塊、速度測量模塊、車站位置定位模塊，整個系統(tǒng)采用圖像分析方法實現(xiàn)。車站定位模塊采用RFID電子標簽的方式來獲取列車進站信號，從而對列車進行定位。

測量時根據(jù)列車運行的起始站區(qū)識別，結(jié)合圖像處理的方法，準確定位定位點的位置和接觸網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)，結(jié)合識別的電子標簽的車站信息對檢測數(shù)據(jù)進行準確定位。

4 結(jié)束語

（1）弓網(wǎng)在線監(jiān)測裝置采用圖像模板識別技術(shù)直接對接觸線及受電弓滑板進行模式匹配，對動態(tài)導高進行高精度測量。測量結(jié)果能反映弓網(wǎng)動態(tài)運行的實際狀態(tài)。

（2）本系統(tǒng)同時采用高精度紫外相機進行測量，增加濾波設施，測量結(jié)果準確，能保證在不同的光照條件下均可正常使用。

（3）弓網(wǎng)在線監(jiān)測裝置定位準確，能幫助接觸網(wǎng)維修工區(qū)進行故障設備的準確定位，提高維修效率。

（4）弓網(wǎng)視頻監(jiān)控錄像清晰，對接觸網(wǎng)事后故障分析提供弓網(wǎng)動態(tài)運行再現(xiàn)的分析手段，能重現(xiàn)受電弓通過時的技術(shù)狀態(tài)，對實現(xiàn)弓網(wǎng)聯(lián)控，查明故障原因具有現(xiàn)實意義。

（5）本系統(tǒng)安裝在運營電客車上，隨著運營電客車的日常運營而長時間反復對弓網(wǎng)相互作用進行監(jiān)控和檢測，為弓網(wǎng)動態(tài)相互作用關(guān)系的研究提供數(shù)據(jù)支持。

系統(tǒng)若能兼顧測量弓網(wǎng)運行中的異常溫升以及接觸網(wǎng)零部件的技術(shù)狀態(tài)的智能分析，則對于接觸網(wǎng)的健康管理和故障預測提供數(shù)據(jù)支撐，這可能是弓網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展方向。

參考文獻

[1]吳積欽.受電弓與接觸網(wǎng)系統(tǒng)[M].成都：西南交通大學出版社，2010.

[2]EN50317 Railway applications-Current collection systems-Requirement for a validation of measurements of the dynamic interaction between pantograph and overhead contact lines[S].Brussels：CENELEC，2002.

[3]EN50367 Railway applications-Current collection systems -Technical criteria for the interaction between pantograph and overhead line （to achieve free access）[S].Brussels：CENELEC，2002.