地鐵車輛受電弓及車頂狀態在線檢測系統

王業超

【摘 要】地鐵車輛受電弓及車頂狀態在線檢測系統利用非接觸式圖像測量技術，實現對受電弓滑板磨耗、中心線偏移、工作壓力等關鍵特性參數的在線檢測和車頂異物，車頂關鍵部件缺失、變形等異常檢測功能。系統可以有效提高地鐵車輛受電弓及車頂狀態的檢修效率，有效保障地鐵車輛的運營安全。

【Abstract】The non-contact image measurement technology is used in the on-line detection system of the pantograph and the roof condition of Metro vehicles， which can be used to detect the key characteristic parameters of pantograph slide plate， center line offset and working pressure. It can also complete the detections such as the foreign body on the roof， the missing and abnormality of key parts of the roof. The system can effectively improve the efficiency of the maintenance of the subway vehicle pantograph and roof， and effectively guarantee the safety of metro vehicles.

【關鍵詞】受電弓；在線檢測；地鐵車輛

【Keywords】pantograph； dynamic detection； metro vehicle

【中圖分類號】TM922.7 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0105-02

1 引言

受電弓作為地鐵車輛從接觸網收取電流的關鍵設備，其狀態直接影響地鐵運營安全。在運營過程中，車頂容易出現異物、部件缺失等故障情況。在國內地鐵受電弓及車頂檢修是在月修時人工登頂檢查，檢修周期長不能及時排除故障，效率低下，因此，對地鐵車輛受電弓及車頂狀態的監測就顯得十分重要。

2 系統組成及功能

受電弓及車頂狀態在線檢測系統由基本檢測單元、現場控制中心、遠程傳輸通道和遠程控制中心4個部分組成。

2.1 基本檢測單元

基本檢測單元分為受電弓磨耗中心線檢測子系統、壓力檢測子系統、車頂故障動態圖像監視系統，以及輔助系統實現檢測功能的車號識別系統、安防系統等其它單元。基本檢測單元位于檢測現場，實現系統檢測功能。

受電弓磨耗中心線檢測子系統實現受電弓碳滑板磨耗和中心線偏移量的檢測功能；壓力檢測子系統在線檢測受電弓工作位接觸壓力值；車頂故障動態圖像監視系統使用高分辨率線陣相機自動完成對車頂及車頂側面的高清圖像獲取，實現車頂異物，車頂關鍵部件缺失、變形等異常檢測。車號識別系統實現受檢車輛車號自動識別功能；安防系統實現對設備現場進行安防監控，實現安防報警和錄像功能。

2.2 現場控制中心

現場控制中心一般位于基本檢測單元旁邊或者相鄰軌道旁的設備間，實現基本檢測單元的供電、控制、數據和圖像采集、分析處理與存儲。

2.3 遠程傳輸通道

遠程傳輸通道連接現場控制中心和遠程控制中心，實現控制信號和檢測數據的可靠傳輸。

2.4 遠程控制中心

遠程控制中心是系統的控制中心、數據管理中心和監控中心。遠程控制中心由大屏幕顯示器、控制臺、控制機及其附屬設備組成，一般位于DCC，在遠程控制中心，可以通過大屏幕顯示器回放車頂狀態監控錄像，設置系統參數，監控設備的運行狀態和檢測過程，查看、統計、分析、打印檢測數據。

3 檢測原理

3.1 碳滑板磨耗檢測

如圖1所示，碳滑板磨耗檢測采用“圖像測量法”實現受電弓磨耗的非接觸動態檢測。系統采用磨耗相機1和磨耗相機2以設定角度分別對受電弓前滑板的一部分進行拍攝，磨耗相機3和磨耗相機4拍攝后滑板，圖像采集后結合標定信息進行拼接處理，并繪制成碳滑板磨耗曲線，從而獲得整個受電弓滑板的磨耗情況。

3.2 碳滑板中心線偏差檢測

中心線偏差采用“圖像測量法”實現受電弓中心線偏差的非接觸動態檢測。檢測原理如圖2所示。系統采用2臺中心線相機對受電弓左右兩端的羊角進行拍攝，受電弓羊角在圖像中的位置包含了受電弓相對于軌道中心線的位置信息。

如圖3所示，系統可以計算出受電弓左側羊角頂點的坐標（X1，Y1）和右側的羊角頂點坐標（X2，Y2），X1和X2分別為左側羊角和右側羊角距離軌道中心的相對距離。那么X1-X2的差值加上接觸網偏離軌道中心偏移量的結果就是受電弓中心線的偏移量。

3.3 受電弓工作壓力檢測

如圖4所示，檢測受電弓動態接觸壓力是通過杠桿原理來實現的，車輛在通過該檢測裝置時受電弓會對接觸網有一個向上的作用力F1，該力通過測量臂的傳遞，對壓力傳感器產生一個向下的拉力F2，通過拉力傳感器測量出后，根據標定信息，即可得到受電弓接觸壓力值。

分析一段時間內壓力數據變化的情況，結合車速和溫度等因素的分析、優化、修正和補充，檢測出受電弓工作的壓力值。

3.4 車頂故障動態圖像監視原理

系統采用“圖像線掃技術”自動獲取車頂和車側、車底走行部位高品質圖像，采用HTM神經網絡算法設計，對各種車型和關鍵部件進行結構學習，使計算機形成各型車輛車頂結構的概念信息、數據模板。在實際檢測過程中，直接進行目標物體的結構分析，進而判斷目標物是否異常。

4 系統與其它專業接口

①為了充分發揮系統的在線檢測優勢，應在車輛段出入段咽喉區的直線段處設置基本檢測單元。

②檢測設備設置在檢測棚內，龍門架上，線路平直，長度滿足設備安裝要求；檢測棚需考慮防雷接地。

③現場控制中心宜設置在基本檢測單元旁，如受到現場土建條件制約，應提前預埋過軌線纜。現場控制中心需要鋪設防靜電地板，并考慮機械通風。

④遠程傳輸通道光纜應隨通信施工作業，提前做好預埋。

5 結語

受電弓及車頂在線檢測系統能夠有效地提高受電弓及車頂狀態的檢修效率，保證車輛在線運營安全，有效預防地鐵運營安全事故的發生。

【參考文獻】

【1】GB/T 21561.2—2008軌道交通機車車輛受電弓特性和試驗[S].

【2】孫綱，鄧志剛.車輛在線檢測系統在受電弓檢測中的應用[J].城市快軌交通，2012（1）：104-106.

【3】 陳燕.受電弓狀態動態檢測系統在成都地鐵2號線的應用[J].機車電傳動，2015（5）：91-94.