高速鐵路弓網檢測（1C）數據分析方法及應用

申 濤，張文軒，彭雅峰

0 引言

在鐵路供電安全檢測監測系統（6C系統）迅速發展的今天，如何提高檢測監測數據的利用率及參考價值，是現有維護管理模式下必須研究的課題。高速鐵路弓網檢測（1C）作為供電6C檢測的重要組成部分，是評價接觸網運行質量的有效依據，提高弓網檢測數據分析的準確性并擴大數據的應用范圍顯得尤為關鍵。

1 弓網檢測數據分析存在的問題

目前，高速鐵路弓網檢測（1C）數據主要通過綜合檢測列車檢測獲取，而綜合檢測列車弓網檢測系統主要通過由高頻差分GPS+INS等組成的列車定位同步系統獲取線路公里標[1]，受系統精度及其他因素影響，定位同步系統獲取的公里標與線路（或支柱）實際公里標之間往往存在一定誤差。因此，按照傳統分析方法，僅通過定位同步系統獲取的公里標來確定缺陷位置，會出現一定的位置偏差，導致在缺陷復核整改過程中出現無法找到實際缺陷位置而不得不擴大缺陷復核（排查）范圍的情況，使缺陷整改的效率低下，甚至致使檢修人員認為檢測裝置出現誤判，或導致實際缺陷仍遺留在線路上。

2 接觸網幾何參數測量原理

目前，綜合檢測列車主要通過光切法測量接觸網幾何參數，其原理如圖1所示。安裝在檢測列車頂部的激光器發射出扇面形激光后，接觸線工作支和非工作支分別與扇面形激光交叉（線與面交叉）形成兩點，然后將這兩點的像素坐標換算成空間坐標，從而計算出接觸線工作支和非工作支的空間位置，最后推算出接觸線高度和拉出值[2]。

圖1 采用光切法測量幾何參數

從上述的測量原理可以看出，綜合檢測列車檢測獲取的接觸網參數波形是連續的，這就為下文提出的波形圖特征分析法提供了理論依據。同時，波形圖中的拉出值拐點、錨段關節等信息特征明顯，可用于輔助定位。

3 弓網檢測數據分析方法

為解決弓網數據分析中出現的定位準確度不高、誤差偏大的問題，基于光切法測量接觸網幾何參數波形圖的連續性，現提出一種弓網數據分析的新方法，即波形圖特征分析法。

波形圖特征分析法是利用接觸網特征點在波形圖上的特殊表現形式，同時參考弓網檢測系統定位獲取的線路公里標，實現消除系統定位誤差、準確定位缺陷位置的方法。常見的接觸網特征點包括：錨段關節轉換跨（轉換點）、分相關節中心柱、連續正（反）定位處、分段絕緣器、線岔位置等。

下文舉例說明傳統分析方法與波形圖特征分析法。如1C檢測發現：某條高鐵線路上行K1798+241處接觸線高度為5 230 mm（除圖10外，本文中提到的接觸線高度標準均為5 300 mm），按照高速鐵路接觸網動態檢測評價標準判斷，該處構成二級缺陷[3]。

3.1 傳統分析方法

傳統弓網檢測數據分析方法：對照接觸網平面布置圖，查詢缺陷公里標K1798+241對應的位置位于a區間1392#—1394#支柱間，即認為該區間接觸線高度超限（過低），構成缺陷，需復核整改。

3.2 波形圖特征分析法

3.2.1 分析步驟

第1步：在波形圖上查找缺陷公里標附近的特征點（如錨段關節轉換跨）。由波形圖可知，缺陷公里標K1798+241附近的A—B跨（如圖2，對應公里標范圍為K1797+700—K1797+800）為五跨錨段關節的轉換跨，即特征點。

圖2 波形圖特征分析

第2步：對照接觸網平面布置圖，初步確定特征點桿號。對照接觸網平面布置圖發現，K1797+ 700—K1797+800附近的錨段關節為a區間1360#— 1374#，對應的特征點（錨段關節轉換跨）為1364#—1366#，因此，可以初步確定A點對應1364#支柱，B點對應1366#支柱。

第3步：根據波形圖上的拉出值拐點（定位點），對照接觸網平面布置圖，依次推算其他支柱號，確定缺陷的準確位置。推算C—N點依次對應1370#、1374#、1376#、1378#、1380#、1382#、1384#、1386#、1388#、1390#、1392#、1394#支柱，從而確定缺陷實際位置在a區間1390#定位點附近。

3.2.2 分析結果驗證

對利用波形圖特征分析法得到的結果還應進行正確性驗證，驗證方法：根據波形圖上的拉出值拐點（定位點），對照接觸網平面布置圖繼續順推支柱號至下個特征點，通過對照順推出的支柱號與現場或平面布置圖的吻合性，即可驗證分析結果的正確性。

推算a區間1394#以南（往1396#方向）的各定位點（圖3），發現存在以下兩個特征點：一是1410#、1414#兩相鄰定位方式一致，查詢2C視頻，發現現場1410#、1414#兩處定位方式均為反定位，推算結果與現場一致；二是1422#為分相關節中心柱，推算結果與接觸網平面布置圖吻合，從而證明上述分析結果正確。

圖3 特征分析結果驗證

3.3 波形圖特征分析法的優越性

上例中，傳統分析方法確定的缺陷位置（1392#—1394#）與實際缺陷位置（1390#定位點附近）誤差較大。而根據現行技術管理要求，1C缺陷復核范圍為缺陷公里標前后200 m，若遇到檢測系統定位誤差大于200 m的情況，按通過傳統分析方法得到的結果進行缺陷復核，就會出現實際缺陷點在復核范圍外的情況，使現場作業人員誤認為缺陷不存在或檢測裝置存在誤差，導致缺陷得不到及時有效整改。波形圖特征分析法能夠將缺陷鎖定在某一個點或某一個跨距內，有效增強了缺陷復核的靶向性，大大提高了現場缺陷整改的效率。

4 弓網檢測數據分析應用

4.1 接觸網參數問題反映

弓網檢測數據可準確反映接觸網導高、高差等幾何參數存在的問題，如從圖4所示的波形可以看出，b站5道121#定位點導高為5 237 mm，根據現行接觸網動態檢測評價標準判斷，該處構成二級缺陷。同時，該定位點與相鄰跨距的高差達到136 mm，也構成二級缺陷。

圖4 接觸網導高缺陷波形

利用波形圖特征分析法鎖定缺陷位置后，現場復核發現該處靜態參數與檢測數據（動態參數）缺陷情況吻合，將缺陷準確定位在了121#定位點，有效提高了缺陷整改的效率。

在本例分析過程中，利用波形圖特征分析法修正了52 m的里程誤差。

4.2 接觸網維修效果檢驗

通過對接觸網維修前、后的弓網檢測（1C）數據波形圖對比分析，可以及時有效地檢驗接觸網維修效果。

4.2.1 接觸網參數調整效果檢驗

通過對b站5道接觸線導高調整前、后1C波形圖對比分析（圖5），143#定位點導高調整前為 5 530 mm，構成一級缺陷，調整后為5 360 mm，調整效果良好，缺陷消除。

圖5 導高調整效果驗證

在本例分析過程中，利用波形圖特征分析法兩次分別修正了62、103 m的里程誤差。

4.2.2 接觸網零部件更換效果檢驗

通過對c區間95#—99#吊弦更換前、后1C波形圖對比分析（圖6），發現95#—99#一跨內吊弦更換前（動態）檢測導高小于5 400 mm，無缺陷。吊弦更換后，檢測導高大于5 400 mm，構成二級缺陷。

圖6 吊弦更換效果驗證

調取吊弦更換記錄，發現95#往南（往99#方向）第1、2根吊弦預制過短，更換后導高變高且超出標準（5 330 mm），動態檢測（1C）結果與靜態測量參數吻合，及時發現了吊弦更換過程中存在的問題。

在本例分析過程中，利用波形圖特征分析法兩次分別修正了78、91 m的里程誤差。

4.3 設備狀態變化情況分析

4.3.1 雙套筒連接器滑移

1C檢測發現：某條高鐵線上行K1798+136處導高為5 199 mm，構成一級缺陷。利用波形圖特征分析法分析發現，導高超限位置在a區間1390#定位點附近。與歷年1C檢測波形圖對比分析發現，隨著時間推移，1390#定位點導高由高到低變化明顯（圖7），因此推測該處定位支持裝置狀態不良。

圖7 定位點導高變化波形對比

調取4C檢測圖發現，該處平腕臂雙套筒連接器滑移（圖8），滑移痕跡明顯。由此可見，該定位點導高變低出現缺陷報警的原因為平腕臂雙套筒連接器滑移。

圖8 雙套筒連接器滑移4C圖片

在本例分析過程中，利用波形圖特征分析法兩次分別修正了11、80 m的里程誤差。

4.3.2 定位器與定位支座互磨

通過分析1C波形圖拉出值拐點走向，很容易找到相鄰兩個定位點接觸線拉出方向一致（即定位方式一致），拉出值較小處定位器受徑向力一般較小，如果恰好出現在隧道，受隧道風壓的作用，會出現定位器與定位支座磨損的情況[4]。

如圖9所示，某隧道內T78#定位點正屬于上述情況，因此推測該處定位器與定位支座互磨，現場檢查發現磨損情況屬實。因此，在檢查過程中應重點關注此類定位器與定位支座互磨的情況。

圖9 隧道內定位器與定位支座互磨處波形

在本例分析過程中，利用波形圖特征分析法修正了99 m的里程誤差。

4.4 路基沉降情況間接反映

2019年一季度，1C檢測發現某條新建高鐵線路導高缺陷數量逐次上升，由1月上旬31個逐漸上升至3月下旬64個。對該高鐵線路開通以來的各次1C波形圖對比分析（圖10），發現d站接觸線高度隨時間推移有不同程度的升高，推測可能發生路基沉降。

圖10 波形圖間接反映線路沉降

隨后通過現場復測及紅線對照，確認推斷正確，線路沉降情況屬實，有效避免了由于盲目調整導高后工務部門抬道，導高參數再次不達標情況的發生，為接觸網的設備維護提供了正確的參考。

在本例分析過程中，利用波形圖特征分析法兩次分別修正了532、616 m的里程誤差。

5 結語

本文針對弓網檢測數據采用傳統分析方法分析存在定位誤差大、準確度低的問題，提出了數據分析的新方法，即波形圖特征分析法。通過將該方法在弓網檢測數據分析中的大量應用，證明該方法可將缺陷報警位置準確鎖定在一個點或一個跨距內，增強了現場缺陷復核的靶向性，提高了缺陷整治的效率及準確度。同時，本文從數據應用的角度出發，通過一系列應用實例，拓寬了弓網檢測數據的應用范圍，達到了充分提高數據使用價值，為接觸網狀態修提供更全面、更有效依據的目的。