車載弓網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置的研究

段緯峰

摘 要：我國(guó)電氣化鐵路因弓網(wǎng)事故造成的停電、停運(yùn)等事故占到了總數(shù)的75%以上，隨著鐵路高速化的發(fā)展，對(duì)安全性要求的提高，防止弓網(wǎng)事故的發(fā)生變得更為重要。為防止弓網(wǎng)事故的發(fā)生，需要一套高效、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)弓網(wǎng)的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：弓網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)；視頻檢測(cè)技術(shù)；車載；故障分析

中圖分類號(hào)：F530.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-01-0180-01

一、技術(shù)背景及研究目標(biāo)

電氣化鐵路是由電力機(jī)車牽引列車所行走的鐵路，能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。和使用內(nèi)燃、蒸汽機(jī)車牽引的鐵路相比，具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性。它能大幅度提高運(yùn)輸能力，節(jié)約能源，降低運(yùn)輸成本，有利于保護(hù)環(huán)境，并能增加安全可靠程度。高速電氣化鐵路（high speed electric railway）是行車速度在200km/h～350 km/h的電氣化鐵路。由于其本身具有的載客量高、輸送能力大、速度快、安全性好、正點(diǎn)率高、舒適方便、能源消耗低、環(huán)境影響輕、經(jīng)濟(jì)效益好等顯著優(yōu)點(diǎn)，受到了世界各國(guó)的廣泛重視。高速鐵路的接觸網(wǎng)的懸掛方式也與普通鐵路不同，來(lái)保證高速動(dòng)車組的接觸穩(wěn)定和耐久性。車載弓網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)裝置的研究目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)無(wú)需人為干預(yù)，在全天候（晝、夜、風(fēng)、雨、雪、霧）的條件下自動(dòng)完成參數(shù)檢測(cè)和在車上轉(zhuǎn)存。能對(duì)弓網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行高清視頻錄像和實(shí)時(shí)觀看，錄像資料中能疊加里程標(biāo)數(shù)據(jù)。能定量測(cè)量弓網(wǎng)的實(shí)時(shí)溫度，捕捉異常溫度值。主要弓網(wǎng)受流參數(shù)，包括：弓網(wǎng)離線火花、硬點(diǎn)等。

二、研究?jī)?nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法

沿著鐵路線的兩旁，架設(shè)著一排支柱，上面懸掛著金屬線，即為接觸網(wǎng)，它也可以被看作是電氣化鐵路的動(dòng)脈。電力機(jī)車?yán)密図數(shù)氖茈姽瓘慕佑|網(wǎng)獲得電能，牽引列車運(yùn)行。電力機(jī)車在滑動(dòng)取流的過(guò)程中受到滑動(dòng)、摩擦、熱、電和化學(xué)等多種因素的影響。我國(guó)電氣化鐵路因弓網(wǎng)事故造成的停電、停運(yùn)等事故占到了總數(shù)的75%以上，隨著鐵路高速化的發(fā)展，對(duì)安全性要求的提高，防止弓網(wǎng)事故的發(fā)生變得更為重要。

為防止弓網(wǎng)事故的發(fā)生，需要一套高效、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)弓網(wǎng)的狀態(tài)。對(duì)各類弓網(wǎng)故障及各種檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析對(duì)比，總結(jié)提出了這種新的弓網(wǎng)檢測(cè)辦法。該裝置主要由車載設(shè)備部分和地面數(shù)據(jù)分析部分組成。采用非接觸式的檢測(cè)方法，實(shí)時(shí)提供弓網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)高清視頻信息，自動(dòng)檢測(cè)弓網(wǎng)溫度等物理參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路弓網(wǎng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)功能，為弓網(wǎng)的動(dòng)態(tài)復(fù)核和日常維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。車載裝置部分由5個(gè)部分組成，包括車頂數(shù)據(jù)采集設(shè)備、車內(nèi)顯示設(shè)備、控制設(shè)備、電源、和連接傳輸線路。該方案中，兩節(jié)車廂的攝像機(jī)及夜間補(bǔ)光燈和熱成像儀都位于車廂頂部，兩端司機(jī)室各部署一臺(tái)液晶顯示器。在火車B節(jié)車廂中部署一臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，通過(guò)B節(jié)車廂蓄電池供110V電源，通過(guò)傳輸線纜連接車廂各設(shè)備，兩節(jié)車廂間利用重連線相接。最終通過(guò)監(jiān)控主機(jī)將數(shù)據(jù)輸出到兩司機(jī)室的液晶顯示器上顯示。根據(jù)已確定的安裝位置進(jìn)行安裝，安裝時(shí)要注意線路的接法，每個(gè)設(shè)備在安裝之前一定要先搞清楚線路接法。攝像機(jī)、熱成像儀、夜間補(bǔ)光燈 在滿足監(jiān)視目標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)范圍要求的條件下，攝像機(jī)、熱成像儀、夜間補(bǔ)光燈及其配套裝置，如鏡頭、防護(hù)罩、支架等，安裝應(yīng)牢固，必要時(shí)須用鋼絲套索固定；在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，攝像頭安裝應(yīng)與地絕緣隔離。線纜外露部分用軟管保護(hù)，開孔處應(yīng)用泡沫膠填充。液晶顯示器安裝在司機(jī)室，由于需要利用面板按鍵操作，所以液晶顯示器應(yīng)安裝在司機(jī)可視范圍內(nèi)，并且方便操作的位置；液晶顯示器利用6顆螺絲固定。監(jiān)控主機(jī) 采用車載110V電源供電，由主機(jī)提供液晶顯示器、熱成像儀、攝像頭的12V電源。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

三、技術(shù)特點(diǎn)及指標(biāo)

采用成熟、先進(jìn)技術(shù)，保證系統(tǒng)在一定的時(shí)期內(nèi)保持穩(wěn)定，不會(huì)因技術(shù)的淘汰而無(wú)法繼續(xù)推廣使用。電力機(jī)車的電磁環(huán)境惡劣，該設(shè)備是為保證行車安全而研制的，因此系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性必須作為首要考慮的原則，所用設(shè)備根據(jù)電力機(jī)車環(huán)境定制，做到高可靠性、高安全性、達(dá)到工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。系統(tǒng)選用了嵌入式操作系統(tǒng)，體積小、穩(wěn)定性高，不易被病毒侵害，且安裝簡(jiǎn)便、靈活、快捷，使用方便，免維護(hù)，工作穩(wěn)定可靠，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。采用固態(tài)硬盤可以在車載環(huán)境中避免行車顛簸、車身震動(dòng)等情況給設(shè)備帶來(lái)的強(qiáng)烈外部沖擊，這些沖擊會(huì)使硬盤的磁頭發(fā)生振動(dòng)，并與盤片發(fā)生拍擊，產(chǎn)生致命的微小碎屑，最終導(dǎo)致硬盤的損壞。采用了航空插頭作為視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、攝像機(jī)電源的接口，在車載振動(dòng)環(huán)境中不易脫落，大大的保障了車載環(huán)境下系統(tǒng)的穩(wěn)定。

主要技術(shù)指標(biāo)：1）檢測(cè)范圍：受電弓工作狀態(tài)，車頂圖像，包括接觸網(wǎng)狀態(tài)，能有效檢測(cè)機(jī)車受電弓滑板條丟失、受電弓傾斜、受電弓無(wú)法升起等故障。2）采用高速CCD相機(jī)，支持1080P/30幀，采用高清無(wú)壓縮HD-SDI傳輸。3）采用高清工業(yè)鏡頭、偏振鏡等消除圖像曝光過(guò)度或不足等現(xiàn)象。4）主機(jī)支持2-4路1080P高清視頻監(jiān)控，錄像存儲(chǔ)、檢索。5）支持圖像縮放：在解碼顯示時(shí)，可以對(duì)受電弓滑板等進(jìn)行全屏放大顯示，司機(jī)可以在小圖像和全屏圖像之間進(jìn)行切換。6）TAX數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：把公里標(biāo)數(shù)據(jù)疊加在錄像視頻上，并按一定的索引格式存儲(chǔ)，便于今后的檢索。7）專用的車頂攝像機(jī)護(hù)罩：專用的車頂攝像機(jī)護(hù)罩，把LED補(bǔ)光、攝像機(jī)集成在護(hù)罩內(nèi)，便于今后的安裝維護(hù)。8）抗惡劣環(huán)境：支持IP66以上防護(hù)設(shè)計(jì)、抗電磁干擾和防震設(shè)計(jì)。9）良好的擴(kuò)展性：預(yù)留外部數(shù)據(jù)和告警信息輸入。

四、結(jié)束語(yǔ)

該裝置研制成功后，能夠廣泛應(yīng)用在電力機(jī)車上。在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)需人為干預(yù)，全天候自動(dòng)完成參數(shù)檢測(cè)和數(shù)據(jù)的采集，在接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，能夠幫助隨車機(jī)械師進(jìn)行事故原因分析，有效縮短事故分析處理的時(shí)間，為鐵路安全運(yùn)輸秩序提供了保障。通過(guò)分析積累的采集數(shù)據(jù)，能夠找出接觸網(wǎng)故障發(fā)生的一定規(guī)律，起到預(yù)警作用，為接觸網(wǎng)的維護(hù)和調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)，做到節(jié)約成本、降低支出，推廣應(yīng)用前景非常廣闊。