淺談城市軌道接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)裝置原理及應(yīng)用

程小科

摘 要：介紹了接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的主要設(shè)備組成、主要功能，及檢測(cè)原理，結(jié)合重慶地鐵接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)實(shí)例對(duì)其主要功能、應(yīng)用情況、數(shù)據(jù)分析等進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)維護(hù)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng);在線(xiàn)檢測(cè);原理;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）12-0154-02

0 引言

隨著城市軌道在全國(guó)的快速發(fā)展，接觸網(wǎng)作為地鐵列車(chē)唯一的供電設(shè)備，其供電可靠性和穩(wěn)定性直接影響地鐵列車(chē)的行車(chē)安全，對(duì)接觸網(wǎng)加強(qiáng)檢測(cè)、維護(hù)顯得尤為重要，由此，接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)孕育而生。接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)主要是將線(xiàn)陣檢測(cè)相機(jī)、紫外燃弧相機(jī)等非接觸式檢測(cè)設(shè)備集成安裝于運(yùn)營(yíng)電客車(chē)上進(jìn)行弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)。該系統(tǒng)集接觸網(wǎng)巡視、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)、弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)等功能于一體，實(shí)時(shí)檢測(cè)接觸網(wǎng)狀態(tài)，相較于傳統(tǒng)的檢測(cè)方式，在線(xiàn)檢測(cè)解決了人工靜態(tài)檢測(cè)時(shí)效性較差、精度較低、效率較低等問(wèn)題，克服了接觸網(wǎng)檢測(cè)車(chē)無(wú)法檢測(cè)弓網(wǎng)燃弧的弊端，且在線(xiàn)檢測(cè)不受檢修時(shí)間限制，是較為理想的接觸網(wǎng)檢測(cè)工具。

1 接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)的主要功能及其原理

接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)內(nèi)容包括接觸線(xiàn)高度、接觸線(xiàn)動(dòng)態(tài)拉出值、弓網(wǎng)硬點(diǎn)、弓網(wǎng)接觸力、弓網(wǎng)離線(xiàn)燃弧、機(jī)車(chē)速度，機(jī)車(chē)位置定位等參數(shù)。接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)是一套完整的檢測(cè)體系，整套系統(tǒng)中各個(gè)檢測(cè)模塊雖各自獨(dú)立檢測(cè)，系統(tǒng)輸出檢測(cè)數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，各個(gè)模塊檢測(cè)參數(shù)相互對(duì)應(yīng)。

1.1 接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測(cè)量

接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測(cè)量利用非接觸式測(cè)量原理。利用雙目線(xiàn)陣主動(dòng)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)，將兩臺(tái)線(xiàn)陣相機(jī)和激光發(fā)射器進(jìn)行空間組合，激光發(fā)射器發(fā)射直線(xiàn)結(jié)構(gòu)光，與接觸線(xiàn)相交后形成包括接觸線(xiàn)輪廓結(jié)構(gòu)信息的激光光條，兩臺(tái)線(xiàn)陣相機(jī)的公共視角和激光平面覆蓋接觸網(wǎng)的導(dǎo)高和拉出值波動(dòng)范圍，兩臺(tái)線(xiàn)陣相機(jī)從不同的角度獲取接觸線(xiàn)激光光條圖像。由于兩臺(tái)線(xiàn)陣相機(jī)拍攝角度不同，激光反射光條在兩臺(tái)線(xiàn)陣相機(jī)中所成圖像產(chǎn)生視差，將該視差與兩臺(tái)線(xiàn)陣相機(jī)內(nèi)外部參數(shù)結(jié)合，利用三角檢測(cè)原理，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)導(dǎo)高和拉出值的測(cè)量。

1.2 弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)

接觸網(wǎng)燃弧檢測(cè)是基于紫外光檢測(cè)原理。主要是在車(chē)頂加裝一組燃弧檢測(cè)裝置，紫外線(xiàn)的波段為10-400nm，其中燃弧現(xiàn)象產(chǎn)生的波段集中在280-400nm波段，而太陽(yáng)光接近地面部分的紫外線(xiàn)波段因?yàn)榇髿獬粞鯇拥脑?，很少有小?80nm的紫外線(xiàn)波段。因此選擇特定日盲區(qū)紫外線(xiàn)波段作為燃弧檢測(cè)特征量，構(gòu)建燃弧檢測(cè)系統(tǒng)。利用特殊的光學(xué)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燃弧特征量的采集和提取，同時(shí)將采取紫外光通過(guò)特殊光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，信號(hào)處理模塊通過(guò)對(duì)電信號(hào)的處理上傳到上位機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燃弧現(xiàn)象的采集和記錄。

1.3 測(cè)速定位

機(jī)車(chē)測(cè)速定位系統(tǒng)采用多傳感器信息融合測(cè)速定位原理。檢測(cè)設(shè)備包括多普勒測(cè)速雷達(dá)、脈沖轉(zhuǎn)速傳感器以及應(yīng)答器和REID電子標(biāo)簽。其作為弓網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的保障，是確保弓網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)，必須做到絕對(duì)精準(zhǔn)測(cè)量。多普勒測(cè)速雷達(dá)傳感器安裝于機(jī)車(chē)底部，通過(guò)向軌面發(fā)射和接受電磁波，利用多普勒效應(yīng)計(jì)算機(jī)車(chē)瞬時(shí)速度;脈沖轉(zhuǎn)速傳感器與機(jī)車(chē)車(chē)輪同軸，通過(guò)統(tǒng)計(jì)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，計(jì)算機(jī)車(chē)瞬時(shí)速度;應(yīng)答器和REID電子標(biāo)簽主要用于對(duì)機(jī)車(chē)偏移位置的修正。

1.4 車(chē)體振動(dòng)補(bǔ)償

接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)中非接觸式檢測(cè)均以機(jī)車(chē)車(chē)體作為固定參考點(diǎn)，而機(jī)車(chē)在行駛過(guò)程中存在隨機(jī)的多自由度振動(dòng)現(xiàn)象，其中以橫向搖擺振動(dòng)為主，影響非接觸式測(cè)量的結(jié)果。因此機(jī)車(chē)需要加裝一組橫向振動(dòng)補(bǔ)償器，分別安裝在車(chē)體地面兩側(cè)，振動(dòng)補(bǔ)償裝置由兩套激光掃描雷達(dá)組成，在機(jī)車(chē)行駛過(guò)程中分別掃描左右兩側(cè)鋼軌，實(shí)現(xiàn)記錄車(chē)體相對(duì)于左右兩側(cè)鋼軌距離和角度，從而將數(shù)據(jù)傳輸至檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到對(duì)振動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

2 接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)裝置應(yīng)用實(shí)例

重慶地鐵六號(hào)線(xiàn)電客車(chē)安裝了一套接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)裝置，該套裝置主要功能檢測(cè)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、磨耗、燃弧等，檢測(cè)設(shè)備主機(jī)安裝于電客車(chē)車(chē)廂內(nèi)。檢測(cè)時(shí)，通過(guò)筆記本電腦與檢測(cè)主機(jī)無(wú)線(xiàn)連接后，運(yùn)行檢測(cè)軟件進(jìn)行檢測(cè)操作。

2.1 軟件分析系統(tǒng)過(guò)濾誤報(bào)及誤識(shí)別

（1）可調(diào)整支柱位置，修正定位誤差。目前傳統(tǒng)網(wǎng)檢車(chē)定位通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)以及電子標(biāo)簽來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)際位置與檢測(cè)數(shù)據(jù)上的位置存在偏差且不能修正;在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)提供定位修正功能，數(shù)據(jù)圖像來(lái)源于實(shí)際檢測(cè)，通過(guò)參考圖像支柱的位置來(lái)進(jìn)行修正，修正后能夠達(dá)到精確定位的程度，數(shù)據(jù)會(huì)隨之更新。

（2）檢測(cè)曲線(xiàn)、圖像同步處理，方便對(duì)照分析查看。數(shù)據(jù)表、曲線(xiàn)圖、監(jiān)控圖像、檢測(cè)圖像，這4個(gè)模塊中的位置是相關(guān)聯(lián)的，在其中模塊中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問(wèn)題，都可以快速切換到其它模塊，進(jìn)一步確認(rèn)情況，判斷設(shè)備狀況。

（3）顏色標(biāo)記實(shí)際測(cè)量位置，剔除誤報(bào)數(shù)據(jù)。在檢測(cè)數(shù)據(jù)中，難免存在誤報(bào)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)以不同的顏色標(biāo)注檢測(cè)的位置區(qū)域，是否檢測(cè)到接觸線(xiàn)上，以便分析人員能快速分辨，排除誤報(bào)數(shù)據(jù)，缺陷問(wèn)題的查找確認(rèn)更加高效。

2.2 接觸線(xiàn)磨耗動(dòng)態(tài)管控

接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)裝置對(duì)全線(xiàn)接觸線(xiàn)的磨耗余量進(jìn)行記錄，可實(shí)時(shí)對(duì)異常磨耗區(qū)段進(jìn)行檢測(cè)分析，突破了以往只能靠檢測(cè)人員在停電期間進(jìn)行固定區(qū)段人工檢測(cè)的弊端，大量減少了檢測(cè)時(shí)間，提高了磨耗檢測(cè)的效率和精度。一般對(duì)全線(xiàn)檢測(cè)到磨耗余量小于10mm的區(qū)段，需進(jìn)行重點(diǎn)記錄分析。

2.3 結(jié)合拉出值分布與受電弓滑板磨耗情況分析弓網(wǎng)匹配關(guān)系

根據(jù)接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)裝置檢測(cè)的大量拉出值數(shù)據(jù)，可分運(yùn)營(yíng)交路繪制全線(xiàn)拉出值的分布情況，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。結(jié)合受電弓實(shí)際磨損狀況，展開(kāi)弓網(wǎng)關(guān)系的深度分析，必要時(shí)，可根據(jù)碳滑板磨耗情況對(duì)接觸網(wǎng)拉出值分布進(jìn)行整體調(diào)整，保證碳滑板磨耗均勻，見(jiàn)圖2，對(duì)接觸網(wǎng)平面布置的驗(yàn)證及提升受電弓碳滑板壽命起著重要作用。

2.4 通過(guò)燃弧檢測(cè)改善弓網(wǎng)關(guān)系

燃弧檢測(cè)是通過(guò)紫外檢測(cè)傳感器檢測(cè)，曲線(xiàn)圖上表示為紅點(diǎn)，每個(gè)紅點(diǎn)即為一次檢測(cè)到的燃弧，以毫秒時(shí)間量化燃弧大小，并額外并提供波形工具分析傳感器檢測(cè)到的燃弧數(shù)值情況，同時(shí)可查看燃弧影像，運(yùn)營(yíng)部門(mén)根據(jù)燃弧的等級(jí)及位置信息，適時(shí)對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行檢查、調(diào)整，改善弓網(wǎng)受流質(zhì)量。

3 結(jié)論

（1）軌道交通接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)裝置利用運(yùn)營(yíng)時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，極大程度地提高了測(cè)量的效率，節(jié)約了人力及時(shí)間。（2）軌道交通接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)裝置可有效監(jiān)控弓網(wǎng)磨耗的趨勢(shì)，對(duì)接觸線(xiàn)換線(xiàn)閾值的管控提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)，為接觸網(wǎng)異常磨耗的分析提供了數(shù)據(jù)保障。（3）軌道交通接觸網(wǎng)在線(xiàn)檢測(cè)裝置可有效監(jiān)控弓網(wǎng)燃弧，通過(guò)對(duì)弓網(wǎng)燃弧率指標(biāo)的管控達(dá)到提升弓網(wǎng)受流質(zhì)量的目的，對(duì)弓網(wǎng)配合關(guān)系的改善具有重要的作用。

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