城市軌道交通接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)綜述

王佳興

摘要：目前我國(guó)各個(gè)城市的軌道交通線路由于設(shè)計(jì)方案、運(yùn)營(yíng)模式的差異，各地接觸網(wǎng)參數(shù)的檢測(cè)技術(shù)具有一定的片面性，新技術(shù)的應(yīng)用和推廣參差不齊。本文結(jié)合我國(guó)城市軌道交通接觸網(wǎng)檢測(cè)的技術(shù)方法和手段，從人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量到接觸網(wǎng)檢測(cè)車的介紹，由接觸式測(cè)量到非接觸式檢測(cè)的發(fā)展，結(jié)合既有接觸網(wǎng)檢測(cè)的實(shí)際情況，提出打造接觸網(wǎng)檢測(cè)的新思路，形成系統(tǒng)的城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)檢測(cè)、維修、評(píng)價(jià)體系。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;剛性接觸網(wǎng);檢測(cè)技術(shù);綜述

引言

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，隨著大都市圈的形成，城市軌道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)備受關(guān)注，軌道交通安全運(yùn)營(yíng)的重要性愈發(fā)凸顯。接觸網(wǎng)檢測(cè)是保證列車安全運(yùn)行的必要手段，為了使城市軌道交通供電能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，必須細(xì)心探討城市軌道交通接觸網(wǎng)所采用的檢測(cè)技術(shù)。接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分。接觸網(wǎng)將電能由牽引變電所輸送至列車位置，以驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行。接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)直接影響城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行安全和列車的受流質(zhì)量。列車運(yùn)行過程中，應(yīng)保證牽引功率傳輸?shù)目煽啃?，保證接觸網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命。如何保障建設(shè)和日常運(yùn)行中接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)良好成為軌道交通線路安全運(yùn)行的關(guān)鍵。本文針對(duì)城市軌道交通接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)開展分析。

1接觸網(wǎng)的組成

本文主要針對(duì)的是城市地下空間采用的剛性懸掛接觸網(wǎng)系統(tǒng)。剛性懸掛接觸網(wǎng)主要有“π”型匯流排+接觸線、“T”型匯流排+接觸線、第三軌接觸軌等幾種形式。匯流排+接觸線形式的接觸網(wǎng)是由鋁合金匯流排嵌入接觸導(dǎo)線，以“正弦波”形式布置于軌道線路上方，使接觸網(wǎng)接觸線能夠與列車受電弓碳滑板接觸，向地鐵列車輸送電能的裝置。剛性懸掛接觸網(wǎng)主要組成部件：匯流排、終端匯流排、匯流排連接接頭、絕緣支持裝置、中錨固定裝置、剛?cè)徇^渡裝置。

2接觸網(wǎng)性能分析

對(duì)于城市軌道交通來說，接觸網(wǎng)的性能直接影響電客車受電弓的受流質(zhì)量，接觸線的任何一處故障都會(huì)對(duì)列車的運(yùn)行速度和安全造成了一定程度的影響。而接觸網(wǎng)具有一定的特殊性，主要表現(xiàn)在接觸網(wǎng)是對(duì)氣候的變化非常的敏感，沒有備用性，負(fù)荷的移動(dòng)性和不確定性，這些特殊的性質(zhì)會(huì)造成接觸網(wǎng)故障復(fù)雜又頻繁地發(fā)生。

3城市軌道交通接觸網(wǎng)檢測(cè)的內(nèi)容

城市軌道交通接觸網(wǎng)在檢測(cè)時(shí)主要檢測(cè)參數(shù)有接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)，受電弓電流參數(shù)，弓網(wǎng)燃弧參數(shù)，接觸網(wǎng)溫度參數(shù)，磨耗程度及周邊元件運(yùn)行狀態(tài)等。不同檢測(cè)參數(shù)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的要求不同。筆者對(duì)當(dāng)前接觸網(wǎng)主要參數(shù)的檢測(cè)方法進(jìn)行分析。

4城市軌道交通接觸網(wǎng)檢測(cè)的方法

接觸網(wǎng)檢測(cè)是保證列車安全運(yùn)行的必要手段，目前我國(guó)各城市軌道交通接觸網(wǎng)檢測(cè)主要依靠人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和接觸網(wǎng)檢測(cè)車兩種檢測(cè)方法。由此檢測(cè)接觸網(wǎng)的幾何靜態(tài)參數(shù)和弓網(wǎng)關(guān)系的動(dòng)態(tài)參數(shù)，方便地鐵運(yùn)營(yíng)檢修部門掌握接觸網(wǎng)實(shí)際損耗情況，為檢修提供依據(jù)。

人工現(xiàn)場(chǎng)幾何參數(shù)測(cè)量

人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量主要采用的設(shè)備為手持式DDJ-8型和TDJ-6型接觸網(wǎng)激光測(cè)量?jī)x。通過將測(cè)量?jī)x底座垂直放置在兩鋼軌之間，將測(cè)量?jī)x激光發(fā)生器對(duì)準(zhǔn)軌道上方某點(diǎn)接觸線，利用激光測(cè)距的方式測(cè)量接觸網(wǎng)的導(dǎo)高、拉出值、外軌超高及錨段關(guān)節(jié)之間的間距等參數(shù)。于人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量強(qiáng)度大、效率低，該方法主要用于接觸網(wǎng)在維修后的復(fù)核工作，并不適用于全線的接觸網(wǎng)檢測(cè)。接觸網(wǎng)檢測(cè)車主要分為接觸式和非接觸式兩種檢測(cè)方法。下面主要討論這兩種接觸網(wǎng)檢測(cè)方法。

車載接觸式幾何參數(shù)檢測(cè)

我國(guó)最早的接觸式檢測(cè)方法是西南交通大學(xué)在廣州地鐵1號(hào)線應(yīng)用的。原理是通過在受電弓上安裝傳感器和反射板測(cè)量接觸網(wǎng)拉出值及動(dòng)態(tài)導(dǎo)高，評(píng)估接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。需要接觸式檢測(cè)的參數(shù)主要有硬點(diǎn)、接觸力等等。但是這種方法也存在較大的缺陷，一是傳感器可靠性較差，容易損壞;二是實(shí)際運(yùn)行中受電弓及接觸線均處于震動(dòng)狀態(tài)，測(cè)量精度不高。接觸式檢測(cè)一般在線路施工或停運(yùn)狀態(tài)下開展，較難在線路運(yùn)行過程中進(jìn)行檢測(cè)。非接觸式檢測(cè)便于在運(yùn)營(yíng)過程中在線檢測(cè)接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。

車載非接觸式幾何參數(shù)檢測(cè)

為了克服接觸式檢測(cè)的局限性，我國(guó)國(guó)鐵精工等公司研發(fā)了基于激光雷達(dá)的非接觸式檢測(cè)方法，成功應(yīng)用于蘇州上海等地鐵線路中。非接觸式檢測(cè)主要借助安裝于檢測(cè)車車頂?shù)募す饫走_(dá)，以發(fā)射激光束的方式，連續(xù)不斷的對(duì)車頂?shù)慕佑|網(wǎng)進(jìn)行二維平面測(cè)量，利用幾何原理?yè)Q算接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)。但是一般激光雷達(dá)的精度只能達(dá)到3～5mm，這種接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)方式并未在地鐵剛性接觸網(wǎng)檢測(cè)中廣泛應(yīng)用。

近年來隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)被應(yīng)用于接觸網(wǎng)檢測(cè)中，我國(guó)弓網(wǎng)科技公司基于面陣相機(jī)的計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)技術(shù)，率先成功應(yīng)用于廣州地鐵2號(hào)線，取得了較好的成果。但是由于面陣相機(jī)本身靶面和幀率的限制，設(shè)備采樣間隔較大，檢測(cè)密度不高。為了克服這一限制，我國(guó)唐源電氣公司采用了基于線陣相機(jī)的計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)技術(shù)。該方法為采用兩臺(tái)線陣相機(jī)對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行圖像的采集，利用圖像來還原接觸網(wǎng)的幾何坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)的高精度檢測(cè)。該技術(shù)在上海地鐵已成功應(yīng)用。

車載式的檢測(cè)方式由于機(jī)車在行駛過程中會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，因此大大降低了接觸網(wǎng)幾何檢測(cè)中的參數(shù)精度，唐源電氣公司首先引入了針對(duì)機(jī)車震動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞?。方法為在機(jī)車底部安裝信息采集設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，對(duì)車體震動(dòng)進(jìn)行判斷，將采集的信息數(shù)據(jù)歸算于線陣相機(jī)數(shù)據(jù)中，對(duì)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。該方法大大降低了車體運(yùn)行中由于震動(dòng)造成的對(duì)接觸網(wǎng)檢測(cè)參數(shù)的影響。該方案成功應(yīng)用于我國(guó)重慶地鐵。

弓網(wǎng)關(guān)系動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)

弓網(wǎng)關(guān)系的本質(zhì)體現(xiàn)在弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)受流質(zhì)量，弓網(wǎng)關(guān)系除了受到受電弓與接觸網(wǎng)設(shè)備的質(zhì)量因素影響之外，還與弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力及列車運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。目前我國(guó)城市軌道交通主要通過分析弓網(wǎng)接觸壓力的均值、方差來判斷受電弓的受流質(zhì)量。方法為在綜合檢測(cè)車受電弓上安裝壓力傳感器及加速度傳感器通過牛頓定律來計(jì)算弓網(wǎng)接觸壓力。但是弓網(wǎng)壓力是動(dòng)態(tài)參數(shù)，受列車型號(hào)、受電弓型號(hào)、運(yùn)行方式等因素影響明顯，綜合檢測(cè)車測(cè)量的數(shù)據(jù)不具備一定的客觀性。日本通過非接觸的方式通過檢測(cè)弓網(wǎng)燃弧，作為分析弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)受流質(zhì)量的參數(shù)。

分析我國(guó)既有城市軌道交通接觸網(wǎng)檢測(cè)現(xiàn)狀，所有的接觸網(wǎng)檢測(cè)都是通過人工檢測(cè)和接觸網(wǎng)檢測(cè)車來實(shí)現(xiàn)的，國(guó)外已經(jīng)將接觸網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備與客車受電弓相結(jié)合，打造一體化接觸網(wǎng)檢測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)日常檢修與電客車正常運(yùn)營(yíng)的有效結(jié)合。我國(guó)在傳統(tǒng)接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)上拼命追趕的同時(shí)，更不應(yīng)忽視先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展對(duì)接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)的影響，筆者基于AI技術(shù)提出了接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)新思路。

5接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)新思路

在城市軌道接觸網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間工作過程中，受外界因素影響，各部件會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損、閃絡(luò)灼燒、持續(xù)腐蝕程度超過臨界點(diǎn)等現(xiàn)象，若沒有及時(shí)將損壞超標(biāo)的部件加以更換，都有可能造成城市軌道接觸網(wǎng)事故;隧道內(nèi)的異物、漏水積水、裂紋脫落等也可導(dǎo)致接觸網(wǎng)事故出現(xiàn)。所以接觸網(wǎng)檢測(cè)除了接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)和弓網(wǎng)關(guān)系動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)，接觸網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量和線路環(huán)境信息采集也應(yīng)納入接觸網(wǎng)檢測(cè)范圍。

接觸網(wǎng)巡檢機(jī)器人是一種基于AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D視覺測(cè)量對(duì)比的全線路巡檢設(shè)備。不但可以檢測(cè)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)，還可以檢測(cè)接觸網(wǎng)缺陷、軌間距、軌平面、電纜溫度等。該設(shè)備主要通過機(jī)器視覺、QR Code識(shí)別、RFID定位等技術(shù)手段優(yōu)點(diǎn)，采用全局信息先驗(yàn)初步定位、局部信息輔助糾錯(cuò)并精確定位的思路，開展基于多觸感器信息融合的巡檢機(jī)器人自主定位，在執(zhí)行任務(wù)過程中需在軌自主移動(dòng)并到達(dá)指定目標(biāo)位置開展巡檢任務(wù)，智能變軌，以線路中心公里標(biāo)為坐標(biāo)系，能通過建立數(shù)據(jù)庫(kù)智能對(duì)比分析接觸網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)變化規(guī)律，通過模擬弓網(wǎng)接觸壓力，建立全線最適弓網(wǎng)關(guān)系模型，為電客車弓網(wǎng)接觸壓力提供最優(yōu)方案。目前巡檢機(jī)器人已在配電站、電力管廊等場(chǎng)所中成功應(yīng)用，隨著5G物聯(lián)時(shí)代的到來，筆者相信接觸網(wǎng)巡檢機(jī)器人技術(shù)我國(guó)必將走在世界前列。

結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)城市軌道交通接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行總結(jié)和綜述，分析了接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)的分類及不同檢測(cè)技術(shù)的適用范圍，闡述了接觸網(wǎng)檢測(cè)參數(shù)及對(duì)應(yīng)檢測(cè)方法的發(fā)展，通過對(duì)既有接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)的分析和研究，為實(shí)際線路接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)和檢修模式的發(fā)展提供依據(jù)和支撐。最后針對(duì)傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)及動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)，并加強(qiáng)對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)和線路環(huán)境信息采集，結(jié)合物聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用，提出對(duì)接觸網(wǎng)智能巡檢檢測(cè)技術(shù)的展望。打造接觸網(wǎng)檢測(cè)的新思路，形成系統(tǒng)的城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)檢測(cè)、維修、評(píng)價(jià)體系。

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