接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述標(biāo)準(zhǔn)詞典研究

王小兵，楊志鵬，顧子晨，盛 良，逯昊舒

0 引言

隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，視頻圖像類檢測(cè)在接觸網(wǎng)檢測(cè)中發(fā)揮越來越重要的作用，通過對(duì)接觸網(wǎng)支撐裝置、定位裝置、附加懸掛等重要接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行高精度、高密度圖像拍攝，分析圖像信息，發(fā)掘接觸網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患并指導(dǎo)設(shè)備狀態(tài)維護(hù)，確保接觸網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)前接觸網(wǎng)視頻圖像智能識(shí)別技術(shù)仍處于發(fā)展階段，對(duì)于海量圖像，多采用人工判讀方式發(fā)現(xiàn)缺陷，存在工作量大、耗時(shí)長、時(shí)效性差等問題。

通過大量的圖像信息進(jìn)行算法訓(xùn)練和測(cè)試是智能識(shí)別算法的必要技術(shù)途徑，接觸網(wǎng)零部件數(shù)量眾多，命名不規(guī)范和缺陷描述信息不統(tǒng)一，不利于開展智能識(shí)別算法的深入研究。因此，開展接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述標(biāo)準(zhǔn)詞典研究是一項(xiàng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義和研究價(jià)值的課題。

1 國內(nèi)外研究進(jìn)展

視頻圖像智能識(shí)別算法的不斷發(fā)展，以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法的不斷出現(xiàn)，極大提升了圖像識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。國內(nèi)外均在開展相關(guān)技術(shù)的研究，如Mermec 公司開發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)支持裝置上零部件的變形、缺失和斷裂等缺陷；西南交通大學(xué)采用級(jí)聯(lián)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以快速準(zhǔn)確報(bào)告緊固件的各種故障[1]；文獻(xiàn)[2]采用圖像識(shí)別算法，以接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)及缺陷為對(duì)象，闡述了圖像識(shí)別技術(shù)在高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)方面的應(yīng)用；國家電網(wǎng)研發(fā)基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的輸電線路巡檢圖像智能分析云服務(wù)系統(tǒng)，針對(duì)直升機(jī)、無人機(jī)、機(jī)器人等發(fā)回的巡檢圖像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜環(huán)境中多種電力監(jiān)控目標(biāo)及其位移、狀態(tài)的識(shí)別，并發(fā)布了輸變電設(shè)備缺陷用語規(guī)范、缺陷分類標(biāo)準(zhǔn)等。

目前，接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)配置數(shù)量眾多的視頻圖像類檢測(cè)設(shè)備，但由于圖像缺陷智能分析算法的滯后，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中需依賴大量人工分析和識(shí)別圖像中接觸網(wǎng)零部件的狀態(tài)信息。同時(shí)，由于缺少相關(guān)統(tǒng)一命名標(biāo)準(zhǔn)，各鐵路局均采用自定義分類對(duì)接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)信息進(jìn)行描述，存入6C 數(shù)據(jù)綜合處理中心后，由于命名的不規(guī)范，導(dǎo)致在后續(xù)的分析中難以充分利用數(shù)據(jù)資源并真正掌握全路接觸網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)。

2 接觸網(wǎng)零部件分類

我國幅員遼闊，電氣化鐵路跨越不同的地形和氣候環(huán)境，加之接觸網(wǎng)零部件本身種類繁多，而且在技術(shù)引進(jìn)、消化和吸收的不同階段采用不同設(shè)計(jì)理念，由此形成復(fù)雜多樣的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)。對(duì)接觸網(wǎng)零部件進(jìn)行分類需解決的關(guān)鍵問題是如何將不同結(jié)構(gòu)形式、不同材質(zhì)的接觸網(wǎng)零部件進(jìn)行合理歸類，以及對(duì)具有同種功能、不同外觀特征的接觸網(wǎng)零部件進(jìn)行合理歸類。

對(duì)接觸網(wǎng)零部件分類的目的是使描述部件位置信息準(zhǔn)確、唯一，接觸網(wǎng)系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)形式和部件材質(zhì)對(duì)其分類與狀態(tài)描述無影響，因此將接觸網(wǎng)系統(tǒng)按設(shè)備設(shè)施種類進(jìn)行劃分，接觸網(wǎng)零部件按層次劃分，以解決零部件的多級(jí)分類與定位問題。

2.1 接觸網(wǎng)設(shè)備設(shè)施種類

《鐵路牽引供電設(shè)備設(shè)施單元?jiǎng)澐帧⒕幋a暫行規(guī)范》（運(yùn)供設(shè)備函[2016]343 號(hào)）對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備設(shè)施種類進(jìn)行了詳細(xì)劃分，將接觸網(wǎng)設(shè)備設(shè)施劃分為接觸懸掛錨段、支柱/吊柱、支持裝置、定位裝置、接觸懸掛、彈性吊索、中心錨結(jié)等38 個(gè)種類[3]。

接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備設(shè)施種類的劃分無特別需求，為利于種類劃分標(biāo)準(zhǔn)的延續(xù)和使用便捷，采用該規(guī)范中關(guān)于接觸網(wǎng)設(shè)備設(shè)施種類的劃分標(biāo)準(zhǔn)和種類名稱，其中接觸懸掛錨段、附加懸掛錨段、地磁感應(yīng)裝置、主導(dǎo)電回路溫度、保安裝置種類在接觸網(wǎng)視頻圖像檢測(cè)時(shí)不能形成有效數(shù)據(jù)信息，在接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述分類中去掉，針對(duì)AF 線、JQ 線、GW 線的分類描述需求，增加AF 線種類名稱，JQ（GW）線拆分為JQ 線和GW 線。

2.2 接觸網(wǎng)一級(jí)零部件

按獨(dú)立、成套的接觸網(wǎng)設(shè)備、零部件，劃分接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述一級(jí)零部件。《電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件》（TB/T 2075—2010）[4]、《高速鐵路簡統(tǒng)化接觸網(wǎng)裝備暫行技術(shù)條件》（TJ/GD 026—2018）[5]等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中對(duì)接觸網(wǎng)零部件有規(guī)范命名，并得到推廣運(yùn)用，接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述一級(jí)零部件的名稱參照以上標(biāo)準(zhǔn)。圖1 為接觸網(wǎng)鋁合金腕臂結(jié)構(gòu)及一級(jí)零部件組成示意圖。

圖1 鋁合金腕臂結(jié)構(gòu)及一級(jí)零部件組成

2.3 接觸網(wǎng)二級(jí)零部件

一個(gè)獨(dú)立、成套的接觸網(wǎng)設(shè)備、零部件可能為一個(gè)單體，也可能由多個(gè)子零部件組合而成，將接觸網(wǎng)一級(jí)零部件的組成子零部件劃分為接觸網(wǎng)二級(jí)零部件。

二級(jí)零部件名稱也同樣參照《電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件》（TB/T 2075—2010）[4]、《高速鐵路簡統(tǒng)化接觸網(wǎng)裝備暫行技術(shù)條件》（TJ/GD 026—2018）[5]等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備、零部件各組成子零部件命名。圖2 為簡統(tǒng)化組合承力索座結(jié)構(gòu)及二級(jí)零部件組成示意圖。

圖2 組合承力索座結(jié)構(gòu)及二級(jí)零部件組成

細(xì)部零件的運(yùn)行狀態(tài)與其材質(zhì)、形態(tài)、運(yùn)用位置有較大關(guān)系，同時(shí)為便于分類查找，結(jié)合二級(jí)零部件的特征將其分為螺栓、線索、組成零件3 種類型。其中，螺栓類包含螺栓、螺栓銷、銷釘?shù)染o固零件，線索類包含吊弦、綁扎線、補(bǔ)償繩等柔性零件，組成零件為除以上類別的二級(jí)零部件。

3 接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述

3.1 狀態(tài)描述名稱

接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)主要指缺陷狀態(tài)。接觸網(wǎng)設(shè)備設(shè)施種類多，一、二級(jí)零部件相互組合形成眾多項(xiàng)點(diǎn)，加之外部環(huán)境復(fù)雜，運(yùn)行工況惡劣，造成接觸網(wǎng)零部件形成的缺陷狀態(tài)復(fù)雜多樣。接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述分類的目的是促進(jìn)接觸網(wǎng)視頻圖像智能識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用過程中形成統(tǒng)一規(guī)范的大數(shù)據(jù)庫，因此其分類應(yīng)將傳統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與視頻圖像智能識(shí)別技術(shù)相結(jié)合。圖3 所示為接觸網(wǎng)零部件典型缺陷狀態(tài)。

圖3 接觸網(wǎng)零部件典型缺陷狀態(tài)舉例

接觸網(wǎng)安裝、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)階段[6]所積累的缺陷狀態(tài)信息，應(yīng)結(jié)合設(shè)備、零部件的材質(zhì)屬性、運(yùn)行狀態(tài)、電氣性能等特點(diǎn)，以及視頻圖像檢測(cè)裝置智能識(shí)別能力提煉，歸集接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述名稱，用規(guī)范、統(tǒng)一的語言進(jìn)行描述[7，8]，力求準(zhǔn)確、精簡、無歧義、通俗易懂。

3.2 狀態(tài)描述分類

為便于分類統(tǒng)計(jì)，以分布范圍將接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述分為4 大類：

（1）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：接觸網(wǎng)零部件標(biāo)準(zhǔn)安裝、運(yùn)行狀態(tài)。

（2）通用狀態(tài)：可能出現(xiàn)在所有接觸網(wǎng)零部件上的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，如變形、開裂等。按照狀態(tài)產(chǎn)生原因?qū)⑼ㄓ脿顟B(tài)細(xì)分為安裝、運(yùn)行、焊接、環(huán)境等狀態(tài)。a.安裝狀態(tài)：安裝階段形成的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，包含因安裝時(shí)位置、數(shù)量、方向、型號(hào)等因素形成的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。b.運(yùn)行狀態(tài)：運(yùn)行過程中形成的狀態(tài)，包含在運(yùn)行時(shí)因受力、侵蝕等因素形成松、脫、卡、磨、斷等非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。c.焊接狀態(tài)：焊接部位因焊接形成的狀態(tài)，包含焊接部位出現(xiàn)的開焊、虛焊等非正常狀態(tài)。d.環(huán)境狀態(tài)：接觸網(wǎng)零部件周圍外部環(huán)境狀態(tài)，包含受外部環(huán)境、外來異物等因素影響形成的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

（3）獨(dú)有狀態(tài)：只可能出現(xiàn)在某一種接觸網(wǎng)零部件上的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，如開口銷未掰開、線索斷股、絕緣子閃絡(luò)等。按照狀態(tài)分屬零部件類型，將獨(dú)有狀態(tài)細(xì)分為開口銷獨(dú)有、線索獨(dú)有、絕緣子獨(dú)有、支柱獨(dú)有、標(biāo)識(shí)牌獨(dú)有狀態(tài)。開口銷獨(dú)有狀態(tài)包含開口銷本體因掰開程度等因素所形成的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。線索獨(dú)有狀態(tài)包含僅發(fā)生在線索類非剛性零部件中的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。絕緣子獨(dú)有狀態(tài)包含擊穿、閃絡(luò)等僅發(fā)生在絕緣子類零部件中的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。支柱獨(dú)有狀態(tài)包含露筋等混凝土支柱非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。標(biāo)識(shí)牌獨(dú)有狀態(tài)包含字跡模糊等非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

（4）特殊狀態(tài)：通用狀態(tài)、獨(dú)有狀態(tài)之外的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

4 接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述編碼

采用數(shù)字、字母和其他符號(hào)對(duì)各種數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行編碼，可以提高信息處理、交流的效率和精度，是實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的前提條件。接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述由設(shè)備設(shè)施種類、一級(jí)零部件、二級(jí)零部件、狀態(tài)描述4 部分組合構(gòu)成，為便于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索，分別為4 部分名稱設(shè)置數(shù)字代碼。

4.1 設(shè)備設(shè)施種類代碼

設(shè)備設(shè)施種類代碼沿用《鐵路牽引供電設(shè)備設(shè)施單元?jiǎng)澐?、編碼暫行規(guī)范》（運(yùn)供設(shè)備函[2016]343 號(hào)）的規(guī)定，增加的AF 線種類名稱，設(shè)置代碼為39，拆分后的JQ 線和GW 線種類名稱分別設(shè)置代碼為40、41。

4.2 一級(jí)零部件代碼

一級(jí)零部件按名稱第一個(gè)字的拼音首字母排序，分別設(shè)置首字母代碼和順序代碼，首字母代碼按26 個(gè)字母順序位設(shè)置兩位數(shù)，順序代碼設(shè)置兩位數(shù)，自01 按順序遞增數(shù)字，2 個(gè)代碼合并為一級(jí)零部件名稱代碼。

接觸網(wǎng)同一設(shè)備設(shè)施種類包含多種一級(jí)零部件，且在不同安裝位置可能存在相同名稱的零部件，按屬性/位置信息分類，將同一設(shè)備設(shè)施單元包含的相同一級(jí)零部件進(jìn)行分別描述，實(shí)現(xiàn)對(duì)一級(jí)零部件精確分類，確保接觸網(wǎng)同一設(shè)備設(shè)施種類所包含一級(jí)零部件名稱和代碼的唯一性。

一級(jí)零部件屬性/位置信息代碼設(shè)置兩位數(shù)，自01 按順序遞增。當(dāng)同一設(shè)備設(shè)施種類所包含的一級(jí)零部件不存在相同名稱，或所包含的一級(jí)零部件不對(duì)其進(jìn)行屬性/位置信息分類也不會(huì)產(chǎn)生重名時(shí)，不對(duì)其進(jìn)行屬性/位置分類，代碼用00 表示。

4.3 二級(jí)零部件代碼

二級(jí)零部件名稱代碼由3 位代碼組成，第1 位代表螺栓、線索、組成零件3 種類型分類代碼，后兩位代表順序代碼。

對(duì)由多個(gè)相同或不同二級(jí)零部件組成的一級(jí)零部件，需要對(duì)組成的二級(jí)零部件分別進(jìn)行狀態(tài)描述時(shí)，通過在二級(jí)零部件名稱前增加屬性/位置信息進(jìn)行區(qū)分，保證每個(gè)一級(jí)零部件中需要對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)描述的二級(jí)零部件名稱的唯一性。

二級(jí)零部件屬性/位置信息代碼設(shè)置兩位數(shù)，自01 按順序遞增數(shù)字。當(dāng)一級(jí)零部件為一個(gè)單體、所包含的二級(jí)零部件不存在相同名稱，或所包含的二級(jí)零部件不對(duì)其進(jìn)行屬性/位置信息分類也不會(huì)產(chǎn)生重名時(shí)，不對(duì)其進(jìn)行屬性/位置分類，代碼用00 表示。

4.4 狀態(tài)描述代碼

狀態(tài)描述代碼設(shè)置4 位數(shù)，前2 位代表狀態(tài)描述類型分類代碼；后2 位代表各類型分類所包含狀態(tài)描述名稱順序代碼，代碼自01 起按順序遞增。

4.5 接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述編碼

接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述編碼由設(shè)備設(shè)施種類代碼（2 位）、一級(jí)零部件代碼（6 位）、二級(jí)零部件代碼（5 位）、狀態(tài)描述名稱代碼（4 位）4 部分組合構(gòu)成，編碼總長度為17 位。零部件狀態(tài)描述編碼示意見圖5。

圖5 編碼示意圖

按照以上分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)需要對(duì)接觸網(wǎng)視頻圖像檢測(cè)裝置識(shí)別的某個(gè)位置進(jìn)行狀態(tài)描述時(shí)，按其對(duì)應(yīng)的設(shè)備設(shè)施種類、一級(jí)零部件名稱、二級(jí)零部件名稱、狀態(tài)名稱和代碼組合即可生成規(guī)范、統(tǒng)一的接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述信息及唯一編碼。歸集所有接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述信息及編碼，形成接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述標(biāo)準(zhǔn)詞典，標(biāo)準(zhǔn)詞典示例如表1 所示。

表1 接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述標(biāo)準(zhǔn)詞典（示例）

表1 接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述標(biāo)準(zhǔn)詞典（示例）（續(xù)）

5 結(jié)語

我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)類型復(fù)雜多樣，零部件種類眾多，通過本文所述方式制定全路統(tǒng)一的接觸網(wǎng)零部件狀態(tài)描述標(biāo)準(zhǔn)詞典，接觸網(wǎng)檢測(cè)運(yùn)用中產(chǎn)生的視頻圖像數(shù)據(jù)均按該標(biāo)準(zhǔn)詞典規(guī)范存儲(chǔ)，結(jié)合供電6C 數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)全路歸集形成大數(shù)據(jù)庫，利用大數(shù)據(jù)庫訓(xùn)練優(yōu)化視頻圖像智能識(shí)別算法模型，推動(dòng)接觸網(wǎng)視頻圖像智能識(shí)別技術(shù)持續(xù)發(fā)展。