高速鐵路弓網(wǎng)檢測（1C）數(shù)據(jù)分析方法及應(yīng)用

申 濤，張文軒，彭雅峰

0 引言

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

1 弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)分析存在的問題

目前，高速鐵路弓網(wǎng)檢測（1C）數(shù)據(jù)主要通過綜合檢測列車檢測獲取，而綜合檢測列車弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)主要通過由高頻差分GPS+INS等組成的列車定位同步系統(tǒng)獲取線路公里標[1]，受系統(tǒng)精度及其他因素影響，定位同步系統(tǒng)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(tǒng)分析方法，僅通過定位同步系統(tǒng)獲取的公里標來確定缺陷位置，會出現(xiàn)一定的位置偏差，導(dǎo)致在缺陷復(fù)核整改過程中出現(xiàn)無法找到實際缺陷位置而不得不擴大缺陷復(fù)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(xiàn)誤判，或?qū)е聦嶋H缺陷仍遺留在線路上。

2 接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測量原理

目前，綜合檢測列車主要通過光切法測量接觸網(wǎng)幾何參數(shù)，其原理如圖1所示。安裝在檢測列車頂部的激光器發(fā)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(shù)

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(wǎng)參數(shù)波形是連續(xù)的，這就為下文提出的波形圖特征分析法提供了理論依據(jù)。同時，波形圖中的拉出值拐點、錨段關(guān)節(jié)等信息特征明顯，可用于輔助定位。

3 弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)分析方法

為解決弓網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中出現(xiàn)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(wǎng)幾何參數(shù)波形圖的連續(xù)性，現(xiàn)提出一種弓網(wǎng)數(shù)據(jù)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(wǎng)特征點在波形圖上的特殊表現(xiàn)形式，同時參考弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)定位獲取的線路公里標，實現(xiàn)消除系統(tǒng)定位誤差、準確定位缺陷位置的方法。常見的接觸網(wǎng)特征點包括：錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨（轉(zhuǎn)換點）、分相關(guān)節(jié)中心柱、連續(xù)正（反）定位處、分段絕緣器、線岔位置等。

下文舉例說明傳統(tǒng)分析方法與波形圖特征分析法。如1C檢測發(fā)現(xiàn)：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(wǎng)動態(tài)檢測評價標準判斷，該處構(gòu)成二級缺陷[3]。

3.1 傳統(tǒng)分析方法

傳統(tǒng)弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)分析方法：對照接觸網(wǎng)平面布置圖，查詢?nèi)毕莨飿薑1798+241對應(yīng)的位置位于a區(qū)間1392#—1394#支柱間，即認為該區(qū)間接觸線高度超限（過低），構(gòu)成缺陷，需復(fù)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(guān)節(jié)轉(zhuǎn)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(yīng)公里標范圍為K1797+700—K1797+800）為五跨錨段關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)換跨，即特征點。

圖2 波形圖特征分析

第2步：對照接觸網(wǎng)平面布置圖，初步確定特征點桿號。對照接觸網(wǎng)平面布置圖發(fā)現(xiàn)，K1797+ 700—K1797+800附近的錨段關(guān)節(jié)為a區(qū)間1360#— 1374#，對應(yīng)的特征點（錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨）為1364#—1366#，因此，可以初步確定A點對應(yīng)1364#支柱，B點對應(yīng)1366#支柱。

第3步：根據(jù)波形圖上的拉出值拐點（定位點），對照接觸網(wǎng)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(yīng)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(qū)間1390#定位點附近。

3.2.2 分析結(jié)果驗證

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

推算a區(qū)間1394#以南（往1396#方向）的各定位點（圖3），發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)現(xiàn)場1410#、1414#兩處定位方式均為反定位，推算結(jié)果與現(xiàn)場一致；二是1422#為分相關(guān)節(jié)中心柱，推算結(jié)果與接觸網(wǎng)平面布置圖吻合，從而證明上述分析結(jié)果正確。

圖3 特征分析結(jié)果驗證

3.3 波形圖特征分析法的優(yōu)越性

上例中，傳統(tǒng)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(jù)現(xiàn)行技術(shù)管理要求，1C缺陷復(fù)核范圍為缺陷公里標前后200 m，若遇到檢測系統(tǒng)定位誤差大于200 m的情況，按通過傳統(tǒng)分析方法得到的結(jié)果進行缺陷復(fù)核，就會出現(xiàn)實際缺陷點在復(fù)核范圍外的情況，使現(xiàn)場作業(yè)人員誤認為缺陷不存在或檢測裝置存在誤差，導(dǎo)致缺陷得不到及時有效整改。波形圖特征分析法能夠?qū)⑷毕萱i定在某一個點或某一個跨距內(nèi)，有效增強了缺陷復(fù)核的靶向性，大大提高了現(xiàn)場缺陷整改的效率。

4 弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

4.1 接觸網(wǎng)參數(shù)問題反映

弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)可準確反映接觸網(wǎng)導(dǎo)高、高差等幾何參數(shù)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(dǎo)高為5 237 mm，根據(jù)現(xiàn)行接觸網(wǎng)動態(tài)檢測評價標準判斷，該處構(gòu)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(gòu)成二級缺陷。

圖4 接觸網(wǎng)導(dǎo)高缺陷波形

利用波形圖特征分析法鎖定缺陷位置后，現(xiàn)場復(fù)核發(fā)現(xiàn)該處靜態(tài)參數(shù)與檢測數(shù)據(jù)（動態(tài)參數(shù)）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(wǎng)維修效果檢驗

通過對接觸網(wǎng)維修前、后的弓網(wǎng)檢測（1C）數(shù)據(jù)波形圖對比分析，可以及時有效地檢驗接觸網(wǎng)維修效果。

4.2.1 接觸網(wǎng)參數(shù)調(diào)整效果檢驗

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

圖5 導(dǎo)高調(diào)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(wǎng)零部件更換效果檢驗

通過對c區(qū)間95#—99#吊弦更換前、后1C波形圖對比分析（圖6），發(fā)現(xiàn)95#—99#一跨內(nèi)吊弦更換前（動態(tài)）檢測導(dǎo)高小于5 400 mm，無缺陷。吊弦更換后，檢測導(dǎo)高大于5 400 mm，構(gòu)成二級缺陷。

圖6 吊弦更換效果驗證

調(diào)取吊弦更換記錄，發(fā)現(xiàn)95#往南（往99#方向）第1、2根吊弦預(yù)制過短，更換后導(dǎo)高變高且超出標準（5 330 mm），動態(tài)檢測（1C）結(jié)果與靜態(tài)測量參數(shù)吻合，及時發(fā)現(xiàn)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(shè)備狀態(tài)變化情況分析

4.3.1 雙套筒連接器滑移

1C檢測發(fā)現(xiàn)：某條高鐵線上行K1798+136處導(dǎo)高為5 199 mm，構(gòu)成一級缺陷。利用波形圖特征分析法分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)高超限位置在a區(qū)間1390#定位點附近。與歷年1C檢測波形圖對比分析發(fā)現(xiàn)，隨著時間推移，1390#定位點導(dǎo)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(tài)不良。

圖7 定位點導(dǎo)高變化波形對比

調(diào)取4C檢測圖發(fā)現(xiàn)，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(dǎo)高變低出現(xiàn)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(xiàn)在隧道，受隧道風壓的作用，會出現(xiàn)定位器與定位支座磨損的情況[4]。

如圖9所示，某隧道內(nèi)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(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)磨損情況屬實。因此，在檢查過程中應(yīng)重點關(guān)注此類定位器與定位支座互磨的情況。

圖9 隧道內(nèi)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(fā)現(xiàn)某條新建高鐵線路導(dǎo)高缺陷數(shù)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(fā)現(xiàn)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(fā)生路基沉降。

圖10 波形圖間接反映線路沉降

隨后通過現(xiàn)場復(fù)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(diào)整導(dǎo)高后工務(wù)部門抬道，導(dǎo)高參數(shù)再次不達標情況的發(fā)生，為接觸網(wǎng)的設(shè)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(jié)語

本文針對弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)采用傳統(tǒng)分析方法分析存在定位誤差大、準確度低的問題，提出了數(shù)據(jù)分析的新方法，即波形圖特征分析法。通過將該方法在弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)分析中的大量應(yīng)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(nèi)，增強了現(xiàn)場缺陷復(fù)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(shù)據(jù)應(yīng)用的角度出發(fā)，通過一系列應(yīng)用實例，拓寬了弓網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍，達到了充分提高數(shù)據(jù)使用價值，為接觸網(wǎng)狀態(tài)修提供更全面、更有效依據(jù)的目的。