重載鐵路接觸網(wǎng)4C 缺陷識別方法研究

張 毅，甄云飛

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

智能檢測裝置4C 通過獨(dú)立圖像記錄，減少手動(dòng)搜索，并防止手動(dòng)接觸檢測。提高訪問安全性，4C 設(shè)備采集的數(shù)據(jù)主要通過專門安裝在接觸網(wǎng)車輛頂部的攝像頭采集。當(dāng)列車達(dá)到一定速度時(shí)，攝像機(jī)定期收集目標(biāo)的高分辨率圖像數(shù)據(jù)，該設(shè)備可以智能識別維護(hù)目標(biāo)的錯(cuò)誤位置和類型。另外，系統(tǒng)軟硬件與攝像機(jī)相結(jié)合，大大降低了檢測成本，能準(zhǔn)確捕捉輸缺陷位置，如參考方位、管件及回路等多個(gè)部位。高速、實(shí)時(shí)的檢測，要求4C檢測設(shè)備具有高分辨率的特性。由于特殊情況，許多工作不得不在夜間進(jìn)行，因此要求車載攝像頭具有良好的變焦和夜視效果，確保了采集的圖像具有高分辨率。

1 研究背景及意義

1.1 目標(biāo)檢測方法的發(fā)展

在計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用之前，車輛目標(biāo)識別和視覺測試被用來檢測錯(cuò)誤。人工檢測方法檢測速度慢、檢測準(zhǔn)確率低、對人力資源的需求高、對檢測效率影響較大。隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的快速提高，圖像的顯示更加精細(xì)，圖像的計(jì)算能力得到了極大提高。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都引起了廣泛的關(guān)注。

1.2 重載鐵路檢測數(shù)據(jù)綜合分析技術(shù)

重載鐵路列車的主要特點(diǎn)是牽引密度高、車輛軸線、軌道結(jié)構(gòu)高動(dòng)載荷、軌道不平順問題增加，產(chǎn)生動(dòng)載荷，進(jìn)而造成軌道損壞和不規(guī)則軌道形狀的加速導(dǎo)致耦合，Panta Graphit 的當(dāng)前收集狀態(tài)惡化，導(dǎo)致Panta Graphit 的運(yùn)行安全指數(shù)較高。

根據(jù)重載鐵路列車的運(yùn)輸特點(diǎn)和準(zhǔn)備情況，對軌道損壞檢測數(shù)據(jù)、軌道和軌道的幾何條件進(jìn)行了綜合分析，確定了不同病害的原因和相關(guān)性。根據(jù)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對鐵路日常檢測規(guī)則進(jìn)行了形狀跟蹤、Katechin 檢測、河床狀態(tài)檢測、底部跟蹤和軌道損傷檢測相結(jié)合的動(dòng)態(tài)改進(jìn)。為了滿足多檢測數(shù)據(jù)相關(guān)性分析的要求，利用數(shù)據(jù)軟件技術(shù)創(chuàng)建穩(wěn)定有效的數(shù)據(jù)采集管理平臺(tái)。

在線路的特定條件下，重載鐵路軌道形狀的不規(guī)則性對動(dòng)態(tài)的檢測結(jié)果有很大影響，甚至可能導(dǎo)致接收系統(tǒng)故障。因此，有必要評估重載鐵路系統(tǒng)的質(zhì)量，并制定維護(hù)計(jì)劃。此外，還對動(dòng)態(tài)重載鐵路檢測波形進(jìn)行了歷史數(shù)據(jù)的對比分析，并對重載鐵路檢測圖進(jìn)行分析。此外，如果Katechin 條件不好，有必要對軌道的不規(guī)則形狀進(jìn)行全面分析。

在各種捕獲數(shù)據(jù)、野外定位數(shù)據(jù)和維修管理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過建立相關(guān)模型，研究了幾何目錄、綜合性能和航跡形態(tài)之間的相關(guān)性。應(yīng)提供綜合分析方法和相關(guān)指標(biāo)，這通過實(shí)際測量和具體測試進(jìn)行驗(yàn)證。

1.3 軌道損傷的綜合分析

除了疲勞壓力引起的內(nèi)部核損傷外，路面還受到接觸應(yīng)力的影響。在腐蝕條件下，軌道表面的損壞將導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞，從而影響軌道的安全運(yùn)行。通過將軌道表面損傷數(shù)據(jù)集成到軌道表面防護(hù)系統(tǒng)中并進(jìn)行深入分析，結(jié)合車輛故障檢測、探測器錯(cuò)誤檢測和人工監(jiān)測數(shù)據(jù)等，探討軌道表面損傷的發(fā)生、發(fā)展和變更。

1.4 重載鐵路車病害原因的綜合分析

重大病害是指可能影響重載鐵路操作安全的不良設(shè)備狀況，例如內(nèi)部軌道不規(guī)則或損壞。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)維修，可能會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。為了提高維修技術(shù)的安全性，不僅要加強(qiáng)對大規(guī)模癥狀的檢測和識別，還要加強(qiáng)對大規(guī)模病害的實(shí)施和管理。同時(shí)，對歷史檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析，檢測數(shù)據(jù)和相關(guān)項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確認(rèn)病害的實(shí)際原因，并有效地進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)。提出具體的改進(jìn)方案，以防止重大病害的頻繁發(fā)生。

1.5 鐵路接觸網(wǎng)檢測的技術(shù)要點(diǎn)

“硬點(diǎn)”是鐵路目錄的縮寫，也是鐵路目錄收集中非常重要的識別指標(biāo)和技術(shù)意義。最直觀的檢測指標(biāo)是硬點(diǎn)是否存在問題以及硬點(diǎn)彈性是否相等。由于硬點(diǎn)的彈性是均勻的，直接影響列車的速度和位置。一般來說，重載鐵路的質(zhì)量通常是可靠的。檢測的技術(shù)方法是測量沖擊和振動(dòng)。接觸線起始值為軌道線形的一般技術(shù)指標(biāo)，在識別接觸線的輸出值時(shí)，通常使用測試儀模擬板模擬出動(dòng)態(tài)影響范圍，然后將測試儀放置在規(guī)定范圍內(nèi)。

接觸網(wǎng)磨損是接觸網(wǎng)檢查和維護(hù)最常用的測試項(xiàng)目和技術(shù)指標(biāo)。由于接觸線最明顯的位置是底部，為了更直接地了解情況，拍照通常采用照片分析的方法，具體的分析指標(biāo)是激光照射后接觸面的光強(qiáng)。座椅的高度類別對高速鐵路的運(yùn)行類別有重大影響，接觸線高度的測量主要在角度調(diào)整后進(jìn)行。接觸線高度高且難以檢測。受電弓網(wǎng)的接觸壓力是有軌電車日常運(yùn)營中路網(wǎng)與路網(wǎng)接觸后產(chǎn)生的電能。重載鐵路貫穿件和接觸線是接觸頻率最高、使用最多的兩種設(shè)備。其最常見的問題是電源中斷。

2 重載鐵路接觸網(wǎng)4C 缺陷識別方法

2.1 研究數(shù)據(jù)基本路線

本研究的目的是確定缺陷的性質(zhì)和位置。根據(jù)車輛識別收集的數(shù)據(jù)，車輛攝像頭的像素可以盡可能準(zhǔn)確地捕捉部件，但也存在一些問題。捕獲的圖像數(shù)據(jù)區(qū)域很大，原始圖像包含多個(gè)部分，包括10 條反向U 形母線、印刷板、連接器、定位器、端子等，而且很難檢測出所有部件中的錯(cuò)誤。

數(shù)據(jù)集可以是多個(gè)攝像頭，其記錄區(qū)域不同、目標(biāo)組件不同、組件大小不匹配。

橫向閥和傾斜出口方向不同，都有U 形母線和絕緣子，所以檢測方向有偏差。同一零件可能多種不同類型的缺陷。例如，垂直分裂在器件的基區(qū)有如分裂、反轉(zhuǎn)等缺陷。

故障部件和正常部件之間的差異非常小。例如，絕緣層部分由于老化而略微脫落，或僅受一個(gè)對象的影響。在大多數(shù)基于傳統(tǒng)算法的認(rèn)知研究中，研究人員應(yīng)首先使用合適的模型進(jìn)行預(yù)定位，然后使用其他算法進(jìn)一步識別位置數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤。

2.2 鐵路接觸網(wǎng)檢測的具體應(yīng)用

動(dòng)態(tài)檢測是重載鐵路鐵路檢測中最常用的檢測方法。主要的目標(biāo)識別分為兩類，一個(gè)是測試安全潛力，另一個(gè)是檢測低速時(shí)的動(dòng)態(tài)行為。

動(dòng)態(tài)檢測通常是對鐵路的整個(gè)檢查，這防止了記錄過程中出現(xiàn)多個(gè)指標(biāo)。檢查員可以從鐵路的各個(gè)方面獲取所有數(shù)據(jù)。聯(lián)合故障排除和證據(jù)發(fā)現(xiàn)是目錄中常見的檢測技術(shù)。它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以識別整個(gè)目錄。內(nèi)容包括動(dòng)車組的安全性、穩(wěn)定性和舒適性試驗(yàn)以及接觸網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性試驗(yàn)。通過聯(lián)合開發(fā)和測試，可以更廣泛地了解軌道交通接觸網(wǎng)的安全性能，幫助相關(guān)運(yùn)營商提前識別軌道交通接觸網(wǎng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)妥善地進(jìn)行處置，以確保鐵路網(wǎng)的安全運(yùn)行。

靜態(tài)檢測是一種與動(dòng)態(tài)檢測相關(guān)的檢測技術(shù)，一般用于鐵路車輛的裝配階段，其檢測指標(biāo)為幾何參數(shù)和具體結(jié)構(gòu)，是一種安全、準(zhǔn)確和有效的檢測方法，使用激光網(wǎng)絡(luò)檢測器和其他設(shè)備，不與鐵路車輛直接接觸。低速動(dòng)態(tài)檢測主要以冷導(dǎo)體的形式通過檢測儀對鏈節(jié)進(jìn)行檢測，檢測更側(cè)重于鏈節(jié)在不同指標(biāo)上的具體操作。這是為了讓檢查員更廣泛地了解合作組織時(shí)間循環(huán)的運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)合作組織運(yùn)行中存在的安全問題。

2.3 高鐵接觸網(wǎng)故障搶修指揮工作

關(guān)于高速列車故障緊急搶修，4C 系統(tǒng)的具體使用需要不同系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)與配合，以確保整個(gè)系統(tǒng)的順利運(yùn)行。首先，必須規(guī)定各子系統(tǒng)位置的具體信息，對整個(gè)列車進(jìn)行徹底和有效的檢查，獲得充分相關(guān)的最新信息，并且確定整個(gè)緊急維修的相應(yīng)方向。4C 系統(tǒng)能夠有效獲取該裝置的具體工作狀態(tài)和信息，識別高速鐵路運(yùn)營中的問題，了解外部環(huán)境。4C 系統(tǒng)用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測和檢測接觸網(wǎng)特定狀態(tài)下高速鐵路的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)高速鐵路的潛在缺陷和隱患，幫助識別和維護(hù)目標(biāo)。4C 系統(tǒng)設(shè)備可在整個(gè)軌道運(yùn)行期間維修懸掛部件，以確保全面識別和維護(hù)架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。4C 系統(tǒng)能有效監(jiān)控所有列車的輸入、輸出和合流情況，及時(shí)判斷受電是否存在異常，并根據(jù)識別出的相關(guān)參數(shù)制定有效的應(yīng)急搶修計(jì)劃。通過安裝和配置6C Fix 系統(tǒng)，可以測量所有設(shè)備的振動(dòng)、溫度、隔離狀態(tài)和其他參數(shù)，以有效評估是否存在OCS 錯(cuò)誤。此外，可以根據(jù)相應(yīng)設(shè)備的配置正確評估和定位錯(cuò)誤的原因和位置。

3 結(jié)束語

作為高速鐵路最常用的部分，數(shù)據(jù)目錄必須用于目標(biāo)技術(shù)中的錯(cuò)誤檢測，但由于數(shù)據(jù)的特殊性，相關(guān)研究很少。深度學(xué)習(xí)算法是一種應(yīng)用廣泛且相對成熟的算法，在目標(biāo)識別中發(fā)揮著重要作用。隨著鐵路技術(shù)的不斷發(fā)展，對道路安全的要求越來越高。運(yùn)營站、科研院所和設(shè)備制造商需要開發(fā)新技術(shù)，并通過實(shí)際應(yīng)用不斷改進(jìn)，研制適合接觸網(wǎng)運(yùn)行和檢測的產(chǎn)品。