城市軌道交通弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)及其參考標(biāo)準(zhǔn)*

王會(huì)豐 魏志恒 馬志鵬 周于翔

(1. 北京城市快軌建設(shè)管理有限公司, 100027, 北京;2. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司城市軌道交通中心, 100081, 北京;3. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院, 100081, 北京∥第一作者, 高級(jí)工程師)

0 引言

弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)鐵路領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟,已形成了較為完善的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。近年來(lái),隨著我國(guó)城市軌道交通(以下簡(jiǎn)稱“城軌”)的快速發(fā)展,采用弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能及其匹配關(guān)系等的測(cè)試,已成為城軌發(fā)展趨勢(shì)之一[1]。目前,我國(guó)城軌弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的評(píng)價(jià)主要參考鐵路領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但考慮到城軌普遍采用低凈空的剛性接觸網(wǎng)懸掛方式,以柔性接觸網(wǎng)為主的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不完全適用于城軌弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

與城軌弓網(wǎng)檢測(cè)相關(guān)的國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)包括EN標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn),如EN 50206:2010Railwayapplications-Rollingstock-Pantographs:Characteristicsandtests、EN 50317:2012Railwayapplications-Currentcollectionsystems-Requirementsforandvalidationofmeasurementsofthedynamicinteractionbetweenpantographandoverheadcontactline、EN 50367:2012Railwayapplications-Currentcollectionsystems-Technicalcriteriafortheinteractionbetweenpantographandoverheadline(toachievefreeaccess)、EN 50119:2020Railwayapplications-Fixedinstallations-Electrictractionoverheadcontactlines、IEC 62486:2017Railwayapplications-Currentcollectionsystems-Technicalcriteriafortheinteractionbetweenpantographandoverheadcontactline(toachievefreeaccess)、IEC 60494:2013Railwayapplications-Rollingstock-Pantographs-Characteristicsandtests等;國(guó)內(nèi)弓網(wǎng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 32592—2016《軌道交通 受流系統(tǒng) 受電弓與接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)相互作用測(cè)量的要求和驗(yàn)證》、GB/T 21561—2018《軌道交通機(jī)車(chē)車(chē)輛受電弓特性和試驗(yàn)》、GB/T 1402—2010《軌道交通牽引供電系統(tǒng)電壓》、GB/T 32578—2016《軌道交通 地面裝置 電力牽引架空接觸網(wǎng)》、TB/T 3271—2011《軌道交通 受流系統(tǒng) 受電弓與接觸網(wǎng)相互作用準(zhǔn)則》等。除上述標(biāo)準(zhǔn)外,國(guó)內(nèi)還依據(jù)TB 10761—2013《高速鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》、TG/GD 124—2015《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》等開(kāi)展弓網(wǎng)關(guān)系在內(nèi)的高速鐵路工程驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)檢測(cè)。但城軌領(lǐng)域除交辦運(yùn)[2019]17號(hào)《城市軌道交通初期運(yùn)營(yíng)前安全評(píng)估技術(shù)規(guī)范第1部分:地鐵和輕軌》、DB 11/T 1714—2020《城市軌道交通工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》之外,在驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)階段缺乏明確的技術(shù)規(guī)范,因此亟需研發(fā)適用于城軌線路條件的弓網(wǎng)檢測(cè)技術(shù),以及頒布面向城軌領(lǐng)域弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)交辦運(yùn)[2019]17號(hào)的要求,城軌弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)內(nèi)容包括接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)、弓網(wǎng)燃弧指標(biāo)、弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力及受電弓垂向加速度(硬點(diǎn))檢測(cè)。除上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)外,非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)內(nèi)容還包括受電弓氣動(dòng)特性、接觸線及滑板磨耗、受電弓溫度分布及動(dòng)應(yīng)力等。本文僅研究標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的城軌弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目,通過(guò)分析現(xiàn)有檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),提出城軌弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)各檢測(cè)項(xiàng)目的優(yōu)化意見(jiàn),并結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)成果開(kāi)展城軌弓網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)研究。

1 弓網(wǎng)接觸壓力檢測(cè)

1.1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

1.1.1 檢測(cè)手段

弓網(wǎng)接觸壓力是表征弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)相互作用性能的重要參數(shù)。EN 50317:2012推薦采用力傳感器進(jìn)行弓網(wǎng)接觸壓力檢測(cè)。弓網(wǎng)接觸壓力FC的計(jì)算公式為:

(1)

式中:

kf——壓力傳感器數(shù)量;

Fsens,i——第i個(gè)壓力傳感器所測(cè)得的壓力;

mab——受電弓的歸算質(zhì)量;

ka——加速度傳感器數(shù)量;

asens,i——通過(guò)加速度傳感器檢測(cè)得到的加速度值;

Fcorr,aero——空氣動(dòng)力。

式(1)為目前國(guó)內(nèi)普遍采用的弓網(wǎng)接觸壓力計(jì)算公式。但在該種接觸式壓力檢測(cè)方式下,壓力與加速度傳感器的加裝會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差的產(chǎn)生,且未明確說(shuō)明慣性力和空氣動(dòng)力的修正方式。

1.1.2 檢測(cè)指標(biāo)

城軌一般采用DC 1.5 kV及AC 25 kV供電制式,設(shè)計(jì)速度普遍在160 km/h以下。從各規(guī)范摘錄出與城軌相關(guān)的弓網(wǎng)接觸壓力檢測(cè)指標(biāo)(見(jiàn)表1),其特點(diǎn)如下:

表1 弓網(wǎng)接觸壓力指標(biāo)

1) 上述規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于弓網(wǎng)接觸壓力的評(píng)價(jià)指標(biāo)并不統(tǒng)一,如弓網(wǎng)最小接觸壓力的規(guī)定及平均接觸壓力的限定范圍。

2) 部分現(xiàn)行規(guī)范未考慮城軌弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性的影響,僅考慮靜態(tài)接觸壓力。除此以外,目前被行業(yè)接受的城軌DC 1.5 kVFm取值介于0.000 97v2+140與0.001 12v2+70之間,適用于柔性接觸網(wǎng);而剛性接觸網(wǎng)跨距與錨段長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于柔性接觸網(wǎng),且相鄰定位點(diǎn)間隔較短,在1個(gè)跨距內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量的檢測(cè)定位點(diǎn)過(guò)于靠近錨段關(guān)節(jié),導(dǎo)致弓網(wǎng)接觸壓力測(cè)量值較大,容易造成Fm檢測(cè)超限的問(wèn)題。

3) 現(xiàn)行規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于弓網(wǎng)接觸壓力的計(jì)算不夠明確,如Fm計(jì)算中v的取值方法。這導(dǎo)致在實(shí)際線路檢測(cè)中,為了使弓網(wǎng)接觸壓力符合要求,人為擴(kuò)大v取值、強(qiáng)行放大弓網(wǎng)接觸壓力限值的現(xiàn)象較為常見(jiàn)。

因此,現(xiàn)有的弓網(wǎng)接觸壓力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不太適應(yīng)于城軌剛性接觸網(wǎng)的檢測(cè)現(xiàn)狀,對(duì)于弓網(wǎng)接觸壓力具體參數(shù)的選擇較為模糊,因此,需對(duì)剛性接觸網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,在現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上審視弓網(wǎng)接觸壓力的合理范圍,明確計(jì)算公式,統(tǒng)一計(jì)算參數(shù)。

1.2 檢測(cè)技術(shù)

弓網(wǎng)接觸壓力檢測(cè)大多以力的平衡(平衡法)為基礎(chǔ)對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力進(jìn)行檢測(cè),可大致分為接觸式壓力檢測(cè)與非接觸式壓力檢測(cè)。相對(duì)于平衡法,逆向法(非平衡法)是將受電弓視為一個(gè)線性系統(tǒng),通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)輸出結(jié)果反推弓網(wǎng)接觸壓力,且弓網(wǎng)接觸壓力等于傳感器輸出信號(hào)與系統(tǒng)傳導(dǎo)函數(shù)的比值[2]。該方法于21世紀(jì)初日本鐵路技術(shù)研究所提出,其測(cè)定頻率范圍更廣,對(duì)傳感器的設(shè)置制約較少,但該方法目前并未獲得實(shí)際的工程應(yīng)用。

1.2.1 接觸式壓力檢測(cè)技術(shù)

常用的接觸式壓力檢測(cè)技術(shù)需將4個(gè)力傳感器分別安裝于2列滑板與底座之間,各個(gè)力傳感器顯示的數(shù)值與慣性力、氣動(dòng)力測(cè)量結(jié)果疊加得到最終的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸壓力。

然而,城軌采用的剛性接觸網(wǎng)相較于柔性接觸網(wǎng)波磨現(xiàn)象更為突出。文獻(xiàn)[3]證實(shí)高頻振動(dòng)對(duì)接觸線磨耗具有重要影響,慣性力精準(zhǔn)計(jì)算的實(shí)現(xiàn)有必要考慮弓網(wǎng)之間的高頻振動(dòng)范圍。上述慣性力的計(jì)算將整個(gè)弓頭滑板視為一個(gè)整體,適用于低頻條件下的運(yùn)動(dòng)分析,盡管采用4個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)加速度進(jìn)行求取,但仍然忽略了高頻條件下滑板的柔性形變,因此,采用傳統(tǒng)的慣性補(bǔ)償計(jì)算公式存在一定的誤差。為此,文獻(xiàn)[4]將3個(gè)加速度傳感器對(duì)稱布置于單個(gè)滑板上,經(jīng)過(guò)計(jì)算得到各傳感器對(duì)應(yīng)滑板的等效質(zhì)量,求取各部分慣性力并進(jìn)行疊加,以此得到更加準(zhǔn)確的慣性力。該方法綜合考慮了柔性體慣性補(bǔ)償?shù)睦碚撏茖?dǎo)與工程的實(shí)踐需求,為慣性力的計(jì)算提供了一種新的思路。

受電弓滑板長(zhǎng)期工作于高磁場(chǎng)和高電壓環(huán)境中,相比常用的壓電式傳感器,光纖式力傳感器無(wú)需額外的電氣隔離措施,能夠有效避免電磁干擾。光纖式力傳感器可以嵌入安裝于受電弓滑板內(nèi),通過(guò)建立受電弓滑板的梁體模型,依據(jù)傳感器算得的應(yīng)變推導(dǎo)出弓網(wǎng)接觸壓力。文獻(xiàn)[5]分析了滑板的梁體模型及其檢測(cè)的數(shù)學(xué)原理,通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了此種方式的可行性。

文獻(xiàn)[6]將嵌入式光纖傳感器應(yīng)用于列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)弓網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)接觸測(cè)量。文獻(xiàn)[7]詳細(xì)比較了光纖式與電氣式弓網(wǎng)接觸壓力檢測(cè)方式,證明了光纖傳感器作為電氣式弓網(wǎng)接觸壓力檢測(cè)替代方案的可行性。光纖式壓力傳感器也可布置于滑板與滑板底座之間,直接測(cè)量滑板的接觸壓力,如德國(guó)HBM傳感器公司開(kāi)發(fā)的光纖式壓力傳感器[8]。弓網(wǎng)接觸壓力FC的計(jì)算公式如下:

FC=A(s2-s1)

(2)

式中:

A——傳感器的靈敏度系數(shù);

s1、s2——單列滑板下兩傳感器的應(yīng)變。

項(xiàng)目組還配套了對(duì)應(yīng)的光纖式加速度傳感器用于慣性力補(bǔ)償,并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性及實(shí)用性。目前,光纖式壓力傳感器已經(jīng)獲得了實(shí)踐應(yīng)用,如北京鼎漢技術(shù)集團(tuán)股份有限公司已將光纖式壓力傳感器應(yīng)用于軌道交通弓網(wǎng)關(guān)系檢測(cè)。

1.2.2 非接觸式壓力檢測(cè)技術(shù)

采用接觸式壓力檢測(cè)技術(shù)測(cè)量弓網(wǎng)接觸壓力會(huì)不可避免地影響受電弓的動(dòng)態(tài)性能,基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理的非接觸式壓力檢測(cè)技術(shù)可以有效克服接觸式壓力檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外有很多關(guān)于圖像處理技術(shù)的研究,文獻(xiàn)[9]率先將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于弓網(wǎng)接觸壓力檢測(cè),通過(guò)將圖像處理傳感器安裝于列車(chē)頂部,采集弓頭和彈簧的位移來(lái)間接計(jì)算弓網(wǎng)接觸壓力。文獻(xiàn)[10]采用圖像處理技術(shù)對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力進(jìn)行非接觸式檢測(cè),驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性?；趫D像處理技術(shù)的弓網(wǎng)接觸壓力計(jì)算方法見(jiàn)表2。

表2 基于圖像處理技術(shù)的弓網(wǎng)接觸壓力計(jì)算方法

依據(jù)視覺(jué)處理技術(shù)開(kāi)展弓網(wǎng)接觸壓力的檢測(cè)需要系統(tǒng)具有較高的精準(zhǔn)度、可靠性和魯棒性,但剛性接觸網(wǎng)一般位于地下隧道,所處的復(fù)雜環(huán)境相對(duì)較少,視覺(jué)處理技術(shù)具有較好的應(yīng)用條件。

2 燃弧檢測(cè)

2.1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

EN 50317:2012、GB/T 32592—2016對(duì)燃弧檢測(cè)方式進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,且EN 50317:2012對(duì)燃弧功率密度限值的規(guī)定更為詳細(xì),并規(guī)定了多個(gè)連續(xù)電弧判定的最短間隔時(shí)間為100 μs。

從各規(guī)范中摘錄出適用于城軌線路的燃弧評(píng)定指標(biāo),如表3所示。經(jīng)分析,得到如下結(jié)論:

表3 燃弧評(píng)定指標(biāo)

1) 目前大多數(shù)規(guī)范將燃弧率定義為時(shí)間的比值,EN 50317:2012、GB/T 32592—2016提出了通過(guò)燃弧數(shù)目來(lái)統(tǒng)計(jì)燃弧率的計(jì)算方式,然而在該種方式下相關(guān)評(píng)定參數(shù)并不明確。

2) 不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)燃弧率的評(píng)定限值并不統(tǒng)一,國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定燃弧率在0.1%以下,而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其一般為0.1%或5.0%,兩者差異較大。

3) 最小間隔時(shí)間的設(shè)定將影響燃弧次數(shù)和燃弧時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果,然而目前僅有EN 50317:2012對(duì)多個(gè)連續(xù)電弧的間隔時(shí)間進(jìn)行了限定。

綜上所述,現(xiàn)有燃弧檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)還需結(jié)合城軌燃弧的實(shí)測(cè)現(xiàn)狀,明確燃弧判定及燃弧率的計(jì)算公式,同時(shí)規(guī)定適應(yīng)于城軌行業(yè)的燃弧評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 檢測(cè)技術(shù)

鐵路行業(yè)主要基于圖像處理、紫外光燃弧傳感器及電磁輻射等技術(shù)開(kāi)展弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)。

2.2.1 基于圖像處理技術(shù)的燃弧檢測(cè)

EN 50317:2012對(duì)燃弧檢測(cè)裝置提出了光譜波段的靈敏度要求,而紫外光能夠很好地避免燈光及太陽(yáng)光對(duì)測(cè)試結(jié)果的干擾,具有較高的準(zhǔn)確度,因此,搭配紫外照相機(jī)的圖像處理技術(shù)獲得了普遍應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上,文獻(xiàn)[11]還將紫外照相機(jī)搭配高靈敏度的火焰探測(cè)器實(shí)現(xiàn)燃弧圖像的采集,進(jìn)一步提高了燃弧捕捉的精準(zhǔn)度。

利用紅外熱像儀搭配可見(jiàn)光圖像實(shí)現(xiàn)燃弧檢測(cè)也是一種可行的方式。文獻(xiàn)[12]提出了一種改進(jìn)的大律法分割算法,將紅外圖像區(qū)域分割,并進(jìn)行灰度化、二值化處理,通過(guò)紅外圖像和可見(jiàn)光圖像的自動(dòng)融合實(shí)現(xiàn)燃弧的篩選,兼顧快速性與精準(zhǔn)性。

除上述方式外,結(jié)合先進(jìn)控制算法,基于可見(jiàn)光圖像實(shí)現(xiàn)燃弧檢測(cè)是目前很多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[13]提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的CNN電弧檢測(cè)模型,并通過(guò)視頻驗(yàn)證了該方法的有效性,但該方法對(duì)一些極端情況下的電弧識(shí)別存在誤差,需要更多的訓(xùn)練樣本進(jìn)行完善。文獻(xiàn)[14]設(shè)計(jì)了一種基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的適用于燃弧檢測(cè)的實(shí)例分割模型ArcMask(見(jiàn)圖1),該模型對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)、特征金字塔進(jìn)行了改進(jìn),為基于可見(jiàn)光圖像的燃弧檢測(cè)提供了參考。

注:BiFPN為加權(quán)雙向特征金字塔網(wǎng)絡(luò);ABMSFF為基于視覺(jué)的多尺度特征融合;FCN為全卷積網(wǎng)絡(luò)。

2.2.2 基于紫外光燃弧傳感器的燃弧檢測(cè)

圖像采集容易受到強(qiáng)光、雨雪等情況的干擾,而直接采用對(duì)燃弧光譜較為敏感的采集裝置進(jìn)行檢測(cè)是一種簡(jiǎn)單可靠的方式。目前,中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司采用TC-ZA型燃弧傳感器進(jìn)行城軌線路的周期性燃弧檢測(cè),且準(zhǔn)確識(shí)別有效燃弧及其時(shí)長(zhǎng),以及通過(guò)傳輸、顯示模塊準(zhǔn)確無(wú)誤地顯示與記錄,是該技術(shù)需要克服的技術(shù)難題。

2.2.3 基于電磁輻射的燃弧檢測(cè)

通過(guò)電磁輻射信號(hào)進(jìn)行燃弧檢測(cè)是一種能夠替代傳統(tǒng)電壓、電流檢測(cè)的方式。文獻(xiàn)[15]設(shè)計(jì)了一種四階Hilbert 曲線分形天線用于捕獲電弧的電磁輻射信號(hào),通過(guò)時(shí)域、頻域、時(shí)頻域分析證明了電磁輻射脈沖與產(chǎn)生電弧過(guò)程中電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系,該種方式能夠較為方便地得到燃弧的相關(guān)參數(shù),并可用于弓網(wǎng)狀態(tài)及受流性能的評(píng)價(jià)。

3 弓網(wǎng)硬點(diǎn)檢測(cè)

3.1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

弓網(wǎng)“硬點(diǎn)”一般是指列車(chē)高速運(yùn)行中,導(dǎo)致受電弓相對(duì)接觸線出現(xiàn)局部空間位置、速度或加速度突然變化的點(diǎn),是一種有害的物理現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)一般通過(guò)一跨內(nèi)弓頭的最大垂向加速度來(lái)判斷硬點(diǎn),詳見(jiàn)TB 10761—2013、TB 10461—2019、TG/GD 124—2015等標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于城軌領(lǐng)域,交辦運(yùn)[2019]17號(hào)與DB 11/T 1714—2020等將受電弓垂向加速度作為硬點(diǎn)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),并將490 m/s2作為垂向加速度的檢測(cè)限值。

然而相關(guān)學(xué)者對(duì)上述基于受電弓垂向加速度的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)提出了質(zhì)疑。文獻(xiàn)[16]通過(guò)實(shí)測(cè)結(jié)果指出,依據(jù)加速度最大值判斷硬點(diǎn)的方式存在誤判的現(xiàn)象,提出了將一跨內(nèi)受電弓的最大垂向加速度、峰值因子及標(biāo)準(zhǔn)偏差作為硬點(diǎn)的評(píng)判準(zhǔn)則,并通過(guò)在京哈線上開(kāi)展的實(shí)際檢測(cè)驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的優(yōu)越性。文獻(xiàn)[17]提出了利用弓網(wǎng)接觸壓力來(lái)判定硬點(diǎn)的設(shè)想。另外,也有相關(guān)學(xué)者提出了硬點(diǎn)檢測(cè)的其他評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 檢測(cè)技術(shù)

工程應(yīng)用中一般依據(jù)受電弓垂向加速度開(kāi)展硬點(diǎn)檢測(cè)。目前具有代表性的弓網(wǎng)硬點(diǎn)檢測(cè)方式見(jiàn)表4。

表4 弓網(wǎng)硬點(diǎn)檢測(cè)方式

隨著城軌線路設(shè)計(jì)速度的提高,其安全性愈發(fā)受到重視,僅依據(jù)受電弓垂向加速度評(píng)價(jià)硬點(diǎn)顯現(xiàn)出其局限性。與此同時(shí),基于圖像處理的非接觸式檢測(cè)技術(shù)能夠克服接觸式檢測(cè)技術(shù)的不足,也能夠?qū)崿F(xiàn)弓網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備的最大化利用,有望成為弓網(wǎng)硬點(diǎn)檢測(cè)的一種有效手段。

4 弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)檢測(cè)

4.1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)DB 11/T 1714—2020,弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)檢測(cè)的內(nèi)容包括接觸線高度、拉出值、定位線間的高差和接觸線動(dòng)態(tài)抬升量?，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)的規(guī)定如下:

1) EN 50367:2012、IEC 62486:2017等規(guī)定了各設(shè)計(jì)速度下城軌線路采用的接觸線高度,其制定的5.00～5.75 m接觸線高度的標(biāo)準(zhǔn)基于柔性接觸網(wǎng),并不適用于剛性接觸網(wǎng)的導(dǎo)高檢測(cè)。在實(shí)際檢測(cè)中,城軌弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)抬升量、導(dǎo)高等參數(shù)與普速、高速鐵路存在較大差異,需要探究適應(yīng)于城軌線路的幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。圖2為城軌剛性接觸線導(dǎo)高與速度隨里程變化曲線。

圖2 城軌剛性接觸線導(dǎo)高與速度隨里程變化曲線

2) TB 10461—2019建議將綜合檢測(cè)列車(chē)作為接觸網(wǎng)幾何參數(shù)的檢測(cè)裝備。交辦運(yùn)[2019]17號(hào)也提出了在列車(chē)上安裝幾何參數(shù)檢測(cè)裝置的測(cè)量方法。然而,城軌搭載式檢測(cè)設(shè)備及綜合檢測(cè)列車(chē)的應(yīng)用仍未得到普及,阻礙了城軌接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定,也在一定程度上限制了弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)檢測(cè)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用[23]。

4.2 檢測(cè)技術(shù)

目前,基于圖像處理和激光雷達(dá)掃描的非接觸式檢測(cè)技術(shù)將逐步取代接觸式檢測(cè)技術(shù),成為弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)檢測(cè)的主要手段。對(duì)于圖像處理技術(shù),一般基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)方法,根據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣和圖像匹配方法得到實(shí)際幾何參數(shù),不同之處在于對(duì)于圖像識(shí)別的算法不同。相對(duì)于圖像處理技術(shù),弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)檢測(cè)對(duì)激光掃描雷達(dá)提出了更高的要求,為此,文獻(xiàn)[24]利用最小二乘數(shù)據(jù)擬合方法提高系統(tǒng)的檢測(cè)精度,以實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸線動(dòng)態(tài)高度、拉出值的測(cè)量。此外,文獻(xiàn)[25]基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法,通過(guò)弓頭的慣性測(cè)量結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)接觸線的幾何特征,為弓網(wǎng)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)提供了一種思路。綜上所述,弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)檢測(cè)技術(shù)的研究本質(zhì)上是對(duì)計(jì)算機(jī)處理算法的改進(jìn)和設(shè)備精度的優(yōu)化,可滿足列車(chē)高速運(yùn)行下的檢測(cè)需求。

5 結(jié)語(yǔ)

1) 依據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè),存在適用性不強(qiáng)、實(shí)施性差等問(wèn)題。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn):國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)存在諸多差異,如對(duì)燃弧率的限值規(guī)定不一;城軌采用的剛性接觸網(wǎng)與鐵路采用的柔性接觸網(wǎng)差距較大,現(xiàn)有弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)并不太適用于城軌領(lǐng)域的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè);部分弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)指標(biāo)的計(jì)算較為模糊,如弓網(wǎng)接觸壓力與燃弧率等。

2) 目前,弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)、動(dòng)態(tài)幾何參數(shù)檢測(cè)等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)非接觸式檢測(cè)。非接觸式檢測(cè)比接觸式檢測(cè)方式對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)的影響要小,無(wú)需采取高壓隔離措施;非接觸式檢測(cè)方式可以依托弓網(wǎng)巡檢等照相機(jī)設(shè)備,充分利用檢測(cè)資源,因此,非接觸式檢測(cè)技術(shù)有望取代接觸式檢測(cè)技術(shù),成為未來(lái)弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的主要手段。