创新推广项目 | 弓网在线监测系统

本公众号发布的图文只为交流分享

其版权归原作者及网站所有

如有侵权，请后台留言，我们将及时删除

刚性接触网作为牵引供电系统向地铁列车提供电能的主要途径，直接影响着地铁列车的受流质量及牵引供电系统的安全可靠性。因此，实现刚性接触网的在线监测，已成为各个地铁公司的重要工作内容之一。对于刚性接触网的测量，分为静态和动态测量。静态测量，主要是测量接触网的各部分静态尺寸，如接触线高度、之字值、抬升量等。但随着列车速度的提升，仅靠静态测量不足以说明弓网之间的关系，此时，刚性接触网的动态监测就显得至关重要。

弓网相互作用的动态参数主要是以弓网接触力的大小作为评价指标，当弓网接触力为零时，可认为受电弓与接触网之间发生离线。对于弓网接触力的动态测量，国内进行了大量的研制。1987年国内成功研制弓网接触力测量装置，但由于选用的传感器温差性差，因此使用寿命较短；1998年西南交通大学研制了采用多项传感器技术的 JJC-1型接触网检测车，可检测受电弓接触力、接触网导线高度等参数；2009年西南交通大学的吴积钦提出利用加速度传感器对硬点进行检测的方案，目前国内仍多采用此方式。国外如德国、日本等接触网技术较为先进的国家，对于弓网设备的检测也十分重视。上世纪70年代末，德国设计了采用线阵双目摄像机的检测系统，可测量接触网导高，法国设计了特制的受电弓，在受电弓上安装传感器，用于测量弓网接触力；2002年日本研制了923型检测车，可沿线路进行激光扫描，检测弓网、轨道状态等，2004年德国研制了一种采用力传感器的弓网接触力检测车；意大利采用激光照射，利用图像处理技术等进行接触网检测。综上所述，世界各国对于刚性接触网的检测都十分重视。

（1）接触网动态几何参数振动补偿检测技术研究

本系统将2D激光测量技术应用于城市轨道交通接触网几何参数检测领域，分辨率可达0.2mm，结合基于轨平面的动态振动补偿技术，有效降低车体蛇行运动、点头、测滚、垂向振动等对检测结果造成的影响，动态修正后，其检测水平与国际领先水平相当。

（2）弓网燃弧及温度综合检测技术研究

提出了弓网燃弧、温度等弓网受流质量参数的多维度在线检测方法。结合紫外与红外探测技术，通过提取弓网燃弧辐射的特定谱段紫外光，量化燃弧持续时间、燃弧率等关键指标，通过对实时数据的预处理，基于自回归模型构造上述关键指标的连续谱，提出弓网受流性能的多维指标协同评估方法，实现了弓网受流性能在强电弧时的准确检测与在线评估。

（3）电客车高清视频监控技术研究

基于隧道内昏暗、光亮不足的工况，现有成熟光源体积大、光亮不足等问题，存在无法在电客车有限的空间内安装，且无法解决清晰拍摄弓网视频的难题。本系统自主研发了一款高性能光源，解决了目前地铁隧道内弓网视频超长时间成像图像不清的难题，体积小方便安装的难题，行业内优势明显，本技术已在部分国家铁路2C、4C检测装置得到检验和广泛应用，并在地铁所有项目上全面推广。

（4）接触悬挂状态监测技术研究

依据成都地铁刚性和柔性接触网的特点，提出了特有的相机、光源拍摄结构方案，使得所拍摄的图像不仅适应于刚性及柔性接触网，而且图像清晰度高、布局合理，便于后期进行图像的查看。本方案采用4组2500万高清成像模块和2组高速定位点触发模块，实现悬挂定位点高清高速触发成像，从而解决有连续拍摄到触发拍摄的难题。

（5）电客车接触线磨耗检测技术研究

研发了一种接触线定位跟踪图像识别技术，能自动获取接触线的精确图像，采用接触线磨损计算算法，实时测算接触线的残存直径。

（6）车载综合定位技术研究

提出了基于MVB总线技术、RFID无线射频技术的运营车综合定位方法，实现定位累计误差≤2m/km，满足现场缺陷快速定位及查找。

（7）成都地铁现有的生产办公系统接口及报警技术研究

研究了装置检测参数报警机制，并打通了与运营维管系统的接口，实现了弓网在线监测移动化及数字化。主要实现了设备具备第一时间发出故障信息和位置信息的功能，将故障信息能准确无误的发送至成都地铁生产办公系统，并在指定服务端通过web网页服务软件呈现故障信息，通知维护部门及时检修。

在城市轨道交通车辆环保、节能指标体系框架的基础上,对环保、节能评价标准进行划分，并确定了环保、节能的评价指标分为“不适应、基本适应、适应”3个等级，而本项目满足适应的评价指标。

（1）研究并升级了新一代弓网在线监测装置，对系统运行情况和功能上进行完善，提高检测精度并优化检测功能；

（2）研究了电客车高清视频监控技术，实现完整清楚的拍摄刚性区段、柔性区段的弓网运行状态、接触网悬挂装置、支撑装置、绝缘部件、附加悬挂等零部件的视频（或连续图像）；

（3）研究了电客车接触线磨耗和硬点检测的技术，实现对接触线磨耗进行在线测量；

（4）研究了在电客车车顶增加红外热成像技术，实现测量画面内接触线及受电弓滑板温度的测量及报警功能。

（5）研究了与成都地铁现有的生产办公系统接口的数据接入技术及故障报警技术。

（6）鉴于各城市地铁既有线的应用与新建线路的规划，①线路结构的多样化；从刚性接触网到柔性接触网；②供电制式的多样化，从直流到交流供电；③接触线高度的多样化；从接触线高度4040mm到5000mm。本系统适用于各种地铁线路。

2020年6月12日，四川省经济和信息化厅在成都组织专家对弓网在线监测装置进行了新产品鉴定。鉴定委员会听取了项目报告，审查了相关资料，经质询、讨论，形成鉴定意见如下。

该产品利用结构光、紫外光、红外光等多源信号和深度学习等技术，研制了以电客车为载体的弓网在线监测装置，实现了动态几何参数、接触线磨耗、弓网燃弧、弓网接触温度、弓网运行状况、硬点和接触网零部件状况的实时在线监测。其主要创新点如下:

（1）提出了一种接触线断面巡视技术，解决了弓网接触光带、接触线硬弯、灼伤、异常磨耗等特征的在线监测与智能提取问题;

（2）提出了一种电客车在线检测缺陷位置精准综合定位技术，有效提高了缺陷位置定位的准确性;

（3）提出了一种不同检测频率下多种数据的配准分析方法，实现了多源数据融合与关联分析。

经用户使用，该产品能及时发现弓网故障隐患，可为城市轨道交通弓网提供预防性维护依据和故障发生后可追溯的数据;具有良好的社会和经济效益。

综上所述，鉴定委员会认为该产品达到国际先进水平，同意通过新产品鉴定。

弓网在线监测装置已在成都、合肥等城市地铁上实现应用，该装置运行稳定，达到了刚性导高±5mm，刚性拉出值±10mm，燃弧持续时间±1ms，视频像素200万等指标，满足弓网监测需求。

截至2019年6月30日，我国大陆地区已有37座城市开通运营城市轨道交通线路194条，总里程5832公里，车站3970座。同时，还有在建线路206条（段），总里程5148公里，车站3175座。未来一段时间，仍将是城轨交通建设集中、运营规模迅速扩大的重要时期。目前国内每年有45-50条新建地铁线路开通，按每两条线配置一套设备，若每套设备预估市场价300万计算，则目前每年全国市场新增需求约为2亿元。

2.3与国内外同类产品或技术的竞争力分析，成果产业化前景分析

接触网与受电弓之间的良好匹配关系，是确保城市地铁车辆能够有效取流的重要条件。弓网关系匹配不当，将会影响到地铁车辆受流时的稳定性，导致弓网之间故障，甚至会造成恶性的弓网事故发生。

接触网状态检测装置一般可分为四种：便携式检测装置、定点在线监测装置、专用车载检测装置和车载在线检测设备。

便携式检测装置靠人工单点测量，测量精度、工作效率、工作持续时间等都有很大的限制，只适合普通检修作业时进行复核测量；定点在线监测装置，对接触网的一些特殊区段或关键节点进行定点监测，其缺点是无法对全线接触网进行监测；专用车载检测装置一般安装在接触网作业车、接触网检测车等特殊车辆上，虽然可以实现对全线接触网的检测，但其检测间隔时间长，因此缺乏对接触网各类工况下工作状态的实时性把握，而且由于专用车辆在车辆长度、车辆重量、运行速度、弓网相互作用、取流等方面的工作状态与正常运营车辆是不同的，其检测结果通常难以真实反映运营状态下的弓网相互作用关系，在弓网燃弧的动态检测上更是无法实现。国内尚无类似电气化铁路的车载在线检测装置进入运营线路实际运行。安装的弓网视频监控装置仅仅能够进行视频监控，无法完成故障自动报警功能，及对应的软件分析功能。本装置采用技术整体处于国内领先国际先进的水平，能及时发现弓网故障隐患，可为城市轨道交通弓网提供预防性维护依据和故障发生后可追溯的数据，极具推广应用价值。同时，本项目产品还可进一步向大铁、高铁等领域进行推广，具有广阔的产业化前景。

（1）弓网在线检测监测系统，安装在运营电客车上，在载客的同时实现检测，对预防和减少弓网事故、保证行车安全起到了积极作用，同时也增强了电气化铁路自身的声誉，是一套非常实用和有效的弓网状态检测设备，具有良好的经济和社会效益。

（2）丰富与发展了检测监测、服役性态评估等关键技术与理论；实现弓网系统综合检测监测成套技术与装备的自主创新，推动了行业科学技术进步。 

（3）保障了高速铁路安全运营，提供了修程修制改革载体，为接触网工从“蓝领”向“白领”转变奠定了装备基础。

（消息由城市轨道交通网CCRM综合整合，文章来源于中国土木工程学会轨道交通分会，涉及版权请联系删除，如有转载请标明出处）