直拍轉(zhuǎn)轍機表示缺口監(jiān)測系統(tǒng)的應用

王 春 范開堂

目前，全路列車運行速度不斷提高，運行密度也在逐步加大，對信號設備質(zhì)量提出了更高的要求。據(jù)統(tǒng)計，全路道岔設備故障占信號設備故障的60%左右，而導致道岔故障的主要原因是由缺口變化的發(fā)現(xiàn)、調(diào)整不及時造成的。為此，對道岔缺口進行實時監(jiān)測并及時調(diào)整尤為重要。

哈大高鐵正式運營后，于2013年7月在各工區(qū)安裝了ZQJ－01轉(zhuǎn)轍機缺口監(jiān)測報警系統(tǒng) （Ⅲ型） （以下簡稱系統(tǒng)），成功實現(xiàn)了對缺口的監(jiān)測，大大減少了道岔設備的現(xiàn)場維修次數(shù)，減少了上道作業(yè)時間，實現(xiàn)了從上道檢查到室內(nèi)遠程檢查的跨越。

該系統(tǒng)采用紅外數(shù)字攝像頭直拍缺口圖像，由圖像采集處理器直接對原始圖像進行處理和特征參數(shù)提取、計算，從而實現(xiàn)對表示桿缺口偏移量或缺口大小的精確監(jiān)測。系統(tǒng)自動拍攝道岔扳動過程、過車振動視頻，同時，還監(jiān)測轉(zhuǎn)轍機振動加速度、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，通過通信線路實時傳送到機械室或信號工區(qū)值班室內(nèi)的終端上。通過直播命令，在室內(nèi)就能非常直觀地看到轉(zhuǎn)轍機缺口的實時圖像或視頻。工區(qū)還可以隨時查看既往圖像或視頻，為現(xiàn)場維修提供可靠依據(jù)。

1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

如圖1所示，系統(tǒng)主要由室內(nèi)、室外設備和傳輸網(wǎng)絡組成，包括五部分：缺口視頻監(jiān)測站機、缺口通信主機、網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡分機、圖像采集處理器。系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡使用4芯電纜 （兩對信號線），一對用于提供220V交流電，另一對用于數(shù)據(jù)傳輸。電纜走向：信號機械室至各方向盒之間，要求有4芯電纜 （其中2芯須雙絞）；方向盒與各24盒間使用4芯線；各24盒與轉(zhuǎn)轍機亦增設4芯線。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

1．1 缺口視頻監(jiān)測站機

安裝于信號機械室的缺口視頻監(jiān)測站機，通過轉(zhuǎn)轍機缺口視頻監(jiān)測軟件，接收并存貯自缺口通信主機上傳的轉(zhuǎn)轍機缺口圖像、視頻、振動加速度、溫度、濕度等數(shù)據(jù)；用戶通過缺口視頻監(jiān)測站機可以查看實時缺口圖像、轉(zhuǎn)轍機扳動視頻、道岔過車視頻、缺口日圖片、缺口日視頻、扳動后曲線、缺口日曲線、溫度、濕度、振動加速度曲線。監(jiān)測站機既可以通過以太網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程終端查看，提高管理、運維效率，還可以通過以太網(wǎng)接入信號微機監(jiān)測系統(tǒng)，通過與監(jiān)測廠家的專有協(xié)議，實現(xiàn)相關(guān)缺口數(shù)據(jù)的上傳，實現(xiàn)并行監(jiān)測。

1．2 缺口通信主機

缺口通信主機安裝于信號機械室，是提供監(jiān)測站機與監(jiān)測點設備間雙向數(shù)據(jù)通信與供電的通信控制設備。根據(jù)站內(nèi)道岔電纜的數(shù)量，分為8路、16路和24路3種型號。

1．3 網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換器

網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換器安裝在方向盒固定樁上或?qū)ＴO的HZ24盒內(nèi)，與通信主機使用ADSL通信，與網(wǎng)絡分機之間使用載波通信，主要完成通信主機與網(wǎng)絡分機之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換器距離通信主機一般不大于5000m，網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換器距離最遠的轉(zhuǎn)轍機應不大于500m。

1．4 網(wǎng)絡分機

網(wǎng)絡分機安裝于轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)轍機型號設計了不同的安裝結(jié)構(gòu)，它負責接收通信主機傳來的數(shù)據(jù)，并將圖像采集處理器采集的數(shù)據(jù)傳送到通信主機，同時，為圖像采集處理器提供直流12V電源。

1．5 圖像采集處理器

圖像采集處理器安裝在轉(zhuǎn)轍機內(nèi)缺口上方的合適位置，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)轍機型號也設計有不同的安裝結(jié)構(gòu)。它負責采集轉(zhuǎn)轍機缺口位置圖像、視頻、溫度、濕度、振動加速度數(shù)據(jù)信息，并將所有數(shù)據(jù)傳至網(wǎng)絡分機的通信模塊，再由通信模塊上傳到網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換器或室內(nèi)主機。圖像采集處理器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 圖像采集處理器結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)功能

直接拍攝轉(zhuǎn)轍機缺口圖像，進行圖像分析處理后，系統(tǒng)得到缺口大小數(shù)值和定、反位位置信息，根據(jù)已經(jīng)設置好的缺口預報警限值，判斷處理后給出超限預報警信息。除了基本的缺口監(jiān)測功能以外，系統(tǒng)還具有以下擴展功能：

1．自動采集記錄道岔扳動過程和過車振動視頻，給出最大框動量。

2．監(jiān)測轉(zhuǎn)轍機過車振動加速度、溫度、濕度數(shù)據(jù)，根據(jù)需要啟動預報警功能。

3．記錄并存儲缺口數(shù)值、振動加速度、溫濕度數(shù)據(jù)，繪制相關(guān)曲線，顯示缺口狀態(tài)及其變化過程。

4．通過TCP／IP實現(xiàn)遠程終端聯(lián)網(wǎng)查詢。

5．通過TCP／IP將缺口信息接入各廠家信號微機監(jiān)測系統(tǒng)。

6．通過對缺口大小、溫度數(shù)據(jù)進行趨勢智能綜合分析，給出分析結(jié)論，供相關(guān)維護人員參考。

系統(tǒng)性能技術(shù)指標：缺口監(jiān)測精度0．1mm，缺口監(jiān)測范圍0～10mm，圖像分辨率0．03mm，網(wǎng)絡方式時傳輸距離可達5km＋500m，網(wǎng)絡方式時傳輸速率2Mb／s，視頻網(wǎng)絡30幀／s（480×480），每臺通信主機帶分機總數(shù)量≤249臺。

3 系統(tǒng)特點

哈大高鐵應用該系統(tǒng)兩年多以來，綜合維護管理人員對該產(chǎn)品的使用意見，總結(jié)該系統(tǒng)的主要特點如下：

1．視頻缺口監(jiān)測圖像清晰、直觀。系統(tǒng)的直拍缺口 （直接拍攝轉(zhuǎn)轍機缺口），比現(xiàn)場肉眼觀測更精細。根據(jù)缺口圖像，系統(tǒng)自動計算出缺口偏移量大小，精度高。如有報警出現(xiàn)，可以立即查看圖像驗證，準確直觀，有效排除誤報。

2．實時性好。系統(tǒng)通過分路傳輸，有效地緩解了網(wǎng)絡帶寬不足的問題，一般情況下能夠?qū)崟r看到5min以內(nèi)的缺口照片。通過軟件直播功能，更是能夠達到現(xiàn)場直播的視頻效果。

3．直觀顯示道岔缺口扳動過程。扳動視頻自動記錄道岔扳動過程，為信號工了解轉(zhuǎn)轍機缺口的動態(tài)質(zhì)量狀況提供了依據(jù)。

4．動態(tài)顯示缺口大小。過車視頻能自動采集火車通過時的缺口視頻錄像，清晰分析出動態(tài)缺口大小，準確反映了道岔的運行狀態(tài)，為工電聯(lián)合整治提供了依據(jù)。

5．聯(lián)網(wǎng)簡便，管理方便。根據(jù)管理需要，利用既有通信網(wǎng)使沿線各站實現(xiàn)了車間、電務段遠程監(jiān)控，及時掌握各站道岔轉(zhuǎn)轍機缺口的運行狀態(tài)，指導工區(qū)及時維護。

6．檢修監(jiān)測功能助力現(xiàn)場維護。系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)對指定轉(zhuǎn)轍機缺口進行檢修狀態(tài)下的快速監(jiān)測，對現(xiàn)場轉(zhuǎn)轍機缺口整治、檢修提供了很好的輔助手段。

4 哈大高鐵應用情況

該系統(tǒng)2013年7月在哈大高鐵全面應用，共9站446臺轉(zhuǎn)轍機，其中ZDJ9機型410臺，S700K機型36臺。工區(qū)維護人員及相關(guān)管理人員每天都對各轉(zhuǎn)轍機缺口照片進行定時瀏覽、觀看相關(guān)視頻信息、缺口曲線。在各車間、電務段都安裝了缺口遠程監(jiān)測終端，要求工區(qū)和車間相關(guān)技術(shù)人員定時現(xiàn)場和遠程觀察，實現(xiàn)了對道岔缺口的全方位監(jiān)控。

出現(xiàn)預報警信息后，及時查看、校對和處置，成功解決了缺口可能出現(xiàn)的問題，大大減少了工區(qū)人員上道檢查缺口的時間。特別是遇到?jīng)]有 “天窗”或惡劣天氣時，系統(tǒng)更能顯示出優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，2014年哈大高鐵各站道岔缺口監(jiān)測瀏覽記錄，現(xiàn)場發(fā)揮作用的典型案例上百次，具體案例如下。

應用案例1：重點檢查，開展針對性檢修?！疤齑啊毙耷?，通過瀏覽缺口變化，全年共發(fā)現(xiàn)道岔缺口變化137次，及時納入 “天窗”修檢修計劃進行調(diào)整，消除了由于缺口變化所引起的設備故障。

應用案例2：認真分析，實施計劃性調(diào)整。日常通過瀏覽道岔缺口曲線動態(tài)變化，觀察扳動視頻、過車視頻，發(fā)現(xiàn)道岔密貼調(diào)整不當引起的缺口變化13起，道岔桿件松動引起的缺口變化2起，溫度引起的道岔缺口變化6起。經(jīng)過及時調(diào)整相關(guān)設備，避免了因道岔缺口問題對行車的干擾。

應用案例3：深度瀏覽，發(fā)揮時效性作用。雨季、雪天通過瀏覽電動轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部桿件積水、上霜情況，解決電動轉(zhuǎn)轍機進水7臺，上霜12臺。成功處置了電動轉(zhuǎn)轍機進水問題。

應用案例4：缺口報警信息及時處置，成功避免缺口故障。系統(tǒng)報警功能主要在應對突發(fā)的設備故障方面起到了關(guān)鍵作用。全年發(fā)生缺口報警11次，通過人工復核，確認缺口變化8次，原因是由于現(xiàn)場施工等造成道岔缺口異常變化。通過實施緊急處置，避免了因缺口故障影響行車。

5 結(jié)束語

ZQJ－01轉(zhuǎn)轍機缺口光電監(jiān)測報警系統(tǒng) （Ⅲ型）通過直拍缺口的方式監(jiān)測缺口變化，是人工智能在鐵路信號監(jiān)測領(lǐng)域的創(chuàng)新應用。系統(tǒng)監(jiān)測直觀、可靠，功能完善。在哈大高鐵成功應用2年多以來，減少了維護人員的上道時間，提高了道岔維護效率，減少了道岔表示故障的發(fā)生，為鐵路運輸安全發(fā)揮了作用。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．鐵運［2008］142號，鐵路信號維護規(guī)則技術(shù)標準［S］．北京：中國鐵路出版社，2008．

［2］ 中華人民共和國鐵道部．運基信號［2003］49號文．關(guān)于公布轉(zhuǎn)轍機表示缺口監(jiān)測報警系統(tǒng)技術(shù)條件及試驗安排的通知［S］．2003，2．

［3］ 仲峰，吳文頗，吳繼友．ZQJ－01型轉(zhuǎn)轍機缺口監(jiān)測報警系統(tǒng)［J］．鐵路通信信號，2004（9）：8．