軌道交通轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測系統(tǒng)研究

摘 要：軌道交通電動轉(zhuǎn)轍機(jī)時常因表示缺口超限而產(chǎn)生轉(zhuǎn)轍機(jī)斷表示故障，導(dǎo)致影響列車運行安全及運輸效率的提高。課題組針對這一現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有檢測手段，與沈陽地鐵展開聯(lián)合攻關(guān)，為轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口的在線智能檢測提供解決方案。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)轍機(jī)；表示缺口；檢測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.115

1 引言

轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口超限將直接影響著軌道交通的行車安全和運輸效率，而其表示缺口的檢測一直是轉(zhuǎn)轍機(jī)維護(hù)中的薄弱環(huán)節(jié)。據(jù)沈陽地鐵通號中心統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：沈陽地鐵一、二號線在 2017年度累計共發(fā)生轉(zhuǎn)轍機(jī)故障15次，而15次均為轉(zhuǎn)轍機(jī)失表故障，而其中因缺口問題造成的故障占總故障的1/3。

目前地鐵對道岔及轉(zhuǎn)轍機(jī)的日常維護(hù)主要依靠人工進(jìn)行定期或者不定期的檢查，而其檢測手段以人工目測為主?，F(xiàn)場轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口的維修調(diào)整還停留在以傳統(tǒng)手工調(diào)試的方式進(jìn)行，其過程繁瑣、時間偏長、效率低下[1]。為此，實現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口的在線檢測（由故障修到狀態(tài)修），成為亟待解決的課題。

2 目前常用的轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測方式

因轉(zhuǎn)轍機(jī)始終工作在密封封閉狀態(tài)，無法對其直接監(jiān)測，只能采用自動化智能化手段。

傳感器按測量方式有直接測量和間接測量；按安裝位置有內(nèi)置式和外置式；按輸出變量類型有模擬式和開關(guān)式；按原理劃分有機(jī)械式、光電式等。目前常用的轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測方式主要有兩種：

（1）碰珠式。碰珠式缺口檢測采用的是機(jī)械式開關(guān)量傳感器來直接測量，在電動轉(zhuǎn)轍機(jī)檢查柱的兩側(cè)各嵌裝1個弧狀物—碰珠，當(dāng)缺口間隙小于限定值時，碰珠與檢查塊接觸，構(gòu)成回路并形成報警[2]。此種方式成本較低、穩(wěn)定可靠，不受溫度濕度等環(huán)境因素的干擾，缺點是只能定性檢測，不能將間隙量化，同時易受機(jī)械振動和磨損的影響。

（2）光電式。光電式缺口檢測采用的是非接觸式檢測方法，以不同的缺口間隙大小所通過的光信號，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，從而實現(xiàn)缺口間隙的間接測量。此種方式檢測精度較高、報警準(zhǔn)確可靠，缺點是基準(zhǔn)位置調(diào)整復(fù)雜，易受灰塵影響和電磁環(huán)境的干擾。

3 未來主流的轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測方式—基于圖像識別處理技術(shù)

國內(nèi)現(xiàn)有轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口系統(tǒng)大都使用開關(guān)量、模擬量來檢測缺口大小，都不同程度地存在檢測精度低、檢測誤差高、調(diào)整無指示、安裝施工難、維護(hù)工作多、系統(tǒng)兼容差、傳輸速率低等諸多情況[3]。轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口監(jiān)測系統(tǒng)不僅要能準(zhǔn)確地動態(tài)監(jiān)測其間隙的大小，而且要能從視覺上更直觀地觀察到其間隙的狀態(tài)，隨著圖像識別處理技術(shù)以及計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口的視頻圖像檢測方式為解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測存在的問題提供了解決方案。

首先，基于圖像識別處理技術(shù)的轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測方式，采用相對基準(zhǔn)測量方法， 在視頻缺口傳感器拍攝范圍內(nèi)在對應(yīng)的表示桿上粘貼測量靶標(biāo)，將產(chǎn)生的偏移量利用圖像識別處理技術(shù)來計算出實際表示缺口的偏移量，從而完成對轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口的智能在線檢測。

其次，基于圖像識別處理技術(shù)的轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測方式，具有其檢測精度高、檢測誤差低、調(diào)整有指示、安裝施工易、維護(hù)工作小等諸多特點。

最后，基于圖像識別處理技術(shù)的轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測方式，由于其具有較強(qiáng)的兼容性，利于日后的升級、改造。

4 軌道交通轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計

經(jīng)過充分地調(diào)研論證，本系統(tǒng)的實物搭建，將切實利用現(xiàn)有教學(xué)條件，聯(lián)鎖設(shè)備實訓(xùn)室、轉(zhuǎn)轍機(jī)實訓(xùn)室、PLC實訓(xùn)室等等，采用現(xiàn)有先進(jìn)的基于圖像識別處理的檢測技術(shù)，來研制轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口監(jiān)測系統(tǒng)樣機(jī)的搭建，經(jīng)測試驗證的安全認(rèn)證后，不但可以實際應(yīng)用到城市軌道交通通號中心下的車輛段工班和正線工班的日常工作中，而且還可以應(yīng)用到學(xué)校專業(yè)理論課程教學(xué)以及實訓(xùn)課程教學(xué)中去，以達(dá)到產(chǎn)學(xué)研用一體化的校企協(xié)同育人效益。其設(shè)計思路的總體架構(gòu)如圖1所示。

（1）城市軌道交通轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口偏移量的檢測，采用的缺口圖像傳感器設(shè)備，其檢測精度≤0.1mm（檢測范圍在0～10mm），這樣，便能精確地檢測出表示缺口的大小。同時表示桿上所設(shè)測量靶標(biāo)為即時黏貼式，避開了轉(zhuǎn)轍機(jī)油污對檢測標(biāo)志的影響。

另外，通過加裝的電壓/電流傳感器，可以實時獲得轉(zhuǎn)轍機(jī)的電壓、電流數(shù)據(jù)，以便信號維護(hù)人員能夠及時掌握轉(zhuǎn)轍機(jī)的實時工況，輔以在第一時間內(nèi)做出準(zhǔn)確的判斷；通過加裝溫濕度傳感器，可以實時獲得轉(zhuǎn)轍機(jī)的溫度、濕度數(shù)據(jù)，以便信號維護(hù)人員能夠及時了解轉(zhuǎn)轍機(jī)各部件的工作環(huán)境是否適合。

（2）城市軌道交通轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口偏移量的采集，采用的檢測數(shù)據(jù)采集機(jī)設(shè)備，其帶有直觀地檢測數(shù)據(jù)顯示功能，將給在室外作業(yè)的信號維護(hù)人員帶來極大的便利，減少人為（人工誤判）、光線（夜間檢修）、時間等因素的干擾和影響。

（3）城市軌道交通轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口偏移量的傳輸，利用現(xiàn)有傳輸技術(shù)（電力載波技術(shù)和CAN總線技術(shù)），但電力載波技術(shù)因電力線本身固有的脈沖干擾以及對載波信號造成高削減等自身缺點，需加多種防護(hù)，優(yōu)點是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)；而CAN總線技術(shù)需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，則對于既有線路而言，其備用芯線數(shù)量是應(yīng)考慮的問題。

（4）城市軌道交通轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口偏移量的預(yù)警，實時分析處理采集分機(jī)傳來的數(shù)據(jù)，當(dāng)其表示缺口的偏移量在≥2.5mm、≤0.5mm，具備超限聲光預(yù)、報警功能，及時通知信號維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場處理故障。

（5）城市軌道交通轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測系統(tǒng)安全，系統(tǒng)設(shè)備安裝不需更改轉(zhuǎn)轍機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。機(jī)械設(shè)計采用多重安全措施，電路設(shè)計采用隔離方式。

5 結(jié)語

通過分析研究轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口檢測方式，采用先進(jìn)的基于圖像識別處理技術(shù)的轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口智能檢測系統(tǒng)，經(jīng)測試驗證的安全認(rèn)證后，可應(yīng)用在沈陽地鐵一、二號線的信號檢修一線。

參考文獻(xiàn)：

[1]王歆鈺.轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測技術(shù)在南京地鐵道岔斷表示故障預(yù)防中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2014，17（12）：107-111.

[2]盛香山，翁國興，李維儒.ZQB-2004型轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口監(jiān)測報警系統(tǒng)[J].鐵道通信信號，2005，41（05）：30-31.

[3]張富春.轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口視頻監(jiān)測系統(tǒng)[J].鐵道通信信號，2017

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遼寧省交通高等?？茖W(xué)校2017年度技術(shù)應(yīng)用型科研項目，項目名稱：《城市軌道交通轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口的監(jiān)測研究》，項目編號lnccjyky201705

作者簡介：趙明國（1987-），遼寧人，研究生，講師，從事城市軌道交通控制研究。