城市軌道交通接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)探討

張路亞，于悅青，朱勇

（洛陽市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471000）

接觸網(wǎng)的主要功能是通過受電弓為車輛提供電能，以保證車輛的正常運(yùn)作。由于車輛運(yùn)行中受電弓與接觸網(wǎng)處于高速動(dòng)態(tài)摩擦狀態(tài)，弓網(wǎng)匹配關(guān)系復(fù)雜，接觸網(wǎng)在車輛長(zhǎng)期運(yùn)行中可能會(huì)發(fā)生過熱現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致接觸網(wǎng)機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成行駛車輛斷電、網(wǎng)絡(luò)癱瘓等故障，引發(fā)安全事故問題。因此，接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)是車輛檢測(cè)的一項(xiàng)重要任務(wù)，也是車輛安全運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。為了及時(shí)掌握接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、消除事故隱患，必須采用高效準(zhǔn)確的檢測(cè)方式對(duì)接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查，分析接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)是否能滿足車輛運(yùn)營(yíng)要求。基于此，本文探討了城市軌道交通接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，為城市軌道交通行業(yè)接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)提供參考。

1 接觸網(wǎng)測(cè)量方式

1.1 靜態(tài)測(cè)量

該檢測(cè)方法是指測(cè)量接觸懸掛部位的靜態(tài)尺寸，根據(jù)靜態(tài)數(shù)據(jù)來判定實(shí)際參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)之間的差距。在車輛停止運(yùn)行時(shí)，檢修人員協(xié)調(diào)便攜式裝置來測(cè)量接觸線抬升至、高度等各類靜態(tài)參數(shù)，并進(jìn)行對(duì)比分析。靜態(tài)測(cè)量方法可以保證列車運(yùn)行初期接觸網(wǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在根源上減少了事故發(fā)生率，一種最為基礎(chǔ)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，有助于確保機(jī)車行駛安全。但靜態(tài)測(cè)量方案可以保證接觸網(wǎng)幾何尺寸數(shù)據(jù)的客觀性，可以為動(dòng)態(tài)測(cè)量提供參考依據(jù)。

1.2 接觸式檢測(cè)方式

接觸式檢測(cè)要使用結(jié)構(gòu)檢測(cè)裝置、性能檢測(cè)裝置、靈敏檢測(cè)裝置、誤差與線性度檢測(cè)裝置，將這四個(gè)裝置分別安裝到受電弓的四個(gè)測(cè)角部位。

在接觸網(wǎng)和受電弓受流運(yùn)行中，作用在受電弓的頂部位置，這樣受電弓、接觸線之間的壓力會(huì)產(chǎn)生相互作用，形成形變，對(duì)應(yīng)得到弓網(wǎng)兩側(cè)的接觸力。而四個(gè)檢測(cè)點(diǎn)通過形變數(shù)據(jù)可以得出拉出值。接觸式檢測(cè)方案運(yùn)行原理十分簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)全天檢測(cè)，但對(duì)安裝設(shè)備要求較高，增加了后期維護(hù)難度，所以在一定程度上影響了該方法的測(cè)量精度與范圍。

1.3 激光雷達(dá)掃描法

如圖1所示，激光雷達(dá)掃描法作為一種非接觸式檢測(cè)方法，主要是利用了激光反射原理。雷達(dá)激光掃描技術(shù)具有速度快、穿透性強(qiáng)、測(cè)量距離長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。采用計(jì)算機(jī)處理雷達(dá)信號(hào)保證了效率和精度。但是，在列車行駛中，還存在著其他電磁波，可能會(huì)干擾雷達(dá)信號(hào)，在一定程度上會(huì)影響電磁波精度。

圖1 激光雷達(dá)掃描法

1.4 三維圖像測(cè)量法

在實(shí)際應(yīng)用中，接觸網(wǎng)主要是融合了紅外線技術(shù)，可以全天候檢測(cè)接觸線運(yùn)行狀態(tài)。在成本方面，三維圖像測(cè)量方案通過收集圖像信息、經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理、系統(tǒng)分析，從中獲取多項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以取代很多的傳統(tǒng)檢修設(shè)施，減少了裝備投入量，降低了整體檢測(cè)成本和運(yùn)維成本。此外，系統(tǒng)的信息采集和信息處理是兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，在很大程度上提升了計(jì)算精度和效率。隨著計(jì)算機(jī)硬件功能不斷強(qiáng)大，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍也會(huì)更加廣泛（如圖2）。

圖2 三維圖像測(cè)量

1.5 動(dòng)態(tài)測(cè)量法

車輛行駛過程中，運(yùn)行速度、狀態(tài)隨時(shí)都在變化，這也促進(jìn)了動(dòng)態(tài)測(cè)量法的生成，要通過動(dòng)態(tài)采集數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)信息。網(wǎng)軌檢測(cè)車應(yīng)用了非接觸式光學(xué)采集方案，并配合線陣攝像機(jī)三角形檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。動(dòng)態(tài)檢測(cè)對(duì)象是受電弓滑板和接觸線之間的動(dòng)態(tài)接觸力、分布狀態(tài)，對(duì)二者的實(shí)際情況精準(zhǔn)測(cè)量、定量分析，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性。

2 接觸網(wǎng)系統(tǒng)全方位監(jiān)

2.1 全方位檢測(cè)技術(shù)

（1）智能化監(jiān)測(cè)。如圖3所示，接觸網(wǎng)系統(tǒng)全方位檢測(cè)采用了智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以通過監(jiān)測(cè)到受電弓、接觸網(wǎng)相互作用性能，對(duì)二者關(guān)系優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)估，并結(jié)合三維圖像測(cè)量法得到高清錄像以及燃弧監(jiān)控系統(tǒng)，為受電弓、接觸網(wǎng)檢修提供數(shù)據(jù)參數(shù)。整個(gè)智能化系統(tǒng)采用自動(dòng)通電運(yùn)行功能，將所檢測(cè)到數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤中，并自動(dòng)發(fā)布異常數(shù)據(jù)信息，根據(jù)用戶實(shí)際要求定制4G網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，以文件形式存儲(chǔ)到硬盤中。整個(gè)系統(tǒng)由受電弓高清錄像與接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)導(dǎo)高測(cè)量、弓網(wǎng)電弧檢測(cè)、定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。

圖3 接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)框架

（2）安全管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在智能化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，全線車輛配備了受電弓運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)可以分為三類配置，包括高配、中配、低配。其中，高配是指受電弓運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)；中配是受電弓與弓網(wǎng)運(yùn)行關(guān)系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；低配是弓網(wǎng)攝像監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中包括車載設(shè)備、地面數(shù)據(jù)設(shè)備構(gòu)成。車載設(shè)備可以采集、分析原始圖像數(shù)據(jù)的核心，內(nèi)部設(shè)置了車內(nèi)處理單元、車頂采集單元、車底補(bǔ)償單元（高配）；地面服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)核心，主要是對(duì)不同車次、線路對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分別存儲(chǔ)，也可以調(diào)出用作信息查詢和對(duì)比分析。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，通過激光相位掃描設(shè)備獲取剛性接觸網(wǎng)和柔性接觸網(wǎng)導(dǎo)高數(shù)據(jù)，同時(shí)，也可以獲取接觸線垂直距離、水平距離、拉出值等。弓網(wǎng)受流參數(shù)監(jiān)測(cè)主要利用了傳感器，獲取接觸線得動(dòng)態(tài)線高、偏移、硬點(diǎn)、沖擊、接觸力、燃弧性能、電壓、車網(wǎng)側(cè)電流、電位點(diǎn)、跨距監(jiān)測(cè)等，通過高清攝像頭可以獲取精準(zhǔn)信息。接觸網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析通過檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸、管理，對(duì)系統(tǒng)終端歷史數(shù)據(jù)、日常運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接，通過線路名稱、檢測(cè)車號(hào)、行別、起止日程與里程等，獲取接觸網(wǎng)缺陷分布狀況、變化趨勢(shì)等，進(jìn)而得出接觸網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量指數(shù)CQI計(jì)算。

3 結(jié)語

綜上所述，不同接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)方法的特點(diǎn)、優(yōu)劣勢(shì)不同，結(jié)合接觸網(wǎng)實(shí)際檢測(cè)要求和標(biāo)準(zhǔn)，采取有效的狀態(tài)檢修方法，將靜態(tài)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)、接觸式檢測(cè)、非接觸式檢測(cè)等方法組合應(yīng)用，能夠提升接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)性能。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展背景下，接觸網(wǎng)系統(tǒng)全方位監(jiān)測(cè)技術(shù)勢(shì)必會(huì)成為主流，應(yīng)跟上時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，積極采取先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，保證機(jī)車行駛安全。