鐵路道岔綜合監(jiān)測系統(tǒng)研究

1、鄭鐵科技通訊2/2010信號通信鐵路道岔綜合監(jiān)測系統(tǒng)研究摘要:介紹一種新的鐵路道岔綜合檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)采用模塊識別技術(shù),可智能判斷缺口的狀態(tài),采用低帶寬技術(shù),可長距離傳輸缺口動態(tài)信息。關(guān)鍵詞:道岔;監(jiān)測;技術(shù);徐禎(鄭州鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所河南鄭州450052隨著鐵路高速、高密度行車區(qū)段不斷增加,為確保行車安全,對道岔運(yùn)用質(zhì)量與狀態(tài)穩(wěn)定性要求越來越高。同時,隨著高速繁忙干線電務(wù)維修“天窗”制的全面推行,使得對道岔運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行有效、實(shí)時監(jiān)測尤顯迫切。因現(xiàn)場工作條件惡劣,道岔時常存在不同程度和種類的病害,嚴(yán)重時,會造成道岔轉(zhuǎn)換和鎖閉阻力增大,導(dǎo)致無法正常轉(zhuǎn)換,或不能正常鎖閉與解鎖。如人為調(diào)大轉(zhuǎn)轍機(jī)

2、輸出力矩,可能造成道岔錯誤鎖閉的危險發(fā)生。列車高速通過時,道岔(尤其尖軌承受極大的低頻大振幅和高頻小振幅振動力。如不能有效減振,轉(zhuǎn)轍機(jī)和道岔均將受害,其運(yùn)用狀態(tài)將迅速惡化。目前國內(nèi)大部分轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口的監(jiān)測設(shè)備均為機(jī)械觸點(diǎn)式或光電探測式設(shè)備,由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜,常出現(xiàn)誤報(bào),影響了設(shè)備的正常使用。國內(nèi)有部分道岔阻力監(jiān)測設(shè)備在機(jī)房采集數(shù)據(jù),無法真正消除機(jī)房電源波動和室外長距離電纜電阻隨環(huán)境和電機(jī)工作環(huán)境因素變化影響,使其準(zhǔn)確性和靈敏性受到影響,不能有效測量多機(jī)牽引協(xié)調(diào)性不夠的電機(jī)工作數(shù)據(jù)。本文研究了鐵路道岔綜合監(jiān)測系統(tǒng),它能現(xiàn)場測量道岔轉(zhuǎn)換阻力,實(shí)時、同步監(jiān)測,道岔表示缺口圖像,以及對承受大振動力的道岔

3、振動加速度進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時采集,以做到多項(xiàng)參數(shù)全動態(tài)過程圖像實(shí)時監(jiān)測,較全面地掌控道岔實(shí)際運(yùn)用狀態(tài),提前預(yù)警參數(shù)變化趨勢及異常。一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作流程從圖1中可以看出,系統(tǒng)工作流程如下:1.缺口采集模塊通過安裝在每臺轉(zhuǎn)轍機(jī)上的微型攝像裝置采集缺口區(qū)域的圖像數(shù)據(jù),按主控系統(tǒng)指令,分時間經(jīng)由備用電纜上傳至室內(nèi)主控系統(tǒng)。2.每次每臺道岔的扳動,均能獨(dú)立觸發(fā)阻力采集模塊的傳感器相應(yīng)動作,完成電參數(shù)的采集、轉(zhuǎn)換、計(jì)算與保存,再上傳至主控系統(tǒng)。3.每臺道岔扳動完成后,均能啟動相應(yīng)道岔音視頻采集,并及時上傳至室內(nèi)主機(jī)。4.每次列車通過時,均能自動上傳各振動傳感器數(shù)據(jù),由主控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)分析,得出相應(yīng)數(shù)據(jù)與圖表。5

4、.主控系統(tǒng)可直接監(jiān)視查看某臺轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口動態(tài)音視頻,對道岔扳動全程及列車通過時均可實(shí)時查看。6.主控系統(tǒng)通過系統(tǒng)軟件,將接受的缺19信號通信鄭鐵科技通訊2/2010口圖像、全景圖像、原始轉(zhuǎn)換力矩?cái)?shù)據(jù)、信號設(shè)備開關(guān)量信號及室外溫濕度數(shù)據(jù)分別進(jìn)行識別、運(yùn)算、存儲,同時顯示各種圖像與曲線。如超限,立即報(bào)警(語音、短信,并輸出相應(yīng)控制命令。7.遠(yuǎn)程管理終端可登陸各站機(jī),相應(yīng)操作站機(jī)各項(xiàng)功能,并可遠(yuǎn)程查看站內(nèi)各道岔動態(tài)缺口圖像、動態(tài)振動數(shù)據(jù)和站場全景圖像。二、各模塊主要功能1.缺口采集模塊該模塊主要由數(shù)字?jǐn)z像單元、圖像采集處理單元等組成,能控制和完成圖像的采集、暫存和上傳。2.阻力采集模塊該模塊主要由阻力

5、傳感單元、阻力采集單元等組成,能完成電機(jī)端電參數(shù)的采集、計(jì)算和上傳。3.振動采集模塊該模塊主要由振動加速度傳感單元、振動數(shù)據(jù)處理單元等組成,能完成振動數(shù)據(jù)的采集、暫存和上傳。4.主控系統(tǒng)模塊該模塊主要由工控主機(jī)、短信模塊、語音告警模塊、電源模塊等組成,能配合系統(tǒng)軟件完成主要系統(tǒng)功能和其他輔助功能。三、系統(tǒng)主要特點(diǎn)一是采用圖像模式識別技術(shù),徹底解決采用機(jī)械或光電測量技術(shù)同類產(chǎn)品存在固有不直觀、不可視、高誤報(bào)警的缺陷;二是采用低帶寬傳輸技術(shù),可長距離傳輸音視頻信號,并能在機(jī)房端實(shí)現(xiàn)動態(tài)音視頻流檢測、觀測、記錄道岔設(shè)備的運(yùn)動狀態(tài);三是在道岔現(xiàn)場采集電機(jī)各參數(shù)實(shí)時,上傳計(jì)算道岔阻力的方法可解決機(jī)房端測

6、量固有的準(zhǔn)確性、靈敏性不夠的缺陷。為提高系統(tǒng)綜合性能,新增現(xiàn)場振動采集測量上傳功能,以實(shí)現(xiàn)道岔受振狀態(tài)實(shí)時有效監(jiān)測。本系統(tǒng)主要功能特點(diǎn)如下:1.采用模式識別技術(shù),在鐵路電動轉(zhuǎn)轍機(jī)(S700K、ZD6內(nèi)合適位置安裝紅外攝像設(shè)備,取得正面缺口圖像自動識別測量,可智能判斷缺口處于何種狀態(tài),所測量缺口偏移量誤差小于0.1mm。2.采用低帶寬傳輸技術(shù)(CAN總線加DSL組合,可進(jìn)行長距離(2km傳輸缺口動態(tài)音視頻信息,實(shí)現(xiàn)以普通備用信號電纜達(dá)到2km傳輸8幀/秒和CIF分辨率的音視頻流功能,基本滿足圖像智能識別測量判斷和人工觀測記錄的要求。3.采用在轉(zhuǎn)轍機(jī)旁現(xiàn)場實(shí)時采集電機(jī)電參數(shù)(電壓、電流、功率、功率

7、因數(shù)的方法,計(jì)算電動轉(zhuǎn)轍機(jī)轉(zhuǎn)換阻力。此參數(shù)數(shù)據(jù)消除遠(yuǎn)距離電纜與接點(diǎn)電阻隨機(jī)房電壓、電流、功率、環(huán)境溫度、電機(jī)工作狀態(tài)等綜合因數(shù)變化對電機(jī)輸出力矩影響,阻力最大誤差小于3%或100N。所測功率因數(shù)數(shù)據(jù)可判定多機(jī)牽引道岔每轉(zhuǎn)轍機(jī)的被動輸出力矩的程度。4.在重點(diǎn)轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)安裝低頻響應(yīng) 好!(上接第6頁績考核的不斷強(qiáng)化,使得運(yùn)輸統(tǒng)計(jì)分析工作的工作量和工作難度大幅增加。為此,應(yīng)加大推進(jìn)統(tǒng)計(jì)分析工作現(xiàn)代化的力度,積極開發(fā)各種應(yīng)用程序,改變依靠增加人力、增延作業(yè)時間來提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和分析質(zhì)量的現(xiàn)狀。3.要適應(yīng)高鐵發(fā)展的需求。經(jīng)過多次調(diào)圖,列車品質(zhì)、運(yùn)行速度、貨車重載等方面都得以較大幅度提升。目前在既有線開行25

8、0公里的動車組列車,鄭州局始發(fā)10列、運(yùn)行24列。鐵路的快速發(fā)展也導(dǎo)致運(yùn)輸工作新情況、新問題的不斷出現(xiàn)。隨著鄭西客專的投入使用,要求統(tǒng)計(jì)分析人員必須具備敏銳發(fā)現(xiàn)問題、迅速作出反應(yīng)的能力。(0.5HZ起的微型加速度傳感器,選用高速、高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片,進(jìn)行計(jì)算機(jī)存儲,并通過CAN總線實(shí)時上傳。經(jīng)主機(jī)軟件分析,可實(shí)現(xiàn)道岔受振狀態(tài)實(shí)時有效監(jiān)測。本系統(tǒng)技術(shù)核心部分是圖像模糊識別與自動測量、信號與電源低帶寬長距離傳輸。四、推廣應(yīng)用前景與經(jīng)濟(jì)社會效益分析1.技術(shù)效益分析鐵路道岔牽引轉(zhuǎn)轍機(jī)是實(shí)現(xiàn)道岔正確轉(zhuǎn)換、保證行車安全的重點(diǎn)設(shè)備。轉(zhuǎn)轍機(jī)的表示缺口偏移量、道岔的轉(zhuǎn)換阻力、轉(zhuǎn)轍機(jī)的振動加速度等均需經(jīng)常測試查

9、看。鐵路信號維護(hù)規(guī)則規(guī)定對道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的檢修每月不少于2次,單純的巡視不能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在降低運(yùn)用質(zhì)量的隱患。由于目前鐵路高速、高密度行車區(qū)段不斷增加,對道岔運(yùn)用質(zhì)量與狀態(tài)穩(wěn)定性的要求越來越高。為全面地掌控道岔實(shí)際運(yùn)用狀態(tài)和提前預(yù)警參數(shù)變化趨勢及異常,該系統(tǒng)輔之以站場圖像監(jiān)控,可為科學(xué)養(yǎng)護(hù)道岔提供有效手段。鐵路道岔綜合監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)場采集全部信息,具有高準(zhǔn)確性、高靈敏性和實(shí)時性特點(diǎn)。缺口監(jiān)測分機(jī)采用CAN傳輸動態(tài)音視頻模塊,在自動測量缺口偏移量的同時,通過特有傳輸技術(shù)上傳動態(tài)音視頻流,記錄列車通過時的晃動狀態(tài)與聲響,等同人工開蓋查看。阻力監(jiān)測分機(jī)可實(shí)時準(zhǔn)確測量轉(zhuǎn)換過程的電機(jī)功率和功率因數(shù),可準(zhǔn)確

10、判定多機(jī)牽引道岔各轉(zhuǎn)轍機(jī)的存在的多機(jī)輸出力矩不同步的協(xié)同性程度。振動監(jiān)測模塊可實(shí)時有效測量轉(zhuǎn)轍機(jī)受振振動加速度數(shù)據(jù),可測量、分析低頻大振幅(0.5Hz起和高頻小振幅的振動參數(shù),并給出全頻譜圖,為分析判斷轉(zhuǎn)轍機(jī)受振程度提供數(shù)據(jù)依據(jù),并可實(shí)時預(yù)警。2.經(jīng)濟(jì)效益與推廣前景本系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)場后,其特有的缺口圖像和現(xiàn)場阻力實(shí)時同步監(jiān)測功能,可較全面、實(shí)時掌控道岔實(shí)際運(yùn)用狀態(tài),提前預(yù)警各項(xiàng)參數(shù)變化趨勢和異常,克服人工定期巡視無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)時性和趨勢預(yù)警,大量減少道岔設(shè)備故障,提高運(yùn)輸效率,保障行車安全。車站維護(hù)人員和遠(yuǎn)程電務(wù)段調(diào)度均可查詢各道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)備狀態(tài),對超限預(yù)警的轉(zhuǎn)轍機(jī)狀態(tài)進(jìn)行分析判斷,可基本代替人工日常巡視,提高工作效率,大幅減輕人員勞動強(qiáng)度,大幅提高人員勞動安全