接觸網檢測系統(tǒng)v80

1、成都唐源科技/電氣有限責任公司西南交通大學接 觸 網 檢 測 系 統(tǒng) 產 品 簡 介二一三年公司簡介 現有員工118人，其中博士學歷5人，碩士學歷15人，大專以上人員72人。專業(yè)從事研發(fā)的技術人員45人，占員工總數的38%，一線生產人員37人，占員工總數的31%。公司視人才為生命，高素質的員工隊伍為公司的持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的人才基礎，強大的研發(fā)隊伍為公司的快速成長提供了不竭的生命源泉。企業(yè)簡介 成都唐源電氣有限責任公司成立于2010年11月5日（成都唐源科技有限責任公司成立于2003年），是一家專業(yè)從事高速電氣化鐵路和城市軌道交通接觸網、軌道、限界檢測以及鐵路供電信息化產品的研制、生產、銷售及

2、服務的高科技企業(yè)。公司注冊資本2000萬元，總部位于成都市武侯工業(yè)園北端“西部智谷”。技術團隊企業(yè)宗旨及目標 以 “以雄厚的技術實力、先進的技術手段、高效靈活的運行機制以及對質量和信譽不懈追求的精神、為廣大客戶服務”為宗旨，致力于23年內，成為一個國內外領先的鐵路、軌道產品的制造商，為國內外鐵路、地鐵企業(yè)提供先進的接觸網檢測、軌道檢測以及電力管理產品。前 言 接觸網檢測系列產品專門針對電氣化鐵路接觸網檢測設計研發(fā)專門針對電氣化鐵路接觸網檢測設計研發(fā)，用于對被，用于對被測線路檢修后的動態(tài)復核、綜合質量評定及故障診斷。測線路檢修后的動態(tài)復核、綜合質量評定及故障診斷。 。 接觸網檢測系列產品適用于城

3、市軌道交通（地鐵、輕軌、有軌電車）、普城市軌道交通（地鐵、輕軌、有軌電車）、普速鐵路及高速鐵路等電氣化鐵路接觸網檢測。速鐵路及高速鐵路等電氣化鐵路接觸網檢測。目 錄1236載體系統(tǒng)架構技術創(chuàng)新及應用案例展示7國內外技術簡介8成就4主要檢測參數及性能指標5主要功能載 體 車載式接觸網檢測系統(tǒng)的主要載體為25T型標準客車體、接觸網綜合檢測車專用車體、作業(yè)車、160km/h多功能綜合檢修車等。n 接觸網綜合檢測車專用車體n 25T型標準客車體載 體n 作業(yè)車n 160km/h多功能綜合檢修車系統(tǒng)架構圖1 系統(tǒng)結構圖轉到案例展示轉到案例展示創(chuàng)新技術基于機器視覺的非接觸式檢測技術接觸網檢測系統(tǒng)模塊化基于

4、線路及接觸網特征的綜合定位技術基于GPS的接觸網檢測系統(tǒng)GIS模塊基于接觸網檢測參數的超限自動錄像技術基于數字圖像處理的振動補償技術接觸網幾何參數檢測 基于壓力杠桿平衡原理的接觸式檢測u發(fā)展歷程 基于接近開關的接觸式檢測 基于激光雷達的非接觸式檢測 基于機器視覺的非接觸式檢測 基于相機圖像處理的非接觸式檢測系統(tǒng)能準確識別導線、并能自動準確識別導線、并能自動識別承力索、吊弦、定位管等接觸網特征點識別承力索、吊弦、定位管等接觸網特征點。現已運用于重慶地鐵6號線、襄陽金鷹重工研發(fā)的160kmph作業(yè)車、濟南局接觸網檢測車、蘭州局接觸網檢測車、北京局接觸網檢測車及上海地鐵11號線作業(yè)車等項目。圖1 大

5、鐵安裝方式圖2 地鐵安裝方式u基于機器視覺的非接觸式檢測技術國內首家利用線陣相機實現接觸網參數檢測。u 步驟一：圖像識別 目前采用的相機為進口2kHz、2048線掃描頻率線陣相機。其原理主要包括圖像識別、導線計算、值修正幾大部分。 圖像識別主要是將線陣相機掃描的灰度圖像，經圖像增強、圖像變換、圖像濾波、圖像特征點提取等數字圖像處理技術，將目標從背景中分離，并獲取目標所成像在的像素位置，為幾何參數計算提供原始數據來源。其剛柔性圖像識別效果如下圖所示。接觸網圖像處理識別效果（左：柔性、右：剛性）原理u 步驟二：幾何參數值計算 目前，針對我公司產品，接觸網幾何參數計算主要有兩種方式：直線方程法及三角

6、形法。幾何參數計算原理圖 使用直線方程法前，必須建立基準坐標系。目前，我公司系列產品在使用直線方程法時，其計算基準坐標系為車頂中心。 確立基準坐標系后，將相機焦點及步驟一中所識別導線位置，經坐標變換統(tǒng)一為基于上述基準坐標系的坐標值。對于每一個相機存在一個像素位置及一個焦點，兩點即可確定一條直線，并求得標準坐標系下該直線方程。對方式一：直線方程法幾何參數計算原理圖 三角形法主要取兩個相機焦點、及兩相機成像點與各自焦點延長線的交點三點構成任一三角形。相機安裝確立后，兩相機焦點連接線（三角形底邊）即為已知。根據步驟一所取像素點經三角變換即可求取成像點與焦點延長線所在邊與已知邊的夾角。在三角形中，根據

7、三角原理，已知兩角即一邊，即可求出相應三角形的高（導高初始值，為疊加車體基準高度，以焦點連接線為基準），然后求取拉出值。方式二：三角形法任意取兩條直線（不同相機所得）求取其交點，該交點即為目標真實位置點，該交點的水平坐標即為相對車頂中心線的偏移（拉出值初始值）、該點的垂直坐標即為相對于車頂中心線的高度（導高初始值，為疊加車體基準高度）。u 步驟三：值修正 值修正主要通過測試車體振動補償進行修正，其有兩種方式。 補償方式一：機械伺服振動補償技術 以物理連接的形式把軸箱與轉向架相連。檢測過程中，通過自身預處理模塊把車體偏移量以電壓信號的形式傳輸至采集模塊，經抗干擾、濾波等綜合分析處理，實時測試車體

8、運行過程中的偏移量，具有實時、高效、高頻率、高精度等特點。 補償方式二：基于數字圖像處理的振動補償技術 在實時檢測過程中，由于檢測設備安裝在車體上，在檢測車行進的過程中，車體受到車體和轉向架之間的連接彈簧形變、線路不平順等因素的影響，造成車體和鋼軌相對位置發(fā)生變化稱之為“振動偏移”。為提高檢測的實時檢測的精度，借助兩CCD及兩加速度計完成對鋼軌與車體狀態(tài)監(jiān)測，并通過監(jiān)測到的狀態(tài)數據對實時的檢測數據進行振動補償，以得到靜態(tài)時接觸網距離鋼軌頂面的垂直高度和接觸網中心距離兩鋼軌中心的水平距離。曲線段及直線段原始檢測數據及其檢測結果展示檢測效果錨段檢測原始數據及其檢測結果展示隧道段-地面高架線段檢測結

9、果展示地面高架線段-隧道段檢測結果展示地鐵剛性檢測結果展示剛柔過渡（剛性柔性）檢測原始數據及其檢測結果展示剛柔過渡（柔性剛性）檢測原始數據及其檢測結果展示剛性定位柔性定位定位校正（空心框標志為非接觸式識別到的定位信號，實心框為基礎數據庫定位標記）?數據重復性對比?數據重復性對比?大鐵檢測結果 激光雷達以角分辨率0.25對背景做扇面掃描，得到以安裝平面為橫軸的距離輪廓曲線。一般采用的雷達頻率為50Hz。以80kmph速度為例，其橫向間距約9mm，沿車體運行方向間距約40mm，易造成誤掃、漏掃，檢測精度較傳統(tǒng)方式高，但仍不理想。 激光雷達安裝于檢測車車頂中心、受電弓下方。激光雷達通過連續(xù)發(fā)射激光束

10、的方式對被測物體或背景進行二維平面測量。u基于激光雷達的非接觸式檢測技術檢測方式檢測方式雷達雷達相機相機對比項目對比項目檢測視野檢測視野僅能對激光束打到的物體（網線）進行識別和計算可對檢測視野內的所有物體（網線和目標）進行識別和計算檢測頻率檢測頻率激光掃描一般是50Hz1000Hz以上，數據量是雷達的幾十倍，甚至上百倍檢測目標檢測目標對導線以外的其它接觸網特征點識別困難除了導線，還能很好的識別定位管、錨段等接觸網特征點檢測方式（幾何參數）檢測方式（幾何參數）精度精度備注備注接觸式接觸式拉出值拉出值壓力換算壓力換算20mm檢測精度不高，目前仍作為接觸式測量方式使用接近開關接近開關30mm檢測精度

11、不高，現在基本不使用導高導高20mm早起接觸網檢測，現在較少使用雷達雷達10mm目前常用檢測手段，不滿足高精度檢測相機相機10mm新興技術，檢測精度高，目前在重慶地鐵、金鷹重工軌道有限責任公司160kmph作業(yè)車投入使用、濟南局、北京局、蘭州局接觸網檢測車投入使用u機器視覺技術與雷達技術比較機器視覺技術與雷達技術比較 壓力傳感器更換為輕型合金壓力傳感器，減輕受電弓弓頭質量，避免受電弓物理學特性的破壞。四個力傳感器分別安裝在弓頭滑板的兩端，測出的力分別用F1，F2，F3，F4表示，FJ是欲測的弓網間的接觸力，它包含了靜接觸力、受電弓慣性力及空氣動和等，W是滑板重量，m是滑板的當量質量，a是受電弓

12、的加速度。FJ=F1+F2+F3+F4maW0，W和m是固定數值，不需測量，只要測出四個傳感器的F1、F2、F3、F4，用加速度計測出a，則接觸力FJ就可計算出來。接觸力檢測方框圖接觸網動力學參數檢測u弓網接觸壓力弓網接觸壓力 該裝置由加速度傳感器、高壓部放大器變換回路、光通信裝置和低壓部放大變換回路組成。 硬點測量裝置方框圖注：P-S、S-P大規(guī)模集成電路；E/O電-光變換;O/E光-電變換；DPM動態(tài)應變放大器。 加速度傳感器安裝在受電弓弓頭下方，測定受電弓通過接觸網硬點時所受到的沖擊加速度，加速度傳感器輸出電壓信號經過多階濾波網絡進行干擾信號濾除，再經過阻抗匹配網絡進行阻抗匹配，最后由專

13、用高壓高可靠性能集成處理數據采集處理模塊進行高速信號采集并對信號進行數字預濾波處理抑制濾除干擾雜波信號。u硬點（弓網沖擊）硬點（弓網沖擊） 以速度里程信息為基礎，綜合應用軌道移頻信號、LKJ信號的定位方式，從大鐵軌道電路特點出發(fā)大鐵軌道電路特點出發(fā)，有效消除因車輪打滑與蛇形運動等造成的累積誤差，實現接觸網檢測精確定位。該定位方式需業(yè)主方配合我公司定期更新需業(yè)主方配合我公司定期更新LKJLKJ信號信號庫庫，其LKJ有用信息由我公司數據庫軟件自動提取。圖1 軟件自動提取LKJ信號庫有用信息表 蘭州局蘭州局 北京局北京局 青藏公司青藏公司 濟南局濟南局 呼和浩特局呼和浩特局基于線路及接觸網特征點的綜

14、合定位技術u基于線路特征的定位技術基于線路特征的定位技術u 應用應用 通過激光掃描及數字圖像處理技術，獲取定位管、錨段等接觸網特征點，獲取定位管、錨段等接觸網特征點，結合地鐵線路數據庫，通過軟件實現接觸網特征點處自動消除累計誤差，實現結合地鐵線路數據庫，通過軟件實現接觸網特征點處自動消除累計誤差，實現接觸網檢測高精度定位的目的。接觸網檢測高精度定位的目的。以錨段關節(jié)為例，由于地鐵接觸網一般200m存在一個錨段關節(jié)，即約每200m自動消除一次累計誤差。以原基于速度脈沖信號定位方式定位精度為0.2m/km計算，基于雷達識別錨段關節(jié)的接觸網檢測定位設備定位最大誤差約為0.04m，使得接觸網檢測定位精

15、度得到極大提升。圖1 軟件自動提取定位管效果圖u基于接觸網特征點的定位技術基于接觸網特征點的定位技術 接觸網檢測系統(tǒng)GIS模塊主要功能是通過采用GPS信號結合全國矢量地圖為接觸網檢測車實時提供當前所在位置，工作人員可以通過實時跟蹤的地圖清晰的看到當前列車所在位置區(qū)段。解決了原接觸網檢測系統(tǒng)在區(qū)間運行時尤其是夜間運行時，工作人員不清楚當前運行區(qū)段，無法實現初始定位設置以及人工位置修正。 蘭州局接觸網檢測車 北京局接觸網檢測車GIS作業(yè)示意圖基于GPS的接觸網檢測系統(tǒng)GISu 應用應用 傳統(tǒng)錄像系統(tǒng)僅針對被測線路全線路段進行錄像或者不錄像，其錄像數據量龐大，保存及查找極為不便 蘭州鐵路局接觸網檢測

16、車 青藏公司接觸網檢測車圖1 監(jiān)控系統(tǒng)作業(yè)示意圖 鑒于接觸網檢測目的即為發(fā)現接觸網故障及超限狀態(tài)，提出基于接觸網檢測參數的超限自動錄像功能。該功能具備傳統(tǒng)全線錄像功能外，能實時根據檢測系統(tǒng)測試接觸網參數狀態(tài)，并將超限處前后10秒范圍內數據進行保存。具有數據量小、查找及保存方便等特點?；诮佑|網檢測參數的超限自動錄像技術u 背景背景u 創(chuàng)新創(chuàng)新u 應用應用 原接觸網檢測系統(tǒng)中前端數據采集電路板比較分散，系統(tǒng)各功能模塊之間依賴程度高，獨立性不強、維護不方便、上位機工作量大不方便拓展其它功能。 提出分布式數據處理模式，由前端獨立模塊完成對數據的采集與處理，各終端通過以太網進行數據交換，代換采集板卡、

17、信號處理多功能箱，取消電源箱之類的附件，使整個系統(tǒng)變得更整潔，真正實現接觸網檢測系統(tǒng)模塊化，提高其可維護性，同時也使整個系統(tǒng)更穩(wěn)定。 蘭州局接觸網檢測車 北京局接觸網檢測車 160km/h高速檢修綜合作業(yè)車接觸網檢測系統(tǒng)模塊化技術u 背景背景u 創(chuàng)新創(chuàng)新u 應用應用u 基于鏡像信號的自適應濾波、抗微電磁干擾處理技術基于鏡像信號的自適應濾波、抗微電磁干擾處理技術u 專家軟件分析處理技術專家軟件分析處理技術 u 高速字幕合成技術高速字幕合成技術 根據被測信號與干擾信號的統(tǒng)計特性，采用特定算法，將檢測過程中的接觸網電壓及其它干擾信號濾掉，達到抗干擾的目的。 基于專家分析處理的專用軟件包，對檢測數據進

18、行分析、處理，實現接觸網全線路綜合質量評定、故障診斷及多次歷史檢測數據對比。 采用高速字幕合成技術將檢測數據結果與弓網監(jiān)控錄像進行實時字幕合成疊加，并輸出到顯示器，圖文并茂，觀察更直觀。并具備錄像功能，便于事后查詢。 u 兩級隔離技術兩級隔離技術 高壓端采用隔離變壓器供電、光纖傳輸信號，信號傳輸質量高、安全，確保車內設備及操作人員安全。 其它先進技術主要檢測參數及指標主要功能控制功能智能檢測，預留人工干預功能，能隨時預置和更改檢測設備所處的線路位置。人工干預線路位置設置常規(guī)參數設置主要功能檢測功能接觸網停、帶電狀態(tài)下，全天候準確檢測給定接觸網參數。超限數據顯示分相錨段主要功能字幕合成及錄像功能

19、 能實時將各檢測參數疊加到弓網監(jiān)控圖像上，并顯示。錄像系統(tǒng)能將被測線路進行全程錄像，便于事后查詢。主要功能輸出功能能以數據報表、曲線、圖片（JPG、PDF等格式）、Excel數據格式和打?。òㄇ€和數據）的方式輸出。數據記錄表缺陷記錄表曲線保存為圖片格式數據導出Excel格式主要功能專家分析處理功能具有接觸網質量綜合評定、歷史檢測數據對比功能。數據曲線重復性比較歷史數據對比主要功能數據庫管理功能數據庫維護操作簡捷、方便。 數據庫軟件，主要目的數據庫軟件，主要目的建立被測線路檢測線路表外。建立被測線路檢測線路表外。除此之外，除此之外，新增新增LKJLKJ信號庫有信號庫有用信息提取功能，輔助實行

20、用信息提取功能，輔助實行接觸網檢測精確定位（針對接觸網檢測精確定位（針對大鐵）。大鐵）。主要功能其它功能l 預留足夠升級和擴展接口，便于系統(tǒng)升級和功能擴展；l 主機系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定、抗干擾能力強的工控機，其軟硬件配置為我公司當前最先進水平；l 系統(tǒng)界面采用易操作的Windows風格，設計美觀合理、層次清楚、功能齊全；l 計算機軟件實現標準化，兼容性強，方便用戶操作。 案例展示（硬件）重慶地鐵6號線接觸網綜合檢測車圖1 車頂布局圖2 車內布局 重慶地鐵6號線接觸網檢測系統(tǒng)安裝于2012年2月，其采用基于相機圖像處理技術的非接觸式檢測模式，檢測精度高，能識別錨段、定位管等接觸網特征點。 該非接觸式

21、檢測系統(tǒng)由安裝一定角度的2臺線陣相機、LED線性光源及前端預處理嵌入式計算機組成。濟南局接觸網綜合檢測車 濟南局接觸網檢測車始運行于2007年，采用激光雷達檢測模式。2012年3月初大修改造為基于相機圖像處理技術的非接觸式檢測模式。其由4臺線陣相機、LED線性光源及前段預處理計算機組成。圖1 車頂布局作業(yè)車接觸網檢測裝置 作業(yè)車接觸網檢測裝置一般采用雷達進行檢測（金鷹重工160kmph采用相機進行檢測，配置及安裝與濟南局同）。目前，我公司生產的作業(yè)車包括地鐵、大鐵共計數百套。圖1 車頂布局圖2 車內布局其他局接觸網檢測車圖1 車頂布局圖2 檢測室布局圖3 會議室布局國內外技術簡介 目前，做接觸網檢測的廠家，國外應屬德國DB公司、摩爾邁科（MERMEC）公司，國內主要是成都唐源科技/電氣有限責任公司。德國DB公司圖1 德國DB公司非接觸式檢測系統(tǒng)安裝圖國內外技術簡介摩爾邁科（MERMEC）公司圖1 摩爾麥科公司非接觸式檢測系統(tǒng)安裝圖 采用2個線陣相