接觸網(wǎng)風(fēng)偏檢測(cè)方法可行性分析

夏煜基

摘要：鐵路接觸網(wǎng)安全，特別是對(duì)于接觸網(wǎng)的防風(fēng)安全，對(duì)保障鐵路人身與財(cái)產(chǎn)安全至關(guān)重要，必須重視接觸網(wǎng)防風(fēng)安全問題。因此，為風(fēng)區(qū)惡劣氣候?yàn)楸尘?，探究?duì)接觸網(wǎng)偏移量檢測(cè)技術(shù)方法，通過對(duì)比分析不同的檢測(cè)方法為風(fēng)區(qū)電氣化鐵道接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；接觸網(wǎng)供電；風(fēng)偏；檢測(cè)引言

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.33.091

1前言

我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)，途徑地域廣，高速鐵路列車運(yùn)行在不同的環(huán)境下，受到不同風(fēng)向、風(fēng)速大小的脈動(dòng)風(fēng)沖擊，接觸線索產(chǎn)生振動(dòng)或舞動(dòng)，或者出現(xiàn)大幅度擺渡，這對(duì)于列車行駛安全造成巨大沖擊，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致弓網(wǎng)離線、刮弓和鉆弓等事故。在我國(guó)西北地區(qū)，例如蘭新線，惡劣大風(fēng)對(duì)鐵路設(shè)施造成巨大損害，同時(shí)嚴(yán)重影響電氣化線路行車安全。

接觸網(wǎng)為高速電氣化鐵路提供了動(dòng)力支持，由于其特殊的作用，畢竟降低接觸網(wǎng)的事故發(fā)生率，加強(qiáng)對(duì)接觸網(wǎng)的檢測(cè)，接觸網(wǎng)檢測(cè)原理可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量方法。國(guó)外等國(guó)家依據(jù)其不同的鐵路運(yùn)行特點(diǎn)與運(yùn)行環(huán)境，在大量接觸網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，形成各有特色的檢測(cè)方式。在接觸式檢測(cè)系統(tǒng)，多數(shù)的檢測(cè)方式借鑒于德國(guó)的檢測(cè)系統(tǒng)。非接觸式檢測(cè)系統(tǒng)中，典型的非接觸式檢測(cè)方法有超聲波測(cè)量法、激光掃描法和機(jī)器視覺檢測(cè)法。我國(guó)的接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)展較晚，通過借鑒德國(guó)的檢測(cè)技術(shù)，以我國(guó)鐵路運(yùn)行特征出發(fā)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)平臺(tái)的信息交換將接觸線拉出值及高度參數(shù)實(shí)時(shí)顯示于用戶界面。

本文重點(diǎn)對(duì)比兩種檢測(cè)方式——位移量及扭轉(zhuǎn)角檢測(cè)，分析兩種檢測(cè)方法的原理、手段、特性以及適用范圍，為尋找適合不同運(yùn)行環(huán)境，高性價(jià)比的檢測(cè)方式提供參考。

2位移量檢測(cè)方法可行性分析

2.1拉線式位移傳感器檢測(cè)方法

電氣化鐵路系統(tǒng)中應(yīng)用拉線式位移檢測(cè)方法較多，通過圖1可知，外界環(huán)境對(duì)傳感器接觸探頭產(chǎn)生機(jī)械位移，通過傳感器內(nèi)部的函數(shù)關(guān)系，在傳感器輸出端產(chǎn)生電壓或者電流輸出，將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行傳輸，這種檢測(cè)方式原理簡(jiǎn)單與設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，同時(shí)對(duì)檢測(cè)裝置的要求也較低，因此使用范圍較廣，應(yīng)用領(lǐng)域也較多。但是在大風(fēng)環(huán)境下，特別是極短惡劣的風(fēng)沙環(huán)境下，傳感器的檢測(cè)精度不高，傳感器絕緣性降低，同時(shí)量程也受到考驗(yàn)；電位式傳感器易磨損、分辨力差、高頻特性差，對(duì)周邊環(huán)境的抗電磁干擾特性較弱，這都影響其在風(fēng)區(qū)使用的可靠性與可行性。

2.2雷達(dá)測(cè)距檢測(cè)方法

雷達(dá)測(cè)距在日常生活中應(yīng)用較為廣泛和成熟，雷達(dá)內(nèi)部裝有發(fā)射器與接收天線，接收天線接收發(fā)射器發(fā)出的電磁波信號(hào)，通過內(nèi)部處理器計(jì)算出雷達(dá)與目標(biāo)的記錄。雷達(dá)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的全時(shí)性，無論白天或者黑夜，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的全天性，無論云、雨和霧等氣候的變化，是一種成熟的技術(shù)；同時(shí)，雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用成本較高，一般需要多臺(tái)設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，在大風(fēng)環(huán)境下易受到電磁波信號(hào)的感染，其測(cè)量結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性大大降低。

2.3激光測(cè)距檢測(cè)方法

激光測(cè)距原理如圖2所示，檢測(cè)方式與雷達(dá)系統(tǒng)類似，不同點(diǎn)在于激光較電磁波信號(hào)具有更高的準(zhǔn)確性與可靠性，通過檢測(cè)反射得到的激光信號(hào)，可以迅速、準(zhǔn)確的得知目標(biāo)所在位置；激光檢測(cè)裝置一般體積較小，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在長(zhǎng)距離應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用較多，在電氣化鐵路領(lǐng)域中，檢測(cè)目標(biāo)多為圓形小截面的接觸線索，同時(shí)大風(fēng)對(duì)激光信號(hào)的傳輸與接收造成一定的影響，這將大大降低檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此激光檢測(cè)方式在風(fēng)偏運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的可行性較低。

2.4計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)方法

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)龐大數(shù)據(jù)的迅速處理與傳輸，實(shí)現(xiàn)二維圖像提取三維環(huán)境信息，并以此判斷出目標(biāo)的幾何信息，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與城市，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的檢測(cè)速度與精度大幅度提升，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，稱為位移量檢測(cè)技術(shù)中頗具發(fā)展?jié)摿εc前景的技術(shù)。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的檢測(cè)入口為高清相機(jī)，計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行迅速處理，通過圖像分離、分割等技術(shù)，將圖像中的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，變化為人們需要的距離、位移、形狀和速度等信息；伴隨紅外攝像技術(shù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)方法受環(huán)境變化的干擾大大降低，滿足檢測(cè)需求；通過對(duì)信息處理技術(shù)的改進(jìn)，單臺(tái)相機(jī)能夠檢測(cè)多目標(biāo)信息，大大降低的應(yīng)用成本；圖形信號(hào)本身具有高精度等信息，使得計(jì)算機(jī)技術(shù)可以在惡劣的環(huán)境下得到精確地檢測(cè)結(jié)果。

3旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)方法可行性分析

3.1自準(zhǔn)直儀法

自準(zhǔn)直儀利用光學(xué)反射原理對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。首先，自準(zhǔn)直儀將僅占一個(gè)刻度的圖像以平行光朿進(jìn)行投射，圖形在傳輸過程中遇到反射鏡，反射鏡位置作為測(cè)量參考量，反射鏡與光軸的不同角度的變化，通過光學(xué)原理，均以反射得到的圖形的位置進(jìn)行體現(xiàn)，并以此可以得帶兩個(gè)位置之間的夾角，即測(cè)量結(jié)果，以此自準(zhǔn)直儀是一種精密的小角度測(cè)量測(cè)量?jī)x器。在電氣化鐵路中，自準(zhǔn)直儀廣泛應(yīng)用在平整度測(cè)量或者精確定位工作中，但是在惡劣的風(fēng)沙環(huán)境下，檢測(cè)使用的背景光位置、空氣擾動(dòng)等干擾因素增大，對(duì)于這種精確檢測(cè)方式的檢測(cè)精度帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)；同時(shí)，在這種環(huán)境下安裝高精度的檢測(cè)裝置，并位置高精度的檢測(cè)位置是具有很大難度的，這將大大提高設(shè)備的使用成本。

3.2激光小角度干涉儀法

激光小角度干涉儀測(cè)量原理如圖3所示，這是利用三角正弦原理的一種檢測(cè)方法。激光發(fā)射器發(fā)射出同一束激光，分光鏡將這束激光進(jìn)行垂直分離，一路射向參考鏡，另一路射向角錐棱鏡進(jìn)行折射，通過計(jì)算兩束光線的偏差位移，根據(jù)正弦原理可計(jì)算處被測(cè)角度值。

3.3計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)法

計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)原理不同于進(jìn)行位移量檢測(cè)方式，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量時(shí)以光學(xué)為基礎(chǔ)，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、電子學(xué)和圖像處理技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。檢測(cè)原理如圖4所示，計(jì)算機(jī)獲取檢測(cè)相機(jī)拍攝的目標(biāo)圖像，對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行不同時(shí)刻的特征信息處理，提取特征點(diǎn)，進(jìn)行幾何信息處理，并通過進(jìn)行參考空間的信息對(duì)比得到目標(biāo)不同時(shí)刻的轉(zhuǎn)動(dòng)角。計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)的檢測(cè)角度與精度均比自準(zhǔn)直儀法和激光小角度干涉儀法較高，同時(shí)由于計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)自有信息量豐富、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等有點(diǎn)，使得計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)得到高度的重視。endprint

4結(jié)論

惡劣風(fēng)沙環(huán)境下，電氣化鐵路接觸網(wǎng)接觸線索的水平、抬升位移及扭轉(zhuǎn)等信息等對(duì)于鐵路安全至關(guān)重要，對(duì)位移檢測(cè)必須采用目前較為成熟的檢測(cè)方法；對(duì)于扭轉(zhuǎn)幾何參數(shù)，由于檢測(cè)目標(biāo)的特殊性與不規(guī)則性，選取應(yīng)既具備足夠檢測(cè)精度，又能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣風(fēng)沙環(huán)境的高性價(jià)比檢測(cè)方法。對(duì)不同檢測(cè)方法的剖析，為風(fēng)區(qū)電氣化鐵道接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)合理的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)方法，為電氣化鐵路安全的提升提高參考。

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