北京鐵科英邁科技有限公司博士陳瑞


 

　　首先，請允許我簡單的介紹一下我們公司的基本情況。北京鐵科英邁技術(shù)有限公司創(chuàng)立于2004年9月，由中國鐵道科學(xué)研究院獨資注冊，主要開發(fā)生產(chǎn)銷售鐵路和城市軌道交通領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施，大型檢測設(shè)備和信息系統(tǒng)，為基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)提供相關(guān)檢測設(shè)備技術(shù)服務(wù)和整體的解決方案。
 
　　經(jīng)過我們長期的研究，尤其是依托我們完成的863課題，我們在接觸網(wǎng)檢測方面取得了一些成果。主要包括弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)檢測系統(tǒng)，接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)，定位器坡度檢測系統(tǒng)等三套測量系統(tǒng)，以及與之相配套的對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理的系統(tǒng)。
 
　　這三套系統(tǒng)和分析系統(tǒng)，比較全面精確的評估接觸網(wǎng)的幾何狀態(tài)，動態(tài)特性和供電參數(shù)。我們這三套系統(tǒng)可以測量包括接觸線高度、拉出值、硬點和沖擊，離線燃弧，可以滿足我們對接觸網(wǎng)檢測的基本需要，可以達(dá)到比較高的精度和比較高的可靠和成熟性。
 
　　弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)檢測系統(tǒng)
 
　　我們的弓網(wǎng)動態(tài)作用參數(shù)檢測系統(tǒng)，主要用來評價和分析弓網(wǎng)的動態(tài)作用特性，這套系統(tǒng)中對這個動態(tài)壓力的測量，主要是在受電弓弓頭部經(jīng)過改造安裝壓力傳感器，以及加速器器的組件。在動態(tài)下對加速度引起的空氣動力進(jìn)行修正，得到真實反映弓網(wǎng)動態(tài)作用的接觸力參數(shù)。在進(jìn)行動態(tài)壓力測量，我們前期對弓網(wǎng)的動力學(xué)特性進(jìn)行了仿真研究，以及利用我們所搭建的這個弓網(wǎng)實驗臺進(jìn)行了一些實際的實驗分析研究，建立了相應(yīng)的動力學(xué)模型，以及彈性模型，可以保證我們最后所計算出的這個動態(tài)接觸力真實可靠。
 
　　在對動態(tài)壓力實際測量的過程中，由于所處的環(huán)境是高壓強(qiáng)電環(huán)境，我們這套系統(tǒng)突破了三項關(guān)鍵的技術(shù)，可以在這種高電壓強(qiáng)電干擾環(huán)境下，給檢測設(shè)備提供可靠電，防止接地短路，抑制強(qiáng)電磁干擾。同時可以有效的實現(xiàn)高低壓信號的隔離，保證使用的安全。我們對硬點進(jìn)行測量時，主要是通過在滑板底部與支持機(jī)構(gòu)加裝加速度傳感器測量，而這個測量難點就在于能有效的得知弓網(wǎng)高速轉(zhuǎn)動的頻率。只有比較準(zhǔn)確的知道這個頻率范圍，才能保證所測的這個反應(yīng)硬點的垂直加速度值真實可靠。為此，我們前期也對受電弓的頻率，以及這種高速振動狀態(tài)下的頻率特性進(jìn)行了系列的研究，得到了對不同的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)，得到了有效的頻率測量范圍。利用我們所建立的這些模型，能確保最后測量的垂直加速度，真實有效的反應(yīng)弓網(wǎng)的性能。
 
　　動力壓力和硬點測量相對應(yīng)的，就是我們有專門的采集分析軟件，能對得到接觸壓力，以及硬點沖擊等檢測信號，進(jìn)行有效的數(shù)字濾波，去除包含的噪聲干擾，同時利用建立的相關(guān)數(shù)學(xué)模型，對信號進(jìn)行修正，保證能真實的反映弓網(wǎng)動態(tài)作用條件下的力加速度這些檢測的參量。同時，分析軟件還可以對速度里程進(jìn)行矯正，實時顯示各參數(shù)值，對測量的數(shù)據(jù)按照空間域要求進(jìn)行發(fā)送，同時這套系統(tǒng)具有自動的零點標(biāo)定和定點標(biāo)定的功能，能方便用戶使用。
 
　　對網(wǎng)壓進(jìn)行測量，我們制作了合適頻帶的電阻式分壓器，在進(jìn)行變換后，設(shè)計出具有抗強(qiáng)電磁干擾的采集和條例電路測量電壓。在得到電壓信號以后，我們有專門的測量軟件能實時采集顯示電壓波形，以及速度里程等信息。同時，能使用有效的濾波，去除掉有效信號中包含的高頻干擾，最終得到準(zhǔn)確的反應(yīng)接觸網(wǎng)供電狀態(tài)的真實電壓值。這些測量結(jié)果，也可以根據(jù)用戶的需求，按照一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)接入其它的系統(tǒng)，方便使用。
 
　　這套系統(tǒng)包括了離線火花測量，我們對離線燃弧的測量，主要是使用一定波段的紫外傳感器，通過紫外光轉(zhuǎn)化成電信號，可以計算得到火花的持續(xù)時間和強(qiáng)度的參數(shù)。我們的采集程序，可以按照使用的需求設(shè)定不同的采集頻率，以及采集通道。能對采集到的火花信號進(jìn)行有效的數(shù)字濾波，得到比較真實的能反映這個燃弧的這個火花信號。以上主要介紹的就是在我們這個弓網(wǎng)，動態(tài)作用操作系統(tǒng)中，所包含的相關(guān)各測量模塊。
 
　　最近在神華集團(tuán)大準(zhǔn)鐵路線進(jìn)行測量中發(fā)現(xiàn)了一處接觸力超限，這個超限值是146N，超出了設(shè)定安全范圍。在得到這個超限值以后，我們?nèi)ガF(xiàn)場復(fù)核，發(fā)現(xiàn)接觸線與分相絕緣體線夾連接處，存在過度不平滑，由次導(dǎo)致了弓網(wǎng)沖擊劇烈，產(chǎn)生了弓網(wǎng)接觸壓力超限。可以看到我們測量的結(jié)果對動態(tài)壓力的結(jié)果是比較真實可靠的。同樣在這條線路上，我們使用這套系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了硬點超限為例，存在一處超限為79g的硬點。經(jīng)現(xiàn)場復(fù)核，這處弓網(wǎng)硬點位于器件式分相絕緣器線夾與接觸線連接處，主要是由于這個接觸線與分相絕緣器線夾連接過渡不平滑產(chǎn)生了硬點，最終的復(fù)核結(jié)果說明了我們對硬點的測量是真實可靠。
 
　　與動態(tài)接觸力以及硬點等指標(biāo)相對應(yīng)，離線火花可以輔助評估我們整個接觸狀態(tài)的變化情況，從圖上可以看出來，我們在大準(zhǔn)鐵路線也發(fā)現(xiàn)了離線燃弧，經(jīng)過實際的線路復(fù)核勘探發(fā)現(xiàn)，弓網(wǎng)接觸狀態(tài)處于不是特別良好的狀態(tài)，也證明了我們捕捉到的這個火花也是比較真實有效的。
 
　　接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)
 
　　接觸網(wǎng)幾何參數(shù)檢測系統(tǒng)主要用來反映接觸網(wǎng)的幾何狀態(tài)，可以用來測量接觸線導(dǎo)高，拉出值，以及利用這些測量數(shù)據(jù)可以后續(xù)進(jìn)一步的分析，鋼位和吊弦的基礎(chǔ)信息。我們設(shè)計的這套系統(tǒng)，主要是基于雙目機(jī)器視覺的三角形測量原理，通過分析線掃描攝像機(jī)捕捉到的圖像，建立相應(yīng)的空間幾何轉(zhuǎn)化模型，在補償車頂三個方向，車體的振動以后可以精確的計算出接觸線的幾何參數(shù)。
 
　　這套系統(tǒng)整個的硬點架構(gòu)主要包括了車頂?shù)囊曈X測量模塊，車內(nèi)的數(shù)據(jù)采集以及處理模塊，車頂?shù)倪\動補償模塊這三部分組成。這套系統(tǒng)的分析處理軟件，我們可以對采集到的掃描圖像進(jìn)行分析處理，利用我們所建立的模型，可以計算出拉出值、導(dǎo)高等參數(shù)。利用軟件系統(tǒng)可以實時的檢測我們攝像機(jī)的工作狀態(tài)，以及車頂補償位移計的工作狀態(tài)。
 
　　目前這套系統(tǒng)已經(jīng)在多個路局的網(wǎng)點在使用，經(jīng)過大量的重復(fù)線路實驗，根據(jù)這個用戶的反饋結(jié)果，我們這套系統(tǒng)精度重復(fù)性，都比較好，可以滿足用戶的需求。
 
　　大準(zhǔn)鐵路線利用這套系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一處超限值為558毫米的拉出值超限。位置是位于錨段關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換跨，跨中，我們發(fā)現(xiàn)這一處支柱定位點拉出值調(diào)整不到位，最終導(dǎo)致了這個跨中拉出值超限。在線路的檢測過程中，我們以我們發(fā)現(xiàn)的一處高差超限為例，發(fā)現(xiàn)了一處超限值為369毫米的，經(jīng)過我們現(xiàn)場復(fù)核，發(fā)現(xiàn)了其中最大的接觸線高度可以達(dá)到5914毫米，最小的接觸網(wǎng)高度為5499毫米，導(dǎo)致了接觸線坡度比較大，形成了高差超限。
 
　　定位器坡度檢測系統(tǒng)
 
　　定位器坡度也是運行過程中很關(guān)鍵的一個參量。定位器坡度的設(shè)計和施工質(zhì)量直接影響到了列車的安全運行，目前所使用的測量手段主要是基于機(jī)關(guān)或者說接觸式的測量原理，我們這套系統(tǒng)是使用機(jī)器視覺的原理，在用二維攝像機(jī)，獲取到符合質(zhì)量的圖像之后，對所采集的圖像進(jìn)行視頻分析，最終計算出定位器和定位管的坡度，來滿足我們對定位器坡度進(jìn)行高速，以及實時測量的需求。
 
　　我們這套系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，主要是包括了高分辨率攝像機(jī)以及相應(yīng)的光源裝置，信號采集處理單元，主要包括了采集控制模塊，以及檢測分析和結(jié)果保存模塊，還有就是車體振動補償模塊，用來保證最終計算的坡度值真實有效的，這是我們這套坡度測量系統(tǒng)的軟件分析主界面，我們可以看到軟件可以實時的拍攝，并且分析出定位器，以及相關(guān)的裝置，同時計算出相應(yīng)的坡度。這套軟件可以對發(fā)現(xiàn)的缺陷等級進(jìn)行排列，并可以輸出相應(yīng)的報表，可以人工設(shè)定超限標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行自動的超限篩選，可以自動的導(dǎo)入結(jié)果，并對采集的視頻圖像進(jìn)行同步瀏覽。這兩個圖中所拍攝的，就是我們這套定位器坡度裝置實際的安裝效果圖，在車頂部分，目前這套裝置已經(jīng)實際應(yīng)用了，在京滬高鐵，哈大高鐵，滬寧城際鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試進(jìn)行了實際的使用和線路驗證。
 
　　這是我們使用這套定位器坡度系統(tǒng)實際檢出超限的一個例子，是使用380B-002車在哈大高鐵聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，在檢測速度109公里每小時條件下，檢測到的一個坡度為15.2度的一個超限值，這個超限值在復(fù)核當(dāng)中得到了驗證，可以說我們的這套系統(tǒng)是在實際的現(xiàn)場使用過程中，是比較有效可靠，可以滿足對定位器坡度安全檢測的需求。
 
　　除了我們所研制的三套檢測系統(tǒng)之外，我們研制開發(fā)了一套對這個檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理的軟件系統(tǒng)，對檢測系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)提供集中控制。這套軟件分析平臺，主要包括了接觸網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)同步與預(yù)處理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)主要用來對各檢測系統(tǒng)得到的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行同步預(yù)處理，保證時間或者是空間同步，便于后續(xù)輸出分析和統(tǒng)計等處理。我們這套系統(tǒng)實驗起來比較簡單方便，只要按照這個列車的實際運行情況，選定運行方向、線路等等，就可以啟動運行，對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步預(yù)處理。
 
　　我們的第二套軟件系統(tǒng)是數(shù)據(jù)波形的分析系統(tǒng)，這套系統(tǒng)主要是對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的分析顯示，可以根據(jù)這個用戶的需求設(shè)置不同的標(biāo)志，還可以自動的進(jìn)行定位跳轉(zhuǎn)到發(fā)現(xiàn)這超限的波形處，可以根據(jù)波形的輸出情況，實時的瀏覽所有采集的波形點上基礎(chǔ)信息，同時這個波形分析軟件，還可以同步的顯示支柱、吊弦、錨段等等這些基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)信息，便于我們對整個檢測情況和實際的線路情況進(jìn)行綜合的分析和評判。
 
　　這套軟件系統(tǒng)的第三部分是數(shù)據(jù)集成與處理軟件，這套軟件主要是用來對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，主要是對一跨數(shù)據(jù)，根據(jù)人工設(shè)定的超限數(shù)據(jù)，可以自動的篩選各個超限值，并且能自動輸出不同類型的報表，方便用戶的使用。