城市轨道交通接触网系统在线监测系统设计研究

工作效率、工作持续时间等都有很大的限制，只适合普通检修作业时进行复核测量。

定点在线监测装置，对接触网的一些特殊区段或关键节点进行定点监测，其缺点是无法对全线接触网进行监测。

专用车载检测装置一般安装在接触网作业车、接触网检测车等特殊车辆上，虽然可以实现对全线接触网的检测，但其检测间隔时间长，因此缺乏对接触网各类工况下工作状态的实时性把握；而且由于专用车辆在车辆长度、车辆重量、运行速度、弓网相互作用、取流等方面的工作状态与正常运营车辆是不同的，其检测结果通常难以真实反映运营状态下的弓网相互作用关系，在弓网燃弧的动态检测上更是无法实现。

国内尚无类似电气化铁路的车载在线检测装置进入运营线路实际运行。安装的弓网视频监控装置仅仅能够进行视频监控，无法完成故障自动报警功能，及对应的软件分析功能。因此有必要结合地铁接触网检修的实际情况，开发一套具有故障自动报警以及数据分析功能的弓网在线监测系统。

3 系统功能模块划分

弓网动态相互作用的评价指标主要是依据弓网接触力，弓网燃弧率的大小以及接触线的抬升量进行评估。目前弓网接触力的测量还主要是依据接触式检测方式，需对弓头进行相应的改装，该改装会对受电弓的动态性能造成一定的影响，在运营车辆安装，存在一定安全隐患。因此，弓网在线监测系统的功能模块主要以实现以下三方面的功能进行设计。

（1）弓网高清视频录像及接触网动态导高测量模块。

（2）弓网电弧检测模块。

（3）系统定位模块。

3.1 弓网高清视频录像及接触网动态导高测量模块

该模块由安装在车顶的高速数字相机及照明构成，主要完成对弓网视频进行高清录像及在车辆运行过程中的接触网动态导高进行高精度测量。采用的相机分辨率为204×1088，采样频率为110帧/秒，通过选用50W×2的高亮度LED光源进行照明补强，光源采用频闪方式与相机拍照同步工作，测量精度为5mm，通过模板匹配的方式测量接触网的动态导高，测量误差为10mm。

弓网视频监控录像能清晰的再现弓网动态运行的状态，对于事后接触网检修和弓网故障回放具有实际的意义。

3.2 弓网在线电弧检测模块

该模块实现列车运行过程中的弓网电弧检测及弓网电弧录像功能。其由安装车顶的高精度紫外波段相应的紫外相机进行电弧检测。根据EN50317弓网电弧检测中，采用铜和铜合金的接触线，弓网电弧的频率主要集中在220nm～225nm或者是323nm～329nm[2]，同时考虑该标准中要求的电弧能量密度进行传感器的选型。满足EN50367中规定的弓网燃弧测量的最小燃弧时间为5ms的要求[3]。

3.3 系统定位模块

系统定位分成三个部分：定位识别模块、速度测量模块、车站位置定位模块，整个系统采用图像分析方法实现。车站定位模块采用RFID电子标签的方式来获取列车进站信号，从而对列车进行定位。

测量时根据列车运行的起始站区识别，结合图像处理的方法，准确定位定位点的位置和接触网的典型结构，结合识别的电子标签的车站信息对检测数据进行准确定位。

4 结束语

（1）弓网在线监测装置采用图像模板识别技术直接对接触线及受电弓滑板进行模式匹配，对动态导高进行高精度测量。测量结果能反映弓网动态运行的实际状态。

（2）本系统同时采用高精度紫外相机进行测量，增加滤波设施，测量结果准确，能保证在不同的光照条件下均可正常使用。

（3）弓网在线监测装置定位准确，能帮助接触网维修工区进行故障设备的准确定位，提高维修效率。

（4）弓网视频监控录像清晰，对接触网事后故障分析提供弓网动态运行再现的分析手段，能重现受电弓通过时的技术状态，对实现弓网联控，查明故障原因具有现实意义。

（5）本系统安装在运营电客车上，随着运营电客车的日常运营而长时间反复对弓网相互作用进行监控和检测，为弓网动态相互作用关系的研究提供数据支持。

系统若能兼顾测量弓网运行中的异常温升以及接触网零部件的技术状态的智能分析，则对于接触网的健康管理和故障预测提供数据支撑，这可能是弓网在线监测系统的发展方向。

参考文献

[1]吴积钦.受电弓与接触网系统[M].成都：西南交通大学出版社，2010.

[2]EN50317 Railway applications-Current collection systems-Requirement for a validation of measurements of the dynamic interaction between pantograph and overhead contact lines[S].Brussels：CENELEC，2002.

[3]EN50367 Railway applications-Current collection systems -Technical criteria for the interaction between pantograph and overhead line （to achieve free access）[S].Brussels：CENELEC，2002.

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