接触网风偏检测方法可行性分析

摘要：铁路接触网安全，特别是对于接触网的防风安全，对保障铁路人身与财产安全至关重要，必须重视接触网防风安全问题。因此，为风区恶劣气候为背景，探究对接触网偏移量检测技术方法，通过对比分析不同的检测方法为风区电气化铁道接触网设计提供依据。

关键词：高速铁路；接触网供电；风偏；检测引言

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.33.091

1前言

我国铁路运营线路长，途径地域广，高速铁路列车运行在不同的环境下，受到不同风向、风速大小的脉动风冲击，接触线索产生振动或舞动，或者出现大幅度摆渡，这对于列车行驶安全造成巨大冲击，严重时导致弓网离线、刮弓和钻弓等事故。在我国西北地区，例如兰新线，恶劣大风对铁路设施造成巨大损害，同时严重影响电气化线路行车安全。

接触网为高速电气化铁路提供了动力支持，由于其特殊的作用，毕竟降低接触网的事故发生率，加强对接触网的检测，接触网检测原理可分为接触式测量和非接触式测量方法。国外等国家依据其不同的铁路运行特点与运行环境，在大量接触网检测技术研究的基础上，形成各有特色的检测方式。在接触式检测系统，多数的检测方式借鉴于德国的检测系统。非接触式检测系统中，典型的非接触式检测方法有超声波测量法、激光扫描法和机器视觉检测法。我国的接触网几何参数检测系统发展较晚，通过借鉴德国的检测技术，以我国铁路运行特征出发，实现检测数据与监测平台的信息交换将接触线拉出值及高度参数实时显示于用户界面。

本文重点对比两种检测方式——位移量及扭转角检测，分析两种检测方法的原理、手段、特性以及适用范围，为寻找适合不同运行环境，高性价比的检测方式提供参考。

2位移量检测方法可行性分析

2.1拉线式位移传感器检测方法

电气化铁路系统中应用拉线式位移检测方法较多，通过图1可知，外界环境对传感器接触探头产生机械位移，通过传感器内部的函数关系，在传感器输出端产生电压或者电流输出，将检测结果进行传输，这种检测方式原理简单与设备结构简单，成本较低，同时对检测装置的要求也较低，因此使用范围较广，应用领域也较多。但是在大风环境下，特别是极短恶劣的风沙环境下，传感器的检测精度不高，传感器绝缘性降低，同时量程也受到考验；电位式传感器易磨损、分辨力差、高频特性差，对周边环境的抗电磁干扰特性较弱，这都影响其在风区使用的可靠性与可行性。

2.2雷达测距检测方法

雷达测距在日常生活中应用较为广泛和成熟，雷达内部装有发射器与接收天线，接收天线接收发射器发出的电磁波信号，通过内部处理器计算出雷达与目标的记录。雷达技术可以实现检测的全时性，无论白天或者黑夜，实现检测的全天性，无论云、雨和雾等气候的变化，是一种成熟的技术；同时，雷达技术的应用成本较高，一般需要多台设备同时运行，在大风环境下易受到电磁波信号的感染，其测量结果的可靠性与准确性大大降低。

2.3激光测距检测方法

激光测距原理如图2所示，检测方式与雷达系统类似，不同点在于激光较电磁波信号具有更高的准确性与可靠性，通过检测反射得到的激光信号，可以迅速、准确的得知目标所在位置；激光检测装置一般体积较小，实现简单，在长距离应用领域应用较多，在电气化铁路领域中，检测目标多为圆形小截面的接触线索，同时大风对激光信号的传输与接收造成一定的影响，这将大大降低检测结果的准确性，因此激光检测方式在风偏运动状态下的可行性较低。

2.4计算机视觉检测方法

计算机视觉技术可以实现检测庞大数据的迅速处理与传输，实现二维图像提取三维环境信息，并以此判断出目标的几何信息，伴随着计算机技术的发展与城市，计算机视觉技术的检测速度与精度大幅度提升，应用范围也在不断扩大，称为位移量检测技术中颇具发展潜力与前景的技术。计算机视觉技术的检测入口为高清相机，计算机可以实现对相机拍摄的图像进行迅速处理，通过图像分离、分割等技术，将图像中的信息进行数据化处理，变化为人们需要的距离、位移、形状和速度等信息；伴随红外摄像技术发展，计算机视觉检测方法受环境变化的干扰大大降低，满足检测需求；通过对信息处理技术的改进，单台相机能够检测多目标信息，大大降低的应用成本；图形信号本身具有高精度等信息，使得计算机技术可以在恶劣的环境下得到精确地检测结果。

3旋转角度检测方法可行性分析

3.1自准直仪法

自准直仪利用光学反射原理对目标进行检测。首先，自准直仪将仅占一个刻度的图像以平行光朿进行投射，图形在传输过程中遇到反射镜，反射镜位置作为测量参考量，反射镜与光轴的不同角度的变化，通过光学原理，均以反射得到的图形的位置进行体现，并以此可以得带两个位置之间的夹角，即测量结果，以此自准直仪是一种精密的小角度测量测量仪器。在电气化铁路中，自准直仪广泛应用在平整度测量或者精确定位工作中，但是在恶劣的风沙环境下，检测使用的背景光位置、空气扰动等干扰因素增大，对于这种精确检测方式的检测精度带来严峻考验；同时，在这种环境下安装高精度的检测装置，并位置高精度的检测位置是具有很大难度的，这将大大提高设备的使用成本。

3.2激光小角度干涉仪法

激光小角度干涉仪测量原理如图3所示，这是利用三角正弦原理的一种检测方法。激光发射器发射出同一束激光，分光镜将这束激光进行垂直分离，一路射向参考镜，另一路射向角锥棱镜进行折射，通过计算两束光线的偏差位移，根据正弦原理可计算处被测角度值。

3.3计算机视觉检测法

计算机视觉检测进行旋转角度的检测原理不同于进行位移量检测方式，在进行旋转角度测量时以光学为基础，融合了计算机技术、激光技術、电子学和图像处理技术等现代科学技术。检测原理如图4所示，计算机获取检测相机拍摄的目标图像，对目标图像进行不同时刻的特征信息处理，提取特征点，进行几何信息处理，并通过进行参考空间的信息对比得到目标不同时刻的转动角。计算机视觉检测的检测角度与精度均比自准直仪法和激光小角度干涉仪法较高，同时由于计算机检测技术自有信息量丰富、环境适应能力强等有点，使得计算机检测技术得到高度的重视。

4结论

恶劣风沙环境下，电气化铁路接触网接触线索的水平、抬升位移及扭转等信息等对于铁路安全至关重要，对位移检测必须采用目前较为成熟的检测方法；对于扭转几何参数，由于检测目标的特殊性与不规则性，选取应既具备足够检测精度，又能适应现场恶劣风沙环境的高性价比检测方法。对不同检测方法的剖析，为风区电气化铁道接触网设计提供依据合理的旋转检测方法，为电气化铁路安全的提升提高参考。

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