北京铁科英迈科技有限公司博士陈瑞


 

　　首先，请允许我简单的介绍一下我们公司的基本情况。北京铁科英迈技术有限公司创立于2004年9月，由中国铁道科学研究院独资注册，主要开发生产销售铁路和城市轨道交通领域的基础设施，大型检测设备和信息系统，为基础设施养护提供相关检测设备技术服务和整体的解决方案。
 
　　经过我们长期的研究，尤其是依托我们完成的863课题，我们在接触网检测方面取得了一些成果。主要包括弓网动态作用参数检测系统，接触网几何参数检测系统，定位器坡度检测系统等三套测量系统，以及与之相配套的对检测数据进行综合分析处理的系统。
 
　　这三套系统和分析系统，比较全面精确的评估接触网的几何状态，动态特性和供电参数。我们这三套系统可以测量包括接触线高度、拉出值、硬点和冲击，离线燃弧，可以满足我们对接触网检测的基本需要，可以达到比较高的精度和比较高的可靠和成熟性。
 
　　弓网动态作用参数检测系统
 
　　我们的弓网动态作用参数检测系统，主要用来评价和分析弓网的动态作用特性，这套系统中对这个动态压力的测量，主要是在受电弓弓头部经过改造安装压力传感器，以及加速器器的组件。在动态下对加速度引起的空气动力进行修正，得到真实反映弓网动态作用的接触力参数。在进行动态压力测量，我们前期对弓网的动力学特性进行了仿真研究，以及利用我们所搭建的这个弓网实验台进行了一些实际的实验分析研究，建立了相应的动力学模型，以及弹性模型，可以保证我们最后所计算出的这个动态接触力真实可靠。
 
　　在对动态压力实际测量的过程中，由于所处的环境是高压强电环境，我们这套系统突破了三项关键的技术，可以在这种高电压强电干扰环境下，给检测设备提供可靠电，防止接地短路，抑制强电磁干扰。同时可以有效的实现高低压信号的隔离，保证使用的安全。我们对硬点进行测量时，主要是通过在滑板底部与支持机构加装加速度传感器测量，而这个测量难点就在于能有效的得知弓网高速转动的频率。只有比较准确的知道这个频率范围，才能保证所测的这个反应硬点的垂直加速度值真实可靠。为此，我们前期也对受电弓的频率，以及这种高速振动状态下的频率特性进行了系列的研究，得到了对不同的接触网结构，得到了有效的频率测量范围。利用我们所建立的这些模型，能确保最后测量的垂直加速度，真实有效的反应弓网的性能。
 
　　动力压力和硬点测量相对应的，就是我们有专门的采集分析软件，能对得到接触压力，以及硬点冲击等检测信号，进行有效的数字滤波，去除包含的噪声干扰，同时利用建立的相关数学模型，对信号进行修正，保证能真实的反映弓网动态作用条件下的力加速度这些检测的参量。同时，分析软件还可以对速度里程进行矫正，实时显示各参数值，对测量的数据按照空间域要求进行发送，同时这套系统具有自动的零点标定和定点标定的功能，能方便用户使用。
 
　　对网压进行测量，我们制作了合适频带的电阻式分压器，在进行变换后，设计出具有抗强电磁干扰的采集和条例电路测量电压。在得到电压信号以后，我们有专门的测量软件能实时采集显示电压波形，以及速度里程等信息。同时，能使用有效的滤波，去除掉有效信号中包含的高频干扰，最终得到准确的反应接触网供电状态的真实电压值。这些测量结果，也可以根据用户的需求，按照一定的网络协议进行转发接入其它的系统，方便使用。
 
　　这套系统包括了离线火花测量，我们对离线燃弧的测量，主要是使用一定波段的紫外传感器，通过紫外光转化成电信号，可以计算得到火花的持续时间和强度的参数。我们的采集程序，可以按照使用的需求设定不同的采集频率，以及采集通道。能对采集到的火花信号进行有效的数字滤波，得到比较真实的能反映这个燃弧的这个火花信号。以上主要介绍的就是在我们这个弓网，动态作用操作系统中，所包含的相关各测量模块。
 
　　最近在神华集团大准铁路线进行测量中发现了一处接触力超限，这个超限值是146N，超出了设定安全范围。在得到这个超限值以后，我们去现场复核，发现接触线与分相绝缘体线夹连接处，存在过度不平滑，由次导致了弓网冲击剧烈，产生了弓网接触压力超限。可以看到我们测量的结果对动态压力的结果是比较真实可靠的。同样在这条线路上，我们使用这套系统，发现了硬点超限为例，存在一处超限为79g的硬点。经现场复核，这处弓网硬点位于器件式分相绝缘器线夹与接触线连接处，主要是由于这个接触线与分相绝缘器线夹连接过渡不平滑产生了硬点，最终的复核结果说明了我们对硬点的测量是真实可靠。
 
　　与动态接触力以及硬点等指标相对应，离线火花可以辅助评估我们整个接触状态的变化情况，从图上可以看出来，我们在大准铁路线也发现了离线燃弧，经过实际的线路复核勘探发现，弓网接触状态处于不是特别良好的状态，也证明了我们捕捉到的这个火花也是比较真实有效的。
 
　　接触网几何参数检测系统
 
　　接触网几何参数检测系统主要用来反映接触网的几何状态，可以用来测量接触线导高，拉出值，以及利用这些测量数据可以后续进一步的分析，钢位和吊弦的基础信息。我们设计的这套系统，主要是基于双目机器视觉的三角形测量原理，通过分析线扫描摄像机捕捉到的图像，建立相应的空间几何转化模型，在补偿车顶三个方向，车体的振动以后可以精确的计算出接触线的几何参数。
 
　　这套系统整个的硬点架构主要包括了车顶的视觉测量模块，车内的数据采集以及处理模块，车顶的运动补偿模块这三部分组成。这套系统的分析处理软件，我们可以对采集到的扫描图像进行分析处理，利用我们所建立的模型，可以计算出拉出值、导高等参数。利用软件系统可以实时的检测我们摄像机的工作状态，以及车顶补偿位移计的工作状态。
 
　　目前这套系统已经在多个路局的网点在使用，经过大量的重复线路实验，根据这个用户的反馈结果，我们这套系统精度重复性，都比较好，可以满足用户的需求。
 
　　大准铁路线利用这套系统发现一处超限值为558毫米的拉出值超限。位置是位于锚段关节转换跨，跨中，我们发现这一处支柱定位点拉出值调整不到位，最终导致了这个跨中拉出值超限。在线路的检测过程中，我们以我们发现的一处高差超限为例，发现了一处超限值为369毫米的，经过我们现场复核，发现了其中最大的接触线高度可以达到5914毫米，最小的接触网高度为5499毫米，导致了接触线坡度比较大，形成了高差超限。
 
　　定位器坡度检测系统
 
　　定位器坡度也是运行过程中很关键的一个参量。定位器坡度的设计和施工质量直接影响到了列车的安全运行，目前所使用的测量手段主要是基于机关或者说接触式的测量原理，我们这套系统是使用机器视觉的原理，在用二维摄像机，获取到符合质量的图像之后，对所采集的图像进行视频分析，最终计算出定位器和定位管的坡度，来满足我们对定位器坡度进行高速，以及实时测量的需求。
 
　　我们这套系统硬件结构，主要是包括了高分辨率摄像机以及相应的光源装置，信号采集处理单元，主要包括了采集控制模块，以及检测分析和结果保存模块，还有就是车体振动补偿模块，用来保证最终计算的坡度值真实有效的，这是我们这套坡度测量系统的软件分析主界面，我们可以看到软件可以实时的拍摄，并且分析出定位器，以及相关的装置，同时计算出相应的坡度。这套软件可以对发现的缺陷等级进行排列，并可以输出相应的报表，可以人工设定超限标准，进行自动的超限筛选，可以自动的导入结果，并对采集的视频图像进行同步浏览。这两个图中所拍摄的，就是我们这套定位器坡度装置实际的安装效果图，在车顶部分，目前这套装置已经实际应用了，在京沪高铁，哈大高铁，沪宁城际铁路联调联试进行了实际的使用和线路验证。
 
　　这是我们使用这套定位器坡度系统实际检出超限的一个例子，是使用380B-002车在哈大高铁联调联试期间，在检测速度109公里每小时条件下，检测到的一个坡度为15.2度的一个超限值，这个超限值在复核当中得到了验证，可以说我们的这套系统是在实际的现场使用过程中，是比较有效可靠，可以满足对定位器坡度安全检测的需求。
 
　　除了我们所研制的三套检测系统之外，我们研制开发了一套对这个检测数据进行综合分析处理的软件系统，对检测系统的检测数据提供集中控制。这套软件分析平台，主要包括了接触网检测数据同步与预处理系统，这套系统主要用来对各检测系统得到的检测数据进行同步预处理，保证时间或者是空间同步，便于后续输出分析和统计等处理。我们这套系统实验起来比较简单方便，只要按照这个列车的实际运行情况，选定运行方向、线路等等，就可以启动运行，对输入的数据进行同步预处理。
 
　　我们的第二套软件系统是数据波形的分析系统，这套系统主要是对检测数据进行实时的分析显示，可以根据这个用户的需求设置不同的标志，还可以自动的进行定位跳转到发现这超限的波形处，可以根据波形的输出情况，实时的浏览所有采集的波形点上基础信息，同时这个波形分析软件，还可以同步的显示支柱、吊弦、锚段等等这些基础的结构信息，便于我们对整个检测情况和实际的线路情况进行综合的分析和评判。
 
　　这套软件系统的第三部分是数据集成与处理软件，这套软件主要是用来对检测数据进行统计分析，主要是对一跨数据，根据人工设定的超限数据，可以自动的筛选各个超限值，并且能自动输出不同类型的报表，方便用户的使用。