铁路道岔综合监测系统研究

1、郑铁科技通讯2/2010信号通信铁路道岔综合监测系统研究摘要:介绍一种新的铁路道岔综合检测系统,该系统采用模块识别技术,可智能判断缺口的状态,采用低带宽技术,可长距离传输缺口动态信息。关键词:道岔;监测;技术;徐祯(郑州铁路局科学技术研究所河南郑州450052随着铁路高速、高密度行车区段不断增加,为确保行车安全,对道岔运用质量与状态稳定性要求越来越高。同时,随着高速繁忙干线电务维修“天窗”制的全面推行,使得对道岔运用状态进行有效、实时监测尤显迫切。因现场工作条件恶劣,道岔时常存在不同程度和种类的病害,严重时,会造成道岔转换和锁闭阻力增大,导致无法正常转换,或不能正常锁闭与解锁。如人为调大转辙机

2、输出力矩,可能造成道岔错误锁闭的危险发生。列车高速通过时,道岔(尤其尖轨承受极大的低频大振幅和高频小振幅振动力。如不能有效减振,转辙机和道岔均将受害,其运用状态将迅速恶化。目前国内大部分转辙机缺口的监测设备均为机械触点式或光电探测式设备,由于现场环境复杂,常出现误报,影响了设备的正常使用。国内有部分道岔阻力监测设备在机房采集数据,无法真正消除机房电源波动和室外长距离电缆电阻随环境和电机工作环境因素变化影响,使其准确性和灵敏性受到影响,不能有效测量多机牵引协调性不够的电机工作数据。本文研究了铁路道岔综合监测系统,它能现场测量道岔转换阻力,实时、同步监测,道岔表示缺口图像,以及对承受大振动力的道岔

3、振动加速度进行现场实时采集,以做到多项参数全动态过程图像实时监测,较全面地掌控道岔实际运用状态,提前预警参数变化趋势及异常。一、系统结构和工作流程从图1中可以看出,系统工作流程如下:1.缺口采集模块通过安装在每台转辙机上的微型摄像装置采集缺口区域的图像数据,按主控系统指令,分时间经由备用电缆上传至室内主控系统。2.每次每台道岔的扳动,均能独立触发阻力采集模块的传感器相应动作,完成电参数的采集、转换、计算与保存,再上传至主控系统。3.每台道岔扳动完成后,均能启动相应道岔音视频采集,并及时上传至室内主机。4.每次列车通过时,均能自动上传各振动传感器数据,由主控系统计算机分析,得出相应数据与图表。5

4、.主控系统可直接监视查看某台转辙机缺口动态音视频,对道岔扳动全程及列车通过时均可实时查看。6.主控系统通过系统软件,将接受的缺19信号通信郑铁科技通讯2/2010口图像、全景图像、原始转换力矩数据、信号设备开关量信号及室外温湿度数据分别进行识别、运算、存储,同时显示各种图像与曲线。如超限,立即报警(语音、短信,并输出相应控制命令。7.远程管理终端可登陆各站机,相应操作站机各项功能,并可远程查看站内各道岔动态缺口图像、动态振动数据和站场全景图像。二、各模块主要功能1.缺口采集模块该模块主要由数字摄像单元、图像采集处理单元等组成,能控制和完成图像的采集、暂存和上传。2.阻力采集模块该模块主要由阻力

5、传感单元、阻力采集单元等组成,能完成电机端电参数的采集、计算和上传。3.振动采集模块该模块主要由振动加速度传感单元、振动数据处理单元等组成,能完成振动数据的采集、暂存和上传。4.主控系统模块该模块主要由工控主机、短信模块、语音告警模块、电源模块等组成,能配合系统软件完成主要系统功能和其他辅助功能。三、系统主要特点一是采用图像模式识别技术,彻底解决采用机械或光电测量技术同类产品存在固有不直观、不可视、高误报警的缺陷;二是采用低带宽传输技术,可长距离传输音视频信号,并能在机房端实现动态音视频流检测、观测、记录道岔设备的运动状态;三是在道岔现场采集电机各参数实时,上传计算道岔阻力的方法可解决机房端测

6、量固有的准确性、灵敏性不够的缺陷。为提高系统综合性能,新增现场振动采集测量上传功能,以实现道岔受振状态实时有效监测。本系统主要功能特点如下:1.采用模式识别技术,在铁路电动转辙机(S700K、ZD6内合适位置安装红外摄像设备,取得正面缺口图像自动识别测量,可智能判断缺口处于何种状态,所测量缺口偏移量误差小于0.1mm。2.采用低带宽传输技术(CAN总线加DSL组合,可进行长距离(2km传输缺口动态音视频信息,实现以普通备用信号电缆达到2km传输8帧/秒和CIF分辨率的音视频流功能,基本满足图像智能识别测量判断和人工观测记录的要求。3.采用在转辙机旁现场实时采集电机电参数(电压、电流、功率、功率

7、因数的方法,计算电动转辙机转换阻力。此参数数据消除远距离电缆与接点电阻随机房电压、电流、功率、环境温度、电机工作状态等综合因数变化对电机输出力矩影响,阻力最大误差小于3%或100N。所测功率因数数据可判定多机牵引道岔每转辙机的被动输出力矩的程度。4.在重点转辙机内安装低频响应 好!(上接第6页绩考核的不断强化,使得运输统计分析工作的工作量和工作难度大幅增加。为此,应加大推进统计分析工作现代化的力度,积极开发各种应用程序,改变依靠增加人力、增延作业时间来提高数据质量和分析质量的现状。3.要适应高铁发展的需求。经过多次调图,列车品质、运行速度、货车重载等方面都得以较大幅度提升。目前在既有线开行25

8、0公里的动车组列车,郑州局始发10列、运行24列。铁路的快速发展也导致运输工作新情况、新问题的不断出现。随着郑西客专的投入使用,要求统计分析人员必须具备敏锐发现问题、迅速作出反应的能力。(0.5HZ起的微型加速度传感器,选用高速、高精度A/D转换芯片,进行计算机存储,并通过CAN总线实时上传。经主机软件分析,可实现道岔受振状态实时有效监测。本系统技术核心部分是图像模糊识别与自动测量、信号与电源低带宽长距离传输。四、推广应用前景与经济社会效益分析1.技术效益分析铁路道岔牵引转辙机是实现道岔正确转换、保证行车安全的重点设备。转辙机的表示缺口偏移量、道岔的转换阻力、转辙机的振动加速度等均需经常测试查

9、看。铁路信号维护规则规定对道岔转换设备的检修每月不少于2次,单纯的巡视不能及时发现设备潜在降低运用质量的隐患。由于目前铁路高速、高密度行车区段不断增加,对道岔运用质量与状态稳定性的要求越来越高。为全面地掌控道岔实际运用状态和提前预警参数变化趋势及异常,该系统辅之以站场图像监控,可为科学养护道岔提供有效手段。铁路道岔综合监测系统在现场采集全部信息,具有高准确性、高灵敏性和实时性特点。缺口监测分机采用CAN传输动态音视频模块,在自动测量缺口偏移量的同时,通过特有传输技术上传动态音视频流,记录列车通过时的晃动状态与声响,等同人工开盖查看。阻力监测分机可实时准确测量转换过程的电机功率和功率因数,可准确

10、判定多机牵引道岔各转辙机的存在的多机输出力矩不同步的协同性程度。振动监测模块可实时有效测量转辙机受振振动加速度数据,可测量、分析低频大振幅(0.5Hz起和高频小振幅的振动参数,并给出全频谱图,为分析判断转辙机受振程度提供数据依据,并可实时预警。2.经济效益与推广前景本系统应用于现场后,其特有的缺口图像和现场阻力实时同步监测功能,可较全面、实时掌控道岔实际运用状态,提前预警各项参数变化趋势和异常,克服人工定期巡视无法实现的实时性和趋势预警,大量减少道岔设备故障,提高运输效率,保障行车安全。车站维护人员和远程电务段调度均可查询各道岔转辙机设备状态,对超限预警的转辙机状态进行分析判断,可基本代替人工日常巡视,提高工作效率,大幅减轻人员劳动强度,大幅提高人员劳动安全