接触网检测系统v80

1、成都唐源科技/电气有限责任公司西南交通大学接 触 网 检 测 系 统 产 品 简 介二一三年公司简介 现有员工118人，其中博士学历5人，硕士学历15人，大专以上人员72人。专业从事研发的技术人员45人，占员工总数的38%，一线生产人员37人，占员工总数的31%。公司视人才为生命，高素质的员工队伍为公司的持续发展奠定了坚实的人才基础，强大的研发队伍为公司的快速成长提供了不竭的生命源泉。企业简介 成都唐源电气有限责任公司成立于2010年11月5日（成都唐源科技有限责任公司成立于2003年），是一家专业从事高速电气化铁路和城市轨道交通接触网、轨道、限界检测以及铁路供电信息化产品的研制、生产、销售及

2、服务的高科技企业。公司注册资本2000万元，总部位于成都市武侯工业园北端“西部智谷”。技术团队企业宗旨及目标 以 “以雄厚的技术实力、先进的技术手段、高效灵活的运行机制以及对质量和信誉不懈追求的精神、为广大客户服务”为宗旨，致力于23年内，成为一个国内外领先的铁路、轨道产品的制造商，为国内外铁路、地铁企业提供先进的接触网检测、轨道检测以及电力管理产品。前 言 接触网检测系列产品专门针对电气化铁路接触网检测设计研发专门针对电气化铁路接触网检测设计研发，用于对被，用于对被测线路检修后的动态复核、综合质量评定及故障诊断。测线路检修后的动态复核、综合质量评定及故障诊断。 。 接触网检测系列产品适用于城

3、市轨道交通（地铁、轻轨、有轨电车）、普城市轨道交通（地铁、轻轨、有轨电车）、普速铁路及高速铁路等电气化铁路接触网检测。速铁路及高速铁路等电气化铁路接触网检测。目 录1236载体系统架构技术创新及应用案例展示7国内外技术简介8成就4主要检测参数及性能指标5主要功能载 体 车载式接触网检测系统的主要载体为25T型标准客车体、接触网综合检测车专用车体、作业车、160km/h多功能综合检修车等。n 接触网综合检测车专用车体n 25T型标准客车体载 体n 作业车n 160km/h多功能综合检修车系统架构图1 系统结构图转到案例展示转到案例展示创新技术基于机器视觉的非接触式检测技术接触网检测系统模块化基于

4、线路及接触网特征的综合定位技术基于GPS的接触网检测系统GIS模块基于接触网检测参数的超限自动录像技术基于数字图像处理的振动补偿技术接触网几何参数检测 基于压力杠杆平衡原理的接触式检测u发展历程 基于接近开关的接触式检测 基于激光雷达的非接触式检测 基于机器视觉的非接触式检测 基于相机图像处理的非接触式检测系统能准确识别导线、并能自动准确识别导线、并能自动识别承力索、吊弦、定位管等接触网特征点识别承力索、吊弦、定位管等接触网特征点。现已运用于重庆地铁6号线、襄阳金鹰重工研发的160kmph作业车、济南局接触网检测车、兰州局接触网检测车、北京局接触网检测车及上海地铁11号线作业车等项目。图1 大

5、铁安装方式图2 地铁安装方式u基于机器视觉的非接触式检测技术国内首家利用线阵相机实现接触网参数检测。u 步骤一：图像识别 目前采用的相机为进口2kHz、2048线扫描频率线阵相机。其原理主要包括图像识别、导线计算、值修正几大部分。 图像识别主要是将线阵相机扫描的灰度图像，经图像增强、图像变换、图像滤波、图像特征点提取等数字图像处理技术，将目标从背景中分离，并获取目标所成像在的像素位置，为几何参数计算提供原始数据来源。其刚柔性图像识别效果如下图所示。接触网图像处理识别效果（左：柔性、右：刚性）原理u 步骤二：几何参数值计算 目前，针对我公司产品，接触网几何参数计算主要有两种方式：直线方程法及三角

6、形法。几何参数计算原理图 使用直线方程法前，必须建立基准坐标系。目前，我公司系列产品在使用直线方程法时，其计算基准坐标系为车顶中心。 确立基准坐标系后，将相机焦点及步骤一中所识别导线位置，经坐标变换统一为基于上述基准坐标系的坐标值。对于每一个相机存在一个像素位置及一个焦点，两点即可确定一条直线，并求得标准坐标系下该直线方程。对方式一：直线方程法几何参数计算原理图 三角形法主要取两个相机焦点、及两相机成像点与各自焦点延长线的交点三点构成任一三角形。相机安装确立后，两相机焦点连接线（三角形底边）即为已知。根据步骤一所取像素点经三角变换即可求取成像点与焦点延长线所在边与已知边的夹角。在三角形中，根据

7、三角原理，已知两角即一边，即可求出相应三角形的高（导高初始值，为叠加车体基准高度，以焦点连接线为基准），然后求取拉出值。方式二：三角形法任意取两条直线（不同相机所得）求取其交点，该交点即为目标真实位置点，该交点的水平坐标即为相对车顶中心线的偏移（拉出值初始值）、该点的垂直坐标即为相对于车顶中心线的高度（导高初始值，为叠加车体基准高度）。u 步骤三：值修正 值修正主要通过测试车体振动补偿进行修正，其有两种方式。 补偿方式一：机械伺服振动补偿技术 以物理连接的形式把轴箱与转向架相连。检测过程中，通过自身预处理模块把车体偏移量以电压信号的形式传输至采集模块，经抗干扰、滤波等综合分析处理，实时测试车体

8、运行过程中的偏移量，具有实时、高效、高频率、高精度等特点。 补偿方式二：基于数字图像处理的振动补偿技术 在实时检测过程中，由于检测设备安装在车体上，在检测车行进的过程中，车体受到车体和转向架之间的连接弹簧形变、线路不平顺等因素的影响，造成车体和钢轨相对位置发生变化称之为“振动偏移”。为提高检测的实时检测的精度，借助两CCD及两加速度计完成对钢轨与车体状态监测，并通过监测到的状态数据对实时的检测数据进行振动补偿，以得到静态时接触网距离钢轨顶面的垂直高度和接触网中心距离两钢轨中心的水平距离。曲线段及直线段原始检测数据及其检测结果展示检测效果锚段检测原始数据及其检测结果展示隧道段-地面高架线段检测结

9、果展示地面高架线段-隧道段检测结果展示地铁刚性检测结果展示刚柔过渡（刚性柔性）检测原始数据及其检测结果展示刚柔过渡（柔性刚性）检测原始数据及其检测结果展示刚性定位柔性定位定位校正（空心框标志为非接触式识别到的定位信号，实心框为基础数据库定位标记）?数据重复性对比?数据重复性对比?大铁检测结果 激光雷达以角分辨率0.25对背景做扇面扫描，得到以安装平面为横轴的距离轮廓曲线。一般采用的雷达频率为50Hz。以80kmph速度为例，其横向间距约9mm，沿车体运行方向间距约40mm，易造成误扫、漏扫，检测精度较传统方式高，但仍不理想。 激光雷达安装于检测车车顶中心、受电弓下方。激光雷达通过连续发射激光束

10、的方式对被测物体或背景进行二维平面测量。u基于激光雷达的非接触式检测技术检测方式检测方式雷达雷达相机相机对比项目对比项目检测视野检测视野仅能对激光束打到的物体（网线）进行识别和计算可对检测视野内的所有物体（网线和目标）进行识别和计算检测频率检测频率激光扫描一般是50Hz1000Hz以上，数据量是雷达的几十倍，甚至上百倍检测目标检测目标对导线以外的其它接触网特征点识别困难除了导线，还能很好的识别定位管、锚段等接触网特征点检测方式（几何参数）检测方式（几何参数）精度精度备注备注接触式接触式拉出值拉出值压力换算压力换算20mm检测精度不高，目前仍作为接触式测量方式使用接近开关接近开关30mm检测精度

11、不高，现在基本不使用导高导高20mm早起接触网检测，现在较少使用雷达雷达10mm目前常用检测手段，不满足高精度检测相机相机10mm新兴技术，检测精度高，目前在重庆地铁、金鹰重工轨道有限责任公司160kmph作业车投入使用、济南局、北京局、兰州局接触网检测车投入使用u机器视觉技术与雷达技术比较机器视觉技术与雷达技术比较 压力传感器更换为轻型合金压力传感器，减轻受电弓弓头质量，避免受电弓物理学特性的破坏。四个力传感器分别安装在弓头滑板的两端，测出的力分别用F1，F2，F3，F4表示，FJ是欲测的弓网间的接触力，它包含了静接触力、受电弓惯性力及空气动和等，W是滑板重量，m是滑板的当量质量，a是受电弓

12、的加速度。FJ=F1+F2+F3+F4maW0，W和m是固定数值，不需测量，只要测出四个传感器的F1、F2、F3、F4，用加速度计测出a，则接触力FJ就可计算出来。接触力检测方框图接触网动力学参数检测u弓网接触压力弓网接触压力 该装置由加速度传感器、高压部放大器变换回路、光通信装置和低压部放大变换回路组成。 硬点测量装置方框图注：P-S、S-P大规模集成电路；E/O电-光变换;O/E光-电变换；DPM动态应变放大器。 加速度传感器安装在受电弓弓头下方，测定受电弓通过接触网硬点时所受到的冲击加速度，加速度传感器输出电压信号经过多阶滤波网络进行干扰信号滤除，再经过阻抗匹配网络进行阻抗匹配，最后由专

13、用高压高可靠性能集成处理数据采集处理模块进行高速信号采集并对信号进行数字预滤波处理抑制滤除干扰杂波信号。u硬点（弓网冲击）硬点（弓网冲击） 以速度里程信息为基础，综合应用轨道移频信号、LKJ信号的定位方式，从大铁轨道电路特点出发大铁轨道电路特点出发，有效消除因车轮打滑与蛇形运动等造成的累积误差，实现接触网检测精确定位。该定位方式需业主方配合我公司定期更新需业主方配合我公司定期更新LKJLKJ信号信号库库，其LKJ有用信息由我公司数据库软件自动提取。图1 软件自动提取LKJ信号库有用信息表 兰州局兰州局 北京局北京局 青藏公司青藏公司 济南局济南局 呼和浩特局呼和浩特局基于线路及接触网特征点的综

14、合定位技术u基于线路特征的定位技术基于线路特征的定位技术u 应用应用 通过激光扫描及数字图像处理技术，获取定位管、锚段等接触网特征点，获取定位管、锚段等接触网特征点，结合地铁线路数据库，通过软件实现接触网特征点处自动消除累计误差，实现结合地铁线路数据库，通过软件实现接触网特征点处自动消除累计误差，实现接触网检测高精度定位的目的。接触网检测高精度定位的目的。以锚段关节为例，由于地铁接触网一般200m存在一个锚段关节，即约每200m自动消除一次累计误差。以原基于速度脉冲信号定位方式定位精度为0.2m/km计算，基于雷达识别锚段关节的接触网检测定位设备定位最大误差约为0.04m，使得接触网检测定位精

15、度得到极大提升。图1 软件自动提取定位管效果图u基于接触网特征点的定位技术基于接触网特征点的定位技术 接触网检测系统GIS模块主要功能是通过采用GPS信号结合全国矢量地图为接触网检测车实时提供当前所在位置，工作人员可以通过实时跟踪的地图清晰的看到当前列车所在位置区段。解决了原接触网检测系统在区间运行时尤其是夜间运行时，工作人员不清楚当前运行区段，无法实现初始定位设置以及人工位置修正。 兰州局接触网检测车 北京局接触网检测车GIS作业示意图基于GPS的接触网检测系统GISu 应用应用 传统录像系统仅针对被测线路全线路段进行录像或者不录像，其录像数据量庞大，保存及查找极为不便 兰州铁路局接触网检测

16、车 青藏公司接触网检测车图1 监控系统作业示意图 鉴于接触网检测目的即为发现接触网故障及超限状态，提出基于接触网检测参数的超限自动录像功能。该功能具备传统全线录像功能外，能实时根据检测系统测试接触网参数状态，并将超限处前后10秒范围内数据进行保存。具有数据量小、查找及保存方便等特点。基于接触网检测参数的超限自动录像技术u 背景背景u 创新创新u 应用应用 原接触网检测系统中前端数据采集电路板比较分散，系统各功能模块之间依赖程度高，独立性不强、维护不方便、上位机工作量大不方便拓展其它功能。 提出分布式数据处理模式，由前端独立模块完成对数据的采集与处理，各终端通过以太网进行数据交换，代换采集板卡、

17、信号处理多功能箱，取消电源箱之类的附件，使整个系统变得更整洁，真正实现接触网检测系统模块化，提高其可维护性，同时也使整个系统更稳定。 兰州局接触网检测车 北京局接触网检测车 160km/h高速检修综合作业车接触网检测系统模块化技术u 背景背景u 创新创新u 应用应用u 基于镜像信号的自适应滤波、抗微电磁干扰处理技术基于镜像信号的自适应滤波、抗微电磁干扰处理技术u 专家软件分析处理技术专家软件分析处理技术 u 高速字幕合成技术高速字幕合成技术 根据被测信号与干扰信号的统计特性，采用特定算法，将检测过程中的接触网电压及其它干扰信号滤掉，达到抗干扰的目的。 基于专家分析处理的专用软件包，对检测数据进

18、行分析、处理，实现接触网全线路综合质量评定、故障诊断及多次历史检测数据对比。 采用高速字幕合成技术将检测数据结果与弓网监控录像进行实时字幕合成叠加，并输出到显示器，图文并茂，观察更直观。并具备录像功能，便于事后查询。 u 两级隔离技术两级隔离技术 高压端采用隔离变压器供电、光纤传输信号，信号传输质量高、安全，确保车内设备及操作人员安全。 其它先进技术主要检测参数及指标主要功能控制功能智能检测，预留人工干预功能，能随时预置和更改检测设备所处的线路位置。人工干预线路位置设置常规参数设置主要功能检测功能接触网停、带电状态下，全天候准确检测给定接触网参数。超限数据显示分相锚段主要功能字幕合成及录像功能

19、 能实时将各检测参数叠加到弓网监控图像上，并显示。录像系统能将被测线路进行全程录像，便于事后查询。主要功能输出功能能以数据报表、曲线、图片（JPG、PDF等格式）、Excel数据格式和打印（包括曲线和数据）的方式输出。数据记录表缺陷记录表曲线保存为图片格式数据导出Excel格式主要功能专家分析处理功能具有接触网质量综合评定、历史检测数据对比功能。数据曲线重复性比较历史数据对比主要功能数据库管理功能数据库维护操作简捷、方便。 数据库软件，主要目的数据库软件，主要目的建立被测线路检测线路表外。建立被测线路检测线路表外。除此之外，除此之外，新增新增LKJLKJ信号库有信号库有用信息提取功能，辅助实行

20、用信息提取功能，辅助实行接触网检测精确定位（针对接触网检测精确定位（针对大铁）。大铁）。主要功能其它功能l 预留足够升级和扩展接口，便于系统升级和功能扩展；l 主机系统采用性能稳定、抗干扰能力强的工控机，其软硬件配置为我公司当前最先进水平；l 系统界面采用易操作的Windows风格，设计美观合理、层次清楚、功能齐全；l 计算机软件实现标准化，兼容性强，方便用户操作。 案例展示（硬件）重庆地铁6号线接触网综合检测车图1 车顶布局图2 车内布局 重庆地铁6号线接触网检测系统安装于2012年2月，其采用基于相机图像处理技术的非接触式检测模式，检测精度高，能识别锚段、定位管等接触网特征点。 该非接触式

21、检测系统由安装一定角度的2台线阵相机、LED线性光源及前端预处理嵌入式计算机组成。济南局接触网综合检测车 济南局接触网检测车始运行于2007年，采用激光雷达检测模式。2012年3月初大修改造为基于相机图像处理技术的非接触式检测模式。其由4台线阵相机、LED线性光源及前段预处理计算机组成。图1 车顶布局作业车接触网检测装置 作业车接触网检测装置一般采用雷达进行检测（金鹰重工160kmph采用相机进行检测，配置及安装与济南局同）。目前，我公司生产的作业车包括地铁、大铁共计数百套。图1 车顶布局图2 车内布局其他局接触网检测车图1 车顶布局图2 检测室布局图3 会议室布局国内外技术简介 目前，做接触网检测的厂家，国外应属德国DB公司、摩尔迈科（MERMEC）公司，国内主要是成都唐源科技/电气有限责任公司。德国DB公司图1 德国DB公司非接触式检测系统安装图国内外技术简介摩尔迈科（MERMEC）公司图1 摩尔麦科公司非接触式检测系统安装图 采用2个线阵相