城市轨道交通接触网检测技术综述

王佳兴

摘要：目前我国各个城市的轨道交通线路由于设计方案、运营模式的差异，各地接触网参数的检测技术具有一定的片面性，新技术的应用和推广参差不齐。本文结合我国城市轨道交通接触网检测的技术方法和手段，从人工现场测量到接触网检测车的介绍，由接触式测量到非接触式检测的发展，结合既有接触网检测的实际情况，提出打造接触网检测的新思路，形成系统的城市轨道交通刚性接触网检测、维修、评价体系。

关键词：城市轨道交通;刚性接触网;检测技术;综述

引言

近年来，我国经济的快速发展，随着大都市圈的形成，城市轨道基础设施建设备受关注，轨道交通安全运营的重要性愈发凸显。接触网检测是保证列车安全运行的必要手段，为了使城市轨道交通供电能够安全稳定的运行，必须细心探讨城市轨道交通接触网所采用的检测技术。接触网是牵引供电系统的重要组成部分。接触网将电能由牵引变电所输送至列车位置，以驱动列车运行。接触网的运行状态直接影响城市轨道交通牵引供电系统运行安全和列车的受流质量。列车运行过程中，应保证牵引功率传输的可靠性，保证接触网系统的运行寿命。如何保障建设和日常运行中接触网运行状态良好成为轨道交通线路安全运行的关键。本文针对城市轨道交通接触网检测技术开展分析。

1接触网的组成

本文主要针对的是城市地下空间采用的刚性悬挂接触网系统。刚性悬挂接触网主要有“π”型汇流排+接触线、“T”型汇流排+接触线、第三轨接触轨等几种形式。汇流排+接触线形式的接触网是由铝合金汇流排嵌入接触导线，以“正弦波”形式布置于轨道线路上方，使接触网接触线能够与列车受电弓碳滑板接触，向地铁列车输送电能的装置。刚性悬挂接触网主要组成部件：汇流排、终端汇流排、汇流排连接接头、绝缘支持装置、中锚固定装置、刚柔过渡装置。

2接触网性能分析

对于城市轨道交通来说，接触网的性能直接影响电客车受电弓的受流质量，接触线的任何一处故障都会对列车的运行速度和安全造成了一定程度的影响。而接触网具有一定的特殊性，主要表现在接触网是对气候的变化非常的敏感，没有备用性，负荷的移动性和不确定性，这些特殊的性质会造成接触网故障复杂又频繁地发生。

3城市轨道交通接触网检测的内容

城市轨道交通接触网在检测时主要检测参数有接触网的几何参数，受电弓电流参数，弓网燃弧参数，接触网温度参数，磨耗程度及周边元件运行状态等。不同检测参数对检测技术的要求不同。笔者对当前接触网主要参数的检测方法进行分析。

4城市轨道交通接触网检测的方法

接触网检测是保证列车安全运行的必要手段，目前我国各城市轨道交通接触网检测主要依靠人工现场测量和接触网检测车两种检测方法。由此检测接触网的几何静态参数和弓网关系的动态参数，方便地铁运营检修部门掌握接触网实际损耗情况，为检修提供依据。

人工现场几何参数测量

人工现场测量主要采用的设备为手持式DDJ-8型和TDJ-6型接触网激光测量仪。通过将测量仪底座垂直放置在两钢轨之间，将测量仪激光发生器对准轨道上方某点接触线，利用激光测距的方式测量接触网的导高、拉出值、外轨超高及锚段关节之间的间距等参数。于人工现场测量强度大、效率低，该方法主要用于接触网在维修后的复核工作，并不适用于全线的接触网检测。接触网检测車主要分为接触式和非接触式两种检测方法。下面主要讨论这两种接触网检测方法。

车载接触式几何参数检测

我国最早的接触式检测方法是西南交通大学在广州地铁1号线应用的。原理是通过在受电弓上安装传感器和反射板测量接触网拉出值及动态导高，评估接触网的运行状态。需要接触式检测的参数主要有硬点、接触力等等。但是这种方法也存在较大的缺陷，一是传感器可靠性较差，容易损坏;二是实际运行中受电弓及接触线均处于震动状态，测量精度不高。接触式检测一般在线路施工或停运状态下开展，较难在线路运行过程中进行检测。非接触式检测便于在运营过程中在线检测接触网的运行状态。

车载非接触式几何参数检测

为了克服接触式检测的局限性，我国国铁精工等公司研发了基于激光雷达的非接触式检测方法，成功应用于苏州上海等地铁线路中。非接触式检测主要借助安装于检测车车顶的激光雷达，以发射激光束的方式，连续不断的对车顶的接触网进行二维平面测量，利用几何原理换算接触网的几何参数。但是一般激光雷达的精度只能达到3～5mm，这种接触网参数检测方式并未在地铁刚性接触网检测中广泛应用。

近年来随着科技的发展，计算机视觉技术被应用于接触网检测中，我国弓网科技公司基于面阵相机的计算机视觉检测技术，率先成功应用于广州地铁2号线，取得了较好的成果。但是由于面阵相机本身靶面和帧率的限制，设备采样间隔较大，检测密度不高。为了克服这一限制，我国唐源电气公司采用了基于线阵相机的计算机视觉检测技术。该方法为采用两台线阵相机对接触网进行图像的采集，利用图像来还原接触网的几何坐标，实现接触网几何参数的高精度检测。该技术在上海地铁已成功应用。

车载式的检测方式由于机车在行驶过程中会产生震动，因此大大降低了接触网几何检测中的参数精度，唐源电气公司首先引入了针对机车震动进行补偿的方式。方法为在机车底部安装信息采集设备，利用计算机视觉技术，对车体震动进行判断，将采集的信息数据归算于线阵相机数据中，对检测参数进行补偿。该方法大大降低了车体运行中由于震动造成的对接触网检测参数的影响。该方案成功应用于我国重庆地铁。

弓网关系动态参数检测

弓网关系的本质体现在弓网动态受流质量，弓网关系除了受到受电弓与接触网设备的质量因素影响之外，还与弓网动态接触压力及列车运行状态有关。目前我国城市轨道交通主要通过分析弓网接触压力的均值、方差来判断受电弓的受流质量。方法为在综合检测车受电弓上安装压力传感器及加速度传感器通过牛顿定律来计算弓网接触压力。但是弓网压力是动态参数，受列车型号、受电弓型号、运行方式等因素影响明显，综合检测车测量的数据不具备一定的客观性。日本通过非接触的方式通过检测弓网燃弧，作为分析弓网动态受流质量的参数。

分析我国既有城市轨道交通接触网检测现状，所有的接触网检测都是通过人工检测和接触网检测车来实现的，国外已经将接触网检测设备与客车受电弓相结合，打造一体化接触网检测平台，实现接触网日常检修与电客车正常运营的有效结合。我国在传统接触网检测技术上拼命追赶的同时，更不应忽视先进技术的发展对接触网检测技术的影响，笔者基于AI技术提出了接触网检测技术新思路。

5接触网检测技术新思路

在城市轨道接触网长时间工作过程中，受外界因素影响，各部件会出现不同程度的磨损、闪络灼烧、持续腐蚀程度超过临界点等现象，若没有及时将损坏超标的部件加以更换，都有可能造成城市轨道接触网事故;隧道内的异物、漏水积水、裂纹脱落等也可导致接触网事故出现。所以接触网检测除了接触网几何参数检测和弓网关系动态参数检测，接触网设备质量和线路环境信息采集也应纳入接触网检测范围。

接触网巡检机器人是一种基于AI技术实现3D视觉测量对比的全线路巡检设备。不但可以检测接触网几何参数，还可以检测接触网缺陷、轨间距、轨平面、电缆温度等。该设备主要通过机器视觉、QR Code识别、RFID定位等技术手段优点，采用全局信息先验初步定位、局部信息辅助纠错并精确定位的思路，开展基于多触感器信息融合的巡检机器人自主定位，在执行任务过程中需在轨自主移动并到达指定目标位置开展巡检任务，智能变轨，以线路中心公里标为坐标系，能通过建立数据库智能对比分析接触网设备状态变化规律，通过模拟弓网接触压力，建立全线最适弓网关系模型，为电客车弓网接触压力提供最优方案。目前巡检机器人已在配电站、电力管廊等场所中成功应用，随着5G物联时代的到来，笔者相信接触网巡检机器人技术我国必将走在世界前列。

结束语

本文针对城市轨道交通接触网检测技术的发展进行总结和综述，分析了接触网检测技术的分类及不同检测技术的适用范围，阐述了接触网检测参数及对应检测方法的发展，通过对既有接触网检测技术的分析和研究，为实际线路接触网检测技术和检修模式的发展提供依据和支撑。最后针对传统的接触网几何参数及动态参数检测，并加强对接触网设备质量检测和线路环境信息采集，结合物联技术的应用，提出对接触网智能巡检检测技术的展望。打造接触网检测的新思路，形成系统的城市轨道交通刚性接触网检测、维修、评价体系。

参考文献

[1]陈唐龙.高速铁路接触网检测若干关键技术研究[D].成都，西南交通大学2006

[2]明电舍.电铁技术部接触网检测装置的介绍[M].日本，2011

[3]刘长志，王京保.盐湖地区接触网基础防腐措施[J].电气化铁道，2019，30（S1）：150-152.

[4]闫军芳，严小娜.铝合金接触网零件锻造自动化工艺关键点分析[J].电气化鐵道，2019，30（S1）：153-156.

[5]林文文.基于双目视觉的接触网绝缘子识别定位[D].西南交通大学，2017.

[6]王佳培.基于贝叶斯网络的接触网运行可靠性评估[D].西南交通大学，2017.