高速铁路弓网检测（1C）数据分析方法及应用

申 涛，张文轩，彭雅峰

0 引言

在铁路供电安全检测监测系统（6C系统）迅速发展的今天，如何提高检测监测数据的利用率及参考价值，是现有维护管理模式下必须研究的课题。高速铁路弓网检测（1C）作为供电6C检测的重要组成部分，是评价接触网运行质量的有效依据，提高弓网检测数据分析的准确性并扩大数据的应用范围显得尤为关键。

1 弓网检测数据分析存在的问题

目前，高速铁路弓网检测（1C）数据主要通过综合检测列车检测获取，而综合检测列车弓网检测系统主要通过由高频差分GPS+INS等组成的列车定位同步系统获取线路公里标[1]，受系统精度及其他因素影响，定位同步系统获取的公里标与线路（或支柱）实际公里标之间往往存在一定误差。因此，按照传统分析方法，仅通过定位同步系统获取的公里标来确定缺陷位置，会出现一定的位置偏差，导致在缺陷复核整改过程中出现无法找到实际缺陷位置而不得不扩大缺陷复核（排查）范围的情况，使缺陷整改的效率低下，甚至致使检修人员认为检测装置出现误判，或导致实际缺陷仍遗留在线路上。

2 接触网几何参数测量原理

目前，综合检测列车主要通过光切法测量接触网几何参数，其原理如图1所示。安装在检测列车顶部的激光器发射出扇面形激光后，接触线工作支和非工作支分别与扇面形激光交叉（线与面交叉）形成两点，然后将这两点的像素坐标换算成空间坐标，从而计算出接触线工作支和非工作支的空间位置，最后推算出接触线高度和拉出值[2]。

图1 采用光切法测量几何参数

从上述的测量原理可以看出，综合检测列车检测获取的接触网参数波形是连续的，这就为下文提出的波形图特征分析法提供了理论依据。同时，波形图中的拉出值拐点、锚段关节等信息特征明显，可用于辅助定位。

3 弓网检测数据分析方法

为解决弓网数据分析中出现的定位准确度不高、误差偏大的问题，基于光切法测量接触网几何参数波形图的连续性，现提出一种弓网数据分析的新方法，即波形图特征分析法。

波形图特征分析法是利用接触网特征点在波形图上的特殊表现形式，同时参考弓网检测系统定位获取的线路公里标，实现消除系统定位误差、准确定位缺陷位置的方法。常见的接触网特征点包括：锚段关节转换跨（转换点）、分相关节中心柱、连续正（反）定位处、分段绝缘器、线岔位置等。

下文举例说明传统分析方法与波形图特征分析法。如1C检测发现：某条高铁线路上行K1798+241处接触线高度为5 230 mm（除图10外，本文中提到的接触线高度标准均为5 300 mm），按照高速铁路接触网动态检测评价标准判断，该处构成二级缺陷[3]。

3.1 传统分析方法

传统弓网检测数据分析方法：对照接触网平面布置图，查询缺陷公里标K1798+241对应的位置位于a区间1392#—1394#支柱间，即认为该区间接触线高度超限（过低），构成缺陷，需复核整改。

3.2 波形图特征分析法

3.2.1 分析步骤

第1步：在波形图上查找缺陷公里标附近的特征点（如锚段关节转换跨）。由波形图可知，缺陷公里标K1798+241附近的A—B跨（如图2，对应公里标范围为K1797+700—K1797+800）为五跨锚段关节的转换跨，即特征点。

图2 波形图特征分析

第2步：对照接触网平面布置图，初步确定特征点杆号。对照接触网平面布置图发现，K1797+ 700—K1797+800附近的锚段关节为a区间1360#— 1374#，对应的特征点（锚段关节转换跨）为1364#—1366#，因此，可以初步确定A点对应1364#支柱，B点对应1366#支柱。

第3步：根据波形图上的拉出值拐点（定位点），对照接触网平面布置图，依次推算其他支柱号，确定缺陷的准确位置。推算C—N点依次对应1370#、1374#、1376#、1378#、1380#、1382#、1384#、1386#、1388#、1390#、1392#、1394#支柱，从而确定缺陷实际位置在a区间1390#定位点附近。

3.2.2 分析结果验证

对利用波形图特征分析法得到的结果还应进行正确性验证，验证方法：根据波形图上的拉出值拐点（定位点），对照接触网平面布置图继续顺推支柱号至下个特征点，通过对照顺推出的支柱号与现场或平面布置图的吻合性，即可验证分析结果的正确性。

推算a区间1394#以南（往1396#方向）的各定位点（图3），发现存在以下两个特征点：一是1410#、1414#两相邻定位方式一致，查询2C视频，发现现场1410#、1414#两处定位方式均为反定位，推算结果与现场一致；二是1422#为分相关节中心柱，推算结果与接触网平面布置图吻合，从而证明上述分析结果正确。

图3 特征分析结果验证

3.3 波形图特征分析法的优越性

上例中，传统分析方法确定的缺陷位置（1392#—1394#）与实际缺陷位置（1390#定位点附近）误差较大。而根据现行技术管理要求，1C缺陷复核范围为缺陷公里标前后200 m，若遇到检测系统定位误差大于200 m的情况，按通过传统分析方法得到的结果进行缺陷复核，就会出现实际缺陷点在复核范围外的情况，使现场作业人员误认为缺陷不存在或检测装置存在误差，导致缺陷得不到及时有效整改。波形图特征分析法能够将缺陷锁定在某一个点或某一个跨距内，有效增强了缺陷复核的靶向性，大大提高了现场缺陷整改的效率。

4 弓网检测数据分析应用

4.1 接触网参数问题反映

弓网检测数据可准确反映接触网导高、高差等几何参数存在的问题，如从图4所示的波形可以看出，b站5道121#定位点导高为5 237 mm，根据现行接触网动态检测评价标准判断，该处构成二级缺陷。同时，该定位点与相邻跨距的高差达到136 mm，也构成二级缺陷。

图4 接触网导高缺陷波形

利用波形图特征分析法锁定缺陷位置后，现场复核发现该处静态参数与检测数据（动态参数）缺陷情况吻合，将缺陷准确定位在了121#定位点，有效提高了缺陷整改的效率。

在本例分析过程中，利用波形图特征分析法修正了52 m的里程误差。

4.2 接触网维修效果检验

通过对接触网维修前、后的弓网检测（1C）数据波形图对比分析，可以及时有效地检验接触网维修效果。

4.2.1 接触网参数调整效果检验

通过对b站5道接触线导高调整前、后1C波形图对比分析（图5），143#定位点导高调整前为 5 530 mm，构成一级缺陷，调整后为5 360 mm，调整效果良好，缺陷消除。

图5 导高调整效果验证

在本例分析过程中，利用波形图特征分析法两次分别修正了62、103 m的里程误差。

4.2.2 接触网零部件更换效果检验

通过对c区间95#—99#吊弦更换前、后1C波形图对比分析（图6），发现95#—99#一跨内吊弦更换前（动态）检测导高小于5 400 mm，无缺陷。吊弦更换后，检测导高大于5 400 mm，构成二级缺陷。

图6 吊弦更换效果验证

调取吊弦更换记录，发现95#往南（往99#方向）第1、2根吊弦预制过短，更换后导高变高且超出标准（5 330 mm），动态检测（1C）结果与静态测量参数吻合，及时发现了吊弦更换过程中存在的问题。

在本例分析过程中，利用波形图特征分析法两次分别修正了78、91 m的里程误差。

4.3 设备状态变化情况分析

4.3.1 双套筒连接器滑移

1C检测发现：某条高铁线上行K1798+136处导高为5 199 mm，构成一级缺陷。利用波形图特征分析法分析发现，导高超限位置在a区间1390#定位点附近。与历年1C检测波形图对比分析发现，随着时间推移，1390#定位点导高由高到低变化明显（图7），因此推测该处定位支持装置状态不良。

图7 定位点导高变化波形对比

调取4C检测图发现，该处平腕臂双套筒连接器滑移（图8），滑移痕迹明显。由此可见，该定位点导高变低出现缺陷报警的原因为平腕臂双套筒连接器滑移。

图8 双套筒连接器滑移4C图片

在本例分析过程中，利用波形图特征分析法两次分别修正了11、80 m的里程误差。

4.3.2 定位器与定位支座互磨

通过分析1C波形图拉出值拐点走向，很容易找到相邻两个定位点接触线拉出方向一致（即定位方式一致），拉出值较小处定位器受径向力一般较小，如果恰好出现在隧道，受隧道风压的作用，会出现定位器与定位支座磨损的情况[4]。

如图9所示，某隧道内T78#定位点正属于上述情况，因此推测该处定位器与定位支座互磨，现场检查发现磨损情况属实。因此，在检查过程中应重点关注此类定位器与定位支座互磨的情况。

图9 隧道内定位器与定位支座互磨处波形

在本例分析过程中，利用波形图特征分析法修正了99 m的里程误差。

4.4 路基沉降情况间接反映

2019年一季度，1C检测发现某条新建高铁线路导高缺陷数量逐次上升，由1月上旬31个逐渐上升至3月下旬64个。对该高铁线路开通以来的各次1C波形图对比分析（图10），发现d站接触线高度随时间推移有不同程度的升高，推测可能发生路基沉降。

图10 波形图间接反映线路沉降

随后通过现场复测及红线对照，确认推断正确，线路沉降情况属实，有效避免了由于盲目调整导高后工务部门抬道，导高参数再次不达标情况的发生，为接触网的设备维护提供了正确的参考。

在本例分析过程中，利用波形图特征分析法两次分别修正了532、616 m的里程误差。

5 结语

本文针对弓网检测数据采用传统分析方法分析存在定位误差大、准确度低的问题，提出了数据分析的新方法，即波形图特征分析法。通过将该方法在弓网检测数据分析中的大量应用，证明该方法可将缺陷报警位置准确锁定在一个点或一个跨距内，增强了现场缺陷复核的靶向性，提高了缺陷整治的效率及准确度。同时，本文从数据应用的角度出发，通过一系列应用实例，拓宽了弓网检测数据的应用范围，达到了充分提高数据使用价值，为接触网状态修提供更全面、更有效依据的目的。