高铁弓网系统检测技术与监测方法研究

陈胜蓝，王嵘，刘海渔，谭立，黄亚南

1.株洲中车时代电气股份有限公司，湖南株洲，412001；2.湖南汽车工程职业学院，湖南株洲，412001

0 引言

高速公路弓网运行期间可能出现多种问题，从而增加其工作风险。使用适合的检测新技术能够防止各类问题与风险事故的发生，增强接触网的整体性能。研究和运用我国高铁弓网检测与监测系统技术，要坚持采取自主化的路线。把供电6C系统的应用成果作为基础，关注对智能化水平低、信息共享难度大以及深层次的数据分析困难等难题解决，使用边缘技术和5G通信等各类新技术，依次从弓网的检测和监测方面着手，实现了对对象的全面感知，保障信息传输的速度，实现数据共享和融合，为动车弓网内部各设备维修提供参考，实现精准维修与决策，为高铁弓网系统检测与监测工作的良好进行创设有利条件。

1 供电6C系统的六大主系统研究

1.1 高速弓网的综合检测装置

高铁弓网的综合检测装置应用过程中，均是以固定的方式被安装在高速综合检测的列车中，检测期间可以获取接触网的运行情况信息，也能够获取弓网受流参数的信息，这些信息为接触网的维修提供参考依据，方便了人们对接触网的维修。

1.2 接触网安全巡检装置

高铁接触网安全巡检装置被临时安装在高铁动车与机车司机的副驾驶内，是一种便捷式的视频采集设备。工作期间高铁车载的电流在二百二十伏上下，检测设备功率要低于一百瓦，在做到满足上述要求之后，依次对高铁的接触网运行状态及外部环境采用视频的模式来采集，获取的采集结果可以用来指导高铁接触网检修及维护上。

1.3 车载接触网运行状态检测装置

车载接触网运行状态的检测装置能够随着高铁动车组具体运行状态（包括运行速度和运行稳定性与安全性等）实施动态化的监测，还可以对接触网网络状态实施全天候与动态化以及对高铁接触网全面覆盖的检测，保障了检测效果。

1.4 接触网悬挂状态检测装置

使用接触网悬挂状态的检测装置可以获取接触网中一些关键部件及其结构的运行参数与相关信息。接触网悬挂状态检测装置，所检测数据可以利用人工的方式进行，也能够自动和智能化去识别，获取的数据可以为接触网的检修及维护提供理有效参考。

1.5 受电弓滑板状态检监测装置

受电弓滑板状态监测装置应用期间需要被安装在电气化铁路内的车站区域还有咽喉区域以及电力牵引列车的入库区与局界口等多个位置，安装该装置能够实时监测到电子弓滑板的应用情况，还可以第一时间监测到电子弓滑板的反常行为，为接触网检修和维修指引方向。

1.6 接触网供电设备地面监测装置

接触网供电设备地面监测装置，实现了对接触网的张力和线索的温度进行检测，也可以对振动与接触网张力实施检测，对供电设备绝缘状态还有补偿位移以及电缆头温度进行监测。监测过程中能够得到一个完整的检测参数，把检测参数当作是接触网以及供电设备和其相关装置的检修与维护上[1]。

2 高铁弓网系统检测技术及其应用举措

在电气化铁路停电与停运的大小事故中，要属弓网事故所占的比例最大，约为百分之八十。所以，在确保电弓可以正常进行运行前提下，还要消灭弓网事故。高铁弓网事故的处理和解决是轨道交通领域研究热点，更是当下城市轨道建设和发展需要解决的主要问题之一。为了做好接触网的运行管理和维护工作，延长零部件的应用寿命，不断提高设备的管理水平，加大对高铁弓网状态的监管和诊断技术的研究是十分重要和有现实研究意义与价值的。接触网是地铁轨道工程一个主要构成内容，详细来说主要包括用在和受电工摩擦接触的接触线以及接触线的轨道上按照之字形进行架设。考虑到可能会出现受电弓的滑板偏磨以及羊角变形与接触网中异物脱落与接触网的破损等问题，由于此类问题一旦出现，会引发不同程度的弓网事故，所以，实时对接触网运行状态进行监测是极为必要的。

高铁弓网接触网被划分成柔性接触网与刚性接触网，其中刚性接触网因为其结构的特征和安装工艺上的优势，使其被广泛应用到隧道结构轨道的轨道电气列车等相关工程中。当下针对刚性接触网下受电弓实施监测，被划分成接触式与非接触式这两种不同检测内容。其中接触式的检测方法在运用过程中主要是利用在受电弓机构内安装一些相匹配传感器设备来进行检测，包括增速传感器设备与接近开关等；而接触式的方法则是利用激光雷达以及线阵相机以及面阵相机等各类装置，利用机器视觉技术进行检测。具体来说，刚性接触网的受电弓检测可以依据如下顺序和采用以下方式来进行：首先要对加装传感器设备实施检测，之后对单目照相机设备实施检测，最后对列车实施检测。在检测过程中，使用相机实施视频监测的方法是非接触式的监测，利于维护，有着较低的成本，因此十分常用。不过结合现在来说，现有的刚性接触网时常被辐射在隧道内，考虑到隧道内部光线很弱，因此，会利用相机以视频的方式进行监测，该监测方式无法很好地对接触线进行识别[2]。

本文以刚性接触网中弓网的状态监测方法为例，力求通过使用弓网检测技术解决掉以往接触线检测困难引起的无错误报警与漏报警等一系列问题。以下是基于接触线检测困难，解决接触线的错误报警和漏报警所使用的技术以及技术应用举措：①使用弓网检测技术获取到所述弓网接触线和电弓之间的相交区域中原始图像，所述的原始图像应涵盖视角相对和同步采集到的首个图像与第二个图像；②利用直线提取的算法，获取到首个图像内所描述的接触线直线的特征，还有所述的第二个图像内所述的接触线所具备的直线特征；③结合所述首个图像与所述的第二个图像内所描述的接触线具有的直线特征，利用动态权重的直线聚类方法，模拟合成体现所述首个图像和第二个图像所述的虚拟的接触线的2维模型；④立体匹配所述首个图像与第二个图像所述的接触线二者构成的虚拟化二维模型，可以获取所述说接触线视差的信息；⑤结合所述的接触线的视差数据信息，可获取所述的接触线的三维信息，之后根据上述信息构建一个虚拟化所述接触线的三维模型；⑥依据所述接触线的虚拟三维模型，还有所述受电弓的虚拟化三维模型，可以得到所述弓网的具体状态信息[3]。

3 高铁弓网检测监测技术及其应用建议

3.1 弓网在线监测系统技术及其应用

伴随我国高铁交通建设的不断发展，对高铁列车运行安全性与智能性以及可靠性要求更为严格。受到电弓与接触网之间十分复杂关系的影响，增加地铁安全评估的难度，出现严重的故障，对地铁交通运营带来很大影响。受到上述因素的影响，使弓网的关系备受关注，成为高铁列车研究的重点。弓网在线监测系统技术可以对运行的地铁列车弓网运行情况实施监测，把弓网检测系统安装在地铁列车上，实现实时监测和记录弓网运行状态与情况的数据信息[4]。自动识别电弓的羊角变形、缺失和脱落等结构异常问题；可以良好地对电弓碳滑板的磨损程度进行检测；对电弓异常燃弧进行实时检测，同时对电弓异常燃弧率进行检测；能够检测出接触网的几何参数，如拉出值和接触线的高低偏差与坡度，还有导高等；能够对首受电弓与接触网的温度实施检测；可以及时发现弓网发生的故障，并且迅速对弓网故障进行定位，降低由于地铁弓网故障引发一些了的重大事故，保障地铁线路运营的安全性和稳定性。另外，弓网在线监测系统技术的应用，也可以对弓网运行的动态数据有效统计与分析，可以为弓网检修故障人员的弓网检修工作进行和开展提供有效数据作为检修参考依据[5]。

3.2 应用信息化技术，实现了数据信息的共享

为了适应高铁发展现状，满足高铁安全生产与管理工作的实际需求，我国一直致力于智能化与信息技术的应用与推广，在持续努力下积累了一定的经验，如在高铁公务安全生产与管理系统、高铁综合维修和生产管理系统、高铁接口监测系统和综合管网系统、高铁6C数据中心系统研究上取得明显成效。随着这些系统的推广和应用，积累了设备的应用经验，也在高铁安全运营和专业管理等各个方面积累了丰富和有效的数据资源，为高铁弓网检修和维护等工作的进行提供了技术支撑与理论参考依据。但是由于前期各个专业保持着相对独立的状态，无法全面实施，存在对数据平台数量以及数据流向和数量规模等各个方面需求较不明确等问题，出现带宽不足及传输通道的覆盖面不够完善和全面等现象[6]。此外，在数据共享方面，因为数据大部分是跨专业数据，数据的存储位置分布在各个区域，导致数据无法良好共享与分享，出现了数据孤岛问题。常使用的数据采集设备数量很多，所采集的数据其格式不同，缺少一致的数据接口标准和规范。对于现场数据的分析依旧简单停留在初期统计环节，综合数据的分析深度以及数据挖掘深度与应用出现不足，对弓电的养护和维修质量带来很大影响，如影响到维护与检修的可预见性和精准性。当下迫切需要一个统一的数据标准与管理规范，需要组织数据实施集中化的管理，进行多源大数据的分析和应用，保障检测监测数据资源能够发挥出最大的作用和应用价值[7]。

3.3 弓网动态监测技术

弓网动态监测技术的应用，实现了对弓网状态的多参数及实时动态的检测，具体检测参数涵盖如下内容。①接触导线的拉出值和硬点，以及导线的高度与接触力和离线电弧等。检测设备被安装于运行的机车上，能够对弓网整个运行状态进行动态化的检测。②高低电压隔离的高速数据的传输通道。从现场应用安全角度考虑，机车车顶的安装和维护并不那么复杂，维护简便，也考虑到信号传输的距离等各因素，可以采取空气隔离红外光信号这一传输方式，可以传输高低电压的隔离信号。③该技术采用了浮充技术，使用该技术高电压侧电源可以使用7毫安可充的蓄电池来供电，系统运行期间，由高压换能器设备与高压浮充电控制器设备，经机车高压的导电杆来为蓄电池进行供电，省去对高压侧蓄电池进行维护这一环节。与此同时，从检测的方式分析，弓网装置是真正意义上的动态检测装置，其被安装于运行的电力动车中，运行期间电力机车可以直接对弓网的故障实施检测，便于切实反映出相对真实的弓网的特征。作为一种动态化的检测方式，其检测的精准性有保障[8]。

4 结语

高速铁路的建设与良好发展是拉动我国经济发展主要途径和手段之一，此外，高速铁路的不断发展逐渐成为我国铁路建设的特有标志。本文从6C系统展开讨论和研究，分析介绍了弓网检测技术与弓网监测技术，提高弓网检测与监测技术的整体发展水平，形成良好的系统检测与检测平台，保障高铁弓网的检测与监测系统更加健全，为高铁检修和维护提供参考依据和指引方向；解决以往刚性接触网的弓网状态检测期间，接触线错报与漏报警等一系列问题，改善以往接触网关系复杂以及安全评估困难和运营难度大等现状，为高铁动车运行的安全性与稳定性提供保障，促使高速铁路进一步发展。