轨道交通转辙机表示缺口检测系统研究

摘 要：轨道交通电动转辙机时常因表示缺口超限而产生转辙机断表示故障，导致影响列车运行安全及运输效率的提高。课题组针对这一现状，结合国内现有检测手段，与沈阳地铁展开联合攻关，为转辙机表示缺口的在线智能检测提供解决方案。

关键词：转辙机；表示缺口；检测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.115

1 引言

转辙机表示缺口超限将直接影响着轨道交通的行车安全和运输效率，而其表示缺口的检测一直是转辙机维护中的薄弱环节。据沈阳地铁通号中心统计数据显示：沈阳地铁一、二号线在 2017年度累计共发生转辙机故障15次，而15次均为转辙机失表故障，而其中因缺口问题造成的故障占总故障的1/3。

目前地铁对道岔及转辙机的日常维护主要依靠人工进行定期或者不定期的检查，而其检测手段以人工目测为主。现场转辙机表示缺口的维修调整还停留在以传统手工调试的方式进行，其过程繁琐、时间偏长、效率低下[1]。为此，实现转辙机表示缺口的在线检测（由故障修到状态修），成为亟待解决的课题。

2 目前常用的转辙机表示缺口检测方式

因转辙机始终工作在密封封闭状态，无法对其直接监测，只能采用自动化智能化手段。

传感器按测量方式有直接测量和间接测量；按安装位置有内置式和外置式；按输出变量类型有模拟式和开关式；按原理划分有机械式、光电式等。目前常用的转辙机表示缺口检测方式主要有两种：

（1）碰珠式。碰珠式缺口检测采用的是机械式开关量传感器来直接测量，在电动转辙机检查柱的两侧各嵌装1个弧状物—碰珠，当缺口间隙小于限定值时，碰珠与检查块接触，构成回路并形成报警[2]。此种方式成本较低、稳定可靠，不受温度湿度等环境因素的干扰，缺点是只能定性检测，不能将间隙量化，同时易受机械振动和磨损的影响。

（2）光电式。光电式缺口检测采用的是非接触式检测方法，以不同的缺口间隙大小所通过的光信号，转化为相应的电信号，从而实现缺口间隙的间接测量。此种方式检测精度较高、报警准确可靠，缺点是基准位置调整复杂，易受灰尘影响和电磁环境的干扰。

3 未来主流的转辙机表示缺口检测方式—基于图像识别处理技术

国内现有转辙机表示缺口系统大都使用开关量、模拟量来检测缺口大小，都不同程度地存在检测精度低、检测误差高、调整无指示、安装施工难、维护工作多、系统兼容差、传输速率低等诸多情况[3]。转辙机表示缺口监测系统不仅要能准确地动态监测其间隙的大小，而且要能从视觉上更直观地观察到其间隙的状态，随着图像识别处理技术以及计算机科学技术的不断发展，转辙机表示缺口的视频图像检测方式为解决现有转辙机缺口监测存在的问题提供了解决方案。

首先，基于图像识别处理技术的转辙机表示缺口检测方式，采用相对基准测量方法， 在视频缺口传感器拍摄范围内在对应的表示杆上粘贴测量靶标，将产生的偏移量利用图像识别处理技术来计算出实际表示缺口的偏移量，从而完成对转辙机表示缺口的智能在线检测。

其次，基于图像识别处理技术的转辙机表示缺口检测方式，具有其检测精度高、检测误差低、调整有指示、安装施工易、维护工作小等诸多特点。

最后，基于图像识别处理技术的转辙机表示缺口检测方式，由于其具有较强的兼容性，利于日后的升级、改造。

4 轨道交通转辙机表示缺口检测系统的总体设计

经过充分地调研论证，本系统的实物搭建，将切实利用现有教学条件，联锁设备实训室、转辙机实训室、PLC实训室等等，采用现有先进的基于图像识别处理的检测技術，来研制转辙机表示缺口监测系统样机的搭建，经测试验证的安全认证后，不但可以实际应用到城市轨道交通通号中心下的车辆段工班和正线工班的日常工作中，而且还可以应用到学校专业理论课程教学以及实训课程教学中去，以达到产学研用一体化的校企协同育人效益。其设计思路的总体架构如图1所示。

（1）城市轨道交通转辙机表示缺口偏移量的检测，采用的缺口图像传感器设备，其检测精度≤0.1mm（检测范围在0～10mm），这样，便能精确地检测出表示缺口的大小。同时表示杆上所设测量靶标为即时黏贴式，避开了转辙机油污对检测标志的影响。

另外，通过加装的电压/电流传感器，可以实时获得转辙机的电压、电流数据，以便信号维护人员能够及时掌握转辙机的实时工况，辅以在第一时间内做出准确的判断；通过加装温湿度传感器，可以实时获得转辙机的温度、湿度数据，以便信号维护人员能够及时了解转辙机各部件的工作环境是否适合。

（2）城市轨道交通转辙机表示缺口偏移量的采集，采用的检测数据采集机设备，其带有直观地检测数据显示功能，将给在室外作业的信号维护人员带来极大的便利，减少人为（人工误判）、光线（夜间检修）、时间等因素的干扰和影响。

（3）城市轨道交通转辙机表示缺口偏移量的传输，利用现有传输技术（电力载波技术和CAN总线技术），但电力载波技术因电力线本身固有的脉冲干扰以及对载波信号造成高削减等自身缺点，需加多种防护，优点是不需要重新架设网络；而CAN总线技术需要重新架设网络，则对于既有线路而言，其备用芯线数量是应考虑的问题。

（4）城市轨道交通转辙机表示缺口偏移量的预警，实时分析处理采集分机传来的数据，当其表示缺口的偏移量在≥2.5mm、≤0.5mm，具备超限声光预、报警功能，及时通知信号维护人员到达现场处理故障。

（5）城市轨道交通转辙机表示缺口检测系统安全，系统设备安装不需更改转辙机现有结构。机械设计采用多重安全措施，电路设计采用隔离方式。

5 结语

通过分析研究转辙机表示缺口检测方式，采用先进的基于图像识别处理技术的转辙机表示缺口智能检测系统，经测试验证的安全认证后，可应用在沈阳地铁一、二号线的信号检修一线。

参考文献：

[1]王歆钰.转辙机缺口监测技术在南京地铁道岔断表示故障预防中的应用[J].城市轨道交通研究，2014，17（12）：107-111.

[2]盛香山，翁国兴，李维儒.ZQB-2004型转辙机表示缺口监测报警系统[J].铁道通信信号，2005，41（05）：30-31.

[3]张富春.转辙机表示缺口视频监测系统[J].铁道通信信号，2017

，53（01）：35-37.

辽宁省交通高等专科学校2017年度技术应用型科研项目，项目名称：《城市轨道交通转辙机表示缺口的监测研究》，项目编号lnccjyky201705

作者简介：赵明国（1987-），辽宁人，研究生，讲师，从事城市轨道交通控制研究。