地铁车辆受电弓及车顶状态在线检测系统

王业超

【摘 要】地铁车辆受电弓及车顶状态在线检测系统利用非接触式图像测量技术，实现对受电弓滑板磨耗、中心线偏移、工作压力等关键特性参数的在线检测和车顶异物，车顶关键部件缺失、变形等异常检测功能。系统可以有效提高地铁车辆受电弓及车顶状态的检修效率，有效保障地铁车辆的运营安全。

【Abstract】The non-contact image measurement technology is used in the on-line detection system of the pantograph and the roof condition of Metro vehicles， which can be used to detect the key characteristic parameters of pantograph slide plate， center line offset and working pressure. It can also complete the detections such as the foreign body on the roof， the missing and abnormality of key parts of the roof. The system can effectively improve the efficiency of the maintenance of the subway vehicle pantograph and roof， and effectively guarantee the safety of metro vehicles.

【关键词】受电弓；在线检测；地铁车辆

【Keywords】pantograph； dynamic detection； metro vehicle

【中图分类号】TM922.7 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0105-02

1 引言

受电弓作为地铁车辆从接触网收取电流的关键设备，其状态直接影响地铁运营安全。在运营过程中，车顶容易出现异物、部件缺失等故障情况。在国内地铁受电弓及车顶检修是在月修时人工登顶检查，检修周期长不能及时排除故障，效率低下，因此，对地铁车辆受电弓及车顶状态的监测就显得十分重要。

2 系统组成及功能

受电弓及车顶状态在线检测系统由基本检测单元、现场控制中心、远程传输通道和远程控制中心4个部分组成。

2.1 基本检测单元

基本检测单元分为受电弓磨耗中心线检测子系统、压力检测子系统、车顶故障动态图像监视系统，以及辅助系统实现检测功能的车号识别系统、安防系统等其它单元。基本检测单元位于检测现场，实现系统检测功能。

受电弓磨耗中心线检测子系统实现受电弓碳滑板磨耗和中心线偏移量的检测功能；压力检测子系统在线检测受电弓工作位接触压力值；车顶故障动态图像监视系统使用高分辨率线阵相机自动完成对车顶及车顶侧面的高清图像获取，实现车顶异物，车顶关键部件缺失、变形等异常检测。车号识别系统实现受检车辆车号自动识别功能；安防系统实现对设备现场进行安防监控，实现安防报警和录像功能。

2.2 现场控制中心

现场控制中心一般位于基本检测单元旁边或者相邻轨道旁的设备间，实现基本检测单元的供电、控制、数据和图像采集、分析处理与存储。

2.3 远程传输通道

远程传输通道连接现场控制中心和远程控制中心，实现控制信号和检测数据的可靠传输。

2.4 远程控制中心

远程控制中心是系统的控制中心、数据管理中心和监控中心。远程控制中心由大屏幕显示器、控制台、控制机及其附属设备组成，一般位于DCC，在远程控制中心，可以通过大屏幕显示器回放车顶状态监控录像，设置系统参数，监控设备的运行状态和检测过程，查看、统计、分析、打印检测数据。

3 检测原理

3.1 碳滑板磨耗检测

如图1所示，碳滑板磨耗检测采用“图像测量法”实现受电弓磨耗的非接触动态检测。系统采用磨耗相机1和磨耗相机2以设定角度分别对受电弓前滑板的一部分进行拍摄，磨耗相机3和磨耗相机4拍摄后滑板，图像采集后结合标定信息进行拼接处理，并绘制成碳滑板磨耗曲线，从而获得整个受电弓滑板的磨耗情况。

3.2 碳滑板中心线偏差检测

中心线偏差采用“图像测量法”实现受电弓中心线偏差的非接触动态检测。检测原理如图2所示。系统采用2台中心线相机对受电弓左右两端的羊角进行拍摄，受电弓羊角在图像中的位置包含了受电弓相对于轨道中心线的位置信息。

如图3所示，系统可以计算出受电弓左侧羊角顶点的坐标（X1，Y1）和右侧的羊角顶点坐标（X2，Y2），X1和X2分别为左侧羊角和右侧羊角距离轨道中心的相对距离。那么X1-X2的差值加上接触网偏离轨道中心偏移量的结果就是受电弓中心线的偏移量。

3.3 受电弓工作压力检测

如图4所示，检测受电弓动态接触压力是通过杠杆原理来实现的，车辆在通过该检测装置时受电弓会对接触网有一个向上的作用力F1，该力通过测量臂的传递，对压力传感器产生一个向下的拉力F2，通过拉力传感器测量出后，根据标定信息，即可得到受电弓接触压力值。

分析一段時间内压力数据变化的情况，结合车速和温度等因素的分析、优化、修正和补充，检测出受电弓工作的压力值。

3.4 车顶故障动态图像监视原理

系统采用“图像线扫技术”自动获取车顶和车侧、车底走行部位高品质图像，采用HTM神经网络算法设计，对各种车型和关键部件进行结构学习，使计算机形成各型车辆车顶结构的概念信息、数据模板。在实际检测过程中，直接进行目标物体的结构分析，进而判断目标物是否异常。

4 系统与其它专业接口

①为了充分发挥系统的在线检测优势，应在车辆段出入段咽喉区的直线段处设置基本检测单元。

②检测设备设置在检测棚内，龙门架上，线路平直，长度满足设备安装要求；检测棚需考虑防雷接地。

③现场控制中心宜设置在基本检测单元旁，如受到现场土建条件制约，应提前预埋过轨线缆。现场控制中心需要铺设防静电地板，并考虑机械通风。

④远程传输通道光缆应随通信施工作业，提前做好预埋。

5 结语

受电弓及车顶在线检测系统能够有效地提高受电弓及车顶状态的检修效率，保证车辆在线运营安全，有效预防地铁运营安全事故的发生。

【参考文献】

【1】GB/T 21561.2—2008轨道交通机车车辆受电弓特性和试验[S].

【2】孙纲，邓志刚.车辆在线检测系统在受电弓检测中的应用[J].城市快轨交通，2012（1）：104-106.

【3】 陈燕.受电弓状态动态检测系统在成都地铁2号线的应用[J].机车电传动，2015（5）：91-94.