基于我国接触网动态检测系统探讨

　　【摘 要】本文介绍了接触网在铁路运输中的重要性、特殊性，以及我国现阶段对接触网动态检测的几种常见方法、原理、优缺点。 

　　【关键词】动态检测；接触网；非接触式；接触式 

　　0 引言 

　　高速电气化铁路中，接触网的无备用特性决定了它在铁路运输中举足轻重的地位，受电弓和接触网组成的二元能量传输系统中，受电弓和接触网彼此约束，相互依存，它是动与静、刚与柔的矛盾统一体。在弓网的多重（几、机、电、材）耦合之中，合理的几何耦合是弓网稳定受流的基础，而接触网和电力机车受电弓的弓网关系，不能简单的通过接触线的导高、拉出值等几何尺寸和抬升力等指标来评估，要利用接触网动态检测车模拟受电弓的实际运行，通过接触网的动态监测评价接触网和电力机车的弓网关系。 

　　目前我国根据检测设备是否与接触线接触，将动态检测设备分为接触式和非接触式两种，论文检测接触式设备一般是在受电弓上安装相应传感器来实现对硬点、导高和拉出值参数的测量；非接触式设备一般是通过雷达、激光、线阵相机对接触网几何参数进行测量。 

　　本文对我国现阶段几种接触网动态监测的方法、原理、优缺点进行探讨，从而对以后的接触网动态监测技术改进提供一些合理建议。 

　　1 各种方式检测原理 

　　1.1 接触式检测方法 

　　图1 

　　图2 

　　接触式检测方法就是利用在受电弓两滑板下两端四个位置安装压力传感器和速度传感器，如图1，利用接触线和受电弓滑板间的作用力和反作用力。在静止状态下，检测出滑板上四个压力传感器上的合力，F1+F2+F3+F4-FJ=0，从而得到FJ=F1+F2+F3+F4，FJ即为接触线和受电弓之间的压力。 

　　在检测车运行过程中，会产生垂直滑板方向的加速度， a=a1+a2+a3+a4/4，从而得到FJ=F1+F2+F3+F4±ma-W0。W和m是固定数值，不需测量，只要测出四个传感器的F1、F2、F3、F4，用加速度计测出a，则接触力FJ就可计算出来，图2是实现检测的方框图。 

　　导高的测量相对件简单，只需选一基准高度，采用高精度倾角传感器通过拉杆与受电弓转轴连接，受电弓升降时转轴带动传感器变化，从而计算出相应的高度值。 

　　网压检测由隔离变压器变低电压（0～5V）后，输入计算机采集卡，进行换算。 

　　1.2 非接触式检测 

　　我国常用非接触式检测方式，激光雷达和线阵相机。 

　　1.2.1 雷达检测 

　　采用激光雷达来检测拉出值及其导线高度等参数。激光雷达安装于车顶上，测得激光雷达中心于车体顶面的中心的偏离值为C（大小区分方向性，一般规定左为负，右为正）。激光雷达测量系统为非接触的光学测量系统，通过连续发射激光束的方式对被测物体或背景进行二维平面测量。激光雷达以角分辨率0.25°对背景做扇面扫描，得到以安装平面为横轴的距离轮廓曲线。安装于车顶的激光雷达可以很容易的获得包括接触悬挂在内的距离信息，由于激光雷达将超出测量范围的距离设为FF，因而只要再加上距离、角度限定，便可获得接触悬挂的位置信息，从而获得所需要的接触网几何参数。激光雷达输出数据格式为：每一个角度值对应一个距离值。所以我们只要能判断出哪个距离值或角度值是被测物体所产生的，即可能得到导高及计算出相对应的拉出值。如下图3所示： 

　　图3 

　　1.2.1 线阵相机检测 

　　该检测系统由多个线阵相机组成，利用三角法原理获取三维信息，即由两个相机的图像平面（或单相机在不同位置的图像平面）和被测物体之间构成一个三角形。已知两个相机之间的位置关系，便可以获取两个相机公共视场内物体的三维尺寸及空间物体特征点的三维坐标。 

　　根据相机的相互位置关系与成像位置，计算出目标在建立的坐标系中的位置，如图4所示： 

　　图4 线阵相机三角测量原理图 

　　H=h+h0 Z=a= 

　　式中：α、β为线阵相机透镜主轴与相机安装平面夹角；h为目标与相机安装平面的距离；h0为相机安装平面与轨面距离；L为两相机安装间距离；a为检测目标在相机安装平面的投影与相机A的距离；da、db分别为成像平面Sa、Sb上目标物体像点与光心投影的距离；fa、fb为两相机焦距；α1、β1分别为连接检测目标及其像点的直线与主轴相交的夹角；H为接触线高度；Z为拉出值。 

　　2 接触式和非接触式动态检测方法的优缺点 

　　2.1 接触式检测方式优缺点 

　　接触式检测是接触线和受电弓直接接触后得出的数据，最能体现弓网的动态特性，而且不会受到雨、雪、大风天气的影响，对设备的日常维护和检查直观简单。 

　　但接触式检测方式同样存在很多缺点：（1）存在机械磨损，在更换受电弓滑板的同时，传感器也要重新安装。（2）存在高低压绝缘问题，绝缘老化和大雾、雨、雪等恶略天气下有可能与车顶绝缘击穿，造成弓网事故的隐患。（3）接触式检测系统的标定是在列车静止时进行的标定，在运行中的列车存在震和晃动，导致与真实的数据存在一定差距。 

　　2.2 非接触式检测优缺点 

　　非接触式检测方式由于不和接触线直接接触，因此不存在高压击穿的危险，线阵传感器摄像机具有较高的分辨率和很好的实时输出特性。高速线阵相机传感器摄像机每扫描一次，可立即将扫描结果进行一次视频输出，很容易做出连续处理，非常适合对被测图像信息进行快速采样、存储及数据处理。又由于线阵相机测量精度和扫描频率非常高，对高速运动的物体也能得到高分辨率的图像，所以备受青睐。 

　　非接触式检测方式同样有非常明显的缺点：（1）在大雾、雨、雪等天气下，由于光线的折射测得数据会失真，尤其在大雪期间尤为严重。（2）在渡线和锚段较多的战场和分相区段，由于接触线较多，经常出现把非工作支当成工作支参数。 

　　【参考文献】 

　　[1]蔡学敬，陈唐龙，牛大鹏.基于onuris线阵列CCD摄像技术的高速电气化铁路接触网动态检测系统[M].北京：中国铁道出版社，2007. 

　　[2]吴积钦，董昭德.铁道部客运专线接触网培训教材[M].成都：西南交通大学出版社，2007.