CN108981583A - 一种跨坐式单轨接触网磨耗检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测接触网的磨耗状态的跨坐式单轨接触网磨耗检测系统，包括磨耗检测装置、接触网及PC梁，磨耗检测装置包括数据采集模块、车体晃动量补偿模块及数据处理模块，数据采集模块正对于接触网与PC梁的测量面，数据采集模块、车体晃动量补偿模块及数据处理模块依次通讯连接，数据采集模块采集接触网与PC梁截面的点云数据及相对倾斜角度数据，通过车体晃动量补偿模块对点云数据进行补偿，数据处理模块根据补偿后的点云数据测量接触网磨耗残余量并判断接触网磨耗状态。本发明还提供了一种跨坐式单轨接触网磨耗检测方法。该跨坐式单轨接触网磨耗检测系统及检测方法检测周期短、测量效率高、测量精度高且检测更加全面。

Description

一种跨坐式单轨接触网磨耗检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及城市轨道辅助设备的技术领域，特别涉及一种跨坐式单轨接触网磨耗检测系统及检测方法。

背景技术

跨座式单轨是指通过单根轨道来支撑、稳定和导向，车体骑跨在轨道梁上运行的铁路，接触网是供电的高压输电线，接触网的磨损会对跨坐式单轨运营存在一定的安全隐患。

目前，跨座式单轨接触网磨耗检测主要以人工检测为主的方式进行，通过专用测量工具，夜间定期对计划巡检区间进行接触网磨耗抽样测量，并对异常磨耗位置进行线路标记记录。现有技术主要存在以下几个缺点：完成全线路接触网磨耗数据采集周期需要大半年时间，线路数据采集周期长；该检测方式主要在夜间凌晨进行，且需携带笨重的测量工具，工作强度大；每次巡检区间只有一至两个，测量点少且单次通过专用工具测量时间长，效率低下；由于人为及测量工具误差等因素导致测量精度不高，测量精度低；由于全线接触网长，人工无法高密度对接触网进行采样测量，以至于无法真实反映实际线路情况，采样数量少；由于在夜间作业，有些区段需要高空作业，存在一定作业安全隐患，存在操作安全隐患。

为此，我们提出了一种自动检测的跨坐式单轨接触网磨耗检测系统及检测方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种跨坐式单轨接触网磨耗检测系统及检测方法，具有自动检测、缩短检测周期、提高测量效率、检测全面且检测精度高的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种跨坐式单轨接触网磨耗检测系统，包括磨耗检测装置、接触网及PC梁，用于检测接触网的磨耗状态，所述磨耗检测装置包括数据采集模块、车体晃动量补偿模块及数据处理模块，所述数据采集模块正对于所述接触网与PC梁的测量面，所述数据采集模块、所述车体晃动量补偿模块及所述数据处理模块依次通讯连接，所述数据采集模块采集接触网与PC梁截面的点云数据及相对倾斜角度数据，通过所述车体晃动量补偿模块对所述点云数据进行补偿，所述数据处理模块根据补偿后的所述点云数据测量接触网磨耗残余量并判断接触网磨耗状态。

优选的，所述数据采集模块与所述接触网间隔一定距离并安装于列车侧面裙板底下，所述数据采集模块通过固定支架与车体承重梁刚性连接。

优选的，所述数据采集模块包含用于采集接触网与PC梁截面的点云数据的测距传感器、用于检测测量车体各个方向上的第一倾斜角度的倾角传感器及成像传感器，所述测距传感器的激光扫描口对准接触网及PC梁，所述倾角传感器与所述车体晃动量补偿模块连接，所述成像传感器与所述数据处理模块连接。

优选的，所述磨耗检测装置还包括数据存储模块，所述数据存储模块输入端连接于所述数据采集模块输出端，所述数据存储模块输出端连接于所述车体晃动量补偿模块输入端。

一种跨坐式单轨接触网磨耗检测方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、采集接触网与PC梁截面的点云数据；

步骤S2、计算数据采集模块相对于基准面在各个方向上的倾斜角度，通过所述倾斜角度对所述点云数据进行校正；

步骤S3、通过校正后的点云数据计算接触网磨耗残余量，根据所述磨耗残余量判断接触网磨耗状态。

优选的，所述步骤S2具体包含：

步骤S21、检测测量车体各个方向上的第一倾斜角，且根据所述点云数据计算数据采集模块相对于PC梁的第二倾斜角；

步骤S22、根据所述第一倾斜角及所述第二倾斜角计算出数据采集模块相对于基准面在各个方向上的所述倾斜角度；

步骤S23、根据所述倾斜角度对所述点云数据进行仿射变换，得到校正后的点云数据。

优选的，所述步骤S3具体包含：

步骤S31、根据校正后的所述点云数据定位接触网端面；

步骤S32、计算所述接触网端面与基准面之间的相对高度差为接触网磨耗残余量；

步骤S33、将计算的磨耗残余量与预设标准残余量进行比较，根据比较结果判断接触网磨耗状态：当计算的磨耗残余量小于预设标准残余量时，接触网磨耗异常；当计算的磨耗残余量大于或等于预设标准残余量时，接触网磨耗正常。

优选的，在步骤S0之前还包含：预先设置的预设标准残余量为在正常磨耗情况下接触网端面与基准面之间的磨耗残余量的最大值。

优选的，所述第二倾斜角包含四个自由度的晃动量，所述晃动量包含上下摆动量、左右摆动量、用于检测在垂直方向上的垂直角度倾斜量及用于检测在水平方向上的水平角度倾斜量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过数据采集模块可实时对全线的接触网及PC梁截面进行自动扫描采集数据，可缩短检测周期、提高测量效率且检测更加全面；通过车体晃动量补偿模块对检测的点云数据进行补偿，从而能保证检测数据的精度高；数据处理模块根据补偿后的点云数据测量接触网磨耗残余量并判断接触网磨耗状态，可自动筛选有异常磨耗点数据，方便检测人员根据磨耗状态查找具体的接触网异常磨耗的原因进行相应的改进。

附图说明

图1为本发明实施例的跨坐式单轨接触网磨耗检测系统的组合立体结构图。

图2为本发明实施例的磨耗检测装置的示意图。

图3为本发明实施例的跨坐式单轨接触网磨耗检测方法的流程图。

图4为本发明实施例的列车车体晃动在垂直方向上角度倾斜时的示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

跨座式单轨是指通过单根轨道来支撑、稳定和导向，车体骑跨在轨道梁上运行的铁路，接触网是为跨坐式单轨列车供电的高压输电线，接触网的磨损会对跨坐式单轨运营存在一定的安全隐患。因此，有必要对接触网的磨耗状态进行监控并判断具体的磨耗状态类型及异常磨耗位置，能根据磨耗状态查找具体的接触网异常磨耗的原因进行相应的改进，从而提高跨坐式单轨行车安全性能。

本发明提供了一种跨坐式单轨接触网磨耗检测系统1，跨坐式单轨接触网磨耗检测系统1用于检测接触网200的磨耗状态，图1为本实施例的跨坐式单轨接触网磨耗检测系统1的组合立体结构图，只列举数据采集模块10位于车下的安装方式，如图1所示，本实施例的跨坐式单轨接触网磨耗检测系统1包括磨耗检测装置100、接触网200及PC梁300。图2为本发明实施例的磨耗检测装置100的示意图，如图2所示，其中，磨耗检测装置100包括数据采集模块10、车体晃动量补偿模块20及数据处理模块30，数据采集模块10正对于接触网200与PC梁300的测量面，数据采集模块10、车体晃动量补偿模块20及数据处理模块30依次通讯连接。

下面对跨坐式单轨接触网磨耗检测系统1中各个部件中的位置关系进行详细的描述：

具体的，数据采集模块10用于采集接触网200与PC梁300截面的点云数据及相对倾斜角度数据。数据采集模块10与接触网200间隔一定距离并安装于列车侧面裙板底下，数据采集模块10通过固定支架与车体承重梁刚性连接。其中，数据采集模块10包含测距传感器11，优选的，测距传感器11为激光位移传感器，测距传感器11的激光扫描口对准接触网200及PC梁300。测距传感器11对接触网200及PC梁300进行实时扫描，用于采集接触网200与PC梁300截面的点云数据。点云数据包含接触网200及PC梁300相对于测距传感器11端面的相对距离及所扫PC梁300横截面方向上的距离。再者，数据采集模块10还包含倾角传感器12及成像传感器13，倾角传感器12用于检测测量车体各个方向上的第一倾斜角，成像传感器13用于对全线接触网200磨耗状态进行呈现，倾角传感器12与车体晃动量补偿模块20连接，成像传感器13与数据处理模块30连接。

请继续参阅图2，本实施例的数据采集模块10还包含用于过滤干扰数据点的滤波单元14，滤波单元14输入端与测距传感器11连接，滤波单元14输出端与车体晃动量补偿模块20连接。优选的，滤波单元14为滤波器。

进一步的，本实施例的车体晃动量补偿模块20用于对点云数据进行补偿，通过补偿保证检测数据的精度高。本实施例的数据处理模块30用于根据补偿后的点云数据测量接触网200磨耗残余量并判断接触网200磨耗状态，可自动筛选有异常磨耗点数据，方便检测人员根据磨耗状态查找具体的接触网200异常磨耗的原因进行相应的改进。

再者，请继续参阅图2，本实施例的磨耗检测装置100还包括用于对实时数据进行存储的数据存储模块40，数据存储模块40输入端连接于数据采集模块10输出端，数据存储模块40输出端连接于车体晃动量补偿模块20输入端。

基于上述的一种跨坐式单轨接触网磨耗检测系统1，本发明还提供了一种跨坐式单轨接触网磨耗检测方法，图3为本发明实施例的跨坐式单轨接触网磨耗检测方法的流程图，该跨坐式单轨接触网磨耗检测方法通过对采集的点云数据进行处理，并进行接触网磨耗状态的判断。具体的，下面对各个步骤进行详细的描述：

首先，采集接触网与PC梁截面的点云数据，详细描述如下：

具体的，测距传感器对接触网及PC梁截面进行实时高速扫描测距，得到接触网及PC梁截面的点云数据。在进入下一步处理之前需对采集的点云数据进行滤波处理，把干扰数据点进行过滤；且通过点云数据中的特殊点识别定位接触网区域及PC梁截面区域。

当完成对点云数据的处理后，计算数据采集模块相对于基准面在各个方向上的倾斜角度，通过倾斜角度对点云数据进行校正，具体的描述如下：

通过两个倾斜角度对采集到的点云数据进行补偿，倾斜角度包含第一倾斜角及第二倾斜角。检测测量车体各个方向上的第一倾斜角；PC梁区域已经识别，根据点云数据计算数据采集模块相对于PC梁的第二倾斜角。具体的，第二倾斜角包含四个自由度的晃动量，晃动量包含上下摆动量、左右摆动量、用于检测在垂直方向上的垂直角度倾斜量及用于检测在水平方向上的水平角度倾斜量。

再者，根据第一倾斜角及第二倾斜角计算出数据采集模块相对于基准面在各个方向上的倾斜角度，根据倾斜角度对点云数据进行仿射变换，得到校正后的点云数据。

完成整个的点云数据的预处理后，通过校正后的点云数据计算接触网磨耗残余量，图4为列车车体晃动在垂直方向上角度倾斜时的示意图，测距传感器安装平面为N-N，车体晃动时测距传感器平面为N1-N1，如图4所示，具体的接触网磨耗残余量的计算方法如下：

其中，测距传感器与PC梁导向面的距离Da，测距传感器与PC梁凹面的距离Db，测距传感器与接触网端面的连线与中心线的角度A1，P为测距传感器的倾斜角度。根据Da与Db大小的不同情况进行不同接触网磨耗残余量的计算，具体包含以下三种情况：

当Da＝Db时，测距传感器安装平面N-N与PC梁凹面及导向面平行，车体晃动角度为0，接触网相对测距传感器的磨耗残余量H＝H2-H1；当Da<Db时，接触线相对测距传感器的磨耗残余量H＝(H2-H1)*cosP；当Da>Db时，接触线相对测距传感器的磨耗残余量H＝(H2-H1)*cos(|A1+P|)，H1为接触网到测距传感器端面的距离，H2为接触网根部(测量磨耗的参考基准面)到测距传感器端面的距离。

根据磨耗残余量判断接触网磨耗状态。在此之前还需预先设置的预设标准残余量为在正常磨耗情况下接触网端面与基准面之间的磨耗残余量的最大值。

具体的，磨耗状态的判断如下步骤：根据校正后的点云数据定位接触网端面；计算接触网端面与基准面之间的相对高度差为接触网磨耗残余量；将计算的磨耗残余量与预设标准残余量进行比较，根据比较结果判断接触网磨耗状态：当计算的磨耗残余量小于预设标准残余量时，接触网磨耗异常；当计算的磨耗残余量大于或等于预设标准残余量时，接触网磨耗正常。可自动筛选有异常磨耗点数据，方便检测人员根据磨耗状态查找具体的接触网异常磨耗的原因进行相应的改进。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过数据采集模块可实时对全线的接触网及PC梁截面进行自动扫描采集数据，可缩短检测周期、提高测量效率且检测更加全面；通过车体晃动量补偿模块对检测的点云数据进行补偿，从而能保证检测数据的精度高。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种跨坐式单轨接触网磨耗检测系统，包括磨耗检测装置、接触网及PC梁，用于检测接触网的磨耗状态，其特征在于，所述磨耗检测装置包括数据采集模块、车体晃动量补偿模块及数据处理模块，所述数据采集模块正对于所述接触网与PC梁的测量面，所述数据采集模块、所述车体晃动量补偿模块及所述数据处理模块依次通讯连接，所述数据采集模块采集接触网与PC梁截面的点云数据及相对倾斜角度数据，通过所述车体晃动量补偿模块对所述点云数据进行补偿，所述数据处理模块根据补偿后的所述点云数据测量接触网磨耗残余量并判断接触网磨耗状态。

2.根据权利要求1所述的跨坐式单轨接触网磨耗检测系统，其特征在于，所述数据采集模块与所述接触网间隔一定距离并安装于列车侧面裙板底下，所述数据采集模块通过固定支架与车体承重梁刚性连接。

3.根据权利要求1所述的跨坐式单轨接触网磨耗检测系统，其特征在于，所述数据采集模块包含用于采集接触网与PC梁截面的点云数据的测距传感器、用于检测测量车体各个方向上的第一倾斜角度的倾角传感器及成像传感器，所述测距传感器的激光扫描口对准接触网及PC梁，所述倾角传感器与所述车体晃动量补偿模块连接，所述成像传感器与所述数据处理模块连接。

4.根据权利要求1所述的跨坐式单轨接触网磨耗检测系统，其特征在于，所述磨耗检测装置还包括数据存储模块，所述数据存储模块输入端连接于所述数据采集模块输出端，所述数据存储模块输出端连接于所述车体晃动量补偿模块输入端。

5.一种采用如权利要求1～4任一项所述的跨坐式单轨接触网磨耗检测系统的检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、采集接触网与PC梁截面的点云数据；

步骤S2、计算数据采集模块相对于基准面在各个方向上的倾斜角度，通过所述倾斜角度对所述点云数据进行校正；

步骤S3、通过校正后的点云数据计算接触网磨耗残余量，根据所述磨耗残余量判断接触网磨耗状态。

6.根据权利要求5所述的跨坐式单轨接触网磨耗检测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包含：

步骤S21、检测测量车体各个方向上的第一倾斜角，且根据所述点云数据计算数据采集模块相对于PC梁的第二倾斜角；

步骤S22、根据所述第一倾斜角及所述第二倾斜角计算出数据采集模块相对于基准面在各个方向上的所述倾斜角度；

步骤S23、根据所述倾斜角度对所述点云数据进行仿射变换，得到校正后的点云数据。

7.根据权利要求5所述的跨坐式单轨接触网磨耗检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包含：

步骤S31、根据校正后的所述点云数据定位接触网端面；

步骤S32、计算所述接触网端面与基准面之间的相对高度差为接触网磨耗残余量；

步骤S33、将计算的磨耗残余量与预设标准残余量进行比较，根据比较结果判断接触网磨耗状态：当计算的磨耗残余量小于预设标准残余量时，接触网磨耗异常；当计算的磨耗残余量大于或等于预设标准残余量时，接触网磨耗正常。

8.根据权利要求5所述的跨坐式单轨接触网磨耗检测方法，其特征在于，在步骤S0之前还包含：预先设置的预设标准残余量为在正常磨耗情况下接触网端面与基准面之间的磨耗残余量的最大值。

9.根据权利要求5所述的跨坐式单轨接触网磨耗检测方法，其特征在于，所述第二倾斜角包含四个自由度的晃动量，所述晃动量包含上下摆动量、左右摆动量、用于检测在垂直方向上的垂直角度倾斜量及用于检测在水平方向上的水平角度倾斜量。