CN109186510A - 一种车载式接触网磨耗检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载式接触网磨耗检测方法，包括步骤：3D测量模块采集接触网形状数据；将采集的接触网形状数据通过标定文件转化为接触网的实际坐标；根据接触网的实际坐标判断接触网的磨耗状态，当磨耗状态为异常磨耗时进行标注并报警。该车载式接触网磨耗检测方法可实现列车在车速为150km/h以上进行实时采集，满足线路上各种异常磨耗的检测，且能直观的显示异常磨耗点。

Description

一种车载式接触网磨耗检测方法

技术领域

本发明涉及城市轨道辅助设备的技术领域，特别涉及一种车载式接触网磨耗检测方法。

背景技术

接触网作为城市轨道交通供电系统的重要设备之一，其安全和可靠性将直接关系着地铁的运行状态，接触网人员在检修中发现局部区域的接触线，如一些大弯道处，锚段关节处，中间接头处，折返线线岔处，存在磨耗较大，磨耗不均匀，甚至侧磨等异常磨耗现象。接触线异常磨耗将影响弓网的正常匹配关系，降低受电弓取流质量，缩短接触线的使用寿命，甚至对地铁安全运营也存有一定的隐患。因此及时发现接触线异常磨耗，并通过专业技术人员分析查找接触线异常磨耗的原因，根据原因结合现场实际情况，提出切实可行的解决方法就显得尤为重要。

现有技术同样有适用于车载式接触网参数检测的系统，但是现有技术中只能对车速在50km/h以下的低速行驶中才能进行测量，不能测量具体的波形磨耗及偏磨等异常磨耗状态，且不能形象直观的显示异常磨耗点。

为此，我们提出了一种车载式接触网磨耗检测方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种车载式接触网磨耗检测方法，具有能满足列车在车速为150km/h以上进行实时采集、满足线路上各种异常磨耗的检测且能直观的显示异常磨耗点的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S1、3D测量模块采集接触网形状数据；

步骤S2、将采集的接触网形状数据通过标定文件转化为接触网的实际坐标；

步骤S3、根据接触网的实际坐标判断接触网的磨耗状态，当磨耗状态为异常磨耗时进行标注并报警。

优选的，在步骤S1之前还包括步骤S0：对每个3D测量模块进行标定，且对各个3D测量模块相对位置关联进行标定，根据标定数据得到标定文件。

优选的，所述步骤S1具体包括：

步骤S11、检测相对于轨道平面的接触网高度；

步骤S12、将检测到的接触网高度与设定接触网高度阈值范围进行比较，根据比较结果选择相应的3D测量模块进行测量；

步骤S13、采用选定的3D测量模块采集相对应的接触网形状数据。

优选的，所述3D测量模块包括用于测量隧道外接触网形状数据的第一3D测量模块及用于测量隧道内接触网形状数据的第二3D测量模块；所述设定接触网高度阈值范围包括预设的隧道外接触网的第一高度阈值范围及预设的隧道内接触网的第二高度阈值范围。

优选的，所述步骤S12具体包括：当检测到的接触网高度位于第一高度阈值范围内时，启动所述第一3D测量模块进行测量；当检测到的接触网高度位于第二高度阈值范围内时，启动所述第二3D测量模块进行测量。

优选的，所述磨耗状态包括偏磨、磨耗超限、波形磨耗及正常磨耗。

优选的，所述步骤S3具体包括：

步骤S31、根据接触网的实际坐标构建接触网3D图，当磨耗面位于接触网两边时，磨耗状态为偏磨，进行偏磨标注并报警；反之，进入步骤S32；

步骤S32、根据所述接触网半径及所述磨耗宽度计算出残余直径，当残余直径小于设定超限阈值，判断磨耗状态为超限磨耗，进行超限磨耗标注并报警；当残余直径大于或等于设定超限阈值，进入步骤S33；

步骤S33、计算沿接触网方向上多帧接触网数据中最大残余直径与最小残余直径之比的残余直径比值，当计算的残余直径比值大于或等于预设波形比值阈值时，判断磨耗状态为波形磨耗，进行波形磨耗标注并报警；当残余直径比值小于预设波形比值阈值时，判断磨耗状态为正常磨耗。

优选的，根据所述接触网半径及所述磨耗宽度计算出残余直径的具体的公式为：

其中，D为残余直径，r为接触网半径，W为磨耗宽度。

优选的，预先设置的所述预设超限阈值为接触网顶点切面与接触网磨耗面为正常磨耗时的最小值；预先设置的所述预设波形比值阈值为接触网正常磨耗时多帧接触网数据中残余直径比值的最大值。

优选的，所述3D测量模块成对排列安装于列车车顶两侧。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：3D测量模块为高速高精度测量模块，可实现列车在车速为150km/h以上进行实时采集；且根据接触网实际坐标对接触网的不同异常磨耗进行判断，满足线路上各种异常磨耗的检测；当磨耗状态为异常磨耗时进行标注并报警，能直观的显示异常磨耗点。

附图说明

图1为本发明的车载式接触网磨耗检测方法的流程图。

图2为本发明的接触网偏磨时的截面图。

图3为本发明的接触网磨耗时的截面图。

图4为本发明的沿接触网方向一段接触网的侧视图。

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。

接触网是供受电弓取流的高压输电线，接触网与受电弓进行接触在某些局部区域会产生不同程度的磨损，接触网的磨损会对地铁安全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，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，从而提高地铁的行车安全性能。

本发明提供了一种车载式接触网磨耗检测方法，通过接触网形状数据进行磨耗检测。本发明是通过3D测量模块进行数据获取的，3D测量模块为高速高精度测量模块，可实现列车在车速为150km/h以上进行实时采集。优选的，3D测量模块成对排列安装于列车车顶两侧，3D测量模块的数量为4个。

接触网分为刚性接触网及柔性接触网，刚性接触网主要布置于遂道内，相对于轨道平面距离比较低；柔性接触网主要布置于遂道外，相对于轨道平面距离比较高。接触网有一定的工作范围，如需要满足接触网磨耗精度测量要求，地铁线路采用两种结合的线路布置。其中，3D测量模块包括用于测量隧道外接触网形状数据的第一3D测量模块及用于测量隧道内接触网形状数据的第二3D测量模块，根据接触网高度来确定选择相应的3D测量模块进行测量。

图1为本发明的车载式接触网磨耗检测方法的流程图，如图1所示，本发明的一种车载式接触网磨耗检测方法具体步骤如下：

步骤S1、3D测量模块采集接触网形状数据；

步骤S2、将采集的接触网形状数据通过标定文件转化为接触网的实际坐标；

步骤S3、根据接触网的实际坐标判断接触网的磨耗状态，当磨耗状态为异常磨耗时进行标注并报警。

具体的，对步骤S1的3D测量模块采集接触网形状数据进行详细的描述：

检测相对于轨道平面的接触网高度，因3D测量模块分为第一3D测量模块及第二3D测量模块，需根据检测的接触网高度判断启动对应的3D测量模块。

进一步的，将检测到的接触网高度与设定接触网高度阈值范围进行比较，根据比较结果选择相应的3D测量模块进行测量。具体的，设定接触网高度阈值范围由接触网相对于轨道平面距离来确定。布置于隧道外的接触网相对于轨道平面距离比较高，设定接触网高度阈值范围为预设的隧道外接触网的第一高度阈值范围。布置于隧道内的接触网相对于轨道平面距离比较低，设定接触网高度阈值范围为预设的隧道内接触网的第二高度阈值范围。其中，第一高度阈值范围的最小值大于第二高度阈值范围的最大值。

当检测到的接触网高度位于第一高度阈值范围内时，启动第一3D测量模块进行测量；当检测到的接触网高度位于第二高度阈值范围内时，启动第二3D测量模块进行测量。

再者，采用选定的3D测量模块采集相对应的接触网形状数据。当采集到接触网形状数据后需通过标定文件进行转换，将采集的接触网形状数据通过标定文件转化为接触网的实际坐标。在实际磨耗检测之前，需对3D测量模块与被测物的坐标位置关系进行标定，实现精确测量，标定通过专用标定治具及标定图像算法来实现。具体的，对每个3D测量模块进行标定，且对各个3D测量模块相对位置关联进行标定，根据标定数据得到标定文件。

在得到实际的接触网的实际坐标后，进一步的根据接触网的实际坐标判断接触网的磨耗状态，从而做出相应的判断处理：当磨耗状态为异常磨耗时进行标注并报警；当磨耗状态为正常磨耗时，则继续进行检测。磨耗状态包括偏磨、磨耗超限、波形磨耗及正常磨耗，其中，偏磨、磨耗超限及波形磨耗均为异常磨耗。步骤S3详细描述如下：

根据接触网的实际坐标构建接触网3D图，当磨耗面位于接触网两边时，磨耗状态为偏磨，进行偏磨标注并报警。图2为本发明的接触网偏磨时的截面图，如图2所示，接触网的磨耗面位于接触网的右边，因此，该接触网的磨耗状态为偏磨，但并不以此为限，只要是磨耗面位于接触网两边均为偏磨。

当磨耗面位于接触网中间时，可进行进一步磨耗状态的判断，通过接触网的残余直径进行磨耗状态判断。首先，根据接触网半径及磨耗宽度计算出残余直径，图3为本发明的接触网磨耗时的截面图，如图3所示，计算残余直径的具体的公式为：

公式(1)中，D为残余直径，r为接触网半径，W为磨耗宽度。其中，磨耗宽度是可以通过设备直接测量出来，接触网半径是已知参数。

在根据残余直径判断磨耗状态之前，还需预先设置预设超限阈值，预设超限阈值为接触网顶点切面与接触网磨耗面为正常磨耗时的最小值，超限阈值可以根据用户需求自行进行设定。

再者，当残余直径计算出后，将残余直径与设定超限阈值进行比较可得出接触网磨耗状态。具体的，当残余直径小于设定超限阈值，判断磨耗状态为超限磨耗，进行超限磨耗标注并报警。

当残余直径大于或等于设定超限阈值时，可进行进一步磨耗状态的判断，通过沿接触网方向上多帧接触网数据进行磨耗状态判断。图4为本发明的沿接触网方向一段接触网的侧视图，图中方向为沿接触网方向，该图反应多帧沿接触网方向的接触网残余直径。首先，计算沿接触网方向上多帧接触网数据中最大残余直径与最小残余直径之比的残余直径比值，通过残余直径比值与预设波形比值阈值比较判断磨耗状态。在通过残余直径比值与预设波形比值阈值比较判断磨耗状态之前，还需预先设置的预设波形比值阈值，预设波形比值阈值为接触网正常磨耗时多帧接触网数据中残余直径比值的最大值。

再者，当计算的残余直径比值大于或等于预设波形比值阈值时，判断磨耗状态为波形磨耗，进行波形磨耗标注并报警；当残余直径比值小于预设波形比值阈值时，判断磨耗状态为正常磨耗，当为正常磨耗时需继续对接触网进行检测。

再者，通过3D建模算法将接触网形状数据合成3D图，并将有磨耗超限、波状磨耗、偏磨的数据通过红色标识出来，对各个不同的异常磨耗进行相应的标注并报警，能直观的显示异常磨耗点，从而能快速找到磨耗原因。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：3D测量模块为高速高精度测量模块，可实现列车在车速为150km/h以上进行实时采集；且根据接触网实际坐标对接触网的不同异常磨耗进行判断，满足线路上各种异常磨耗的检测；当磨耗状态为异常磨耗时进行标注并报警，能直观的显示异常磨耗点。

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 (10)

1.一种车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S1、3D测量模块采集接触网形状数据；

步骤S2、将采集的接触网形状数据通过标定文件转化为接触网的实际坐标；

步骤S3、根据接触网的实际坐标判断接触网的磨耗状态，当磨耗状态为异常磨耗时进行标注并报警。

2.根据权利要求1所述的车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括步骤S0：对每个3D测量模块进行标定，且对各个3D测量模块相对位置关联进行标定，根据标定数据得到标定文件。

3.根据权利要求1所述的车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

步骤S11、检测相对于轨道平面的接触网高度；

步骤S12、将检测到的接触网高度与设定接触网高度阈值范围进行比较，根据比较结果选择相应的3D测量模块进行测量；

步骤S13、采用选定的3D测量模块采集相对应的接触网形状数据。

4.根据权利要求3所述的车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，所述3D测量模块包括用于测量隧道外接触网形状数据的第一3D测量模块及用于测量隧道内接触网形状数据的第二3D测量模块；所述设定接触网高度阈值范围包括预设的隧道外接触网的第一高度阈值范围及预设的隧道内接触网的第二高度阈值范围。

5.根据权利要求4所述的车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：当检测到的接触网高度位于第一高度阈值范围内时，启动所述第一3D测量模块进行测量；当检测到的接触网高度位于第二高度阈值范围内时，启动所述第二3D测量模块进行测量。

6.根据权利要求1所述的车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，所述磨耗状态包括偏磨、磨耗超限、波形磨耗及正常磨耗。

7.根据权利要求1所述的车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

步骤S31、根据接触网的实际坐标构建接触网3D图，当磨耗面位于接触网两边时，磨耗状态为偏磨，进行偏磨标注并报警；反之，进入步骤S32；

步骤S32、根据所述接触网半径及所述磨耗宽度计算出残余直径，当残余直径小于设定超限阈值，判断磨耗状态为超限磨耗，进行超限磨耗标注并报警；当残余直径大于或等于设定超限阈值，进入步骤S33；

步骤S33、计算沿接触网方向上多帧接触网数据中最大残余直径与最小残余直径之比的残余直径比值，当计算的残余直径比值大于或等于预设波形比值阈值时，判断磨耗状态为波形磨耗，进行波形磨耗标注并报警；当残余直径比值小于预设波形比值阈值时，判断磨耗状态为正常磨耗。

8.根据权利要求7所述的车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，根据所述接触网半径及所述磨耗宽度计算出残余直径的具体的公式为：

其中，D为残余直径，r为接触网半径，W为磨耗宽度。

9.据权利要求7所述的车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，预先设置的所述预设超限阈值为接触网顶点切面与接触网磨耗面为正常磨耗时的最小值；预先设置的所述预设波形比值阈值为接触网正常磨耗时多帧接触网数据中残余直径比值的最大值。

10.根据权利要求1所述的车载式接触网磨耗检测方法，其特征在于，所述3D测量模块成对排列安装于列车车顶两侧。