CN110588709A - 铁道基础设施检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁道基础设施检测系统，该系统包括：定位同步子系统，及与所述定位同步子系统通信的轨道几何检测子系统、轨道轮廓检测子系统、轨道状态检测子系统、轨轮力检测子系统、接触网几何参数检测子系统、弓网受流参数检测子系统，本发明基于城市轨道交通基础设施结构特点及运营方式，将多个检测子系统集成在城市轨道交通电客车上，实现了城市轨道交通基础设施的轨道几何参数、轨道轮廓磨耗、轨道状态信息、轨轮相互作用力、接触网几何参数和弓网受流参数的同步采集和精确测量，提高了检测效率，降低了城市轨道交通运营维修成本，可广泛应用在城市轨道交通建设及运营维护中。

Description

铁道基础设施检测系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种铁道基础设施检测系统。

背景技术

城市轨道交通在引领和支撑城市发展、满足人民群众出行、缓解交通拥堵、减少空气污染等方面发挥着越来越重要的作用，已成为大城市人民群众日常出行首选的公共交通方式。近年来，我国城市轨道交通快速发展，在运营里程和客流的快速增长的同时，城市轨道交通安全运行压力和挑战也日益加大。轨道线路、轮轨关系、弓网关系、通信信号等专业在运营前的安全评估和运营后的日常动态检测，对于保证城市轨道交通安全运行具有重要作用。

城市轨道交通的基础设施检测方法包括添乘、人工巡道、检测小车和测量仪检测测量等，此外，也有越来越多的城市开始使用轨道检测车、接触网检测车、网轨综合检测车。现有的轨道交通已运用专业的轨道检测车和弓网检测车对轨道和接触网运用状态进行检测，指导养护维修工作。为了提高检测效率，近年来各地铁公司逐渐将各检测功能集成在一辆检测车上，虽然各地铁公司做出了积极的尝试，但现有的专业检测车检测专业相对独立，网轨综合检测车也是把轨道和接触网检测系统简单拼凑在一起，缺少时空同步和集成分析功能，检测效率低、功能少。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供一种铁道基础设施检测系统，用以解决现有检测系统检测效率低，检测功能少的技术问题。该系统包括：

定位同步子系统，及与定位同步子系统通信的轨道几何检测子系统、轨道轮廓检测子系统、轨道状态检测子系统、轨轮力检测子系统、接触网几何参数检测子系统、弓网受流参数检测子系统；

定位同步子系统，用于产生同步数据，同步数据至少包括：时间、里程；

轨道几何检测子系统，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测待测轨道的几何参数；

轨道轮廓检测子系统，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测待测轨道的轮廓磨耗值；

轨道状态检测子系统，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测待测轨道的状态信息，状态信息至少包括：待测轨道上存在缺陷的位置信息；

轨轮力检测子系统，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测待测轨道上轨轮之间的相互作用力；

接触网几何参数检测子系统，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测位于待测轨道上方的接触网的几何参数；

弓网受流参数检测子系统，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测位于检测车上方的受电弓与接触网之间的受流参数。

本发明实施例中，定位同步子系统产生同步数据；轨道几何检测子系统根据同步数据检测待测轨道的几何参数；轨道轮廓检测子系统根据同步数据检测待测轨道的轮廓磨耗值；轨道状态检测子系统根据同步数据检测待测轨道的状态信息；轨轮力检测子系统根据同步数据检测待测轨道上轨轮之间的相互作用力；接触网几何参数检测子系统根据同步数据检测位于待测轨道上方的接触网的几何参数；弓网受流参数检测子系统根据同步数据检测位于检测车上方的受电弓与接触网之间的受流参数，基于城市轨道交通的基础设施结构特点及运营方式，将多个检测子系统集成在城市轨道交通电客车上，实现了城市轨道交通基础设施的多种检测参数的同步采集和精确测量，提高了检测效率，降低了城市轨道交通运营维修成本，可广泛应用在城市轨道交通建设及运营维护中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中铁道基础设施检测系统结构的示意图；

图2为本发明实施例中地铁车辆B型车结构的示意图；

图3为本发明实施例中第一检测车结构的示意图；

图4为本发明实施例中第二检测车结构的示意图；

图5为本发明实施例中第三检测车结构的示意图；

图6为本发明实施例中轨道几何检测子系统结构的示意图；

图7为本发明实施例中轨道轮廓检测子系统结构的示意图；

图8为本发明实施例中轨道状态检测子系统结构的示意图；

图9为本发明实施例中轨轮力检测子系统结构的示意图；

图10为本发明实施例中接触网几何参数检测子系统结构的示意图；

图11为本发明实施例中弓网受流参数检测子系统结构的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

随着城市轨道交通线路规模的不断扩大，开展多专业联合检测是城市轨道交通基础设施检测的重要发展方向，为了提高城市轨道交通基础设施检测系统的检测效率，增强检测系统的检测能力，本发明实施例提供一种铁道基础设施检测系统，图1为本发明实施例中铁道基础设施检测系统结构的示意图，如图1所示，该系统包括：

定位同步子系统01，及与定位同步子系统通信的轨道几何检测子系统02、轨道轮廓检测子系统03、轨道状态检测子系统04、轨轮力检测子系统05、接触网几何参数检测子系统06、弓网受流参数检测子系统07。

具体实施时，如图2所示，城市轨道基础设施检测车以地铁车辆B型车为载体，采用+Mc－M－Mc+(Mc为半动车，M为动车，+表示车头方向)3辆检测车编组，其中，第一检测车、第三检测车为半动车，第二检测车为动车，检测车的最高运行速度为160km/h。如图3、图4、图5所示，定位同步子系统01、轨道几何检测子系统02、轨道轮廓检测子系统03、接触网几何参数检测子系统06、弓网受流参数检测子系统07可以安装在第一检测车，轨道状态检测子系统04可以安装在第二检测车，轨轮力检测子系统05可以安装在第三检测车，检测车为检测工作提供操作空间以满足检测人员活动需求，根据各专业检测工作的需求进行人员工作、生活空间的设计。

定位同步子系统01，用于产生同步数据，同步数据至少包括：里程、时间。

具体实施时，为了实现城市轨道交通基础设施多种检测项目的时间同步和里程同步，在一个实施例中，定位同步子系统01可以包括：

时间同步设备，用于基于网络时钟协议向各个检测子系统发送同步的时间信息；

里程同步设备，用于在检测车经过预设点时采集检测车的里程信息，并向各个检测子系统发送同步的里程信息。

具体实施时，时间同步设备可以是一台架设在局域网内的时间同步服务器，时间同步服务器与检测车的各个检测子系统基于网络时钟协议(NTP)进行实时时间同步，使检测车的各个检测子系统的时间与时间服务器的时间同步并保持在一个较高的精度范围之内。时间同步服务器通过内置的卫星时钟授时模块，将自身时钟与卫星时间进行校准，校准的时间精度可达1us。当时间服务器通过卫星时钟授时模块完成自身时钟校准后，通过内置的HQ-OCXO晶振模块使校准后的时钟始终保持高精度(其老化率为1×10^-10/天)。时间服务器将自身的时间与卫星时间同步，并向检测车各个检测子系统同时提供基于NTP的同步的时间信息，使各个检测模块的时钟与卫星时钟的误差始终保持在10ms之内。

里程同步设备可以包括光电编码器、射频阅读器、RFID电子标签、GNSS天线和里程同步服务器，光电编码器安装在第一检测车转向架轴箱两端，用于采集检测车的距离脉冲信号，射频阅读器安装在第一检测车的车底和车体两侧，RFID电子标签安装在多个里程点所在的轨道板中间、接触网杆或隧道墙壁上，约每5～6km及长短链处安装1块，当检测车行驶到预设里程点时，射频阅读器会自动识别RFID电子标签的标签信息，计算出当前的实时里程，GNSS天线安装在第一检测车的车顶纵向中心线，水平安装，可以接收美国的GPS定位信号、俄罗斯的GLONASS定位信号，以及中国的北斗定位信号，采用差分信号进行高精度定位。里程同步服务器安装在第一检测车的车内，与光电编码器、射频阅读器、RFID电子标签、GNSS天线分别连接，在检测车启动时，对检测车所在线路信息、车头信息、增减里程信息等里程信息进行初始化设置，并根据线路选择里程修正信息的信息源，向各个检测子系统发送初始化的里程信息，在检测车经过预设里程点或里程出现跳变时，根据检测车的距离脉冲信号、定位信号和实时里程修正里程信息并以广播方式向检测车的各个检测子系统发布里程修正信息包，各个检测子系统块接收到里程修正信息包后，完成自身里程的修正。在实际通信过程中，里程修正信息包的传输会有时间延迟，各个检测子系统在接收到里程修正信息包后，根据本检测子系统的时间与里程修正信息包内的时间、里程信息对里程修正信息包进行二次修正，经二次修正后的里程修正信息包才能作为最终的里程修正信息，修正各个检测子系统的里程信息。

轨道几何检测子系统02，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测待测轨道的几何参数。

具体实施时，为了检测待测轨道的几何参数，如图6所示，在一个实施例中，轨道几何检测子系统02可以包括：

第一激光摄像机，用于采集待测轨道的图像，其中，待测轨道的图像用于确定待测轨道的位移；

陀螺计，用于采集位于检测车下方的检测梁的侧滚角速度、摇头角速度；

加速度计，用于采集位于检测车下方的检测梁的垂向加速度、横向加速度；

轨道几何参数确定设备，与第一激光摄像机、陀螺计和加速度计分别连接，用于根据待测轨道的位移、检测梁的侧滚角速度、摇头角速度、垂向加速度、横向加速度确定待测轨道的几何参数，待测轨道的几何参数包括：轨距、轨向、高低、水平、三角坑、曲率和曲线半径。

具体实施时，第一激光摄像机安装在第一检测车下方的检测梁两侧，内置有高速相机和激光器，激光器在钢轨表面形成能量较高的窄光带，高速相机采集待测轨道的图像。激光摄像机采用尺寸小型化设计，以满足B型车转向架上的轻型检测梁设计，针对城轨交通小半径曲线多，构架相对于钢轨位移较大的特点，采用高分辨率、大视野的高速相机，为了满足左右轨道图像的实时采集和传输，在高速相机内采用FPGA对图像进行采集和预处理。激光器采用光学部分和驱动电源分开的设计，既可以减小检测梁中激光器安装的体积，又可以避免因振动、温度引起的驱动电源损坏。

至少两个正交的陀螺计和两个正交的加速度计安装在第一检测车下方的检测梁中部，两个正交的陀螺计用于测量检测梁的侧滚角速度(ωx)和摇头角速度(ωz)，两个正交的加速度计用于测量检测梁中部的垂向加速度(AV)和横向加速度(AL)。

轨道几何参数确定设备安装在第一检测车的车内，与激光摄像机、陀螺计和加速度计分别连接，首先，将待测轨道的图像经过图像处理和坐标变换，计算出检测梁相对于左右轨道顶面的位移量，接着通过侧滚角速度和摇头角速度对垂向加速度和横向加速度进行修正，然后分别建立左右高低测量和轨向测量的惯性基准，结合检测梁相对于左右轨道顶面的位移量，计算轨距、轨向、高低、水平、三角坑、曲率和曲线半径等几何参数。轨道几何参数和原始测量数据可以通过波形图显示，波形图可浏览、测量、配置和打印，也可以通过txt文本格式导出，用于第三方处理，波形图的数据显示通道、比例可调节，波形图具有历史数据对比功能，可对同一线路的两次检测数据进行对比，快速发现线路的变化。

轨道轮廓检测子系统03，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测待测轨道的轮廓磨耗值。

具体实施时，为了检测待测轨道的轮廓磨耗，如图7所示，在一个实施例中，轨道轮廓检测子系统03可以包括：

第二激光摄像机，用于采集待测轨道的图像，其中，待测轨道的图像用于识别待测轨道的轮廓线；

三维轮廓确定设备，与第二激光摄像机连接，用于根据待测轨道的轮廓线确定待测轨道的三维轮廓；

轨道轮廓磨耗确定设备，与三维轮廓确定设备连接，用于将待测轨道的三维轮廓与标准轨道轮廓进行匹配，根据匹配结果确定待测轨道的轮廓上各个点的磨耗值。

具体实施时，第二激光摄像机安装在第一检测车下方的检测梁上，内置有高速相机和激光器，激光器发射线形结构光，光平面与被测轨道走行方向垂直，结构光照射到轨道上，形成轨道断面轮廓线，高速相机从一定的角度获取含有轨道断面轮廓线的图像，高速相机采用大规模并行计算的可编程逻辑器件FPGA来完成图像的采集和预处理，FPGA输出超过一定阈值的光斑位置和图形灰度值，将左右侧轨道的图像数据采集后融合为一帧面阵相机的数。

三维轮廓确定设备安装在第一检测车的车内，与第二激光摄像机连接，首先将待测轨道的图像数据进行廓形识别与追踪，确定轨道轮廓提取与分析的兴趣域，接着在轨道轮廓提取与分析的兴趣域内提取激光条纹的中心线，得到轨道轨廓的图像坐标，根据预先标定好的高速相机的参数矩阵，通过坐标变换将提取的光条中心线的二维图像坐标转换为三维物理坐标，得到轨道的三维轮廓。

轨道轮廓磨耗确定设备安装在第一检测车的车内，与三维轮廓确定设备连接，通过形状配准方法分别提取三维轮廓中左右两侧轨廓上曲率半径为20mm的圆弧区域，根据圆弧区域拟合两个圆心作为基准点进行空间配准，将实测的轨道三维轮廓与标准轨道轮廓统一到同一空间坐标系下进行匹配，计算待测道轮廓上各点与对应的标准轨上的匹配点之间的欧式距离，得到轨道轮廓上各点的磨耗值。

轨道状态检测子系统04，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测待测轨道的状态信息，状态信息至少包括：待测轨道上存在缺陷的位置信息。

具体实施时，为了检测待测轨道的状态信息，如图8所示，在一个实施例中，轨道状态检测子系统04可以包括：

第三激光摄像机，用于采集待测轨道的图像；

缺陷识别设备，与第三激光摄像机连接，用于将待测轨道的图像输入预先训练生成的轨道缺陷识别模型，输出待检测轨道的轨道表面损伤的位置和轨道扣件异常的位置；轨道缺陷识别模型是根据轨道标准缺陷的样本图片预先训练生成。

具体实施时，第三激光摄像机安装在第二检测车的下方，可以包括一体化线阵图像采集机和一体化激光光源成像组件，一体化线阵图像采集机是高度集成化的图像采集系统，采用标准6U机架式结构，具备多相机采集同步控制、图像高速编解码、高清线扫描相机组件采集控制、全系统断电保护、里程同步等功能，一体化激光光源成像组件是将线阵相机与激光光源集成在一起的图像采集设备，组件内部使用电路板控制激光光源，通过红外激光光源模块与高清线性扫描摄像模块的高度集成，可实现高速运行状态下高清成像，可有效抵抗阳光干扰的特点。

缺陷识别设备安装在第二检测车的车内，与第三激光摄像机连接，通过机器视觉和深度学习方法生成轨道缺陷识别模型，对图像中轨道设施的典型缺陷进行自动识别，缺陷主要包括轨道扣件异常和钢轨表面缺陷，可将轨道扣件异常进行智能分类识别，轨道扣件异常包括：扣件缺失、弹条断裂、弹条移位等，检出率大于或等于80％，可智能识别大于或等于15mm×15mm的钢轨表面缺陷，检出率大于或等于80％，检测精度(图像分辨率)小于2mm。

轨轮力检测子系统05，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测待测轨道上轨轮之间的相互作用力；

具体实施时，为了检测待测轨道上轨轮之间的相互作用力，在一个实施例中，如图9所示，轨轮力检测子系统05可以包括：

信号采集设备，用于采集位于检测车下方的测力轮对的电桥信号；

轮轨相互作用力确定设备，与信号采集设备连接，用于根据测力轮对的电桥信号确定待测轨道上轮轨之间的相互作用力。

具体实施时，信号采集设备安装在第三检测车的下方，通过安装在测力轮对轴端的集流环装置将测力轮对的电桥信号在轮对旋转过程中传输出来，轮轨相互作用力确定设备安装在第三检测车的车内，与信号采集设备连接，将测力轮对电桥信号解算为轮轨间相互作用的垂向力和横向力，包括如下步骤：

首先，采用实物测试的方法分析轮对辐板应力分布，并连续测量轮轨间相互作用的垂向力和横向力，应力分布实物测试通过在车轮辐板直径方向贴应变片，在测力轮对标定试验台上加载垂向力(垂向力加载的位置为轮缘顶部、滚动圆、滚动圆外移30mm)、横向力测试轮对应力分布情况，车轮辐板在垂向、横向单位载荷作用下的应力随着车轮转角呈现周期性变化，而且垂向和横向载荷作用下的应力变化呈偶对称关系。在沿着车轮半径方向上，辐板应力变化对横向载荷的响应最灵敏，此外，接触点横向位置变化对节点应力变化响应有较大影响，因此在测力轮对桥路设计时应该予以消除。

接着，根据车轮应力分布测试结果，采用“单周期双桥路正弦余弦合成法”进行测力轮对的连续测量。用两个灵敏度系数构成正弦和余弦关系的电桥来测量同一个方向的作用力，车轮旋转一周，电桥输出灵敏度变化相应构成一个完整的正弦(余弦)周期。通过将正弦余弦信号进行“平方之和再开方”处理，得到真实的轮轨间相互作用的垂向力和横向力。无论是垂向力还是横向力，都利用了正弦、余弦函数的运算关系式(ASinX)²+(ACosX)²＝A²(A为垂向力或横向力，X为车轮转角度)来进行信号迭加合成，由于垂向力电桥、横向力电桥都是正弦和余弦关系，在任一角度位置上，主输出和串扰输出的呈恒定的比例关系，因此可以通过解耦方程式将串扰成份予以消除，将轮轨力有效数据解算出来。在这一方案中，需要通过精密测量或计算分析，得到辐板的应力分布特性，从而设计出电桥内应变片的数量及其分布方式。在测量电桥的设计过程中，对于每一种电桥都给定了一个极限波动度，用来控制对正弦波形的接近程度。

垂向力电桥、横向力电桥均采用“单周期双桥路正余弦合成法”设计，根根据桥路优选的结果，垂向力电桥和横向力电桥均对称分布在车轮辐板面上，共有二组四个桥路，以上桥路的模拟输出偏离正余弦函数的误差控制在2％以下。

“单周期双桥路正余弦合成法”方法的优点主要表现在以下几个方面：

1)测量精度高，频响特性好。桥路输出灵敏度高，信噪比较好，采用单周期方式有利于控制干扰成份；

2)能较好地解决串扰问题，通过轮轨力解算过程就能将串扰成份给予消除；

3)桥路构成简单，只需要4个桥路就能完成轮轨间相互作用的垂向力、横向力的连续测量，对配套设备的要求较低；

4)计算过程简单，通过解耦，平方之和再开方就能还原出垂向力和横向力，因而数据响应过程快捷；

5)标定作业工作量较小，精确度高。

具体实施时，轮轨相互作用力确定设备还可以通过波形图显示轮轨垂向力、横向力等检测数据，并确定脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等指标。

接触网几何参数检测子系统06，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测位于待测轨道上方的接触网的几何参数。

具体实施时，为了检测位于待测轨道上方的接触网的几何参数，如图10所示，在一个实施例中，接触网几何参数检测子系统06可以包括：

激光扫描仪，用于采集接触线的空间位置；

车体振动补偿器，用于采集车体振动数据，车体振动数据包括：检测车相对于待测轨道的横向位移与垂向位移；

接触网几何参数确定设备，与激光扫描仪和车体振动补偿器分别连接，用于根据接触线的空间位置和车体振动数据确定接触网几何参数，接触网几何参数包括：接触线拉出值和接触线高度。

具体实施时，激光扫描仪安装在第一检测车的车顶，作为前端数据信号源采集设备，以车顶安装平台为基准完成接触线空间位置的信息采集工作，并将接触线空间位置的信息传输至接触网几何参数确定设备。

车体振动补偿器安装在第一检测车的车下，采用拉弦位移补偿装置对车体的振动位移进行补偿。安装在车体下部的补偿装置能够测量车体相对于轨平面的横向与垂向位移，并将轨平面的横向与垂向位移接触网几何参数确定设备。

接触网几何参数确定设备安装在第一检测车的车内，根据接触线空间位置和车体振动数据，得到以轨道平面为基准的接触线拉出值和接触线高度。接触网几何参数确定设备还可以将检测车的距离脉冲信号与接触线拉出值、接触线高度检测数据进行合成处理，最终实时输出具有速度、公里标记的检测数据记录，并以文件形式存储。

弓网受流参数检测子系统07，用于接收定位同步子系统发送的同步数据，根据同步数据检测位于检测车上方的受电弓与接触网之间的受流参数。

具体实施时，为了检测受电弓与接触网之间的受流参数，如图11所示，在一个实施例中，弓网受流参数检测子系统07可以包括：

弓网压力传感器，用于采集弓网接触力；

硬点传感器，用于采集受电弓的垂向加速度；

燃弧测量器，用于采集弓网燃弧信号；

接触线高度测量器，用于采集接触线的高度；

弓网受流参数确定设备，与弓网压力传感器、硬点传感器、燃弧测量器、接触线高度测量器分别连接，用于根据采集弓网接触力、受电弓的垂向加速度、弓网燃弧信号、接触线的高度确定弓网受流参数，弓网受流参数包括：弓网接触力的最大值、弓网接触力的最小值、弓网接触力的平均值、垂向加速度的平均值、弓网燃弧次数、弓网燃弧率、接触线的最大高度、接触线的最小高度和接触线的高差。

具体实施时，弓网压力传感器安装在第一检测车上方的受电弓高压侧，可以包括压力传感器、补偿加速度传感器，压力传感器研制时，在硅弹性膜片上，用半导体器件制造技术在确定晶向上制作相同的四个感压电阻，将它们连接成全臂电桥，连接外加电源。补偿加速度传感器采用压电材料加工而成，并采用高强度钛合金材料在高精度数控机床上加工封装外壳，将压力传感器和加速度传感器封装成一个刚性体。弓网压力传感器具有良好的动态响应特性，精度高、线性度好、输出信号大、过载能力强、抗电磁干扰以及共振频率高等特点，满足弓网接触力检测要求，并对压力传感器和补偿加速度传感器进行刚性合成，采用钛合金材料进行防水密封封装，既具有高强度的机械性能，同时也能对外部的强电磁场干扰进行屏蔽。

硬点传感器安装在第一检测车上方的受电弓高压侧，通过在受电弓滑板底面安装的加速度计测量受电弓运行时所受的冲击加速度，这个加速度有两个方向：水平方向和垂直方向，一般采用垂直方向的加速度来评价受电弓运行的安全性及接触线的平顺性。加速度对弓网受流状态的影响有接触线不平顺，如存在硬弯、底面扭曲、定位器调整、接触线坡度超标，锚段关节接触线转换点等，对受电弓滑板产生冲击加速度，反映到弓网性能上表现为出现连续燃弧、弓网接触力出现峰值变化。此加速度值为受电弓滑板运行中受到的冲击加速度值，分析频率一般较高。硬点传感器选用的加速度计过载能力强，最大过载容量为3000g，输出信号高，一般为伏级，抗干扰能力强，易于安装。

燃弧测量器安装在第一检测车车顶的低压侧，采用紫外光电管为基本传感器，该传感器检测光谱范围为190nm-280nm，峰值波谱为220nm。传感器采用侧窗式进光，光窗材料为透紫外玻璃，器件工作电压为DC300V，反应时间要求小于100μs。传感器安装于车顶受电弓开口方向位置，距列车车行方向纵轴370mm，距受电弓滑板弓头中心位置1290mm。安装位置尺寸为300mm×150mm长方形，传感器与正常工作状态下受电弓弓头垂直距离为1200mm。传感器固定板与车顶安装位置的结合方式采用螺栓固定，传感器与固定板的连接方式采用螺栓固定。整体采用旋转孔可调方式，为传感器角度修正提供了保证。

具体实施时，为了给弓网压力传感器和硬点传感器提供高压电能，在一个实施例中，弓网受流参数检测子系统还包括：隔离变压器，用于将检测车内的低压电能转换为高压电能，其中，高压电能用于给弓网压力传感器和硬点传感器提供电能。

具体实施时，受城市轨道检测车车顶供电方式所限，无法采用传统轨道检测车上利用交流换能器获取检测车导流线上的电能来给高压设备供电的方法。由于城市轨道检测车的电压等级较低，使用隔离变压器进行电量从低压至高压的变送方法时变压器体积和重量可以得到较好的控制。采用隔离变压器方法给高压设备供电，不受过分相时的接触网断电的影响，能够确保检测系统连续可靠供电，并且由于系统供电电压低，还能够有效确保车顶检修测试人员的电气安全。隔离变压器采用全屏蔽、均场强结构设计，保证了耐受过电压的能力，最大限度地降低了视在局部放电量水平，局部放电水平可以控制在5pC以下，经计算，短路电流密度Δ＝5.936A/mm²，远远小于所采用的T2铜线180A/mm²的最大允许短路电流密度，短路电流密度的安全裕度非常大。在抑制温升技术上，采用了纳米导磁材料作为铁芯，具有极低的空载损耗。在抗开裂技术上，供电隔离变压器采用HCEP环氧树脂真空浇注，凡是被环氧树脂包封在内部的所有结构件，在其与树脂结合的表面层，均设置了由优质弹性材料构成的缓冲层，用以吸收内应力。由于内应力被缓冲层吸收，因此不存在浇注体开裂的危险。

具体实施时，为了实现弓网压力传感器和硬点传感器的信号传输，在一个实施例中，弓网受流参数检测子系统还包括：

高压信号传输设备，与弓网压力传感器和硬点传感器分别连接，用于基于光纤将弓网压力传感器和硬点传感器的采集的数据传输至弓网受流参数确定设备。

具体实施时，由于高压侧的压力传感器和硬点传感器工作在1.5kV的电压环境之中，其采集的电信号如果直接由高压侧传输至低压侧的车内设备，会产生高低压侧短路等事故，因此，需要采用高低压隔离传输技术传递高压侧信号。基于光纤传输高压侧信号，信号传输设备主要对高压侧的压力传感器和硬点传感器采集的模拟电信号进行放大、整形、V/F变换、光信号转换，同时还包括电源滤波处理模块、远程遥控开关模块等，同时还预留了高压侧信号无线传输模块。信号传输设备能够同时传输8路信号，采样频率大于5kHz，此外，在避免静电放电(ESD)方面，信号传输设备通过加大电气间隙、爬点距离等方法，使得外部的静电场不能对设备直接接触放电或间接空气放电，通过全金属密封机箱和EMC机笼的屏蔽让静电无法进入到设备内部；在屏蔽辐射干扰方面，进行了板级辐射干扰抑制，采用全金属外壳、金属航空插头、金属光纤耦合插头降低设备的辐射干扰影响；在耦合途径方面，在设备电源模块输入输出部分及各信号调理电路板信号输入部分接入瞬变干扰吸收器件，以转移或吸收设备受到的超过承受范围的干扰能量，将设备的板级保护作为最后一道精细保护来使用，每一信号调理板都设计有低通滤波器来抑制干扰影响。

具体实施时，为了检测铁道基础设施检测系统的无线电磁环境、无线场强覆盖和网络服务质量，在一个实施例中，铁道基础设施检测系统还可以包括通信检测子系统，通信检测子系统可以安装在第二检测车上，为保障通信检测子系统对不同城市轨道交通线路的通信检测的通用性，采用车顶和车体两侧均安装通信检测天线的方式，通信检测子系统分为两层，下层的数据采集模块完成各通信检测数据的采集和预处理，上层数据分析模块的完成各通信检测数据的综合分析。

综上所述，本发明实施例中，定位同步子系统产生同步数据；轨道几何检测子系统根据同步数据检测待测轨道的几何参数；轨道轮廓检测子系统根据同步数据检测待测轨道的轮廓磨耗；轨道状态检测子系统根据同步数据检测待测轨道的状态信息；轨轮力检测子系统根据同步数据检测待测轨道上轨轮之间的相互作用力；接触网几何参数检测子系统根据同步数据检测位于待测轨道上方的接触网的几何参数；弓网受流参数检测子系统根据同步数据检测位于检测车上方的受电弓与接触网之间的受流参数，基于城市轨道交通基础设施结构特点及运营方式，将多个检测子系统集成在城市轨道交通电客车上，实现了城市轨道交通基础设施的多种检测参数的同步采集和精确测量，提高了检测效率，降低了城市轨道交通运营维修成本，可广泛应用在城市轨道交通建设及运营维护中。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁道基础设施检测系统，其特征在于，包括：定位同步子系统，及与所述定位同步子系统通信的轨道几何检测子系统、轨道轮廓检测子系统、轨道状态检测子系统、轨轮力检测子系统、接触网几何参数检测子系统、弓网受流参数检测子系统；

所述定位同步子系统，用于产生同步数据，同步数据至少包括：时间、里程；

所述轨道几何检测子系统，用于接收所述定位同步子系统发送的同步数据，根据所述同步数据检测待测轨道的几何参数；

所述轨道轮廓检测子系统，用于接收所述定位同步子系统发送的同步数据，根据所述同步数据检测待测轨道的轮廓磨耗值；

所述轨道状态检测子系统，用于接收所述定位同步子系统发送的同步数据，根据所述同步数据检测待测轨道的状态信息，所述状态信息至少包括：待测轨道上存在缺陷的位置信息；

所述轨轮力检测子系统，用于接收所述定位同步子系统发送的同步数据，根据所述同步数据检测待测轨道上轨轮之间的相互作用力；

所述接触网几何参数检测子系统，用于接收所述定位同步子系统发送的同步数据，根据所述同步数据检测位于检测车上方的接触网的几何参数；

所述弓网受流参数检测子系统，用于接收所述定位同步子系统发送的同步数据，根据所述同步数据检测位于检测车上方的受电弓与接触网之间的受流参数。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位同步子系统包括：

时间同步设备，用于基于网络时钟协议向各个检测子系统发送同步的时间信息；

里程同步设备，用于在检测车经过预设点时采集检测车的里程信息，并向各个检测子系统发送同步的里程信息。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轨道几何检测子系统包括：

第一激光摄像机，用于采集待测轨道的图像，其中，所述待测轨道的图像用于确定待测轨道的位移；

陀螺计，用于采集位于检测车下方的检测梁的侧滚角速度、摇头角速度；

加速度计，用于采集位于检测车下方的检测梁的垂向加速度、横向加速度；

轨道几何参数确定设备，与所述第一激光摄像机、陀螺计和加速度计分别连接，用于根据所述待测轨道的位移、检测梁的侧滚角速度、摇头角速度、垂向加速度、横向加速度确定待测轨道的几何参数，所述待测轨道的几何参数包括：轨距、轨向、高低、水平、三角坑、曲率和曲线半径。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轨道轮廓检测子系统包括：

第二激光摄像机，用于采集待测轨道的图像，其中，所述待测轨道的图像用于识别待测轨道的轮廓线；

三维轮廓确定设备，与所述第二激光摄像机连接，用于根据所述待测轨道的轮廓线确定待测轨道的三维轮廓；

轨道轮廓磨耗确定设备，与所述三维轮廓确定设备连接，用于将所述待测轨道的三维轮廓与标准轨道轮廓进行匹配，根据匹配结果确定待测轨道的轮廓上各个点的磨耗值。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轨道状态检测子系统包括：

第三激光摄像机，用于采集待测轨道的图像；

缺陷识别设备，与所述第三激光摄像机连接，用于将待测轨道的图像输入预先训练生成的轨道缺陷识别模型，输出待检测轨道的轨道表面损伤的位置和轨道扣件异常的位置；所述轨道缺陷识别模型是根据轨道标准缺陷的样本图片预先训练生成。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轨轮力检测子系统包括：

信号采集设备，用于采集位于检测车下方的测力轮对的电桥信号；

轮轨相互作用力确定设备，与所述信号采集设备连接，用于根据所述测力轮对的电桥信号确定待测轨道上轮轨之间的相互作用力。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接触网几何参数检测子系统包括：

激光扫描仪，用于采集接触线的空间位置；

车体振动补偿器，用于采集车体振动数据，所述车体振动数据包括：检测车相对于待测轨道的横向位移与垂向位移；

接触网几何参数确定设备，与所述激光扫描仪和所述车体振动补偿器分别连接，用于根据所述接触线的空间位置和所述车体振动数据确定接触网几何参数，所述接触网几何参数包括：接触线拉出值和接触线高度。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述弓网受流参数检测子系统包括：

弓网压力传感器，用于采集弓网接触力；

硬点传感器，用于采集受电弓的垂向加速度；

燃弧测量器，用于采集弓网燃弧信号；

接触线高度测量器，用于采集接触线的高度；

弓网受流参数确定设备，与所述弓网压力传感器、硬点传感器、燃弧测量器、接触线高度测量器分别连接，用于根据所述采集弓网接触力、受电弓的垂向加速度、弓网燃弧信号、接触线的高度确定弓网受流参数，所述弓网受流参数包括：弓网接触力的最大值、弓网接触力的最小值、弓网接触力的平均值、垂向加速度的平均值、弓网燃弧次数、弓网燃弧率、接触线的最大高度、接触线的最小高度和接触线的高差。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述弓网受流参数检测子系统还包括：

隔离变压器，用于将检测车内的低压电能转换为高压电能，其中，所述高压电能用于给所述弓网压力传感器和所述硬点传感器提供电能。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述弓网受流参数检测子系统还包括：

高压信号传输设备，与所述弓网压力传感器和所述硬点传感器分别连接，用于基于光纤将所述弓网压力传感器和所述硬点传感器的采集的数据传输至所述弓网受流参数确定设备。