CN116337260B - 一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统及测温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统及测温方法，包括数据采集单元、数据处理单元、数据计算单元、数据监测单元和预警推送单元，本发明涉及铁路工程技术领域。本发明通过获取接触线的电压和电流，并对电压和电流进行计算分析得到精确测温值，通过温度对接触线造成的影响进行分析，最终可准确预判故障点位置，简化了接触线因温度发生故障后再进行监测的工作量，执行速度更快，极大降低计算的复杂度、计算精确，通过温度对接触线造成的影响进行分级，再进行人员合理分配，同时通过优先系数指派相应维检人员，也可减少抢修时间，进而减少高铁晚点时间，保证铁路的安全运营，具有极大的社会效益。

Description

一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统及测温方法
技术领域
本发明涉及铁路工程技术领域，具体为一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统及测温方法。
背景技术
铁道线路接触网主导电回路，由供电线、回流线、承力索、接触线、吊弦、联接线等组成。各部分之间由各种线夹进行连接，使这一回路沿铁路延伸，满足向电力机车供电的需要。主导电回路必须良好，才能保证电流的畅通，若存有缺陷，将引起局部载流过大、零部件分流严重，从而引起接触网局部温度升高，烧伤接触网设备，这类故障在接触网故障中占有较大的比例。
目前在供电运营单位，接触网测温一般通过人工测温或者简单的温度传感器进行测温，如远距离红外测温仪工作的原理是通过红外感光器件测定特定区域的红外光谱辐射的强度，换算出指定物体的温度。但由于红外光强度具有随着距离衰减的特性，在不同距离测出的红外光辐射强度是不同的，同时还有被测目标和测温仪所在的环境条件，如温度、烟雾、尘埃、污染和干扰等因素，都会造成测出温度的偏差，不能实现精确测温，同时，在判断温度对接触网造成的影响时，一般都是通过维检人员通过望远镜观察测温片、变色漆的变化等来判断，而这样的故障判断方式，往往存在查找困难、耗费时间长等问题，并且直接影响到接触网的恢复时间，能否快速恢复接触网又直接关乎轨道交通运输安全和经济效益，以及社会影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统及测温方法，解决了背景技术中所提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统，包括：
数据采集单元，用于对指定区域内接触线的电压和电流进行采集，并将电压和电流传输至数据处理单元；
数据处理单元，用于对每组检测区域获取的所有电压和电流进行筛除，得到未筛除电压和电流的均值DY1p和DL1p，并将均值DY1p和DL1p传输至数据计算单元；
数据计算单元，用于将DY1p和DL1p代入公式进行计算，得到该检测区域接触线的温度t，并将温度t传输至数据监测单元；
数据监测单元，用于获取各组检测区域接触线的温度，并对各组检测区域接触线的温度进行计算，之后将计算结果与预设区间进行比较，随后根据比较结果生成不同等级的预警信号，并将其发送至预警推送单元；
预警推送单元，用于通过无线通讯技术将预警信号发生至供电运营单位，并根据预警信号的不同等级选取相应等级的所有维检人员，然后根据优先系数指派负责该检测区域维检工作的维检人员。
优选的，在数据采集单元中，电压和电流通过在接触线上等距分布设置的电压电流信号传感器采集得到。
优选的，数据处理单元的具体筛除方式为：
S11、根据等距分布的电压电流信号传感器将铁路接触线划分若干个检测区域，以一组检测区域进行分析，每隔预设时间T1采集得到该检测区域的电压数据DYi和电流数据DLi，i=1、2、……、n，表示采集得到电压数据和电流数据的组数为n组；
S12、利用公式获得n组电压数据的离散值DYc，其中DYp为所采集的n组电压数据的平均值，1≤i≤n，公式中|*|指代为对括号内数值取绝对值；
之后将DYc与预设的对比值DY0进行对比，若DYc≥DY0，则按照|DYi-DYp|从大到小的顺序依次删除对应DYi值，直至DYc＜DY0；
然后获取所有未删除的DYi值，并求取所有未删除的DYi值的均值DY1p；
S13、与步骤S12同理，获得n组电流数据的离散值DLc，之后将DLc与预设的对比值DL0进行对比，若DLc≥DL0，则按照|DLi-DLp|从大到小的顺序依次删除对应Gi值，直至DLc＜DL0，随后求取所有未删除的DLi值的均值DL1p。
优选的，数据计算单元的具体计算方式为：
S21、将DY1p和DL1p代入欧姆定律的公式中，之后利用逆向反推法，得到该检测区域内接触线的电阻R；
S22、之后，利用电阻与电阻率的关系公式R=ρ*L/S，然后利用逆向反推法，得到该检测区域接触线的电阻率ρ，其中，L为检测区域内接触线的长度，S为检测区域内接触线的横截面积，且L和S均为固定值；
S23、根据接触线的制作材料，获得接触线的电阻温度系数a，并获取接触线在0℃时的电阻率ρ0；
之后通过温度与电阻率的关系公式ρ=ρ0*(1+a*t)，然后利用逆向反推法，得到该检测区域接触线的温度t。
优选的，数据监测单元计算和比较具体方式为：
S31、以一组检测区域为进行分析，每隔预设时间T2采集得到该组检测区域接触线的温度，并将采集到的所有温度标记为tj，j=1、2、……、m，表示采集得到接触线温度的组数为m组；
S32、利用公式获得m组温度的离散值tc，其中tp为所采集的m组电压数据的平均值，1≤j≤m；
继续采集tm+1，以t2、t3、……、tm+1为样本数据计算新的离散值tc，依次类推，获取一组温度的离散值，之后计算该组温度离散值的平均值tcp；
S33、之后将tcp与预设区间（ty1、ty2]、（ty2、ty3]进行比较；
若tcp的值不在预设区间（ty1、ty2]、（ty2、ty3]内，且tcp≤ty1，则不生成预警信号；
若tcp的值在预设区间（ty1、ty2]内，则生成一级预警信号；
若tcp的值在预设区间（ty2、ty3]内，则生成二级预警信号；
若tcp的值不在预设区间（ty1、ty2]、（ty2、ty3]内，且tcp＞ty1，则生成三级预警信号。
优选的，维检人员等级判定的具体方式为：
S41、以一个维检人员进行分析，通过维检人员的入职时间与系统当前时间进行时间差计算，获取得到维检人员的入职时长Q；
同时获取维检人员的测试成绩C，所述测试成绩通过供电运营单位对所有维检人员安排的相关知识测试得到；
S42、通过公式D=Q*β1+C*β2-β3，得到维检人员等级衡量系数D，其中β1、β2为固定值，β3为预设值；
S43、将D分别与预设的判断值D1、D2进行比对，且D1＞D2；
若D＞D1，则将相应的维检人员划入第一等级，负责处理发出一级预警信号的检测区域；
若D1≥D＞D2，则将相应的维检人员划入第二等级，负责处理发出二级预警信号的检测区域；
若D2≥D，则将相应的维检人员划入第三等级，负责处理发出二级预警信号的检测区域。
优选的，预警推送单元的具体指派方式为：
S51、获取相应等级内的所有维检人员的数量k，之后获取该等级内所有维检人员的位置，并根据将维检人员的位置与发出预警信号的检测区域的位置进行距离差计算，得到维检距离Wk，同时获取维检人员与发出预警信号的检测区域的熟悉度Dk，k=1、2、3、……；
S52、通过公式Yk=Dk*λ1+Wk*λ2，得到各个维检人员的优先系数Yk，其中λ1和λ2均为预设比例系数；
S53、随后对各个维检人员的优先系数按照从大到小进行排序，选取优先系数最大的维检人员，负责该检测区域的维检工作。
优选的，所述熟悉度的计算方式为：首先获取发出预警信号的检测区域所有维检次数C0，同时获取每个维检人员对该检测区域的维检次数Ck，之后通过Dk=Ck/C0，得到维检人员与发出预警信号的检测区域的熟悉度Dk，其中对该检测区域的维检次数为0的维检人员，维检人员的熟悉度记为0。
一种基于无线通讯的铁路接触网测温方法，该方法通过一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统实现。
本发明提供了一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统及测温方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
本发明通过获取接触线的电压和电流，并对电压和电流进行计算分析，同时解决现有的监测方式因受环境条件的影响，造成测得的温度误差较大，不能实现精确测温的问题，本发明有效地提高测温效率，保证铁路的安全运营，提高了机车运行的安全性；
本发明通过温度对接触线造成的影响进行分析，最终可准确预判故障点位置，简化了接触线因温度发生故障后再进行监测的工作量，执行速度更快，极大降低计算的复杂度、计算精确，易于实际实现，具有较强的可实现性且应用意义较大；
本发明通过温度对接触线造成的影响进行分级，然后获取不同等级的维检人员对不同程度的故障进行维检，可以对多个检测区域同时发生故障后，进行人员合理分配，同时通过优先系数指派相应维检人员，也可减少抢修时间，进而减少高铁晚点时间，保证铁路的安全运营，提高了机车运行的安全性，具有极大的社会效益。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统，包括：
数据采集单元，用于对指定区域内接触线的电压和电流进行采集，并将电压和电流传输至数据处理单元，其中，电压和电流通过在接触线上等距分布设置的电压电流信号传感器采集得到；
数据处理单元，用于对每组检测区域获取的所有电压和电流进行筛除，得到未筛除电压和电流的均值DY1p和DL1p，并将均值DY1p和DL1p传输至数据计算单元，具体筛除方式为：
S11、根据等距分布的电压电流信号传感器将铁路接触线划分若干个检测区域，以一组检测区域为例，每隔预设时间T1采集得到该检测区域的电压数据DYi和电流数据DLi，i=1、2、……、n，表示采集得到电压数据和电流数据的组数为n组；
S12、利用公式获得n组电压数据的离散值DYc，其中DYp为所采集的n组电压数据的平均值，1≤i≤n，公式中|*|指代为对括号内数值取绝对值；
之后将DYc与预设的对比值DY0进行对比，若DYc≥DY0，则按照|DYi-DYp|从大到小的顺序依次删除对应DYi值，直至DYc＜DY0；
然后获取所有未删除的DYi值，并求取所有未删除的DYi值的均值DY1p；
S13、与步骤S12同理，获得n组电流数据的离散值DLc，之后将DLc与预设的对比值DL0进行对比，若DLc≥DL0，则按照|DLi-DLp|从大到小的顺序依次删除对应Gi值，直至DLc＜DL0，随后求取所有未删除的DLi值的均值DL1p；
数据计算单元，用于将DY1p和DL1p代入公式进行计算，得到该检测区域接触线的温度t，并将温度t传输至数据监测单元，具体计算方式为：
S21、将DY1p和DL1p代入欧姆定律的公式中，之后利用逆向反推法，得到该检测区域内接触线的电阻R；
S22、之后，利用电阻与电阻率的关系公式R=ρ*L/S，然后利用逆向反推法，得到该检测区域接触线的电阻率ρ，其中，L为检测区域内接触线的长度，S为检测区域内接触线的横截面积，且L和S均为固定值；
S23、根据接触线的制作材料，获得接触线的电阻温度系数a，并获取接触线在0℃时的电阻率ρ0；
之后通过温度与电阻率的关系公式ρ=ρ0*(1+a*t)，然后利用逆向反推法，得到该检测区域接触线的温度t；
通过获取接触线的电压和电流，并对电压和电流进行计算分析，同时解决现有的监测方式因受环境条件的影响，造成测得的温度误差较大，不能实现精确测温的问题，本发明有效地提高测温效率，保证铁路的安全运营，提高了机车运行的安全性；
数据监测单元，用于获取各组检测区域接触线的温度，并对各组检测区域接触线的温度进行计算，之后将计算结果与预设区间进行比较，随后根据比较结果生成不同等级的预警信号，并将其发送至预警推送单元，计算和比较具体方式为：
S31、以一组检测区域为例，每隔预设时间T2采集得到该组检测区域接触线的温度，并将采集到的所有温度标记为tj，j=1、2、……、m，表示采集得到接触线温度的组数为m组；
S32、利用公式获得m组温度的离散值tc，其中tp为所采集的m组电压数据的平均值，1≤j≤m；
继续采集tm+1，以t2、t3、……、tm+1为样本数据计算新的离散值tc，依次类推，获取一组温度的离散值，之后计算该组温度离散值的平均值tcp；
S33、之后将tcp与预设区间（ty1、ty2]、（ty2、ty3]进行比较；
若tcp的值不在预设区间（ty1、ty2]、（ty2、ty3]内，且tcp≤ty1，则不生成预警信号；
若tcp的值在预设区间（ty1、ty2]内，则生成一级预警信号；
若tcp的值在预设区间（ty2、ty3]内，则生成二级预警信号；
若tcp的值不在预设区间（ty1、ty2]、（ty2、ty3]内，且tcp＞ty1，则生成三级预警信号；
通过温度对接触线造成的影响进行分析，最终可准确预判故障点位置，简化了接触线因温度发生故障后再进行监测的工作量，执行速度更快，极大降低计算的复杂度、计算精确，易于实际实现，具有较强的可实现性且应用意义较大；
预警推送单元，用于通过无线通讯技术将预警信号发生至供电运营单位，并根据预警信号的不同等级选取相应等级的所有维检人员，然后根据优先系数指派负责该检测区域维检工作的维检人员；
维检人员等级判定的具体方式为：
S41、以一个维检人员为例，通过维检人员的入职时间与系统当前时间进行时间差计算，获取得到维检人员的入职时长Q；
同时获取维检人员的测试成绩C，所述测试成绩通过供电运营单位对所有维检人员安排的相关知识测试得到；
S42、通过公式D=Q*β1+C*β2-β3，得到维检人员等级衡量系数D，其中β1、β2为固定值，β3为预设值；
S43、将D分别与预设的判断值D1、D2进行比对，且D1＞D2；
若D＞D1，则将相应的维检人员划入第一等级，负责处理发出一级预警信号的检测区域；
若D1≥D＞D2，则将相应的维检人员划入第二等级，负责处理发出二级预警信号的检测区域；
若D2≥D，则将相应的维检人员划入第三等级，负责处理发出二级预警信号的检测区域；
具体的指派方式为：
S51、获取相应等级内的所有维检人员的数量k，之后获取该等级内所有维检人员的位置，并根据将维检人员的位置与发出预警信号的检测区域的位置进行距离差计算，得到维检距离Wk，k=1、2、3、……；
同时获取维检人员与发出预警信号的检测区域的熟悉度Dk，所述熟悉度的计算方式为：首先获取发出预警信号的检测区域所有维检次数C0，同时获取每个维检人员对该检测区域的维检次数Ck，之后通过Dk=Ck/C0，得到维检人员与发出预警信号的检测区域的熟悉度Dk，其中对该检测区域的维检次数为0的维检人员，维检人员的熟悉度记为0；
S52、通过公式Yk=Dk*λ1+Wk*λ2，得到各个维检人员的优先系数Yk，其中λ1和λ2均为预设比例系数；
S53、随后对各个维检人员的优先系数按照从大到小进行排序，选取优先系数最大的维检人员，负责该检测区域的维检工作；
本发明通过温度对接触线造成的影响进行分级，然后获取不同等级的维检人员对不同程度的故障进行维检，可以对多个检测区域同时发生故障后，进行人员合理分配，同时通过优先系数指派相应维检人员，也可减少抢修时间，进而减少高铁晚点时间，保证铁路的安全运营，提高了机车运行的安全性，具有极大的社会效益。
本发明还提供一种技术方案：一种基于无线通讯的铁路接触网测温方法，该方法通过一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统来实现对铁路接触网测温，包括以下步骤：
第一步、对指定区域内接触线的电压和电流进行采集；
第二步、对每组检测区域获取的所有电压和电流进行筛除，得到未筛除电压和电流的均值DY1p和DL1p；
第三步、将DY1p和DL1p代入欧姆定律的公式中，之后利用逆向反推法，得到该检测区域内接触线的电阻R，再利用电阻与电阻率的关系公式R=ρ*L/S，然后利用逆向反推法，得到该检测区域接触线的电阻率ρ，随后通过温度与电阻率的关系公式ρ=ρ0*(1+a*t)，然后利用逆向反推法，得到该检测区域接触线的温度t；
第四步、获取各组检测区域接触线的温度，并通过公式对各组检测区域接触线的温度进行离散值tc计算，随后求得一组温度离散值的均值，之后将均值与预设区间进行比较，随后根据比较结果生成不同等级的预警信号；
第五步、通过无线通讯技术将预警信号发生至供电运营单位，并根据预警信号的不同等级选取相应等级的所有维检人员，然后根据优先系数指派负责该检测区域维检工作的维检人员。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统，其特征在于，包括：
数据采集单元，用于对指定区域内接触线的电压和电流进行采集，并将电压和电流传输至数据处理单元；
数据处理单元，用于对每组检测区域获取的所有电压和电流进行筛除，得到未筛除电压和电流的均值DY1p和DL1p，并将均值DY1p和DL1p传输至数据计算单元；数据处理单元的具体筛除方式为：
S11、根据等距分布的电压电流信号传感器将铁路接触线划分若干个检测区域，以一组检测区域进行分析，每隔预设时间T1采集得到该检测区域的电压数据DYi和电流数据DLi，i＝1、2、……、n，表示采集得到电压数据和电流数据的组数为n组；
S12、利用公式获得n组电压数据的离散值DYc，其中DYp为所采集的n组电压数据的平均值，1≤i≤n，公式中|*|指代为对括号内数值取绝对值；
之后将DYc与预设的对比值DY0进行对比，若DYc≥DY0，则按照|DYi-DYp|从大到小的顺序依次删除对应DYi值，直至DYc＜DY0；
然后获取所有未删除的DYi值，并求取所有未删除的DYi值的均值DY1p；
S13、与步骤S12同理，获得n组电流数据的离散值DLc，之后将DLc与预设的对比值DL0进行对比，若DLc≥DL0，则按照|DLi-DLp|从大到小的顺序依次删除对应Gi值，直至DLc＜DL0，随后求取所有未删除的DLi值的均值DL1p；
数据计算单元，用于将DY1p和DL1p代入公式进行计算，得到该检测区域接触线的温度t，并将温度t传输至数据监测单元；数据计算单元的具体计算方式为：
S21、将DY1p和DL1p代入欧姆定律的公式中，之后利用逆向反推法，得到该检测区域内接触线的电阻R；
S22、之后，利用电阻与电阻率的关系公式R＝ρ*L/S，然后利用逆向反推法，得到该检测区域接触线的电阻率ρ，其中，L为检测区域内接触线的长度，S为检测区域内接触线的横截面积，且L和S均为固定值；
S23、根据接触线的制作材料，获得接触线的电阻温度系数a，并获取接触线在0℃时的电阻率ρ0；
之后通过温度与电阻率的关系公式ρ＝ρ0*(1+a*t)，然后利用逆向反推法，得到该检测区域接触线的温度t；
数据监测单元，用于获取各组检测区域接触线的温度，并对各组检测区域接触线的温度进行计算，之后将计算结果与预设区间进行比较，随后根据比较结果生成不同等级的预警信号，并将其发送至预警推送单元；
预警推送单元，用于通过无线通讯技术将预警信号发生至供电运营单位，并根据预警信号的不同等级选取相应等级的所有维检人员，然后根据优先系数指派负责该检测区域维检工作的维检人员。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统，其特征在于，在数据采集单元中，电压和电流通过在接触线上等距分布设置的电压电流信号传感器采集得到。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统，其特征在于，数据监测单元计算和比较具体方式为：
S31、以一组检测区域为进行分析，每隔预设时间T2采集得到该组检测区域接触线的温度，并将采集到的所有温度标记为tj，j＝1、2、……、m，表示采集得到接触线温度的组数为m组；
S32、利用公式获得m组温度的离散值tc，其中tp为所采集的m组电压数据的平均值，1≤j≤m；
继续采集tm+1，以t2、t3、……、tm+1为样本数据计算新的离散值tc，依次类推，获取一组温度的离散值，之后计算该组温度离散值的平均值tcp；
S33、之后将tcp与预设区间(ty1、ty2]、(ty2、ty3]进行比较；
若tcp的值不在预设区间(ty1、ty2]、(ty2、ty3]内，且tcp≤ty1，则不生成预警信号；
若tcp的值在预设区间(ty1、ty2]内，则生成一级预警信号；
若tcp的值在预设区间(ty2、ty3]内，则生成二级预警信号；
若tcp的值不在预设区间(ty1、ty2]、(ty2、ty3]内，且tcp＞ty1，则生成三级预警信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统，其特征在于，维检人员等级判定的具体方式为：
S41、以一个维检人员进行分析，通过维检人员的入职时间与系统当前时间进行时间差计算，获取得到维检人员的入职时长Q；
同时获取维检人员的测试成绩C，所述测试成绩通过供电运营单位对所有维检人员安排的相关知识测试得到；
S42、通过公式D＝Q*β1+C*β2-β3，得到维检人员等级衡量系数D，其中β1、β2为固定值，β3为预设值；
S43、将D分别与预设的判断值D1、D2进行比对，且D1＞D2；
若D＞D1，则将相应的维检人员划入第一等级，负责处理发出一级预警信号的检测区域；
若D1≥D＞D2，则将相应的维检人员划入第二等级，负责处理发出二级预警信号的检测区域；
若D2≥D，则将相应的维检人员划入第三等级，负责处理发出二级预警信号的检测区域。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统，其特征在于，预警推送单元的具体指派方式为：
S51、获取相应等级内的所有维检人员的数量k，之后获取该等级内所有维检人员的位置，并根据将维检人员的位置与发出预警信号的检测区域的位置进行距离差计算，得到维检距离Wk，同时获取维检人员与发出预警信号的检测区域的熟悉度Dk，k＝1、2、3、……；
S52、通过公式Yk＝Dk*λ1+Wk*λ2，得到各个维检人员的优先系数Yk，其中λ1和λ2均为预设比例系数；
S53、随后对各个维检人员的优先系数按照从大到小进行排序，选取优先系数最大的维检人员，负责该检测区域的维检工作。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统，其特征在于，所述熟悉度的计算方式为：首先获取发出预警信号的检测区域所有维检次数C0，同时获取每个维检人员对该检测区域的维检次数Ck，之后通过Dk＝Ck/C0，得到维检人员与发出预警信号的检测区域的熟悉度Dk，其中对该检测区域的维检次数为0的维检人员，维检人员的熟悉度记为0。
7.一种基于无线通讯的铁路接触网测温方法，其特征在于，该方法通过根据权利要求1-6任一项所述的一种基于无线通讯的铁路接触网测温系统来实现对铁路接触网测温。
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