CN117387681A - 全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，该系统包括牵引供电接触网系统，通过采用全分布一体化光纤布设方法将光纤布设于牵引供电接触网系统中，构建光纤复合接触网系统以及光纤传感核心模块系统，根据光纤传感核心模块系统的解调信息，获取接触网系统特征参量，使用FPGA数据采集加速算法以及人工智能反演算法，将接触网系统特征参量与实际工况进行适配，实现对全分布式一体化光纤复合接触网各主要线缆及零部件运行状态进行实时监测；本发明采用FPGA进行高速数据实时处理，对传统的接触网监测进行突破性改进，确保接触网系统的线路及设备安全，为电气化铁路接触网系统的正常运行和故障抢修提供有力技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于电气化铁路牵引供电技术领域，具体涉及一种全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统。
背景技术
电气化铁路牵引供电系统接触网担负着把牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车的重要使命，具有露天设置，无备用，负荷随机车运行位置的改变而变化等特点。接触网系统中，承力索、接触线和吊弦等线缆是其重要组成部分，直接将电能传递至列车，因此，要求其全寿命周期中，必须始终保证电力机车正常取流并保持机械结构的稳定性和可靠性。然而，由于我国幅员辽阔，气候类型复杂多变，强风、雷电、覆冰和异物入侵等工况在电气化铁路接触网运行中均会碰到，高速弓网离线、牵引网短路故障及接触网各类线缆断裂失效等事故时有发生。据统计，全路每年接触网故障数量约为机车引起故障的5倍，故障致因主要包括接触网短路、接触网各类线缆断伤、弓网运行故障等。接触网故障类型繁杂，故障精确定位困难，面对突发故障，现有故障测距系统误差约500米，且定位错误情况时有发生，对电气化铁路接触网系统日常维护检修、故障抢险处置及状态实时在线监测等都造成严峻挑战。
牵引供电系统接触网运行状态下，各类线缆受日照、机车取流发热、受电弓-接触线摩擦发热等影响，接触网系统温度变化频繁。夏季，由于机车运行、日照强烈、雷暴活动频繁等原因，接触网温度整体较高，局部暂态温度异常等情况时有发生，因此，温度分布对于反应接触网系统运行工况，各零部件状态具有重要意义；冬季，铁路沿线温差变化大，雨雪淞气象条件导致接触线覆冰等情况频发，接触线覆冰不仅会引起接触线覆冰舞动和断裂现象，也会导致受电弓无法正常取流引发严重运营事故，而温度分布是预警接触网覆冰的关键参数。因此，实现全域、实时、在线温度快速监测对于接触网系统的日常维护、状态检修和故障抢险具有重要意义。
牵引供电系统接触网运行状态下，各类线缆受大风、弓网耦合接触、异物入侵、轨道不平顺等工况影响，导致线缆出现大幅度舞动，线缆轴向、横向出现大范围形变和各类振动，严重时将引发各类线缆失效断裂，接触网垮网事故。接触网系统各类线缆材质一般为铜合金或铜合金绞线，具有强度较高、耐张力较大等特点，然而，面对强风等极端天气，其所承受应力将远超线缆可承受范围，超限应力将对线缆造成不可逆损伤，对系统可靠性和使用寿命产生直接影响，现有技术手段难以准确识别受损、失效和一定程度断裂的线缆。因此，实现各类线缆实时在线应力应变及振动监测对于接触网线缆的失效识别、定期维护更换、预防严重事故等具有重要意义。
接触网中吊弦在实际运行过程中，处于不间断拉伸压缩的工作状态下，其重复次数多，拉伸压缩情况复杂，极易造成疲劳失效和松脱断裂等故障情况的发生。吊弦直径通常仅为6～10mm，间隔5～10m布设一根，采用传统的图像识别、毫米波雷达探伤技术，无法对众多吊弦进行有效探测和故障识别。因此，为了掌握重点部位吊弦是否有松脱断裂和失效等情况，必须采用吊弦内部或表面安装传感器进行实时传感测量的方法，对吊弦温度、应力应变和位置变化等参量进行实时在线监测，从而准确判断其是否有过卷曲、过弯曲、过疲劳、超限失效、松脱断裂等异常情况。从而为列车追踪间隔调整、接触网异物监测预警提供有效依据。
综上所述，对于接触网系统，现有技术无法实现全域、实时、在线监测，无法准确掌握系统运行状态，无法提高日常运营维护效率，无法准确定位系统故障，这既是由接触网零部件特点决定，也是由接触网各类线缆结构强度要求所决定。因此，采用最新全分布式一体化光纤复合接触网传感技术，无损可靠安装于接触网各类线缆中，对于解决接触网系统的全域实时在线监测具有重要意义。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，实现牵引供电接触网系统全域、实时、在线监测，本发明提出一种全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，该系统首先采用全分布式光纤传感技术，不改变既有牵引供电接触网系统结构、不破坏既有接触网各类线缆结构以及接触线结构外形，改用光纤复合承力索、光纤复合吊弦、接触线燕尾槽与吊弦线夹安装铠装/紧套光纤等方式，实现一体化光纤复合接触网的布设；其次，基于DTS拉曼散射，对接触网整体温度分布、局部异常温度变化等进行快速测量，为接触网故障跳闸提供辅助判据，同时对异常温度变化点进行高精度定位，实现接触网系统的故障准确识别和定位；基于瑞利和布里渊光散射原理，对接触网在大风、弓网振动、覆冰、异物入侵等工况下的应力应变变化进行分布式传感，从而为高速列车实时定位、大风振动等工况的反演和故障排查提供依据；基于多芯光纤光栅的位置传感方法对接触网系统中拉伸压缩最为频繁的吊弦进行位置传感，有效识别吊弦失效、疲劳、断裂等异常工况，为吊弦寿命预测和更换提供依据；同时，采用FPGA进行高速数据实时处理，对接触网各类线缆及零部件运行状态进行实时监测，对传统的接触网监测进行改进，确保接触网系统的线路及设备安全，可指导故障抢修和日常维护，为电气化铁路接触网系统的正常运行和故障抢修提供有力技术支撑。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，通过采用全分布一体化光纤布设方法将光纤布设于牵引供电接触网系统中，构建光纤复合接触网系统，所述全分布一体化光纤方式至少包括承力索内置光纤、吊弦内置光纤、接触线燕尾槽夹设光纤、接触线燕尾槽与吊弦线夹安装铠装光纤、接触线燕尾槽与吊弦线夹紧套光纤；
基于所述光纤复合接触网系统，构建包括DTS高精度快速测温及故障定位模块、BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块以及OFDR多芯光纤光栅位置传感模块的光纤传感核心模块系统，根据所述光纤传感核心模块系统的解调信息，获取接触网系统特征参量，所述接触网系统特征参量至少包括接触网温度分布、接触网应力应变分布、振动频率以及吊弦位置，使用FPGA数据采集加速算法以及人工智能反演算法，将所述接触网系统特征参量与实际工况进行适配，实现牵引供电接触网系统的全域实时在线监测。
进一步的，所述DTS高精度快速测温及故障定位模块利用光纤拉曼散射对温度变化敏感的特点，对所述光纤复合接触网系统进行实时光纤传感测温，基于DTS拉曼散射，测量光纤复合接触网系统整体温度分布以及局部异常温度变化，为接触网系统因第一异常工况造成的故障跳闸提供辅助判据；所述第一异常工况至少包括由于接触网系统露天设置，因受雷击、覆冰、外部短路因素影响出现的线路短路、局部闪络、接触网各类线缆断线以及垮网事故；
所述DTS高精度快速测温及故障定位模块根据局部异常温度变化对异常温度变化点进行高精度定位，实现光纤复合接触网系统故障点位快速准确识别。
所述DTS高精度快速测温及故障定位模块的测温点数由系统空间分辨率决定，同时，由于接触网系统露天设置，易受雷击、覆冰、外部短路等影响，出现线路短路、局部闪络、接触网各类线缆断线甚至垮网事故，接触网局部温度异常变化频繁而显著，所述DTS高精度快速测温及故障定位模块根据光纤局部异常温度变化可快速测得故障点位信号，从而为各类事故提供准确定位和故障快速恢复依据。
进一步的，所述BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块基于瑞利和布里渊散射，对温度和应力应变和振动敏感的特点，将DTS测温模块作为温度参考补偿，采用特定波长和频率的激光器，对光纤复合接触网系统各零部件的应力应变情况进行实时在线测量，分析得到因第二异常工况对光纤复合接触网系统运行产生不利影响的点，从而为接触网系统日常检修和接触网系统中线缆的寿命预测提供有效依据。所述第二异常工况至少包括由于接触网系统露天设置，因在大风、弓网振动、覆冰、异物入侵因素影响而造成的应力异常、振动频率超限点以及振动幅值超限点；
进一步的，所述OFDR多芯光纤光栅位置传感模块内嵌于所述光纤复合接触网系统吊弦内，通过对接触网系统吊弦进行位置传感测量，判断接触网系统吊弦是否存在第三异常工况，通过第三异常工况为吊弦寿命预测和更换提供依据。
所述OFDR多芯光纤光栅传感器通过对列车运行定位为列车追踪间隔调整提供依据，所述OFDR多芯光纤光栅传感器通过对接触网系统异物侵袭进行检测，为接触网异物监测预警提供依据。
所述第三异常工况至少包括由于接触网系统露天设置，当列车经过、遭遇复杂天气情况时，接触网吊弦因不断拉伸压缩而造成的松脱断裂、吊弦疲劳、吊弦失效。
进一步的，所述FPGA数据采集加速算法应用于基于FPGA的卷积神经网络硬件加速器设计中，针对所述光纤传感核心模块系统的解调信号，所述卷积神经网络硬件加速器采用输入、输出二维循环展开和循环分块的方法，设计若干个并行乘法器单元，数据采集处理模块输入输出接口采用双缓存设计，降低数据传输带来的时间延迟。
进一步的，采用所述人工智能反演算法反演接触网系统运行工况，具体包括：所述人工智能反演算法为深度学习算法，其输入变量包括所述光纤传感核心模块系统检测到的接触网系统各线缆以及零部件的温度分布信息、应力应变信息、振动信息、位置形变信息，输出变量包括雷击工况、短路工况、强风工况、覆冰工况，对所述输入变量与输出变量构建闭合方程组，将实际传感网络检测数据代入所述闭合方程组得到代表性解，使用深度学习算法通过训练获取代表性解的曲线函数；
分析输入变量与输出变量之间的关系，获取接触网系统运行工况反演结果；若输入参数和输出参数之间存在强因果关系，例如：局部异常升温和接触网短路故障或遭受雷击是强相关，则可以直接反演并获得高精度的反演结果；若输入参数和输出参数之间存在弱相关性，例如：承力索局部振动超限且同时期无其他参数异常，则其与强风等工况弱相关，需要进一步提供其他先验知识来进行反演，则需要添加先验知识来提高输出参数的反演精度。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)以一体化光纤复合接触网布设方法为基础，通过DTS高精度快速测温及故障定位模块、基于BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块、OFDR多芯光纤光栅位置传感模块构成的光纤传感核心模块系统，利用分布式光纤传感技术，完成对牵引供电接触网系统各类线缆及零部件的全域、实时在线监测；
(2)利用FPGA数据采集加速算法及人工智能算法，反演接触网各类正常及故障运行工况，对于接触网常遭遇的异物侵占、雷击、强风、故障短路等异常工况，通过综合计算光纤传感核心模块系统中的温度、应力应变及振动、吊弦位置等特征参量信息，对潜在故障隐患进行提前预测告警，对正发生故障进行实时状态监测，对已发生故障进行准确定位，从而指导牵引供电接触网系统的日常运行状态，指导接触网各类线缆及零部件日常维修，确保接触网系统的安全可靠，为电气化铁路的正常运行提供有力技术支撑。
附图说明
图1为本发明一体化光纤复合接触网布设图；
图2为本发明结构框图；
图3为接触网系统实验大厅接触线异常升温以及吊弦失效实验图；
图4为温升实验示意图；
图5为拉曼散射强度变化图；
图6为Δ拉曼散射强度变化图；
图7为吊弦失效实验示意图；
图8为布里渊频移变化图；
图9为Δ布里渊频域变化图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
如图1所示，将多类型光纤内嵌于接触网承力索形成光纤复合承力索，接触网一个供电臂内的承力索光纤进行来回布设，承力索首端既是光纤入口也是光纤出口，将此处光纤出入口与光纤传感模块相连，即可实现温度、应力应变和振动的传感；将多类型铠装光纤/紧套光纤利用接触线燕尾槽与吊弦线夹安装与接触线两侧燕尾槽中，从而形成光纤复合接触线，接触线两侧燕尾槽一边作为光纤入口，一边作为光纤出口，即可实现接触线温度、应力应变和振动的传感，光纤在上锚与下锚处直接与另一段相连，供电臂中途不设置接线盒，核心传感模块的光纤在接触线同一端进出，为传感系统提供便利；将多芯光纤光栅内嵌于接触网吊弦中形成光纤复合吊弦，光纤入口与出口有两种处理方式，一是U型布置后利用承力索表面布设到下一吊弦，另一种是倒U型布置后利用接触线燕尾槽布设到下一吊弦。
所述全分布一体化光纤布设方法不改变既有牵引供电接触网系统、也不破坏既有接触网各类线缆结构，尤其是接触线结构外形，通过改用承力索内置光纤、吊弦内置光纤、接触线燕尾槽夹设光纤，接触线燕尾槽与吊弦线夹安装铠装光纤、接触线燕尾槽与吊弦线夹紧套光纤的方式，将各类光纤布设于整个接触网系统中，形成完整的接触网光纤传感系统。
全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，用于牵引供电接触网系统中，如图2所示，通过采用全分布一体化光纤布设方法将光纤布设于所述牵引供电接触网系统中，构建光纤复合接触网系统，基于所述光纤复合接触网系统，构建包括DTS高精度快速测温及故障定位模块、BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块以及OFDR多芯光纤光栅位置传感模块的光纤传感核心模块系统，根据所述光纤传感核心模块系统的解调信息，获取接触网系统特征参量，所述接触网系统特征参量至少包括接触网温度分布、接触网应力应变分布、振动频率以及吊弦位置；使用FPGA数据采集加速算法以及人工智能反演算法，对各类光纤信号进行数据收集、处理及存储，将所述接触网系统特征参量与实际工况进行适配，反演接触网系统实际工况并展示在人机界面上，实现牵引供电接触网系统的全域实时在线监测。
如图2所示，所述DTS高精度快速测温及故障定位模块利用光纤拉曼散射对温度变化敏感的特点，对所述光纤复合接触网系统进行实时光纤传感测温，基于DTS拉曼散射，测量光纤复合接触网系统整体温度分布以及局部异常温度变化，为接触网系统因第一异常工况造成的故障跳闸提供辅助判据；所述第一异常工况至少包括由于接触网系统露天设置，因受雷击、覆冰、外部短路因素影响出现的线路短路、局部闪络、接触网各类线缆断线以及垮网事故；
所述DTS高精度快速测温及故障定位模块根据局部异常温度变化对异常温度变化点进行高精度定位，实现光纤复合接触网系统故障点位快速准确识别。
所述DTS高精度快速测温及故障定位模块的测温点数由系统空间分辨率决定，本发明系统空间分辨率为1m，温度精度可达±2℃；同时，由于接触网系统露天设置，易受雷击、覆冰、外部短路等影响，出现线路短路、局部闪络、接触网各类线缆断线甚至垮网事故，接触网局部温度异常变化频繁而显著，所述DTS高精度快速测温及故障定位模块根据光纤局部异常温度变化可快速测得故障点位信号，从而为各类事故提供准确定位和故障快速恢复依据。
如图2所示，所述BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块基于瑞利和布里渊散射的分布式光纤传感技术，通过探测不同频率散射光信号的强度和相位，使用叠加、加权叠加、斜坡辅助等算法对系统的散射光进行解调，从而得出光纤复合接触网系统中各点的应力应变和振动情况，使用BOTDA进行探测时，泵浦光和探测光由光纤两端射入光纤，在DTS传感测温模块所得温度数据基础上，剥离出系统应力应变的变化；采用φ-OTDR主要解调振动信号，由于机车运行、大风舞动、覆冰舞动、雷击闪络和各类短路故障对接触网所造成的振动和摆动具有不同范围的振动频率，因此，采用该方法可以准确解调系统各工况振动信号。
所述BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块将DTS测温模块作为温度参考补偿，采用特定波长和频率的激光器，对光纤复合接触网系统各零部件的应力应变情况进行实时在线测量，分析得到因第二异常工况对光纤复合接触网系统运行产生不利影响的点，从而为接触网系统日常检修和接触网系统中线缆的寿命预测提供有效依据。所述第二异常工况至少包括由于接触网系统露天设置，因在大风、弓网振动、覆冰、异物入侵因素影响而造成的应力异常、振动频率超限点以及振动幅值超限点。
如图2所示，所述OFDR多芯光纤位置传感模块采用3芯或多芯光纤，将多点位刻蚀的OFDR光纤光栅内嵌于接触网系统吊弦内，由于光信号经过光栅时可以反射特定波长的光，光栅受到应力作用产生形变，导致反射波波长变化，多点同时测量可测出各点曲率，通过相应解调算法即可得到吊弦位置和状态变化；接触网吊弦长期处在拉伸压缩运行工况，重复次数及拉伸压缩情况复杂，采用此模块可实时追踪重点吊弦位置信号，有利于及时发现并排除吊弦故障隐患。
所述OFDR多芯光纤光栅位置传感模块内嵌于所述光纤复合接触网系统吊弦内，由于光信号经过光栅时可以反射特定波长的光，光栅受到应力作用产生形变，导致反射波波长变化，测量多点反射波长即可得到各点曲率；由于接触网系统直接为铁路列车供电无备用，当列车经过或各类复杂天气情况出现时，接触网吊弦均会不断拉伸压缩，重复次数及拉伸压缩情况复杂，通过对接触网系统吊弦进行位置传感测量，判断接触网系统吊弦是否存在第三异常工况，通过第三异常工况为吊弦寿命预测和更换提供依据。所述第三异常工况至少包括由于接触网系统露天设置，当列车经过、遭遇复杂天气情况时，接触网吊弦因不断拉伸压缩而造成的松脱断裂、吊弦疲劳、吊弦失效。
所述OFDR多芯光纤光栅传感器通过对列车运行定位为列车追踪间隔调整提供依据，所述OFDR多芯光纤光栅传感器通过对接触网系统异物侵袭进行检测，为接触网异物监测预警提供依据。
如图2所示，数据收集处理与存储模块采用FPGA高速数据采集技术和硬件加速等算法，采集并收集各传感模块不同散射和反射信息，实现信息交互，从而保证其实时性，所采集的信息也将存储于数据收集处理与存储模块中。
如图2所示，工况反演模块采用人工智能算法，系统全年全天候各气象条件下，不间断进行在线监测，在监测到的大量现场数据的基础上，结合实际工况和传感特征参量，将数据收集处理模块中所采集到的数据进行实时处理并展示在人机界面，从而为牵引供电接触网系统的可视化提供解决方案。
如图3所示为在接触网系统实验大厅做的光纤复合接触网系统接触线异常升温以及吊弦失效实验，如图4所示为温升实验示意图，温升实验测量在温度20℃正常运行时，使用可控加热器在光纤铺设72米位置进行加热，温升分别为70℃以及100℃时，采用基于DTS高精度快速测温模块测量的系统变化情况，如图5所示为拉曼散射强度变化图，如图6所示为Δ拉曼散射强度变化图，Δ拉曼散射强度变化对应温度变化。可以看到，拉曼散射强度与温度呈正相关关系，线性度良好，因此可通过拉曼散射强度的变化分析异常温度故障定位，能够用于根据光纤局部异常温度变化快速测得故障点位信号，本发明故障定位误差小于10m。
如图7所示为吊弦失效实验示意图，采用基于BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块对吊弦进行失效实验，可测得如图8所示的布里渊频移变化图以及如图9所示的Δ布里渊频域变化图，Δ布里渊频域变化对应应力变化。可以看到，失效前，系统布里渊平移约为11.2GHz，失效后布里渊频移扩大到11.6GHz；吊弦失效后，测得对应位置9000微应变的应力变化。因此可通过应力变化分析吊弦失效位置，能够用于定位可能存在异常工况的位置，为事故抢修和零部件维护提供有效依据，本发明吊弦位置信号定位误差小于10m。
本发明以分布式光纤传感技术和牵引供电一体化光纤复合接触网布设方式为核心，在不改变既有牵引供电接触网系统结构、不破坏既有接触网各类线缆结构以及接触线结构外形的前提下，开发DTS高精度快速测温及故障定位模块，对接触网整体温度分布、局部异常温度变化等进行快速测量，为接触网故障跳闸提供辅助判据，同时对异常温度点进行高精度定位，实现接触网系统的局部异常温度变化的定位；开发BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块，对接触网在大风、弓网振动、覆冰、异物入侵等工况下的应力应变变化进行分布式传感，从而为高速列车实时定位、大风振动等工况的反演和故障排查提供依据；开发OFDR多芯光纤位置传感模块，对接触网系统中拉伸收缩最为频繁的吊弦进行位置传感，有效识别吊弦失效、疲劳、断裂等异常工况，为吊弦寿命预测和更换提供依据。
本发明采用FPGA进行高速数据实时处理，对接触网各主要线路类零部件运行状态进行实时监测，对传统的接触网监测进行了突破性改进，确保接触网系统的线路及设备安全，指导故障抢修和日常维护，为电气化铁路接触网系统的正常运行和故障抢修提供有力技术支撑。
Claims (10)
1.全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，用于牵引供电接触网系统中，其特征在于，通过采用全分布一体化光纤布设方法将光纤布设于牵引供电接触网系统中，构建光纤复合接触网系统，所述全分布一体化光纤方式至少包括承力索内置光纤、吊弦内置光纤、接触线燕尾槽夹设光纤；
基于所述光纤复合接触网系统，构建包括DTS高精度快速测温及故障定位模块、BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块以及OFDR多芯光纤光栅位置传感模块的光纤传感核心模块系统，根据所述光纤传感核心模块系统的解调信息，获取接触网系统特征参量，使用FPGA数据采集加速算法以及人工智能反演算法，将所述接触网系统特征参量与实际工况进行适配，实现牵引供电接触网系统的全域实时在线监测。
2.根据权利要求1所述全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，其特征在于，所述接触网系统特征参量至少包括接触网温度分布、接触网应力应变分布、振动频率以及吊弦位置。
3.根据权利要求2所述全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，其特征在于，所述DTS高精度快速测温及故障定位模块对所述光纤复合接触网系统进行实时光纤传感测温，基于DTS拉曼散射，测量光纤复合接触网系统整体温度分布以及局部异常温度变化，为接触网系统因第一异常工况造成的故障跳闸提供辅助判据；
所述DTS高精度快速测温及故障定位模块根据局部异常温度变化对异常温度变化点进行高精度定位，实现光纤复合接触网系统故障点位快速准确识别。
4.根据权利要求3所述全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，其特征在于，所述BOTDA/φ-OTDR分布式光纤应力应变监测模块将DTS测温模块作为温度参考补偿，对光纤复合接触网系统各零部件的应力应变情况进行实时在线测量，分析得到因第二异常工况对光纤复合接触网系统运行产生不利影响的点，从而为接触网系统日常检修和接触网系统中线缆的寿命预测提供有效依据。
5.根据权利要求4所述全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，其特征在于，所述OFDR多芯光纤光栅位置传感模块内嵌于所述光纤复合接触网系统吊弦内，通过对接触网系统吊弦进行位置传感测量，判断接触网系统吊弦是否存在第三异常工况，通过第三异常工况为吊弦寿命预测和更换提供依据。
6.根据权利要求5所述全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，其特征在于，所述OFDR多芯光纤光栅传感器通过对列车运行定位为列车追踪间隔调整提供依据，所述OFDR多芯光纤光栅传感器通过对接触网系统异物侵袭进行检测，为接触网异物监测预警提供依据。
7.根据权利要求6所述全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，其特征在于，所述第一异常工况至少包括由于接触网系统露天设置，因受雷击、覆冰、外部短路因素影响出现的线路短路、局部闪络、接触网各类线缆断线以及垮网事故；
所述第二异常工况至少包括由于接触网系统露天设置，因在大风、弓网振动、覆冰、异物入侵因素影响而造成的应力异常、振动频率超限点以及振动幅值超限点；
所述第三异常工况至少包括由于接触网系统露天设置，当列车经过、遭遇复杂天气情况时，接触网吊弦因不断拉伸压缩而造成的松脱断裂、吊弦疲劳、吊弦失效。
8.根据权利要求7所述全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，其特征在于，所述FPGA数据采集加速算法应用于基于FPGA的卷积神经网络硬件加速器设计中，针对所述光纤传感核心模块系统的解调信号，所述卷积神经网络硬件加速器采用输入、输出二维循环展开和循环分块的方法，设计若干个并行乘法器单元，数据采集处理模块输入输出接口采用双缓存设计，降低数据传输带来的时间延迟。
9.根据权利要求8所述全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，其特征在于，采用所述人工智能反演算法反演接触网系统运行工况，具体包括：所述人工智能反演算法输入变量包括所述光纤传感核心模块系统检测到的接触网系统各线缆以及零部件的温度分布信息、应力应变信息、振动信息、位置形变信息，所述人工智能反演算法输出变量包括雷击工况、短路工况、强风工况、覆冰工况，对所述输入变量与输出变量构建闭合方程组，将实际传感网络检测数据代入所述闭合方程组得到代表性解，使用深度学习算法通过训练获取代表性解的曲线函数；分析输入变量与输出变量之间的关系，获取接触网系统运行工况反演结果。
10.根据权利要求9所述全分布式一体化光纤复合接触网在线监测系统，其特征在于，还包括采用人工智能算法进行工况反演，结合实际工况以及接触网系统特征参量，将数据收集处理模块中所采集到的数据进行实时处理并展示在人机界面，从而为牵引供电接触网系统的可视化提供解决方案。
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