電氣化鐵路接觸網定位管坡度檢測技術的研究現狀及發展趨勢

摘 要：本文綜述了接觸網定位管坡度檢測技術的研究現狀，指出了現有測量方法的特點和局限性，并對未來測量技術的發展進行了展望與思考。

關鍵詞：電氣化鐵路；接觸網；定位管坡度；計算機視覺；人工智能

中圖分類號：U225 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 22-0000-01

定位管是接觸網定位裝置中的主要組成部分，是支持和確定接觸線相對于線路中心線橫向位置的有效部件。為保證電氣化鐵路的安全運行，避免因定位管變形而造成與受電弓之間的撞擊，定位管在動態下的坡度是否超限，是接觸網檢測中必不可少的內容。

一、定位管坡度

定位管的坡度是指定位管與受電弓平面間的銳角，通常以正切值標稱表示。

定位管的一端一般固定在電桿等接觸網支撐結構（定位點）的腕臂上，其另一端通過支持器及定位線夾與接觸線連接。接觸線的拉出值就是靠定位管通過定位線夾對其施加拉力或壓力來實現[1]。雖然在施工時，定位管一般以1：10或1：6的坡度進行安裝，但當電氣機車運行速度增大至100km/h以上時，受電弓自身就要產生垂直方向的加速度，在受電弓通過定位點時，會形成一定的動態抬升量并伴隨有振動，因此，電車在運行過程中，定位器的實際傾斜角度會發生變化，為保證電氣化鐵路的安全運行，避免因定位管變形而造成與受電弓之間的撞擊，定位管在動態下的坡度是否超限，是接觸網檢測中必不可少的內容。

二、國內外研究現狀

（一）早期測量情況

接觸網幾何參數檢測技術從開始出現至今已有40多年的歷史，經歷了大量的研究和試驗。早期對受電弓滑板磨耗狀況和接觸網異常形態的檢測，大量采取人工直接檢測法[2]。

人工直接檢測法費時費力，且屬于高空危險作業，測量的次數也不可能很多，因此對弓網系統異常形態的監控力度很弱。同時，對在運行過程中的接觸網不能做到實時檢測，所以不能及時發現故障及隱患，而且也造成很多器材在沒有磨耗到極限的情況下就已被更換，結果造成了很大浪費。

（二）國外研究現狀

對高速電氣化鐵路接觸網幾何參數檢測技術的研究，國外在理論與實踐上均起步較早，已取得了較大進展。

愛爾蘭研發的SupaRule ROM超聲波系統，已在世界電氣化鐵路接觸網檢測領域采用。該系統用2個超聲波傳感器來測量接觸線的拉出值和導線高度，采用三角測量法來分析接觸線的拉出值和導線高度。

由德國Frauenhofer研究所開發并經澳大利亞PlasserTheurer公司推出的Track-Eye型激光掃描非接觸式接觸線幾何參數測量系統，采用激光掃描相位法測距，可對接觸線的拉出值和導線高度進行測量。荷蘭鐵路技術研究學會和TNO應用物理研究所合作研發的ATON接觸線測量系統，采用5個高分辨率的線陣CCD攝像機和一個激光器，通過激光光源照射接觸線，CCD攝像機接收反射圖像原理實施分析，最多可同時對4條接觸線進行測量。法國將光學非接觸法應用于接觸網參數的檢測，也已取得了很大進展。

（三）國內研究現狀

我國鐵道部科學研究院是較早進行接觸網參數檢測技術研究的單位，從1962年開始研究接觸網檢測車，并跟蹤和學習國外的技術。

20年紀70年代后期，成都鐵路局和原西安鐵路局也參加到研究接觸網檢測設備的行列中來。西南交通大學從20世紀80年代開始研究接觸網檢測技術，并陸續開發了JJC-1型到-3型的接觸網檢測車。

目前，我國接觸網幾何參數的主要檢測方式有以下幾種：一是采用測桿、線墜的便攜式接觸測量：該方法是人工控制的機械式操作。二是在受電弓上安裝傳感器的接觸式測量：在受電弓滑板上安裝接近傳感器，測量接觸線拉出值、雙接觸線水平距離，并在受電弓主軸上安裝角位移傳感器，以測量受電主軸的轉角。三是采用激光測距技術的非接觸測量：由激光測距儀發出一束激光，瞄準被測接觸線的下表面，從而測得接觸線在空間的參數位置。

由上綜述看出，現有接觸網幾何參數測量的方法具有局限性，主要表現為以下兩個特點：①現有的接觸網幾何參數檢測，主要針對拉出值、導線高度及弓網磨損量進行測量，而針對定位裝置在線測量的研究相對較少。②現有方法大多適應于靜止或低速狀態下的測量，還未能適應200km/h以上高速在線測試的需要。

（四）發展趨勢

近年來，基于人工智能的計算機視覺測量作為一種非接觸測量手段，已經越來越引起人們的重視，特別是在過去的十幾年里，計算機視覺測量技術已逐漸成為自動化生產系統的一個重要組成部分。

視覺檢測自上世紀八十年代初開始己經得到了廣泛的研究。例如Franci Lahajnar等人研制的電路板自動檢測計算機視覺系統，通過使用兩個裝有遠心鏡頭的攝像機，應用亞像素邊緣檢測技術和半自動校正系統來分辨，系統的精確度高于±0.03毫米，且一塊電路版的測量速度只需0.3秒；D.mitrios Kosmopoulos等人研制出了計算機視覺間隙自動檢測系統，可測量車身與裝在其上的各種面板（包括門，發動機罩等）之間的間隙尺寸，測量誤差<0.1mm。

目前試用中的電氣化鐵道接觸網視覺檢測系統（FDC-2000型），可最大在160 km/h的時速下對導線高度、接觸線拉出值、沖擊力（垂直方向）、支柱位置和行走距離等接觸網技術指標進行測量。

由以上綜述可看出，人工智能測量方法和傳統的測量方法相比具有很多明顯的優點。首先，它可以實現100%的自動在線測量；其次，采用高分辨率和高速的CCD及合適的圖像處理算法，可以實現高精度測量；而且，它具有較高的智能化水平，能在視角范圍內自動尋找目標、識別目標并實施測量；與被測部件處于非接觸狀態，檢測的對象十分廣泛，可應用于特殊測量領域。

正是由于人工智能測量技術克服了傳統測量的許多缺點，具備了較高的測量精度和智能化水平，尤其是該測量方法的非接觸性和對非固定目標所表現出的靈活性，使其在電氣化鐵路接觸網支撐結構（特別是定位管坡度）幾何參數的高速在線測量中擁有廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1]于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網[M].成都：西南交通大學出版社，2002.

[2]唐春蓬.基于超聲波的受電弓滑板磨耗測量實驗裝置研究[D].西南交通大學，2007.

[作者簡介]謝新文（1981-），男，湖南安仁人，講師，碩士，研究方向：通信與電路系統。

[基金項目]江西省教育廳科學技術項目（項目編號：GJJ13733）。