漏泄同軸電纜車載圖像智能檢測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

尹 昭

（中國鐵路廣州局集團有限公司長沙電務(wù)段，長沙 410006）

漏泄同軸電纜是鐵路無線通信的重要組成部分，其作用是將電磁波沿線路均勻輻射及接收，主要布放于鐵路隧道、彎道等無線信號難以覆蓋的地段，實現(xiàn)對電磁場盲區(qū)的覆蓋。由于列車在高速運行時產(chǎn)生的風洞效應(yīng)，漏纜及固定組件容易松動、脫落，存在嚴重行車安全隱患。目前，鐵路沿線漏纜巡視及檢查是每月人工步巡1次。人工巡檢方式巡檢效率低，作業(yè)人員勞動強度大；由于是夜間“天窗”（高鐵和城際線路）時間作業(yè)，照明條件差，隱患故障查出率低；而且部分地點位于長大隧道和荒野地區(qū)，作業(yè)人員人身安全存在隱患。為此，將漏泄同軸電纜車載圖像智能檢測系統(tǒng)用于巡檢作業(yè)，以提高巡檢質(zhì)量、檢測效率及人員勞效。

1 系統(tǒng)組成

漏泄同軸電纜車載圖像智能檢測系統(tǒng)由便攜車載檢測裝置和地面數(shù)據(jù)中心組成，如圖1所示。

便攜車載檢測裝置臨時安裝在動檢動車組車廂內(nèi)安全窗處，通過1臺高速低照度工業(yè)相機對隧道內(nèi)漏纜進行高清圖像的采集。本裝置可更換鏡頭和改變角度以實現(xiàn)現(xiàn)場的拍攝要求，實時記錄拍攝信息，并將采集的信息解析后上傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，或通過移動硬盤轉(zhuǎn)儲至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，數(shù)據(jù)入庫并處理后，通過瀏覽終端進行圖片瀏覽與故障分析。

1.1 便攜車載檢測裝置

便攜車載檢測裝置是由5部分組成：便攜式攝像存儲系統(tǒng)、多功能驅(qū)動箱、架設(shè)結(jié)構(gòu)、輔助照明系統(tǒng)、激光測距儀，如圖2所示。裝置實現(xiàn)對漏纜整體（漏纜、線卡、 防火卡、接頭等）進行高清圖像采集。可實現(xiàn) 350 km/h的情況下高速成像，成像準確率不受車速高低及車速變化影響。自動對漏纜整體進行圖像采集，無需人工開啟及運行控制。

便攜式攝像存儲系統(tǒng)：主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮、存儲、顯示、調(diào)焦；設(shè)備架設(shè)好以后，打開系統(tǒng)，LCD顯示器會顯示系統(tǒng)自檢，然后進入圖像顯示界面，顯示圖像為當前相機拍攝到的圖像，這時可以進行焦距調(diào)節(jié)、光圈調(diào)節(jié)、設(shè)備角度調(diào)節(jié)；當進入隧道以后（手動存儲或者自動存儲）設(shè)備都會開始采集壓縮，存儲圖像到移動硬盤中。

多功能控制箱：主要是驅(qū)動“便攜式攝像存儲系統(tǒng)”和“補光設(shè)備”，并接收激光測距儀的數(shù)據(jù)，處理后生成觸發(fā)信號發(fā)送到“便攜式攝像存儲系統(tǒng)”。

架設(shè)結(jié)構(gòu)：將便攜式攝像存儲系統(tǒng)和補光設(shè)備架設(shè)在動檢車的車窗位置，支架底部放在窗臺上，上下吸盤吸附在車窗玻璃上，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，架設(shè)方便。

輔助照明系統(tǒng)：每套設(shè)備有4個補光燈，燈會放在架子的兩邊，對相機進行補光。

激光測距儀：安裝在車窗位置，每個測距儀有一個小支架，使激光測距儀緊貼在車窗玻璃上。

1.2 地面數(shù)據(jù)中心

地面數(shù)據(jù)中心是由硬件部分和軟件系統(tǒng)兩大模塊構(gòu)成。地面數(shù)據(jù)中心硬件部分由數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器、大容量磁盤陣列和瀏覽終端3部分組成。

地面數(shù)據(jù)中心硬件部分主要由2臺數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器、1臺大容量磁盤陣列、1臺交換機和若干臺游覽終端組成，如圖3所示。

圖3 地面數(shù)據(jù)中心硬件部分構(gòu)成Fig.3 Trackside data center hardware structure

地面數(shù)據(jù)中心軟件部分主要由回放軟件和綜合作業(yè)管理平臺2部分組成。

回放系統(tǒng)用于對便攜車載檢測裝置所拍攝的圖像數(shù)據(jù)進行上傳和播放。主要包含加載本地數(shù)據(jù)、瀏覽圖像、數(shù)據(jù)裁剪、讀取下載SATA數(shù)據(jù)盤數(shù)據(jù)、對設(shè)備進行對時和修改線路數(shù)據(jù)等作用。

綜合作業(yè)管理平臺用于對便攜車載檢測裝置所生成的圖像進行數(shù)據(jù)導入、圖片瀏覽、故障標記、故障查詢等功能。管理平臺主要作用為進行數(shù)據(jù)分析，將公里標數(shù)據(jù)和采集的漏纜數(shù)據(jù)一起導入使用的在線分析軟件瀏覽圖像即分析過程，故障標記和歷史數(shù)據(jù)查詢。

2 系統(tǒng)功能

2.1 自動檢測隧道功能

隧道信息由激光定位模塊完成。激光定位模塊檢測到反射目標的距離信息，根據(jù)距離信息作為判斷隧道的標準。如果距離小于某一閾值，連續(xù)判斷固定時間段，距離始終小于閾值，則判斷當下設(shè)備位于隧道內(nèi)部，智能控制系統(tǒng)自動打開高亮頻閃光源，并自動開始存儲隧道圖像數(shù)據(jù)。

如果距離大于閾值，并持續(xù)固定時間段，則判斷設(shè)備位于隧道外部，智能控制系統(tǒng)進行延時拍攝，記錄隧道外漏纜、承力索等，延時拍攝結(jié)束后自動關(guān)閉激光光源，并自動結(jié)束存儲圖像數(shù)據(jù)。

2.2 照度補償功能

采用大功率頻閃燈作為補償光源。保證圖像拍攝不受外界光線變化的影響，為高速相機陣列提供恒定光源，瞬時亮度高，啟動速度快。

2.3 圖像壓縮數(shù)據(jù)的采集存儲功能

采用嵌入式存儲，進一步壓縮系統(tǒng)的體積和重量。通過控制軟件接收顯示用的高速相機陣列信息，對圖像信息處理和傳輸。采用精確控制策略，精確定位隧道位置。

2.4 圖像數(shù)據(jù)的處理和傳輸功能

圖像采集設(shè)備將采集到的圖像通過千兆網(wǎng)或者移動硬盤，傳輸至中心服務(wù)器存儲。

2.5 作業(yè)管理平臺功能

通過作業(yè)管理平臺，可人工瀏覽圖像信息，進行故障判別，也可以機器判別故障信息，確保分析結(jié)果的準確可靠。系統(tǒng)能提供故障標記工具,用于在故障部位準確標注,并在故障圖片中顯示出隧道名稱、該故障距隧道出口的位置、標記時間、標記作業(yè)人員和故障名稱等信息，便于故障圖片的管理和通知現(xiàn)場對故障的準確定位和處理。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

漏泄同軸電纜車載圖像智能檢測系統(tǒng)已于2019年5月在中國鐵路廣州局集團有限公司長沙電務(wù)段管內(nèi)進行應(yīng)用，每月利用便攜車載檢測終端對管內(nèi)京廣高鐵、滬昆高鐵及長株潭城際等高鐵及城際隧道漏纜設(shè)備進行 1 次車巡檢測。具體應(yīng)用情況如下。

系統(tǒng)可實施高速圖像采集，實時圖像壓縮、存儲，圖像分辨率可達0.8個像素/平方毫米，適應(yīng)350 km/h以內(nèi)的運行速度進行檢測。

系統(tǒng)自動采集漏纜整體圖像，對漏纜線卡采用綜合定位方式(隧道探測定位裝置、漏纜標識、C2/C3數(shù)據(jù)等)。由于系統(tǒng)定位精度高，已多次采集到漏纜卡具缺失并及時告知現(xiàn)場，現(xiàn)場人員收到分析報告后均在一周內(nèi)完成問題整改，大大提高問題整治效率。

對鐵路沿線漏纜及配件進行狀態(tài)模式識別，故障判別率遠高于人工肉眼巡視。目前管內(nèi)使用該系統(tǒng)的線路人工步巡周期已由每月1次變更為每季1次，極大提高人員勞效。

4 結(jié)束語

智能漏泄同軸電纜圖像檢測系統(tǒng)，采用了全新的非接觸圖像采集技術(shù)，對鐵路沿線漏纜及配屬件進行檢測，利用動檢車對圖像采集區(qū)間漏纜及配屬件（漏纜、線卡、防火卡、接頭等）進行圖像高速成像，同時采用人機結(jié)合的方式對漏纜安裝牢固狀態(tài)進行識別，具有抗電磁干擾能力強、光源亮度高、均勻照明、圖像清晰度高、功耗小、方便攜帶、壽命長等優(yōu)點。該系統(tǒng)能自動判別漏纜的松動、脫落、斷裂等，人機聯(lián)控，提高故障判別的可靠性；能夠替代人工室外檢查作業(yè)，降低勞動強度，提高巡檢作業(yè)效率和質(zhì)量，降低巡檢作業(yè)人員人身安全風險。