接觸網零部件狀態描述標準詞典研究

王小兵，楊志鵬，顧子晨，盛 良，逯昊舒

0 引言

隨著檢測技術的發展，視頻圖像類檢測在接觸網檢測中發揮越來越重要的作用，通過對接觸網支撐裝置、定位裝置、附加懸掛等重要接觸網設備進行高精度、高密度圖像拍攝，分析圖像信息，發掘接觸網設備狀態，及時發現安全隱患并指導設備狀態維護，確保接觸網系統安全穩定運行。當前接觸網視頻圖像智能識別技術仍處于發展階段，對于海量圖像，多采用人工判讀方式發現缺陷，存在工作量大、耗時長、時效性差等問題。

通過大量的圖像信息進行算法訓練和測試是智能識別算法的必要技術途徑，接觸網零部件數量眾多，命名不規范和缺陷描述信息不統一，不利于開展智能識別算法的深入研究。因此，開展接觸網零部件狀態描述標準詞典研究是一項具有重要現實意義和研究價值的課題。

1 國內外研究進展

視頻圖像智能識別算法的不斷發展，以及深度神經網絡和卷積神經網絡等機器學習算法的不斷出現，極大提升了圖像識別結果的準確性。國內外均在開展相關技術的研究，如Mermec 公司開發的檢測系統能夠檢測支持裝置上零部件的變形、缺失和斷裂等缺陷；西南交通大學采用級聯深度神經網絡，可以快速準確報告緊固件的各種故障[1]；文獻[2]采用圖像識別算法，以接觸網懸掛狀態及缺陷為對象，闡述了圖像識別技術在高速鐵路基礎設施檢測方面的應用；國家電網研發基于深度學習技術的輸電線路巡檢圖像智能分析云服務系統，針對直升機、無人機、機器人等發回的巡檢圖像，實現了對復雜環境中多種電力監控目標及其位移、狀態的識別，并發布了輸變電設備缺陷用語規范、缺陷分類標準等。

目前，接觸網檢測系統已經配置數量眾多的視頻圖像類檢測設備，但由于圖像缺陷智能分析算法的滯后，導致實際應用中需依賴大量人工分析和識別圖像中接觸網零部件的狀態信息。同時，由于缺少相關統一命名標準，各鐵路局均采用自定義分類對接觸網零部件狀態信息進行描述，存入6C 數據綜合處理中心后，由于命名的不規范，導致在后續的分析中難以充分利用數據資源并真正掌握全路接觸網設備狀態。

2 接觸網零部件分類

我國幅員遼闊，電氣化鐵路跨越不同的地形和氣候環境，加之接觸網零部件本身種類繁多，而且在技術引進、消化和吸收的不同階段采用不同設計理念，由此形成復雜多樣的接觸網結構。對接觸網零部件進行分類需解決的關鍵問題是如何將不同結構形式、不同材質的接觸網零部件進行合理歸類，以及對具有同種功能、不同外觀特征的接觸網零部件進行合理歸類。

對接觸網零部件分類的目的是使描述部件位置信息準確、唯一，接觸網系統安裝結構形式和部件材質對其分類與狀態描述無影響，因此將接觸網系統按設備設施種類進行劃分，接觸網零部件按層次劃分，以解決零部件的多級分類與定位問題。

2.1 接觸網設備設施種類

《鐵路牽引供電設備設施單元劃分、編碼暫行規范》（運供設備函[2016]343 號）對接觸網設備設施種類進行了詳細劃分，將接觸網設備設施劃分為接觸懸掛錨段、支柱/吊柱、支持裝置、定位裝置、接觸懸掛、彈性吊索、中心錨結等38 個種類[3]。

接觸網零部件狀態描述對接觸網設備設施種類的劃分無特別需求，為利于種類劃分標準的延續和使用便捷，采用該規范中關于接觸網設備設施種類的劃分標準和種類名稱，其中接觸懸掛錨段、附加懸掛錨段、地磁感應裝置、主導電回路溫度、保安裝置種類在接觸網視頻圖像檢測時不能形成有效數據信息，在接觸網零部件狀態描述分類中去掉，針對AF 線、JQ 線、GW 線的分類描述需求，增加AF 線種類名稱，JQ（GW）線拆分為JQ 線和GW 線。

2.2 接觸網一級零部件

按獨立、成套的接觸網設備、零部件，劃分接觸網零部件狀態描述一級零部件。《電氣化鐵路接觸網零部件》（TB/T 2075—2010）[4]、《高速鐵路簡統化接觸網裝備暫行技術條件》（TJ/GD 026—2018）[5]等標準、規范中對接觸網零部件有規范命名，并得到推廣運用，接觸網零部件狀態描述一級零部件的名稱參照以上標準。圖1 為接觸網鋁合金腕臂結構及一級零部件組成示意圖。

圖1 鋁合金腕臂結構及一級零部件組成

2.3 接觸網二級零部件

一個獨立、成套的接觸網設備、零部件可能為一個單體，也可能由多個子零部件組合而成，將接觸網一級零部件的組成子零部件劃分為接觸網二級零部件。

二級零部件名稱也同樣參照《電氣化鐵路接觸網零部件》（TB/T 2075—2010）[4]、《高速鐵路簡統化接觸網裝備暫行技術條件》（TJ/GD 026—2018）[5]等標準、規范中對接觸網設備、零部件各組成子零部件命名。圖2 為簡統化組合承力索座結構及二級零部件組成示意圖。

圖2 組合承力索座結構及二級零部件組成

細部零件的運行狀態與其材質、形態、運用位置有較大關系，同時為便于分類查找，結合二級零部件的特征將其分為螺栓、線索、組成零件3 種類型。其中，螺栓類包含螺栓、螺栓銷、銷釘等緊固零件，線索類包含吊弦、綁扎線、補償繩等柔性零件，組成零件為除以上類別的二級零部件。

3 接觸網零部件狀態描述

3.1 狀態描述名稱

接觸網零部件狀態主要指缺陷狀態。接觸網設備設施種類多，一、二級零部件相互組合形成眾多項點，加之外部環境復雜，運行工況惡劣，造成接觸網零部件形成的缺陷狀態復雜多樣。接觸網零部件狀態描述分類的目的是促進接觸網視頻圖像智能識別技術的發展和運用過程中形成統一規范的大數據庫，因此其分類應將傳統應用經驗與視頻圖像智能識別技術相結合。圖3 所示為接觸網零部件典型缺陷狀態。

圖3 接觸網零部件典型缺陷狀態舉例

接觸網安裝、調試、運行和維護階段[6]所積累的缺陷狀態信息，應結合設備、零部件的材質屬性、運行狀態、電氣性能等特點，以及視頻圖像檢測裝置智能識別能力提煉，歸集接觸網零部件狀態描述名稱，用規范、統一的語言進行描述[7，8]，力求準確、精簡、無歧義、通俗易懂。

3.2 狀態描述分類

為便于分類統計，以分布范圍將接觸網零部件狀態描述分為4 大類：

（1）標準狀態：接觸網零部件標準安裝、運行狀態。

（2）通用狀態：可能出現在所有接觸網零部件上的非標準狀態，如變形、開裂等。按照狀態產生原因將通用狀態細分為安裝、運行、焊接、環境等狀態。a.安裝狀態：安裝階段形成的非標準狀態，包含因安裝時位置、數量、方向、型號等因素形成的非標準狀態。b.運行狀態：運行過程中形成的狀態，包含在運行時因受力、侵蝕等因素形成松、脫、卡、磨、斷等非標準狀態。c.焊接狀態：焊接部位因焊接形成的狀態，包含焊接部位出現的開焊、虛焊等非正常狀態。d.環境狀態：接觸網零部件周圍外部環境狀態，包含受外部環境、外來異物等因素影響形成的非標準狀態。

（3）獨有狀態：只可能出現在某一種接觸網零部件上的非標準狀態，如開口銷未掰開、線索斷股、絕緣子閃絡等。按照狀態分屬零部件類型，將獨有狀態細分為開口銷獨有、線索獨有、絕緣子獨有、支柱獨有、標識牌獨有狀態。開口銷獨有狀態包含開口銷本體因掰開程度等因素所形成的非標準狀態。線索獨有狀態包含僅發生在線索類非剛性零部件中的非標準狀態。絕緣子獨有狀態包含擊穿、閃絡等僅發生在絕緣子類零部件中的非標準狀態。支柱獨有狀態包含露筋等混凝土支柱非標準狀態。標識牌獨有狀態包含字跡模糊等非標準狀態。

（4）特殊狀態：通用狀態、獨有狀態之外的非標準狀態。

4 接觸網零部件狀態描述編碼

采用數字、字母和其他符號對各種數據項進行編碼，可以提高信息處理、交流的效率和精度，是實現信息系統的前提條件。接觸網零部件狀態描述由設備設施種類、一級零部件、二級零部件、狀態描述4 部分組合構成，為便于數據的存儲和檢索，分別為4 部分名稱設置數字代碼。

4.1 設備設施種類代碼

設備設施種類代碼沿用《鐵路牽引供電設備設施單元劃分、編碼暫行規范》（運供設備函[2016]343 號）的規定，增加的AF 線種類名稱，設置代碼為39，拆分后的JQ 線和GW 線種類名稱分別設置代碼為40、41。

4.2 一級零部件代碼

一級零部件按名稱第一個字的拼音首字母排序，分別設置首字母代碼和順序代碼，首字母代碼按26 個字母順序位設置兩位數，順序代碼設置兩位數，自01 按順序遞增數字，2 個代碼合并為一級零部件名稱代碼。

接觸網同一設備設施種類包含多種一級零部件，且在不同安裝位置可能存在相同名稱的零部件，按屬性/位置信息分類，將同一設備設施單元包含的相同一級零部件進行分別描述，實現對一級零部件精確分類，確保接觸網同一設備設施種類所包含一級零部件名稱和代碼的唯一性。

一級零部件屬性/位置信息代碼設置兩位數，自01 按順序遞增。當同一設備設施種類所包含的一級零部件不存在相同名稱，或所包含的一級零部件不對其進行屬性/位置信息分類也不會產生重名時，不對其進行屬性/位置分類，代碼用00 表示。

4.3 二級零部件代碼

二級零部件名稱代碼由3 位代碼組成，第1 位代表螺栓、線索、組成零件3 種類型分類代碼，后兩位代表順序代碼。

對由多個相同或不同二級零部件組成的一級零部件，需要對組成的二級零部件分別進行狀態描述時，通過在二級零部件名稱前增加屬性/位置信息進行區分，保證每個一級零部件中需要對其進行狀態描述的二級零部件名稱的唯一性。

二級零部件屬性/位置信息代碼設置兩位數，自01 按順序遞增數字。當一級零部件為一個單體、所包含的二級零部件不存在相同名稱，或所包含的二級零部件不對其進行屬性/位置信息分類也不會產生重名時，不對其進行屬性/位置分類，代碼用00 表示。

4.4 狀態描述代碼

狀態描述代碼設置4 位數，前2 位代表狀態描述類型分類代碼；后2 位代表各類型分類所包含狀態描述名稱順序代碼，代碼自01 起按順序遞增。

4.5 接觸網零部件狀態描述編碼

接觸網零部件狀態描述編碼由設備設施種類代碼（2 位）、一級零部件代碼（6 位）、二級零部件代碼（5 位）、狀態描述名稱代碼（4 位）4 部分組合構成，編碼總長度為17 位。零部件狀態描述編碼示意見圖5。

圖5 編碼示意圖

按照以上分類和編碼標準，當需要對接觸網視頻圖像檢測裝置識別的某個位置進行狀態描述時，按其對應的設備設施種類、一級零部件名稱、二級零部件名稱、狀態名稱和代碼組合即可生成規范、統一的接觸網零部件狀態描述信息及唯一編碼。歸集所有接觸網零部件狀態描述信息及編碼，形成接觸網零部件狀態描述標準詞典，標準詞典示例如表1 所示。

表1 接觸網零部件狀態描述標準詞典（示例）

表1 接觸網零部件狀態描述標準詞典（示例）（續）

5 結語

我國電氣化鐵路接觸網類型復雜多樣，零部件種類眾多，通過本文所述方式制定全路統一的接觸網零部件狀態描述標準詞典，接觸網檢測運用中產生的視頻圖像數據均按該標準詞典規范存儲，結合供電6C 數據中心實現全路歸集形成大數據庫，利用大數據庫訓練優化視頻圖像智能識別算法模型，推動接觸網視頻圖像智能識別技術持續發展。