电气化铁路接触网定位管坡度检测技术的研究现状及发展趋势

摘 要：本文综述了接触网定位管坡度检测技术的研究现状，指出了现有测量方法的特点和局限性，并对未来测量技术的发展进行了展望与思考。

关键词：电气化铁路；接触网；定位管坡度；计算机视觉；人工智能

中图分类号：U225 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 22-0000-01

定位管是接触网定位装置中的主要组成部分，是支持和确定接触线相对于线路中心线横向位置的有效部件。为保证电气化铁路的安全运行，避免因定位管变形而造成与受电弓之间的撞击，定位管在动态下的坡度是否超限，是接触网检测中必不可少的内容。

一、定位管坡度

定位管的坡度是指定位管与受电弓平面间的锐角，通常以正切值标称表示。

定位管的一端一般固定在电杆等接触网支撑结构（定位点）的腕臂上，其另一端通过支持器及定位线夹与接触线连接。接触线的拉出值就是靠定位管通过定位线夹对其施加拉力或压力来实现[1]。虽然在施工时，定位管一般以1：10或1：6的坡度进行安装，但当电气机车运行速度增大至100km/h以上时，受电弓自身就要产生垂直方向的加速度，在受电弓通过定位点时，会形成一定的动态抬升量并伴随有振动，因此，电车在运行过程中，定位器的实际倾斜角度会发生变化，为保证电气化铁路的安全运行，避免因定位管变形而造成与受电弓之间的撞击，定位管在动态下的坡度是否超限，是接触网检测中必不可少的内容。

二、国内外研究现状

（一）早期测量情况

接触网几何参数检测技术从开始出现至今已有40多年的历史，经历了大量的研究和试验。早期对受电弓滑板磨耗状况和接触网异常形态的检测，大量采取人工直接检测法[2]。

人工直接检测法费时费力，且属于高空危险作业，测量的次数也不可能很多，因此对弓网系统异常形态的监控力度很弱。同时，对在运行过程中的接触网不能做到实时检测，所以不能及时发现故障及隐患，而且也造成很多器材在没有磨耗到极限的情况下就已被更换，结果造成了很大浪费。

（二）国外研究现状

对高速电气化铁路接触网几何参数检测技术的研究，国外在理论与实践上均起步较早，已取得了较大进展。

爱尔兰研发的SupaRule ROM超声波系统，已在世界电气化铁路接触网检测领域采用。该系统用2个超声波传感器来测量接触线的拉出值和导线高度，采用三角测量法来分析接触线的拉出值和导线高度。

由德国Frauenhofer研究所开发并经澳大利亚Plasser&Theurer公司推出的Track-Eye型激光扫描非接触式接触线几何参数测量系统，采用激光扫描相位法测距，可对接触线的拉出值和导线高度进行测量。荷兰铁路技术研究学会和TNO应用物理研究所合作研发的ATON接触线测量系统，采用5个高分辨率的线阵CCD摄像机和一个激光器，通过激光光源照射接触线，CCD摄像机接收反射图像原理实施分析，最多可同时对4条接触线进行测量。法国将光学非接触法应用于接触网参数的检测，也已取得了很大进展。

（三）国内研究现状

我国铁道部科学研究院是较早进行接触网参数检测技术研究的单位，从1962年开始研究接触网检测车，并跟踪和学习国外的技术。

20年纪70年代后期，成都铁路局和原西安铁路局也参加到研究接触网检测设备的行列中来。西南交通大学从20世纪80年代开始研究接触网检测技术，并陆续开发了JJC-1型到-3型的接触网检测车。

目前，我国接触网几何参数的主要检测方式有以下几种：一是采用测杆、线坠的便携式接触测量：该方法是人工控制的机械式操作。二是在受电弓上安装传感器的接触式测量：在受电弓滑板上安装接近传感器，测量接触线拉出值、双接触线水平距离，并在受电弓主轴上安装角位移传感器，以测量受电主轴的转角。三是采用激光测距技术的非接触测量：由激光测距仪发出一束激光，瞄准被测接触线的下表面，从而测得接触线在空间的参数位置。

由上综述看出，现有接触网几何参数测量的方法具有局限性，主要表现为以下两个特点：①现有的接触网几何参数检测，主要针对拉出值、导线高度及弓网磨损量进行测量，而针对定位装置在线测量的研究相对较少。②现有方法大多适应于静止或低速状态下的测量，还未能适应200km/h以上高速在线测试的需要。

（四）发展趋势

近年来，基于人工智能的计算机视觉测量作为一种非接触测量手段，已经越来越引起人们的重视，特别是在过去的十几年里，计算机视觉测量技术已逐渐成为自动化生产系统的一个重要组成部分。

视觉检测自上世纪八十年代初开始己经得到了广泛的研究。例如Franci Lahajnar等人研制的电路板自动检测计算机视觉系统，通过使用两个装有远心镜头的摄像机，应用亚像素边缘检测技术和半自动校正系统来分辨，系统的精确度高于±0.03毫米，且一块电路版的测量速度只需0.3秒；D.mitrios Kosmopoulos等人研制出了计算机视觉间隙自动检测系统，可测量车身与装在其上的各种面板（包括门，发动机罩等）之间的间隙尺寸，测量误差<0.1mm。

目前试用中的电气化铁道接触网视觉检测系统（FDC-2000型），可最大在160 km/h的时速下对导线高度、接触线拉出值、冲击力（垂直方向）、支柱位置和行走距离等接触网技术指标进行测量。

由以上综述可看出，人工智能测量方法和传统的测量方法相比具有很多明显的优点。首先，它可以实现100%的自动在线测量；其次，采用高分辨率和高速的CCD及合适的图像处理算法，可以实现高精度测量；而且，它具有较高的智能化水平，能在视角范围内自动寻找目标、识别目标并实施测量；与被测部件处于非接触状态，检测的对象十分广泛，可应用于特殊测量领域。

正是由于人工智能测量技术克服了传统测量的许多缺点，具备了较高的测量精度和智能化水平，尤其是该测量方法的非接触性和对非固定目标所表现出的灵活性，使其在电气化铁路接触网支撑结构（特别是定位管坡度）几何参数的高速在线测量中拥有广阔的发展空间。

参考文献：

[1]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2002.

[2]唐春蓬.基于超声波的受电弓滑板磨耗测量实验装置研究[D].西南交通大学，2007.

[作者简介]谢新文（1981-），男，湖南安仁人，讲师，硕士，研究方向：通信与电路系统。

[基金项目]江西省教育厅科学技术项目（项目编号：GJJ13733）。

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