【精编完整版】接触网动态检测系统设计与应用毕业论文设计

第1章 绪论

1.1引言

1879年5月31日，在德国柏林举办的世界博览会上，德国西门子公司和哈尔斯克公司展出了世界上第一条电气化铁路。随着科学技术发展、铁路运量增长和对能源利用率的重视，电气化铁路运输能力强、运营成本低、能源消耗少、环境污染小的优点受到了世界各国的青睐。一些工业发达国家大规模的电气化铁路建设，使它从工矿线路和一些大城市的近郊线路，迅速发展到城市之间和繁忙的铁路干线。二十世纪七十年代末，欧洲各国、日本以及前苏联的铁路主要干线均已实现了电气化。截止2003年底，世界电气化铁路已达到26．4万公里，约占世界铁路总营业里程(约121万公里)的21.8％。

我国第一条电气化铁路宝成线宝鸡至凤州段始建于1958年6月，于1961年8月15日建成，由此揭开了我国电气化铁路建设的序幕。虽然起步较晚，但经过50年的飞速发展，己跻身于世界电气化铁路大国行列。2006年9月，我国电气化铁路总里程突破2.4万公里，成为继俄罗斯之后世界第二大电气化铁路国家，铁路电气化率达到27％，初步形成了布局合理、标准统一的电气化铁路运营网络。预计到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，电气化率达到50％。届时，我国的电气化铁路不论里程长度和技术装备，还是所承担的客货运输量都将跨入世界先进行列。

接触网检测是运用技术手段对接触网参数进行在线检测，根据接触网设备可测得的和外部可辨认的特征对其工作状况进行评价。在高速铁路的建设和发展上，电气化铁路以其显著的优点被许多国家作为大力研究和重点发展的目标，使得接触网设备检测特别是动态检测变得越来越重要。主要体现在以下几个方面。

(1)高速电气化铁路的建设和发展需要不断地积累经验，通过不同条件、各种项目的检测结果分析，验证预期效果，找出设备运行规律，为今后设计、施工、维修持续改进提供依据。

(2)接触网作为电气化铁路的大动脉，其质量优劣与电力机车运行安全直接相关。由于接触网设备露天布置且无备用，工作环境恶劣，如不加强设备检测，及时发现整治设备隐患，就会危及行车安全，严重干扰运输秩序。

(3)以接触网设备运行状态作为依据的状态检修是一种先进、科学、经济的检修体制。它是通过合理安排检测周期，及时获得设备状态；通过对检测结果的分析判断，

制定检修计划和检修方案；通过增强检修的针对性，节省检修时间和检修成本，提高人员利用率；再通过检测来检验检修质量，获得设备新的状态。其中的检测环节在状态检修实施过程中举足轻重，直接关系到状态检修的成效。

(4)在动态情况下，通过模拟受电弓运行环境检测接触网技术参数是最贴近实际运行情况的检测手段。它能够发现静态检测无法发现的设备问题，提高对设备运行规律的认知程度，积累管理经验。

(5)接触网设备动态检测效率很高，人工检测十公里设备需要几个小时，而动态检测几个小时就能够检测数百甚至上千公里，检测结果可通过计算机进行辅助处理，减轻了劳动强度，工作效率明显提高。

1.2国内外接触网动态检测系统研究现状

为了适应电气化铁路发展需要，优选接触网和受电弓的结构形式及检查接触网的施工、维修质量，以电力牵引为主的德国、法国、日本、前苏联等国家都无一例外地在发展电气化铁路的同时，大力研究接触网动态检测技术。

接触网检测按照检测设备(传感器)是否接触(近)接触网设备可分为接触式检测和非接触式检测。接触网检测的内容主要有偏移(接触线偏离受电弓中心的位置)、高度(接触线至轨面的距离)、硬点(对受电弓产生冲击)和离线(弓网机械脱离)。由于检测方式不同，检测内容各有侧重。

1.2.1接触式动态检测系统

目前世界上，采用接触式检测方式进行接触网检测的国家有很多。德国、日本、法国和瑞士等国家都研制开发了各具特色的检测系统，重点测试弓网动力学参数。其中最具代表性的是德国接触网检测装置。

德国研制的接触网检测装置如图所示。它是通过在受电弓上安装压力传感器和加速度传感器，测试弓网接触压力、冲击加速度(硬点)和离线等动力学参数，并由受电弓上弓网接触压力的分布情况计算出拉出值，由受电弓框架转轴的角位移计算出接触线高度。

我国目前主流的接触网动态检测装置也属于这种方式，是以日本技术为基础，后借鉴德国技术发展起来的。1962年，铁道部科学研究院装备了第一辆接触网检测车，当时仅能检测导线高度和弓网间的大离线。1980年研制出满足80km/h运营的接触网检测装置，实现了离线、偏移、高度等主要项目的检测。1998年12月，西南交通大学电气

工程学院研制成功接触网检测车(如图所示)，基本满足160km/h准高速铁路接触网检测的需要。车顶配置一台受电弓，受电弓滑板卜安装有检测接触压力、加速度、拉出值等多种传感器。后来，取消了受电弓上的拉出值传感器，根据受电弓上弓网接触压力的分布情况计算拉出值，实现了检测技术的重大突破。

a)德国接触网检测姨置 b)国产JJC一1型接触网检测装置

图1—1典型接触式接触网榆测装置

图1—1典型接触式接触网榆测装置接触式检测系统实时性好，能够同时测试接触线几何参数和弓网接触的动力学参数：测试得到的弓网接触压力动态曲线，能够详细刻画弓网接触运行的动态过程，较好地反映接触线的受流特性。但也存在一些问题，如由于放大器存在温度漂移，高压端微弱传感信号放大后受温度影响加剧，动力学测试参数误差较大：由于传感器安装在受电弓上，增大了滑板的附加质量，系统安全性降低，同刊．弓网接触滑动的离线增多，电磁干扰严重，检测精度受到较大影响；系统结构复杂，维护保养困难，需要高低压隔离设备，成本较高。

1.2.2非接触式动态检测系统

目前世界上，开展非接触式检测研究实践的主要有德国、意大利、日本、奥地利和韩国等国家，重点测试接触网几何参数。其中最具代表性的是德国基于图像处理的接触网检测装置。

德国BB公司于1982年开始进行接触网非接触式检测装置的研制，主要采用伺服跟踪和图像处理技术。在车顶线阵布置了4个CCD(ChargedCoupledDevice)摄像机和3个聚光灯，通过伺服跟踪移动，使接触线在CCD摄像机中成像，然后通过实时图像处理，计算出接触线高度和拉出值。

1996年改进后，实现了全天候检测。2000年，采用高分辨率摄像机实现了接触线

磨耗测量。该检测装置如图1-2所示。

图1-2德围非接触接触网检测装置

目前，我国基于图像处理的检测系统主要是在德国技术基础上发展起来的。由车顶安装的两台线阵CCD高速摄像机将接触网的动态图像拍摄下来，经过图像采集设备转换为数字信号，然后通过二值化、模式识别等图像处理手段，分析计算接触线的空间位置，最终得到接触线的高度和拉出值。

非接触式检测系统无需在受电弓上安装传感器，系统安全性好；检测装置置于车顶，安装调试方便且远离电磁干扰，检测精度较高：有无受电弓均可检测，结构简洁、成本较低，除电力机车外，还能够安装在内燃机车和各种轨道检修作业车辆上开展设备检测工作，普及应用前景广阔。但因为目标识别准确度和技术参数获取效率还不能很好适应高速检测，故目前尚未普及推广。

第2章 接触网非接触式检测原理

2.1系统结构

基于图像处理技术的接触网非接触式检测系统是建立在包括模糊图像识别和图像处理等视觉技术基础上的检测系统，主要包括线阵CCD摄像机、照明光源和终端计算机处理三个子系统。检测内容涵盖了接触网的基本几何参数。系统配有功能强大的软件包，可对检测数据按照不同要求进行分析处理，自动生成分析报告，为设备检修工作提供可靠详实的技术数据。

2.1.1线阵COD摄像机

线阵CCD摄像机主要是对接触线进行线扫描成像和简单的信号处理，并将处理结果通过USB高速接口发送到终端计算机处理系统。

1．COD图像传感器

CCD又称光电耦合器，是一种以电荷为信号载体的微型图像传感器。自1970年在