高速鐵路接觸網(wǎng)支持懸掛裝置故障檢測算法

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1、高速鐵路接觸網(wǎng)支持懸掛裝置故障檢測算法第一章緒論1.1課題研究的背景與意義交通運(yùn)輸與人民的生活息息相關(guān)，隨著生活質(zhì)量不斷提高，人們對交通工具的快速安全性能要求也越來越高。電氣化鐵路是交通系統(tǒng)的重要組成部分，它發(fā)展的兩個(gè)主要方向：一個(gè)是重載，另一個(gè)是高速。目前，我國350km/h客運(yùn)專線已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)新的階段，這對于鐵路相關(guān)部門如何提高高速鐵路運(yùn)營的安全性能方面將是一次新的挑戰(zhàn)。所以，如何利用現(xiàn)代化的技術(shù)和手段進(jìn)行高效率、智能化的接觸網(wǎng)線路自動巡檢已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)重要的研究課題。接觸網(wǎng)系統(tǒng)架設(shè)在鐵路沿線，給電力機(jī)車輸送提供電能，它的線路和相關(guān)設(shè)備都被安裝在室外，而且沒有預(yù)留備用設(shè)備

2、，長期處于機(jī)電合一的動態(tài)工作狀態(tài)之下，如果發(fā)生故障將導(dǎo)致機(jī)車不能正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還可能中斷行車功能而造成嚴(yán)重后果[1]。鳥害、污染物和零部件的變形、折斷和脫落等故障是導(dǎo)致接觸網(wǎng)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的主要因素，及時(shí)找出并分析故障原因，并采取合理措施維修或更換出現(xiàn)異常的接觸網(wǎng)零部件是提高接觸網(wǎng)的運(yùn)營可靠性的唯一手段[2]。傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)檢測采用人工巡檢的方式，具有主觀性和易疲勞的缺點(diǎn)，而且需要花費(fèi)大量的人力物力，因此不能快速有效對異常情況及時(shí)處理。伴隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的迅速向前發(fā)展，高鐵接觸網(wǎng)線路巡檢工作已經(jīng)在各個(gè)方面大量推廣使用新型非接觸式視覺檢測裝置來確保運(yùn)營的安全暢通。京石高鐵正線全長2

3、81km，將高速客運(yùn)專線接觸網(wǎng)視覺巡視裝置直接放置于機(jī)車司機(jī)室內(nèi)，完成全線的圖像釆集工作，通過這種方式獲取的視頻數(shù)據(jù)量非常大，有時(shí)可達(dá)到200G左右，如果采用人工判讀的工作方式，專業(yè)技術(shù)人員完成圖片分撿一般需要3-7d，而且圖像畫面中的背景復(fù)雜多變，包括支柱全景、天空、地面和樹木等，車站前后的分岔路段、錯(cuò)段關(guān)節(jié)、進(jìn)出險(xiǎn)道和城市路段等圖像中就更加繁雜難辨。由于人眼觀察力有限且易疲勞，很難快速地對大量視頻數(shù)據(jù)中的每張圖像的內(nèi)容進(jìn)行綜合分析判斷并找出發(fā)生異常的圖片，所以急需一種高效、便捷的圖像處理方法解決上述問題，從而判別故障。........1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀機(jī)器視覺系統(tǒng)可以通過機(jī)器自

4、動采集圖像,并代替人眼快速分析圖像中的大量信息對目標(biāo)做出準(zhǔn)確的測量和判斷，并報(bào)告最終結(jié)果。因此,在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中,人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工業(yè)檢測、質(zhì)量控制、醫(yī)療領(lǐng)域、安全監(jiān)視和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域[3]。安全監(jiān)視領(lǐng)域使用機(jī)器視覺技術(shù)監(jiān)控復(fù)雜場景，從中捕捉各種突發(fā)事件，鑒別可疑身份，跟蹤目標(biāo)等。交通運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行行車調(diào)度、車輛號牌識別等。電氣化高速鐵路作為交通運(yùn)輸業(yè)的重要組成部分，對于機(jī)器視覺的應(yīng)用也越來越多，如無人變電所的安全監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測和調(diào)控等。下面從幾個(gè)方面探討機(jī)器視覺技術(shù)在電氣化鐵路中的應(yīng)用。目前，高速鐵路電氣設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測是通過紅外成像裝置

5、采集圖像并分析其圖譜的方法來判斷其是否出現(xiàn)異常情況，以便及時(shí)采取措施解除故障[4]。如輸電線、絕緣子等絕緣性能降低導(dǎo)致的局部過熱，斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備觸頭接觸不良造成局部過熱、牽引變壓器少油引發(fā)的局部過熱等,均可將各種設(shè)備實(shí)時(shí)的紅外圖像與正常運(yùn)行時(shí)的紅外圖像進(jìn)行比對，如果超出設(shè)定的閾值，則判斷該設(shè)備出現(xiàn)異常，而且可以通過紅外圖像準(zhǔn)確定位故障位置及時(shí)進(jìn)行處理。........第二章接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其圖像基本處理方法的研究高速鐵路供電安全檢測監(jiān)測系統(tǒng)中的6個(gè)子系統(tǒng)各有側(cè)重，接觸網(wǎng)安全巡檢裝置(C2系統(tǒng))檢測接觸網(wǎng)支持懸掛部件狀態(tài)，主要監(jiān)測牽引供電設(shè)備異常、外部環(huán)境(鳥害、污染物、危樹)情況

6、等。在查閱大量文獻(xiàn)后，本章首先介紹了接觸網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)描述了鳥害、異物和吊弦缺損3種異常情況；然后對接觸網(wǎng)圖像進(jìn)行預(yù)處理，較為詳細(xì)地比較研究了圖像增強(qiáng)、形態(tài)學(xué)濾波和邊緣提取中常用方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最后提出了一套接觸網(wǎng)支柱號牌識別系統(tǒng)，成功定位識別出接觸網(wǎng)故障準(zhǔn)確位置。2.1接觸網(wǎng)系統(tǒng)及其特點(diǎn)簡介接觸網(wǎng)是架設(shè)在鐵路線路軌道上方的負(fù)責(zé)給機(jī)車供電的線路。圖2-1為接觸網(wǎng)支持懸掛裝置的基本結(jié)構(gòu)圖，其中包括基礎(chǔ)和支柱、定位裝置、接觸懸掛裝置以及桿號牌等，不同線路的裝置類型不相同，視具體情況選擇。定位裝置由定位器和定位管兩部分組合而成，它的作用是可以使得接觸懸掛在支柱處交替偏離兩鋼軌的中心平面，

7、使接觸網(wǎng)在軌道上空呈之字型布置。接觸懸掛包括接觸線、吊弦和承力索等，其功能主要是把電能傳輸給機(jī)車。支持裝置由基礎(chǔ)、支柱和腕臂等裝置組成(如圖2-2所示)，其中，腕臂裝置包括平腕臂、斜腕臂、腕臂支撐和承力索座等幾部分。支柱和基礎(chǔ)的作用是承擔(dān)負(fù)荷并固定接觸懸掛的位置。腕臂裝置和支柱連接處以及支柱頂部為鳥害易發(fā)區(qū)，圖2-2中紅色圈內(nèi)為鳥害易發(fā)區(qū)域。.......2.2故障類型介紹接觸網(wǎng)鳥害故障最多的時(shí)節(jié)是春季，反復(fù)清除，反復(fù)出現(xiàn)，頻率很快，而且始終無法徹底解決。