我国地铁接触网检测现状及发展趋势

图 5 上海地铁接触网综合检测车
测量受电弓的 加 速 状 态，应 用 牛 顿 第 一 和 第 二 定 律 并 考虑受电弓本 身 的 质 量，便 可 测 量 和 计 算 弓 网 接 触 压 力。德国、日本 等 国 的 地 铁 都 采 用 与 实 际 运 营 型 号 相 同的电客车作 为 接 触 网 检 测 车，通 过 在 受 电 弓 上 安 装 传感器来 测 量 弓 网 接 触 压 力［4］。 虽 然，大 部 分 压 力 传 感器采用轻型 合 金 材 料，但 其 毕 竟 更 改 了 受 电 弓 的 物 理结构，弓网接 触 压 力 检 测 的 数 值 并 没 有 考 虑 这 一 部 分所带来的 影 响。 受 经 济 条 件 的 限 制，国 内 地 铁 并 无 专门电客车形式的综合检 测 车； 同 时，考 虑 到 运 营 安 全，也没有在电客车受电弓上安装压力传感器。目前， 检测地铁弓网接触压力，主要是利用我国襄樊金鹰、宝 鸡南车时代等 厂 生 产 的 综 合 检 测 车 ，利 用 检 测 受 电 弓 来进行弓网 接 触 压 力 检 测。 但 是，弓 网 接 触 压 力 是 相 互作用动态参 数，受 列 车 类 型、受 电 弓 型 号、列 车 速 度 等诸多因素的 影 响，因 此 基 于 综 合 检 测 车 的 这 种 检 测 方式所获得的接触压力不具有一定的客观性。
图 7 电客车压力检测安装
反映弓网系统的运行服役性能。弓网系统受到许多因
日本将弓网 燃 弧 作 为 弓 网 相 互 作 用 动 态 参 数，通
素的影响，诸如 接 触 悬 挂 类 型、接 触 线 材 质、受 电 弓 型 号、弓网动态接触压力以及列车运行状态等。目前，我 国地铁主要 将 弓 网 接 触 压 力［2-3］ 作 为 弓 网 相 互 作 用 的
帧，并且不会受测量范围的限制。
唐源 电 气 公 司 采 用 了 相 似 的 技 术，成功 应 用 于 我 国 上 海 地 铁 的 接触网检测，如图 5 所示。
上述接触式或非接触式的接触网检测都是车载式 的检测方 式。由 于 机 车 在 行 驶 过 程 中 本 身 会 产 生 振 动，使检测所获 得 的 接 触 网 几 何 参 数 具 有 较 大 的 不 确 定性，因此为提高几何参数的检测精度，必须对车体的 振动进行补偿。唐源电气公司在国内率先引入了针对 走行轨特 征 的 补偿 方式，如 图 6 所 示。 利用 计 算 机 视觉原 理，识 别 走 行 轨 的 特 征，实 时 判 断 车 体 的 振动状态； 结合线阵 相机的计算机视觉 检测 方 式，将 接 触 网 几 何 参 数 归 算 到 走 图 6 接触网检测车振动补偿系统 行轨 中 心，大 大 降 低
收稿日期： 2012-09-18 作者简介： 马金芳，男，副总工程师，工程师，从事城市轨道交通技术
工作，majinfang1106@ 126． com
为形成系统 的 接 触 网 检 测、维 修、评 价 体 系，笔 者 从技术层面上综述了我国地铁接触网检测的一些技术 手段和方式，并指出其存在的问题，展望了地铁接触网 检测的趋势，提 出 打 造 接 触 网 检 测 车 与 电 客 车 一 体 化 联合检测平台 的 新 思 路，充 分 利 用 其 所 提 供 的 检 测 和 运营两方面信 息，建 立 接 触 网 几 何 参 数 和 弓 网 动 态 相 互作用参数的 综 合 指 标，为 指 导 我 国 地 铁 接 触 网 维 护 提供理论帮助和客观依据。
摘 要 论述目前我国地铁接触网检测的技术手段和 方式，指出其中 存 在 的 问 题。 结 合 现 有 电 客 车 的 运 营 模式和接触网 检 测 车 的 检 测 情 况，展 望 地 铁 刚 性 接 触 网检测的趋势，提 出 打 造 接 触 网 检 测 车 与 电 客 车 一 体 化联合检测平台的新思路; 充分利用已有检测和运营 两方面的信息，建 立 接 触 网 几 何 参 数 和 弓 网 动 态 相 互 作用参数的综 合 指 标，为 指 导 我 国 地 铁 接 触 网 维 护 打 下理论基础并提供客观依据。 关键词 地铁; 接触网检测; 弓网系统; 评价 中图分类号 U225; U231． 6 文献标志码 A 文章编号 1672-6073( 2013) 02-0026-04
了由于车体振动所造成的接触网几何参数的随机性。
该检测方式成功应用于重庆地铁，取得了较好的效果，
克服了车体振动以及测量范围等问题。实践表明： 这
种方法将 成 为 我 国 地 铁 接 触 网 几 何 参 数 检 测 的 主 要
方法。
2． 2 弓网相互作用动态参数检测
弓网动态受流性能是弓网系统运行服役性能的实 质性体现，主要 通 过 评 价 弓 网 动 态 受 流 性 能 的 优 劣 来
图 3 基于激光雷达的接触网检测方式
近年来，随着图像处理技术、计算机视觉技术的发
展，基于计算机视觉的接触 网 检 测 方 式 被 成 功 应 用。
弓网科技在国内率先采用了基于面阵相机的计算机视
觉检测方式，成功应用于广州地铁 2 号线的刚性接触
网检 测，取 得 了 较 好 的
应用 效 果，导 高 的 测 量
特性，其帧率无法做到很高，从而也使得接触网几何参
数检测的密 度 不 会 很 高，造 成 采 样 间 隔 较 大。 为 克 服
这一缺陷，德国、日本及意大利采用了基于线阵相机的 计算机视 觉 检 测 方 式［4］，用 于 接 触 网 的 检 测。 该 方 法
采用两台线阵相机，每台相机分别获取接 触 网 位 置 状
27
都市快轨交通·第 26 卷 第 2 期 2013 年 4 月
态，并以灰度值形态呈现； 借助图
像识别、分 析、处 理 等 技 术，将 相
机获取的灰度值还原为目标成像
所对应的位置坐标； 通过三角测
量法，计算接触网几何参数，实现
接触网几何参数的高精度检测。
线阵 相 机 的 扫 描 频 率 可 达 上 千
2 接触网检测方法
接触网检测是保证城市轨道交通安全运行的必要 手段。目前，城 市 轨 道 交 通 接 触 网 检 测 主 要 依 靠 人 工 现场测量和接 触 网 检 测 车 两 种 检 测 手 段 ，由 此 获 得 接 触网的几何参 数 和 弓 网 相 互 作 用 的 动 态 参 数 ，从 而 为 运营维修部门提供客观的检修依据。在我国地铁接触 网人工现场测量中，主要采用山东蓝栋 DDJ-8 型和唐 源电气 TDJ-6 型的手持式接触网参数检测仪。然而， 人工现场测量 的 方 式 主 要 用 于 接 触 网 维 修 复 核 ，效 率 低，强度大，不适于全线的接触网检测。下面将论述目 前采用的刚性 接 触 网 检 测 方 法，这 些 方 法 主 要 是 指 车 载式的动态检测方法。
精度可以提高到 5 mm，
如图 4 所 示。但 是，由 于受 面 阵 相 机 本 身 CCD 靶面的限制，使得
图 4 基于面阵相机的 接触网检测方式
该检测方法的 测 量 范 围 有 限，对 于 地 铁 柔 性 接 触 网 的
检测具有一 定 的 局 限 性。 此 外，由 于 面 阵 相 机 本 身 的
都市快轨交通·第 26 卷 第 2 期 2013 年 4 月
doi： 10． 3969 / j． issn． 1672-6073． 2013． 02． 007
快轨论坛
我国地铁接触网 检测现状及发展趋势
马金芳1 于 龙2
（ 1． 广州地下铁道总公司 广州 510310； 2． 西南交通大学电气工程学院 成都 610031）
束的方式，对被测接触线进行二维平面测量，再通过三 角几何原理换算接触网拉出值和导高的几何参数。由 于利用了二维 的 平 面 测 量 手 段，很 好 地 解 决 了 锚 段 关 节以及线岔等关键区域的几何参数测量问题。但是， 受激光雷达本身测量精度的影响（ 一般激光雷达的精 度只能达到 3 ～ 5 mm） ，这种接触网几何参数检测方式 并未在地铁的刚性接触网检测中广泛应用。
测弓网接触压力（ 见图 7 ） ，同时安装加速度传感器来
线运营电客车的弓网燃弧状态（ 见图 9） ，为弓网受流 质量的评价提供了一系列客观数据指标（ 如燃弧率、最 大燃弧时间、燃弧强度等） 。 ［8］
28
我国地铁接触网检测现状及发展趋势
偿技术，基于线阵相机的计算机视觉检测
方式，利用接 触 网 检 测 车，对 所 关 心 的 区
域进行接触网几何参数的反复检测，获取
导高和拉 出 值 数 据，得 到 相 应 的 参 数 曲
线，验证曲线的重复性和异常情况； 最后，
结合接触网几何参数和弓网相互作用动
态参数，针 对 异 常 数 值 进 行 人 工 复 查 维
图 8 日本电wk.baidu.com车的 弓网燃弧检测装置
3 接触网检测新模式
图 9 唐源电气的电客车 弓网燃弧检测装置
1 接触网检测概述
近年来，我国城市经济高速发展，同时伴随着城市人 口数量剧增。地铁作为解决城市轨道交通的主要手段，在 缓解城市交通压力方面发挥着巨大的作用。一直以来，地 铁牵引供电系统设备的可靠性、运行过程的安全性和故 障处理的及时性是整个地铁系统安全运行的重要保障。
接触网和牵引变电所是地铁牵引供电系统的重要 组成部分，其中接触网是牵引供电系统向电客车提供电 能的最直接环节。因此，接触网的状态直接影响着电客 车的受流质量，接触网的检测也成为地铁公司最重要的 日常检修维护工作之一。目前，我国各个城市的地铁公 司都采取各自的接触网维修措施，但由于其技术起源不 同、运营模式存在差异，使接触网参数的检测具有一定的 片面性，无法为现场检修工作提供真实有力的客观依据。
26
我国地铁接触网检测现状及发展趋势
部的距离，通过相应的标定和计算，便可以测量接触线 动态 导 高。日 本 也 采 用 类 似 的 思 想 进 行 导 高 的 测 量［4］： 在受电弓上安装具有图像标志的标签（ 见图 2） ， 通过线阵相机的高速扫描，从而记录受电弓的状态，再 用标定换算 成 导 高。 但 是，这 种 接 触 式 的 检 测 方 法 存 在较大的缺陷： 一是接近开关 的 可 靠 性 较 差，容 易 损 坏，并且检测 结 果 受 安 装 方 式 的 影 响 较 大，精 度 不 高； 二是导高的测量是在默认受电弓与接触线良好接触的 先决条件下进行的，但实际运行中，受电弓自身处于高 频的振动中，因此导高的检测受到较大的噪声干扰，影 响了测量精 度。 可 见，这 种 接 触 式 的 方 法 无 法 测 量 锚 段关节以及线岔等关键区域的几何参数（ 如两线水平 间距和抬高等） ，因此有一定的局限性。
图 1 接触式接触网检测方式
图 2 日本利用标签方式检测导高
为克服上述检测方法存在的问题，国内国铁精工、 唐源科技、弓网 科 技 等 公 司 采 用 了 基 于 激 光 雷 达 的 非 接触式检测方式（ 见图 3） ，曾应用于我国苏州地铁、西 安地铁及上海地铁的接触网检测。该方法将激光雷达 安装于检测车 车 顶 中 心，激 光 雷 达 通 过 连 续 发 射 激 光
2． 1 接触网几何参数检测
接触网几何 参 数 通 常 是 指 接 触 网 导 线 高 度，即 导 高、拉出值以 及 锚 段 关 节 两 线 间 距 等。 我 国 最 早 的 地 铁接触网几何 参 数 检 测，是 西 南 交 通 大 学 在 广 州 地 铁 1 号线采用的接触式检测方式［3］。拉出值的检测原理 是： 在受电弓上安装接近开关（ 见图 1） ，通过开关输出 的开关信号，判断接触线的位置，从而计算拉出值。导 高的检测原理是： 通过在受电弓上安装反射板，利用电 客车顶部的测 距 激 光 传 感 器，测 量 受 电 弓 与 电 客 车 顶
过非接触的检 测 方 式，在 运 营 的 电 客 车 上 检 测 弓 网 燃 弧（ 见图 8） ［7］，获取相应的指标，从而评价弓网受流质 量，从根本上反映弓网的动态关系。在我国，唐源电气
动态参数，通过分析接触压力的均值、方差来评判弓网 公司率先应用了这一技术，成功检测了广州地铁 3 号
受流质量。 在弓头滑板的两端分别安装 4 个压力传感器来检