轮对及受电弓在线检测系统

详细布局:擦伤检测系统由6套平动机构、列车接近检测传感器、车体辨向计数传感器、信号调理箱及擦伤电气箱组成。其中CS1—CS6为擦伤检测传感器。D3为开始检测传感器，RL3，RL3ˊ为车体判向计数传感器。T×1，T×2为信号调理箱。系统组成及布局如下图所示。本模块共配置两个擦伤信号调理箱，用于擦伤传感器信号放大器的安装防护，传感器信号的前置处理与转接，每个擦伤信号调理箱中可安装4个传感器信号放大器。信号调理箱安装在整体道床中间，根据擦伤杆配置不同安装于不同位置。
当动车辆驶离设备检测区时，一次检测完成。各子系统工作完成，生成检测数据并汇总。
系统保存检测数据。系统重新进入待检状态。
系统对检测数据进行分析，如发现有超限情况则进行报警。
操作人员通过远程控制中心的控制程序或安装在段、局的客户端，可以对检测数据进行查看、分析、统计、报表。
4. 设备组成
4.1轮对动态检测系统
从车辆进入检测区，系统自动启动采集系统、自动识别车号，根据不同车型自动匹配，完成检测结果输出，若超限，报表由声光电自动提示。
3)数据中心提供后续24小时数据服务和技术支持
建立了完备的数据中心服务，24小时上班监控设备运行状况，分析超限报警数据并协助用户用好设备。
3.系统检测流程
系统检测流程如下：
系统工作流程
1.2 轮对动态检测系统主要功能：
1)轮对外形尺寸检测：踏面磨耗、轮缘厚度、Qr值、车轮直径、轮对内距；
2)车轮踏面擦伤检测，并可设置实现超限报警；
3)车轮不圆度检测；
4)视频图像擦伤监测；
5)车号及端位自动识别（自动识别与手动输入车号功能应能转换）；
6)自动绘制车轮踏面外形曲线，并可实现超限报警显示；
擦伤检测系统的组成及布局图
在擦伤杆安装时保证擦伤杆摆放无倾斜，并使用高度尺测量擦伤杆与钢轨上表面中心位置高度差，使高度控制在一定的距离距离。
擦伤杆安装位置截面图
车轮擦伤检测模块现场实物图
擦伤杆装配实物图
4） 视频图像擦伤监测模块
通过接触式擦伤模块检测出来的擦伤能通过图像监测显示终端反映出来，能反映一个轮对圆周的所有图像，方便用户进行观察判断踏面擦伤情况。
系统开机并初始化。初始化工作主要有打开设备连接、现场设备工作准备、加载配置参数、各个子系统建立网络连接等。
系统在初始化过程中，对硬件和软件设备进行自检。如发现软硬件故障，通过软件界面进行报警。
自检完成后，系统进入待检状态，自动对入库的车辆进行检测。
当车辆以限定速度驶入设备检测区时，系统进入工作状态，各子系统开始工作。
7)具有检测结果存储、查询、统计、对比、打印功能，以及数据联网管理功能；
8)提供检测轮对技术状态的综合评价，报告超限车轮的超限数据及顺位信息；
9)提供数据输入/输出接口：轨道交通车辆基本信息输入接口、走行公里数输入接口、人工反馈信息输入接口、车辆基地网络访问接口等。
1.3 受电弓动态检测系统应具备以下功能：
轮对动态检测系统由基本检测单元、设备间、控制室等组成。基本检测单元包括车号识别模块、轮对外形尺寸检测模块、车轮擦伤及不圆度检测模块、图像擦伤监测模块；设备间包括现场控制系统、数据采集处理系统；控制室包括操作控制台、数据库、数据综合分析及管理软件、数据及信号传输系统，控制室设在DCC（车辆段控制中心）内。
2.设备特点
1)采用成熟技术,可靠稳定
采用了国内外在静态、低速、高速线上最成熟的光截图像技术，并通过技术改造，开发出了适应不同速度的产品体系，该产品体系成为在国内应用最广泛、使用最成熟、性能最可靠的产品体系。通过大量验证，该方式检出了大量轮对故障，对保障行车安全具有重大意义。
2)系统自动完成检测，无需干预
检测原理：系统沿轨道的线性排列多个的高分辨率相机，当车辆经过检测区的时候采用磁钢传感器作为各个车轮的到位信号触发相机，以初始化图像采集系统和触发CCD摄像机实时抓拍，依次采集车轮的表面情况，完成一个车轮圆周的图像记录，然后通过图像采集卡对所采集到的模拟图像信号进行数字化（踏面图片）；最后图像处理系统对所采集到的图像进行图像复原、通过图像算法进行优化显示。本系统中采用单边车轮布置8台相机-补光单元阵列，依次追踪拍摄轮对踏面，形成一个完整的圆周。
系统布局
来自百度文库单个模组、激光曲线
计算模型
为了保障系统的高检测精度，系统设计了多个测点完成轮对检测，采用同步拍摄多幅图片方式获得轮周多个点的外形光截曲线图像。系统在数据处理中将综合所有测点的数据，择优选择数据，对有效数据进行综合统计分析从而计算得到最优的车轮外形尺寸参数。系统采用“多光束光截法”有效保障了系统检测精度高，数据重复性高。
轮对外形尺寸检测原理：轮对外形尺寸检测系统尺寸检测模块利用光截图像测量技术，使用线状激光作为投射光源，面阵CCD相机作为采集设备，线光源沿轮心方向投射到车轮踏面部分形成包含踏面外形尺寸信息的光截曲线，用与光入射方向成一定角度的CCD摄像机拍摄车轮外形光截曲线，经图像采集、处理获得车轮外形尺寸。非接触式检测精度较高，是目前使用最广泛和最成熟的一种方法。
车轮擦伤（不圆度）接触式检测原理
擦伤检测计算示意图车轮滚动圆与钢轨接触，当滚动圆有擦伤时（擦伤位置处轮缘高度增大），引起车轮整体下降。擦伤杆与轮缘顶点紧密接触，高度随轮缘顶点发生相应变化。通过传感器检测擦伤杆高度变化，即可检测出滚动圆上的擦伤。
擦伤杆高度变化曲线
正常车轮检测结果展示 缺陷车轮检测结果展示
1)动态非接触自动图像分析处理并记录受电弓滑板磨耗值；
2)动态非接触自动图像分析处理并记录受电弓中心线偏差值；
3)自动动态检测并记录受电弓工作位接触压力值；
4)车顶监控视频大屏幕实时显示、存储及不同速度回放；
5)车顶异物及车顶关键部件状态室内可视化观测及判断；
6)地铁车辆车号和端位自动识别；
7)提供检测项目的图像及数据报表输出；
设备具有多级电磁兼容（EMC）设计保障，包括板级EMC设计保障、基于EMC器件选型保障、系统级EMC设计保障、EMC综合测试保障，并通过整体道床固定检测箱体，系统对车辆运行产生的振动以及接触网、受电弓和变压器等产生的电磁场具有抗干扰能力，能适应轨边的环境条件，保证测量精度。
轮对及受电弓动态检测系统的应用软件具有兼容性和可扩充性。
轮对及受电弓在线检测系统
1.基本功能
1.1 概述
轮对动态检测系统采用国际先进成熟的非接触式图像测量技术、高精度位移测量技术在线动态检测车轮各相关部位的尺寸和踏面缺陷，适用于动车、机车车辆、地铁各型车辆不同踏面形状的车轮。本次投标供货设备已在各地铁、机务段、动车所（段）、车辆段等运用上百套。
受电弓动态检测系统采用高速、高分辨率、非接触式图像分析测量技术，实现对受电弓滑板磨耗、中心线偏移、工作压力等关键特性参数的动态自动检测和车顶异物及关键部件状态的室内可视化观测。适用于动车、机车、地铁各型车辆。本次投标供货设备已在各地铁、机务段、动车所（段）等运用上百套。
8)提供检测结果的查询、统计、综合分析、打印、故障预警及网络共享管理。
9)具有对检测出的数据进行分析、判断、整理的能力。
a)通过对历史数据的综合分析，总结受电弓的磨耗规律，绘制磨耗趋势图，预测受电弓滑板运用到限时间；
b)通过数据的综合分析比较（按时间段、运行公里数对同类型受电弓检测数据进行综合分析比较）对受电弓的技术状态做出综合评价，给出优化的综合维护保养方案，以指导受电弓的检修；
车轮擦伤（不圆度）检测模块由列车接近检测传感器、车体辨向计数传感器、信号调理箱及擦伤电气箱等部件组成。
擦伤检测原理：轮对擦伤的基本检测原理：通过接触式测量车轮一周的轮缘高度变化，实现对踏面擦伤及车轮不圆度的测量。
检测原理如图所示，踏面滚动圆与轮缘圆周为同心圆，轮缘顶点的位置变化反映了车轮踏面滚动圆受损的信息。所以测得轮缘顶点的相对位移h沿圆周的分布情况，就可得到当前车轮踏面滚动圆处的擦伤深度值，而h在整个圆周上的最大偏差hma×即为圆度偏差（不圆度）。
系统布置图
基本检测单元
基本检测单元的主要作用是获取轮对外形和踏面缺陷的原始检测数据，包括车号识别模块、轮对外形尺寸检测模块、车轮擦伤及不圆度检测模块及视频图像擦伤监测模块共4个检测模块。为了辅助基本检测单元的工作，在基本检测单元的前后方分别设置车辆接近检测单元和车辆离去检测单元。
基本检测单元 设备间 控制室
图像监测模块检测原理
系统原理
车轮踏面一周图像展示
在地铁和动车领域，图像擦伤与接触式擦伤检测擦伤模块相结合，优势互补。目前已在杭州地铁2、4号线、成都地铁2号线、重庆动车所实现该模块设备和接触式擦伤设备联合判伤。当接触式擦伤报警时，通过直观图像辅助接触式擦伤进行超限数据复核，快速有效地剔除误报。优势互补，有效提升设备使用价值。
多激光打光方式
轮对尺寸检测布局：尺寸检测模块主要由8组激光-相机组合而成，负责采集车轮外形激光曲线，其分布如下：
轮对外形尺寸检测模块组成及布局
图 LD箱体 图 CCD箱体
轮对外形尺寸检测模块现场实物图
3） 车轮擦伤及不圆度检测模块
用接触式检测方法，在轨道两侧加装一定数量的位移检测单元与轮对接触，定量检测轮对滚动圆的不圆度和车轮圆周的擦伤缺陷。
10)具有网络功能，能提供与地铁车辆段信息管理系统的接口。
11)提供丰富的数据接口：基本信息输入接口、走行公里数输入接口、人工反馈信息输入接口、车辆段的网络访问接口等。
1.4 车号识别系统具备以下性能：
1)能准确识别本线轨道交通列车的头车车号，及判读列车中间车的顺序号。
2)能有效、准确地判别车号，满足轮对及受电弓动态检测系统对车号进行识别要求。使各子系统能够按照车号信息对检测数据进行跟踪、统计、分析。
详细布局：视频图像擦伤监测模块由图像采集单元、触发单元、补光单元及配套电气主控箱、配电箱、工控机等组成。
视频图像监测模块组成及布局
视频图像擦伤监测模块现场实物图
无锡地铁 北京地铁 杭州地铁 成都地铁
设备间
设备间主要作用是实时采集处理基本检测单元的测量信号，形成检测结果，并以一定的格式与控制室内的主机通信，接收控制室主机的控制命令，向控制室主机发送状态信息和检测结果。另外，设备间还负责控制现场监控设备的工作，处理监控信号。设备间内包括现场控制系统、数据采集系统、数据处理系统、监控系统主控机。
1） 车号识别模块
采用图像智能车号识别系统，在车辆不停车的情况下，图像识别通过列车的车号信息，并及时将车号数据信息上传到服务器，对进出车辆进行自动统计，并保存数据。
由图像车号采集盒通过图像识别的方式，读取列车车厢的车辆车号信息。各子系统并能够根据读取的车辆车号信息对应记录所测量的数据。采用自主研发的智能图像处理系统，可以在车辆不停车的情况下，识别每辆车的车号信息，并及时将车号数据，图像，视频信息上传到服务器，对进出的车辆进行自动统计，并保存数据，方便以后的查询，提高了车辆管理的信息化水平和效率。
3)系统在工作时，不对轨道交通车辆上安装的各类设备和地面上安装的各类设备造成干扰，如轨道交通线路中信号系统，车载无线系统、PIS系统等。
4)图像车号识别配置：图像识别车号检测单元安装在车辆途经线路上，在铁轨股道一侧安装高清工业相机，采用以实时采集列车侧部高清图像的方式，通过图像分析与自动识别技术实现对列车车号的快速自动识别。图像车号识别方式具有识别率更高、更稳定的优点，可解决电子标签失效、电子标签出错等问题，并可实现过车数据的可追溯。
车号识别流程图
现场安装实物图
2） 轮对外形尺寸检测模块
用于检测轮对关键外形尺寸和踏面外形轮廓曲线。检测的轮对关键外形尺寸参数包括：踏面磨耗、轮缘厚度、轮缘高、Qr值、车轮直径、轮对内距。
轮对外形尺寸检测模块主要分为现场基本检测单元与设备间两部分。现场基本检测单元主要负责采集车轮外形尺寸的原始信息，包括LD线光源、CCD图像传感器、图像采集触发单元及车辆计数单元等；设备间主要完成对现场基本检测单元采集的原始信息进行运算和处理，并将结果数据传输至控制室内的数据库中。尺寸检测电气控制系统包括尺寸检测控制主机、系统主控箱及尺寸电气箱等。
该系统主要由轨边一体化图像采集模块、轨边支架、图像处理与分析主机等主要部分组成。图像车号采集盒安装在车辆途经线路上，采用以实时采集列车侧部高清图像的方式，通过图像分析与自动识别技术实现对列车车号的快速自动识别。
图像车号识别示意 图像识别车号系统结构图
图像识别车号系统工作流程图
通过轨边车号抓拍摄像机采集到的车号图像，在图像处理与分析主机里自动分析出车号信息。基于图像的车号识别流程如下图所示：