红外数字图像轨道水平和轨道电网导高监测系统的制作方法

本发明属于轨道交通技术领域，涉及高铁安全行驶技术，具体涉及一种红外数字图像轨道水平和轨道电网导高监测系统。

背景技术：

高铁在高速行驶时，通过悬挂在钢轨上方的高压接触网上汲取电能，保证高铁有充足的动力。电弓是在高铁列车行驶时连接在接触网和高铁列车之间的装置,电弓要从高压电线取电，就需要用电弓接触电线，必然要造成摩擦,同时电弓与接触网之间的接触又不能过于紧密,以免在高速行驶状态中接触网损坏甚至短路,在电弓和车体高度一定的情况下,接触网和钢轨之间的垂直距离变化,以及钢轨之间的水平一致是影响电弓安全取电的重要因素。

导高下限主要是考虑到和机车车辆的绝缘距离，例如机车车辆限界最大高度为4800mm，要求电气绝缘的最小安全距离是350mm，即5150mm。如低于此高度，可能会引起接触网对车顶放电，设计规范中，最小一般按5300控制，留有冗余。最大导高有两方面考虑，一是要考虑到受电弓升起的最高高度，要保证受电弓和接触线紧密接触，即最大不能超过6500mm，超出可能造成受电弓够不着网，动车组因车顶高度低，部分车型在导高高于6000mm时，就可能脱弓了；另一方面要考虑该条线路的运输情况，是否需要通过双层集装箱等超限列车，如导高太低，则超限列车无法通过。设计单位在设计线路导高时，会根据本线车型，运输情况等进行导高选择。通常在高铁，因动车组高度较低，故非混跑线路方案设计一般在5300-5500mm间。普速线因考虑货物运输，一般在5700-6300之间。

现有技术中,电弓自身的支架具有弹簧可以在一定范围内调节电弓高度,也可以通过定时检测车来回巡检检查接触网,但这些方式都不能从根本上解决上述导高和水平一致的情况发生突发变化的即时监测和报警问题,特别是由于导高发生较大偏差造成脱弓的情况下,车顶高压会发生放电拉弧现象,不仅造成线网损坏,且对行车安全造成严重威胁。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的技术缺陷，本发明公开了一种红外数字图像轨道水平和轨道电网导高监测系统。

本发明所述红外数字图像轨道水平和轨道电网导高监测系统,包括安装在钢轨旁侧的钢轨水平检测头和安装在接触网旁侧的接触网检测头,所述接触网检测头包括接触网识别头和斜向下方发射的光斑发射头;所述监测系统还包括标靶电板,所述标靶电板上设置有第一标靶和第二标靶,分别对应钢轨水平检测头和光斑发射头的发射方向,所述第一标靶和第二标靶上安装有可检测光斑面积的光线传感器;

所述监测系统还包括中央处理器,所述中央处理器与所述光线传感器,接触网识别头和光斑发射头信号连接。

优选的，所述钢轨水平检测头和光斑发射头为红外发射头。

优选的，所述接触网识别头为高清摄像头,所述中央处理器内包括图像识别模块。

优选的，还包括与中央处理器信号连接,并能检测轨道振动的振动传感器。

优选的，所述中央处理器内还包括角度检测模块,所述角度检测模块可检测光斑发射头发射方向与接触网识别头识别方向的夹角;,所述中央处理器还能控制光斑发射头的发射方向。

本发明所述红外数字图像轨道水平和轨道电网导高监测系统，具有如下优越性:

1.本发明可以实时监测一对钢轨之间的水平一致性,并同时检测接触网导高,发现异常随时报警,对于高速行驶的列车,时刻保证接触网和列车之间维持在安全距离范围内。

2.本发明运行中只需要上传光斑检测数据和图像识别结果,对于网络带宽要求小,可以高密度布置检测头,适用于各种信号覆盖强度不足的地区。

3.本发明使用的硬件设施数量少,占地小,可以就近安装在铁轨附近或铁轨设施部件上,施工作业量小,便于对现有铁道进行改造。

附图说明

如图1所示给出本发明所述监测装置的一种具体实施方式示意图,

如图2所示给出本发明所述标靶上形成光斑的示意图;

图中附图标记名称为:

1-接触网支撑架,2-接触网悬架,3-接触网,4-钢轨水平检测头,5-接触网检测头,6-钢轨,7-标靶电板,8-第一标靶,9-第二标靶,10-水平光路,11-斜向光路,a-夹角,12-钢轨顶面截线。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明所述红外数字图像轨道水平和轨道电网导高监测系统,包括安装在钢轨旁侧的钢轨水平检测头4和安装在接触网3旁侧的接触网检测头,所述接触网检测头5包括接触网识别头和斜向下方发射的光斑发射头;所述监测系统还包括标靶电板7,所述标靶电板上设置有第一标靶8和第二标靶9,分别对应钢轨水平检测头和光斑发射头的发射方向,所述第一标靶和第二标靶上安装有可检测光斑面积的光线传感器;所述监测系统还包括中央处理器,所述中央处理器与所述光线传感器,接触网识别头和光斑发射头信号连接。

本发明所述红外数字图像轨道水平和轨道电网导高监测系统,主要针对已经在初期进行调校安装好的钢轨和接触网,在后期使用过程中对一对钢轨之间的水平高度误差,及钢轨与上方接触网的垂直距离变化进行精密检测。

本系统安装时,将钢轨水平检测头的发射位置设置为与钢轨高度一致,并可以使钢轨顶面截线12位于钢轨水平检测头发射光斑的中部,不完全脱离光斑即可,一般选在在高度的三分之一或一半等位置,如图2所示。

下面以钢轨水平检测头和接触网检测头的斜向检测头采用红外光斑发射头为例说明本发明的检测过程。

位于钢轨左侧的钢轨水平检测头沿水平光路10发射光斑,依次被两根钢轨阻挡后,被阻挡削除的部分光斑落在第一标靶上,如果钢轨垂直高度没有发生变化,第一标靶接收到的光斑应与安装时的高度一致,如果钢轨垂直高度发生变化,则剩余光斑的钢轨顶面截线高度必然发生变化,同时被截后的光斑面积也会发生变化,标靶通过检测截线高度或计算光斑面积判断钢轨水平高度是否发生变化。钢轨水平检测头和标靶电板一般紧邻钢轨布置在混凝土基座上,避免基座整体沉降造成的误报。

本发明针对钢轨的混凝土基座整体沉降进行检测,一对钢轨设置在同一水泥基座上,一般不会发生单根钢轨高度变化,而另一钢轨高度完全不变的情况;基座整体沉降或倾斜,必然导致钢轨高度整体下降或某一钢轨高度上升,另一钢轨高度下降,都会导致钢轨顶面截线的高度变化。如果钢轨顶面出现异物,也会导致光斑形状发生变化,触发报警状态。

对于接触网的高度检测采用组合检测方式,接触网检测头包括直接检测接触网的接触网识别头,一般为高清摄像头。高清摄像头以一定角度,一般是水平拍摄对接触网进行视觉识别,高清摄像头的视野范围设置较小,在视野范围内,能通过高清摄像识别出接触网即可,对接触网的监测不宜采用光斑检测的原因在于需要在接触网所处高度设置一个光斑接收板,在工程上增加了工作量,而悬挂在接触网悬架2上的接触网高度较高,在空中为一根水平的细长直线,背景视觉干扰因素很少,完全可以很容易的被现有的图像识别技术识别出;同时现有图像识别技术对于接触网这样的细长水平图形,不仅能识别出接触网,而且可以在视野中自动计算出接触网所处的相对位置,如果接触网高度发生变化,采集图像的相对位置必然发生变化;图像识别可以在本地进行,上传数据时,只需要发送对图像的识别结果信号即可,对网络带宽要求很小。

采用图像识别技术对接触网进行识别,不仅可以监测接触网位置,而且可以及时发现接触网上缠绕的树枝,田间大棚碎片等异物。

所述接触网检测头还包括斜向下方发射的光斑发射头,采用类似于钢轨检测的原理,在初始设置发射角度时,使发射的光斑部分被外侧钢轨阻挡,沿斜向光路11发射被阻挡后的光斑部分落在标靶电板上的第二标靶上,如果钢轨发生沉降,第二标靶上的光斑形状必然发生变化。

光斑可以是红外或激光光斑,一般发射形状为圆形,激光约束性好,光斑变形面积小,但成本较高,且波长短,容易受天气或空气质量影响,优选采用红外发射头发射红外光斑。

图1所示的具体实施方式中,接触网检测头安装在接触网支撑架1上,在实际应用中,接触网检测头分布密度高于支撑架,不一定全部安装在支撑架上,对于图1所示的应用场景,如果接触网检测头并非安装在接触网支撑架上,这种情况下,如果钢轨所处区域整体沉降,支撑网和钢轨的相对垂直距离并未发生变化,但接触网检测头可能由于监测到接触网高度变化而误报。

为克服上述误报，高清摄像头设置为水平采集图像，并可以通过控制器自动调节斜向下方发射的光斑发射头的发射角度,只要在第二标靶上的光斑形状或面积未发生变化的情况下,斜向光路与水平线的夹角a未发生变化,即可认为正常。对夹角的计算可以由中央处理器进行。

中央处理器对接触网识别头的采集信息进行识别,并实时监测两个标靶上的光斑面积并与初始面积比较,计算夹角并调节光斑发射头的发射角度。

本发明只针对静态下的水平一致和导高进行检测，对于列车经过等造成的钢轨和接触网振动状态下，无法进行正常检测,可以设置振动传感器或其他传感器对列车经过时造成的钢轨振动和接触网摆动进行检测，检测到连续振动发生时，对这段时间进行屏蔽报警处理。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。