国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

2015-07-12 18:50:28趙有明
鐵道建筑 2015年10期
關(guān)鍵詞:導(dǎo)波接觸網(wǎng)高速鐵路

趙有明

(中國鐵道科學(xué)研究院,北京 100081)

高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

趙有明

(中國鐵道科學(xué)研究院,北京 100081)

高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的研究是提高我國高速鐵路服役品質(zhì)和基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)維修水平的基礎(chǔ),對(duì)我國高速鐵路發(fā)展和長期安全運(yùn)營具有重要意義。本文系統(tǒng)地介紹了我國高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的最新研究成果及試驗(yàn)應(yīng)用情況,包括高速鐵路線上線下設(shè)施、牽引變電設(shè)備、接觸網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)和裝備,數(shù)據(jù)接入網(wǎng)技術(shù)和綜合分析評(píng)估系統(tǒng)。此外,歸納了研究取得的基于超聲導(dǎo)波的鋼軌絕對(duì)應(yīng)力及完整性監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)突破和基于多源數(shù)據(jù)整合的高速鐵路檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。建議進(jìn)一步探討高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用及在我國高速鐵路大范圍應(yīng)用的模式。

高速鐵路 線上設(shè)施 線下設(shè)施 牽引變電 接入網(wǎng) 系統(tǒng)集成

高速鐵路始于1964年開通的日本東海道新干線,此后法國、德國、意大利、西班牙、瑞典、韓國、荷蘭等國也相繼建成了高速鐵路。中國的高速鐵路建設(shè)正處于快速發(fā)展階段,預(yù)計(jì)到2015年底,中國高鐵總里程將達(dá)到19 000 km,運(yùn)營里程約占世界高鐵運(yùn)營里程的50% 。中國已經(jīng)擁有全世界最大規(guī)模以及最高運(yùn)營速度的高速鐵路網(wǎng)[1]。

目前高速鐵路軌道形式分為有砟軌道和無砟軌道兩大類。無砟軌道結(jié)構(gòu)具有變形小、結(jié)構(gòu)可靠度高、承載能力強(qiáng)、日常維修量少、使用壽命長等特點(diǎn),逐漸成為高速鐵路的發(fā)展趨勢(shì)。在高速鐵路檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)維修方面,國外采用以車載檢查和地面監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方式,我國高速鐵路主要采用動(dòng)態(tài)綜合檢測(cè)列車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行周期性檢測(cè)[2]。

高速鐵路露天服役、運(yùn)營速度高、天窗時(shí)間短、受周期疲勞荷載作用等突出特點(diǎn),決定了高速鐵路服役行為的特殊性以及確保高速鐵路百年使用壽命的困難性。我國高速鐵路建設(shè)速度快、結(jié)構(gòu)形式多樣、運(yùn)營時(shí)間較短,基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)的地面監(jiān)測(cè)技術(shù)和裝備無法滿足高速鐵路快速發(fā)展需求。為實(shí)現(xiàn)高速鐵路全壽命周期內(nèi)安全運(yùn)營的目標(biāo),系統(tǒng)地開展高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的研究十分必要[3]。2011年科技部立項(xiàng)開展高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究,列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域高速鐵路重大關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制重大項(xiàng)目中。該課題由中國鐵道科學(xué)研究院牽頭,聯(lián)合北京交通大學(xué)、中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司、西南交通大學(xué)、浙江大學(xué)、天津凱發(fā)電氣股份有限公司等單位歷時(shí)3年共同完成。本文介紹該課題取得的主要研究成果。

1 高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)體系

圖1是我國高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)的體系架構(gòu)。高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的檢測(cè)主要包括了動(dòng)態(tài)檢測(cè)、固定監(jiān)測(cè)和人工靜態(tài)檢查3種形式?,F(xiàn)場數(shù)據(jù)被傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)分析處理中心,中心對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)判、趨勢(shì)預(yù)測(cè)并給出維護(hù)策略,為總公司、路局、站段用戶提供服務(wù)。圖1中白色部分為我國已經(jīng)開展研究的部分,灰色的部分是本課題和今后需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容,如線路的鋼軌應(yīng)力、完整性、磨耗、軌道剛度、線路異物、沉降、邊坡穩(wěn)定性、及牽引供電設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)等。本課題的研究成果可完善我國高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)體系[4]。

2 線上基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

2.1 鋼軌縱向應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

在研究半解析有限元的原理和方法的基礎(chǔ)上,對(duì)鋼軌的多種模態(tài)進(jìn)行了分析,利用超聲導(dǎo)波實(shí)現(xiàn)了對(duì)無縫線路鋼軌縱向應(yīng)力的監(jiān)測(cè),取得了如下成果:

1)應(yīng)用了二維有限元離散的半解析有限元技術(shù)。通過該方法首次求解得到了我國高速鐵路普遍采用的CHN60鋼軌中超聲導(dǎo)波的頻散曲線,并通過半解析有限元方法實(shí)現(xiàn)了超聲導(dǎo)波應(yīng)力敏感度分析、激勵(lì)響應(yīng)分析。這些理論分析及求解的實(shí)現(xiàn),為進(jìn)一步研究CHN60鋼軌中超聲導(dǎo)波的特性并將之應(yīng)用于應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)。

2)得到適合應(yīng)力檢測(cè)的最優(yōu)模態(tài)。通過半解析有限元方法得到的多個(gè)理論分析結(jié)果,基于頻率、應(yīng)力敏感度、振型、激勵(lì)位置偏離度、模態(tài)辨識(shí)度這5個(gè)因子,提出了選取最優(yōu)導(dǎo)波模態(tài)的指標(biāo)模型。通過該模型可以快速選取最適于我國高速鐵路無縫線路應(yīng)力檢測(cè)的超聲導(dǎo)波模態(tài),從而實(shí)現(xiàn)了理論分析到工程應(yīng)用的技術(shù)轉(zhuǎn)化。

3)超聲導(dǎo)波群速度精確測(cè)量算法。主要包括激勵(lì)波形控制算法、信號(hào)檢測(cè)及處理算法、互相關(guān)等群速度測(cè)量算法,實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)波信號(hào)的接收、處理和超聲導(dǎo)波群速度的精確測(cè)量。

4)設(shè)計(jì)了導(dǎo)波激勵(lì)和信號(hào)處理系統(tǒng)。根據(jù)半解析有限元得出的頻散曲線和選取出的最優(yōu)模態(tài),設(shè)計(jì)了超聲導(dǎo)波高壓激勵(lì)模塊、信號(hào)處理和接收模塊、無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊,實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)波信號(hào)的激勵(lì)與接收、導(dǎo)波速度測(cè)量、數(shù)據(jù)的無線傳輸和存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)了對(duì)無縫線路鋼軌的應(yīng)力檢測(cè)。

圖1 高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)體系框架

5)掌握了超聲導(dǎo)波群速度與溫度及應(yīng)力間的變化關(guān)系。通過在環(huán)行鐵道進(jìn)行的大量現(xiàn)場試驗(yàn),掌握了超聲導(dǎo)波群速度與環(huán)境溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,基于大型鋼軌拉壓試驗(yàn)平臺(tái),獲取了不同應(yīng)力作用下導(dǎo)波群速度的變化規(guī)律。以上數(shù)據(jù)的獲取,為繼續(xù)研究我國無縫線路所有型號(hào)鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力與導(dǎo)波群速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,建立完整的樣本數(shù)據(jù)庫奠定了理論基礎(chǔ)。

2.2 鋼軌位移與爬行在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

考慮到現(xiàn)場復(fù)雜測(cè)量條件,研發(fā)了基于非接觸測(cè)量技術(shù)的鋼軌位移爬行在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和裝備,建立了消除鋼軌溫度變化影響的溫度補(bǔ)償算法,實(shí)現(xiàn)了鋼軌位移絕對(duì)值測(cè)量,并在室內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)證,在大西高鐵進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測(cè)應(yīng)用。主要成果如下:

1)基于現(xiàn)場測(cè)量條件,提出了基于非接觸測(cè)量技術(shù)的鋼軌位移爬行在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體方案。采用非接觸式測(cè)量技術(shù),該裝置的測(cè)量單元主體利用磁致扭轉(zhuǎn)波作為信號(hào)傳輸媒質(zhì),且波檢測(cè)器只對(duì)旋轉(zhuǎn)波特別靈敏,抗干擾性強(qiáng),能在鐵路現(xiàn)場長期工作。

2)實(shí)現(xiàn)了鋼軌位移絕對(duì)值測(cè)量。測(cè)量單元主體接通電源后,即可確定位置磁鐵的位置,工務(wù)部門維修鐵路、斷電對(duì)測(cè)量精度不造成任何影響。因此,本裝置可以方便、穩(wěn)定、有效地安裝在鐵路沿線,長期監(jiān)測(cè)鋼軌縱向位移量,進(jìn)行鋼軌縱向應(yīng)力分析,從而避免脹軌斷軌的發(fā)生。

3)完成了傳感器的溫度性能、振動(dòng)性能和電磁干擾的測(cè)試,設(shè)計(jì)了基于卡爾曼濾波和“溫度—位移”二維補(bǔ)償曲面的溫度補(bǔ)償算法,實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償和位移修正;設(shè)計(jì)了優(yōu)化的傳感器鋼軌夾來減小振動(dòng)的影響。

2.3 鋼軌完整性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

研究了基于超聲導(dǎo)波技術(shù)的鋼軌完整性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)。采用超聲導(dǎo)波作為敏感信號(hào),通過導(dǎo)波信號(hào)的有無來判斷鋼軌是否完全斷裂,通過導(dǎo)波信號(hào)的非正常衰減來判斷鋼軌裂縫等缺陷的發(fā)生。在理論研究的基礎(chǔ)上研制了35 kHz超聲導(dǎo)波探頭,在遠(yuǎn)端接收信號(hào)時(shí),能夠提取微小信號(hào)并進(jìn)行斷軌判斷。對(duì)信號(hào)發(fā)送與接收方式進(jìn)行了創(chuàng)新性的設(shè)計(jì),從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室條件以及現(xiàn)場條件下2 km區(qū)間的功能測(cè)試及穩(wěn)定性測(cè)試。試驗(yàn)證明,該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行,準(zhǔn)確地檢測(cè)發(fā)射端的穩(wěn)定信號(hào),并能夠分辨不同發(fā)射端的信號(hào)。

2.4 鋼軌外觀狀態(tài)巡檢技術(shù)

鋼軌外觀狀態(tài)巡檢主要包括軌面?zhèn)麚p和鋼軌輪廓檢測(cè)。軌面?zhèn)麚p檢測(cè)方面,采用線陣CCD相機(jī)等間距運(yùn)動(dòng)掃描拍攝鋼軌圖像,提出了鋼軌表面擦傷區(qū)域檢測(cè)算法、基于傅里葉變換的鋼軌波磨檢測(cè)算法、鋼軌光帶區(qū)域檢測(cè)算法。鋼軌廓形測(cè)量方面,采用激光攝像技術(shù)、模式識(shí)別等技術(shù),獲取鋼軌輪廓圖像,實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼軌垂磨、側(cè)磨、軌底坡的測(cè)量。研制了車載動(dòng)態(tài)鋼軌外觀狀態(tài)巡檢系統(tǒng),為高速鐵路鋼軌外觀狀態(tài)的普查提供了自動(dòng)化檢測(cè)裝備及智能化的技術(shù)分析手段。其作業(yè)效率大約為人工巡查的25倍,采用機(jī)器模式識(shí)別分析的方式在檢出率和重復(fù)性上均優(yōu)于人工檢查。

2.5 高速鐵路大號(hào)碼道岔和伸縮調(diào)節(jié)器服役狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

在道岔和調(diào)節(jié)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面,研制了基于光纖光柵傳感技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。選用了高靈敏度、高穩(wěn)定性的光柵傳感器作為無縫道岔鋼軌溫度力、鋼軌溫度和橋梁伸縮位移測(cè)試傳感器,解決了以往采用電阻應(yīng)變計(jì)無法長期測(cè)試溫度力和累積位移的難題。

1)道岔和調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性長期監(jiān)測(cè)技術(shù)。分析確定了高速鐵路無縫線路穩(wěn)定性理論,建立了穩(wěn)定性計(jì)算模型,并提出高速鐵路無縫線路穩(wěn)定性定量計(jì)算方法;研制了無縫線路實(shí)際鎖定軌溫檢測(cè)系統(tǒng)NTS,并進(jìn)行了標(biāo)定試驗(yàn);根據(jù)野外惡劣工況及復(fù)雜多變的現(xiàn)場環(huán)境,對(duì)長期檢測(cè)所需的傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)處理、信息管理和網(wǎng)絡(luò)傳輸、服務(wù)器管理等進(jìn)行了試驗(yàn)和標(biāo)定,研制了重載鐵路軌道及道岔穩(wěn)定性長期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2)軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能及安全性檢測(cè)技術(shù)。根據(jù)軌道動(dòng)力學(xué)性能與安全參數(shù)測(cè)試的特點(diǎn),研制了監(jiān)測(cè)系統(tǒng),開發(fā)了配套的自動(dòng)處理軟件。該系統(tǒng)具備長期監(jiān)測(cè)列車通過時(shí)的輪軌水平力、垂直力、脫軌系數(shù)、輪重減載率,并具備統(tǒng)計(jì)評(píng)估、現(xiàn)場存儲(chǔ)、查詢、無線數(shù)據(jù)傳輸、服務(wù)器存儲(chǔ)等功能。

3)檢測(cè)信息管理和軌道狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)。編制了服務(wù)器信息管理軟件,并搭建了服務(wù)器;確定了軌道設(shè)備穩(wěn)定性及鋼軌縱向力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn);確定了動(dòng)力安全參數(shù)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn);建立了動(dòng)力學(xué)與安全參數(shù)評(píng)估模型。

4)道岔和調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場測(cè)試及檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。選取長春西站62號(hào)大號(hào)碼道岔和鄭西高鐵350 km/h雙向調(diào)節(jié)器作為特征地段,安裝了課題研制的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并進(jìn)行了為期至少12個(gè)月的長期監(jiān)測(cè),取得了大量的測(cè)試數(shù)據(jù),分析了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所表征的軌溫、鋼軌縱向力和連續(xù)梁梁縫變化等特性。

2.6 軌道綜合剛度檢測(cè)及評(píng)估技術(shù)

基于移動(dòng)式線路動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)車,通過理論建模、仿真計(jì)算、算法研究、系統(tǒng)搭建、試驗(yàn)驗(yàn)證、系統(tǒng)完善等取得了以下成果:

1)研究提出了移動(dòng)加載跟隨技術(shù)方案,采用軟模式作動(dòng)器并應(yīng)用曲線通過算法,實(shí)現(xiàn)了60 km/h以內(nèi)移動(dòng)加載時(shí)加載精度優(yōu)于20 kN;

2)利用研究提出的雙弦測(cè)方法,采用激光三角法實(shí)現(xiàn)了鋼軌變形的車載檢測(cè);

3)在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了適用于加載車的測(cè)力輪對(duì)系統(tǒng)方案,采用CAN接口實(shí)現(xiàn)了測(cè)力輪對(duì)系統(tǒng)與剛度檢測(cè)系統(tǒng)、液壓加載系統(tǒng)的集成;

4)在不同軌道結(jié)構(gòu)處,試驗(yàn)測(cè)試了加載車的定點(diǎn)加載能力;

5)在仿真和試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化的加載模式,并試驗(yàn)驗(yàn)證了采用移動(dòng)檢測(cè)結(jié)合定點(diǎn)加載來實(shí)現(xiàn)高速鐵路軌道綜合剛度檢測(cè)技術(shù)和薄弱軌道結(jié)構(gòu)識(shí)別技術(shù)。

2.7 線路異物在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

在線路異物在線監(jiān)測(cè)方面,采用星光級(jí)相機(jī)實(shí)現(xiàn)了不同天氣及光線條件下清晰圖像的獲取。通過開發(fā)去抖和去陰影算法實(shí)現(xiàn)了基于單目圖像的異物準(zhǔn)確檢測(cè);通過開發(fā)異物識(shí)別與分類算法實(shí)現(xiàn)了侵入異物的分類和行為分析;通過單雙目和激光與紅外相機(jī)的多源信息融合實(shí)現(xiàn)了各種復(fù)雜天氣及光線條件下異物侵入的準(zhǔn)確檢測(cè)。該方法可以直接應(yīng)用于高速鐵路線路凈空安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。與目前既有視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用人工分析相比,該方法能夠自動(dòng)檢測(cè)侵入異物、自動(dòng)對(duì)異物進(jìn)行分類識(shí)別和報(bào)警,能為高速鐵路異物自動(dòng)識(shí)別、自然災(zāi)害報(bào)警、鐵路設(shè)備形位異常和反恐防暴等重大需求提供技術(shù)支持和條件保障,對(duì)提高高速鐵路安全水平具有重要意義。

3 線下基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

3.1 沉降變形監(jiān)測(cè)技術(shù)

在高速鐵路路基工后沉降方面,研制了基于自動(dòng)全站測(cè)量的智能移站沉降變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了針對(duì)高速鐵路的全站測(cè)量、站間走行、動(dòng)力及電源供給、觀測(cè)標(biāo)的合理設(shè)置、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能;完善了沉降變形的評(píng)估方法,提出了適合運(yùn)營高鐵的沉降評(píng)估方法;開發(fā)了高速鐵路沉降變形評(píng)估系統(tǒng),形成系統(tǒng)的高速鐵路路基沉降變形分析、監(jiān)測(cè)、評(píng)估技術(shù)體系。

1)獲得了高速鐵路工后沉降變形特征,發(fā)現(xiàn)其具有總沉降量小,將測(cè)量精度要求高的特點(diǎn)。這為檢測(cè)與監(jiān)測(cè)設(shè)備的選型和研發(fā)提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

2)研發(fā)了基于全站測(cè)量模式的智能移站沉降變形測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速鐵路線下基礎(chǔ)設(shè)施沉降變形智能監(jiān)測(cè),更加適應(yīng)一維方向超長距離分布、周期長、精度要求高的高速鐵路沉降變形監(jiān)測(cè),從根本上實(shí)現(xiàn)了工后沉降監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、智能化、高效化和低成本化。

3)提出了高速鐵路路基單點(diǎn)沉降和線路縱向多點(diǎn)差異沉降的綜合評(píng)估模式,完善了工后沉降變形監(jiān)測(cè)技術(shù)體系,為高速鐵路路基確定合理的運(yùn)行維護(hù)模式提供了理論指導(dǎo)。

3.2 高陡邊坡穩(wěn)定狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

在高陡邊坡多因素穩(wěn)定性影響分析的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了高陡邊坡的綜合監(jiān)測(cè)體系,研發(fā)了高陡邊坡的監(jiān)測(cè)技術(shù)及評(píng)估體系,并進(jìn)行了工程驗(yàn)證。主要成果如下:

1)構(gòu)建了邊坡監(jiān)測(cè)體系。基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)全線邊坡進(jìn)行初步普查,并結(jié)合工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,將鐵路沿線邊坡分為重點(diǎn)邊坡和一般邊坡,系統(tǒng)分析了邊坡可能存在的安全隱患和監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。對(duì)一般邊坡采用車地應(yīng)答模式的定期監(jiān)測(cè)方式;對(duì)于重點(diǎn)邊坡,可采用基于光纖光柵和陣列式位移深部土體監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方式。

2)研發(fā)了邊坡車載激光掃描系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的三維可視化技術(shù),為鐵路沿線邊坡的普查提供了重要的技術(shù)手段。

3)實(shí)現(xiàn)了邊坡變形信息的交互式信息采集技術(shù),為一般鐵路邊坡監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)支撐。

4)形成了基于光纖傳感和陣列式位移傳感技術(shù)的鐵路邊坡滑坡監(jiān)測(cè)技術(shù),為重點(diǎn)邊坡的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)支撐。

5)研究了將數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)技術(shù)與智能分析相結(jié)合的鐵路邊坡評(píng)估報(bào)警系統(tǒng),可提升鐵路工務(wù)設(shè)備信息化管理水平和養(yǎng)護(hù)維修科學(xué)決策水平。

4 牽引變電關(guān)鍵設(shè)備和接觸網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

4.1 鐵路供電系統(tǒng)運(yùn)行安全及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

研究了牽引供電的接觸網(wǎng)、變壓器設(shè)備的熱過負(fù)荷等效數(shù)學(xué)模型,報(bào)警機(jī)制的參數(shù)分析計(jì)算和整定方法;研究了鐵路變電所的智能預(yù)警及在線監(jiān)測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了變電站“數(shù)據(jù)集成、業(yè)務(wù)協(xié)同、管理集中、資源共享”的管理要求,實(shí)現(xiàn)了信息的集中采集、集中傳輸、集中分析、集中應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了與其它系統(tǒng)的交互應(yīng)用。

1)熱過負(fù)荷模型研究。分析了變壓器、接觸網(wǎng)的熱過負(fù)荷特性,分析了熱過負(fù)荷的影響參數(shù)、報(bào)警機(jī)制及整定方法,形成了熱過負(fù)荷保護(hù)模型并研制了相應(yīng)保護(hù)裝置,能夠有效反映變壓器繞組、接觸網(wǎng)饋線的溫度變化情況,防止其因長期過熱而導(dǎo)致穩(wěn)定性下降。

2)變電站智能預(yù)警及在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。分析了變電站運(yùn)行、維護(hù)及管理現(xiàn)狀;研究了傳統(tǒng)電氣開關(guān)設(shè)備的智能化組件,集在線監(jiān)視、智能控制、數(shù)字化接口和斷路器的電子操作等一系列的高智能化功能于一體;研究了變電站監(jiān)測(cè)信號(hào)、控制命令、保護(hù)跳閘命令的數(shù)字化采集、傳輸、處理和數(shù)據(jù)共享的技術(shù),實(shí)現(xiàn)了采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)定義的,分為過程層、間隔層和站控層的系統(tǒng)樣機(jī)架構(gòu)。能夠根據(jù)智能一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和變電所環(huán)境在線監(jiān)測(cè)的海量數(shù)據(jù),采用數(shù)據(jù)挖掘的方式提取有效信息,針對(duì)潛在的可能影響到供電安全的異常事件給出報(bào)警信息。

4.2 接觸網(wǎng)安全狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)研究

針對(duì)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無備用、運(yùn)行環(huán)境惡劣和故障率高的特點(diǎn),合理選擇表征接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的特征量,重點(diǎn)對(duì)接觸網(wǎng)溫度、張力的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了研究。實(shí)現(xiàn)了基于位移、加速度、鉑電阻測(cè)溫與圖像壓縮等技術(shù)的接觸網(wǎng)綜合安全狀態(tài)參數(shù)(張力、抬升量、溫度)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與辨識(shí)。

1)研究了基于墜砣高度、接觸線張力、棘輪位置與滑輪偏轉(zhuǎn)角等監(jiān)測(cè)量的接觸線斷線及隱患檢測(cè)技術(shù)。通過對(duì)這些特征量的研究與監(jiān)測(cè),掌握了接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行特征,實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)斷線狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

2)研究了基于紅外及鉑電阻傳感測(cè)溫等技術(shù)的接觸網(wǎng)溫度檢測(cè)方法和基于高精度、強(qiáng)抗干擾的接觸網(wǎng)應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)。通過溫度和應(yīng)變的監(jiān)測(cè),使得接觸線溫度和應(yīng)變值均在一個(gè)合理的閾值范圍內(nèi),保證接觸線運(yùn)行狀態(tài)良好,確保列車運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

3)整體完成了補(bǔ)償裝置的張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)各信號(hào)的采集、通信方式、系統(tǒng)供電方式等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)完成了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原型樣機(jī),并在測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行了模擬測(cè)試,對(duì)測(cè)試中反映出來的問題進(jìn)行了分析并對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。同時(shí),考慮到現(xiàn)場安裝條件及工作環(huán)境,深入研究了可行的安裝及工作方式,在節(jié)能、安全、可靠三方面對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。

4.3 接觸網(wǎng)狀態(tài)在線檢測(cè)設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)研究

針對(duì)弓網(wǎng)電弧和接觸網(wǎng)關(guān)鍵懸掛參數(shù)在線檢測(cè)開展了大量研究,分述如下:

1)弓網(wǎng)電弧在線監(jiān)測(cè)裝置標(biāo)定方法研究。研究弓網(wǎng)電弧光譜輻射特性和電弧特征光提取技術(shù),建立光譜響應(yīng)度標(biāo)定平臺(tái),以弓網(wǎng)電弧在線檢測(cè)裝置為出發(fā)點(diǎn),提出一套基于弓網(wǎng)電弧在線檢測(cè)裝置的標(biāo)定方法,獲取弓網(wǎng)電弧在線檢測(cè)裝置的靈敏度曲線,從而解決了弓網(wǎng)電弧不能定量描述的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2)基于牽引電流與弓網(wǎng)電弧的弓網(wǎng)受流質(zhì)量技術(shù)研究。研究牽引電流與弓網(wǎng)電弧的內(nèi)在關(guān)系,提出了一種由于弓網(wǎng)電弧引起的牽引電流暫態(tài)變化評(píng)估指標(biāo)——牽引電流擾動(dòng)量(其值能夠反映電流的穩(wěn)定情況),定量描述牽引電流的擾動(dòng)程度。

3)載體振動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)研究。研究車體振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生機(jī)理和特征,分析車體振動(dòng)后表現(xiàn)出的運(yùn)行特征,研究基于機(jī)器視覺技術(shù)的攝像檢測(cè)方法。以典型的接觸網(wǎng)綜合車為例,建立了一種車載振動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算模型,解決了由于車體自由擺動(dòng)帶來的檢測(cè)精度誤差,提高了檢測(cè)精度,達(dá)到接觸網(wǎng)“精檢細(xì)修”的目的。

4.4 基于受電弓圖像識(shí)別技術(shù)的接觸網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及裝置研制

研究了基于受電弓圖像識(shí)別技術(shù)的接觸網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù),主要包含受電弓圖像采集及傳輸技術(shù)、受電弓圖像預(yù)處理技術(shù)、受電弓圖像特征提取技術(shù)等。研制了視頻編碼裝置、音響報(bào)警裝置及受電弓圖像分析服務(wù)器軟件,形成了基于受電弓圖像識(shí)別技術(shù)的接觸網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過架設(shè)在固定位置的照相機(jī)拍攝到來列車的受電弓圖像,通過對(duì)受電弓圖像的分析間接判斷接觸網(wǎng)狀態(tài)。該系統(tǒng)是一種非接觸式弓網(wǎng)關(guān)系在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可在不影響列車正常運(yùn)行的情況下對(duì)列車受電弓、接觸網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),是現(xiàn)有弓網(wǎng)關(guān)系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效補(bǔ)充,具有安裝維護(hù)方便、便于功能擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),具有很好的應(yīng)用前景。

5 系統(tǒng)集成和工程驗(yàn)證

5.1 多源檢測(cè)數(shù)據(jù)整合與存儲(chǔ)

通過深入分析高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的內(nèi)容和特征,提出了高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整合與存儲(chǔ)技術(shù),即將檢測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歸一到“設(shè)備—地理—時(shí)間”三維數(shù)據(jù)空間內(nèi)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用文件服務(wù)器和Oracle數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方式,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力可達(dá)到10 TB以上。

系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)管理遵循編碼統(tǒng)一原則,使用了數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了服務(wù)總線、SOA、模塊化技術(shù)。通過數(shù)據(jù)抽取和推送技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工務(wù)段—鐵路局—總公司系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口。

建立了高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了OTP系統(tǒng)架構(gòu),規(guī)范了數(shù)據(jù)接口的多源接入。實(shí)現(xiàn)了工務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施臺(tái)賬、檢測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,接入牽引變電基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了牽引變電基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合顯示。

5.2 高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)綜合分析評(píng)估

提出了適用于我國高速鐵路運(yùn)營特點(diǎn)和設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)總體框架體系,為我國高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)的檢查監(jiān)控模式、檢測(cè)與監(jiān)測(cè)設(shè)備配置及檢修管理提供技術(shù)支持,有力地保障了高速鐵路安全、經(jīng)濟(jì)、有序運(yùn)營。

在高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析、重復(fù)分析和關(guān)聯(lián)分析,提出了軌道幾何和鋼軌傷損狀態(tài)綜合評(píng)估模型,提出了軌道幾何狀態(tài)安全態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)方法。

5.3 工程驗(yàn)證

在環(huán)行鐵道動(dòng)車試驗(yàn)線對(duì)無縫線路鋼軌縱向應(yīng)力、位移、完整性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證;在滬杭高鐵對(duì)異物侵限系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證;在昆明局威紅線對(duì)高陡邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證;對(duì)其余各系統(tǒng)也分別開展了驗(yàn)證試驗(yàn)。通過驗(yàn)證試驗(yàn)全面考核系統(tǒng)的功能和性能。驗(yàn)證結(jié)果表明,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)達(dá)到了“具備完整功能的最小系統(tǒng)”的要求。

6 關(guān)鍵技術(shù)突破與創(chuàng)新點(diǎn)

6.1 關(guān)鍵技術(shù)突破

在線路基礎(chǔ)設(shè)施方面取得了5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破:①基于超聲導(dǎo)波的鋼軌絕對(duì)應(yīng)力及完整性監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù);②基于移動(dòng)加載車的軌道結(jié)構(gòu)綜合剛度檢測(cè)及狀態(tài)評(píng)估技術(shù);③基于立體視覺和微波雷達(dá)的線路異物侵入自動(dòng)檢測(cè)技術(shù);④基于自動(dòng)全站測(cè)量的智能移站沉降變形監(jiān)測(cè)技術(shù);⑤基于微電子機(jī)械系統(tǒng)的邊坡狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。

在牽引供電方面關(guān)鍵技術(shù)突破有:①考慮環(huán)境因素影響的變壓器、接觸網(wǎng)熱過負(fù)荷計(jì)算模型;②基于位移、加速度、鉑電阻測(cè)溫的接觸網(wǎng)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù);③接觸網(wǎng)張力在線傳感技術(shù)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù);④弓網(wǎng)電弧在線檢測(cè)裝置標(biāo)定及檢測(cè)系統(tǒng)車體動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù);⑤消除環(huán)境影響的圖像信息預(yù)處理和圖像特征提取方法;⑥數(shù)據(jù)傳輸及系統(tǒng)集成方面,研發(fā)了傳感網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)和異構(gòu)特征融合技術(shù)、以及多源數(shù)據(jù)整合與存儲(chǔ)技術(shù)。

6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

①基于超聲導(dǎo)波的鋼軌完整性監(jiān)測(cè)技術(shù);②車輛移動(dòng)狀態(tài)下高精度加載技術(shù)和鋼軌位移雙弦檢測(cè)技術(shù);③單目與雙目視覺相結(jié)合的鐵路異物檢測(cè)方式;④基于全站測(cè)量模式的智能移站沉降變形測(cè)量系統(tǒng);⑤基于車地交互模式和實(shí)時(shí)在線的邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng);⑥牽引供電系統(tǒng)設(shè)備熱過負(fù)荷等效數(shù)學(xué)模型;⑦接觸網(wǎng)綜合安全狀態(tài)多參數(shù)實(shí)時(shí)傳感與辨識(shí)技術(shù);⑧弓網(wǎng)電弧檢測(cè)裝置的標(biāo)定方法和車體動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù);⑨利用色彩信息和p-tile算法的受電弓圖像定位方法;⑩傳感網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)和異構(gòu)特征融合技術(shù);○11基于多源數(shù)據(jù)整合的高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

7 結(jié)語

通過高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的研究,構(gòu)建了基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),形成了基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)體系,既保障了基礎(chǔ)設(shè)施的長期運(yùn)營安全及服役品質(zhì),提高了維護(hù)水平,又推動(dòng)了高鐵技術(shù)進(jìn)步,帶動(dòng)了技術(shù)創(chuàng)新。此外,培養(yǎng)了一批高端技術(shù)人才。研究成果對(duì)我國高速鐵路發(fā)展和長期安全運(yùn)營具有重要的意義。

建議:①進(jìn)一步加大檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證范圍;②進(jìn)一步提升檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的耐久性以及抵抗惡劣氣候的能力;③進(jìn)一步加強(qiáng)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用;④隨著檢測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的積累,需深入研究數(shù)據(jù)分析、挖掘和應(yīng)用技術(shù)。

[1]盧春房.提高鐵路科技創(chuàng)新能力促進(jìn)鐵路科學(xué)發(fā)展[J].中國鐵路,2013(2):17-22.

[2]何華武.高速鐵路運(yùn)行安全檢測(cè)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)[J].中國鐵路,2013(3):1-7.

[3]盛光祖.黨的十八大對(duì)鐵路改革發(fā)展提出的新任務(wù)新要求[J].中國鐵路,2013(2):4-9.

[4]中國鐵道科學(xué)研究院.高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施服役狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)[R].北京:中國鐵道科學(xué)研究院,2014.

Detection technology of service state of high speed railway infrastructure

ZHAO Youming
(China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

Detection technology of service state of high speed railway infrastructure in our country is an important foundation for improving the high speed railway service quality and infrastructure maintenance level,which has important significance to China high speed railway development and long-term safe operation.T his paper introduced the latest research results and test application of high speed railway infrastructure service state detection technology,including high speed railway online and offline facilities,traction substation equipment and contact net,data access network technologyand the comprehensive analysis and evaluation system.T his paper alsoconcluded key technology such as the rail absolute stress based on ultrasonic guided wave and the integrity monitoring and evaluation technology,and main innovation points including high speed railway detection and monitoring system based on multi source data integration,which suggests that further exploration should be made for the wide application pattern of detection and monitoring system in China high speed railway.

High speed railway;Online facilities;Offline facilities;T raction substation;Access network;System integration

U238;U216.3;U226.5

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.10.01

(責(zé)任審編 李付軍)

1003-1995(2015)10-0001-06

2015-09-10;

2015-09-20

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題(2011AA11A102)

趙有明(1965—),男,研究員,碩士。

猜你喜歡
導(dǎo)波接觸網(wǎng)高速鐵路
《高速鐵路技術(shù)》征稿啟事
《高速鐵路技術(shù)》征稿啟事
為開通打下基礎(chǔ)!這條國際鐵路完成接觸網(wǎng)平推驗(yàn)收
超聲導(dǎo)波技術(shù)在長輸管道跨越段腐蝕檢測(cè)中的應(yīng)用
卷簧缺陷檢測(cè)的超聲導(dǎo)波傳感器研制
電子制作(2019年9期)2019-05-30 09:42:00
接觸網(wǎng)設(shè)備“運(yùn)、檢、修”分離改革的探討
高速鐵路接觸網(wǎng)研究進(jìn)展
基于TD-LTE的高速鐵路WiFi通信系統(tǒng)
接觸網(wǎng)避雷器接地系統(tǒng)分析
高速鐵路道岔維修與養(yǎng)護(hù)
河南科技(2015年2期)2015-02-27 14:20:33
城步| 万山特区| 迁安市| 金坛市| 台南市| 文昌市| 寻乌县| 云龙县| 达拉特旗| 增城市| 昭苏县| 天气| 邳州市| 和静县| 深水埗区| 辽阳市| 桂平市| 文昌市| 文登市| 通许县| 白山市| 政和县| 固阳县| 斗六市| 年辖:市辖区| 贵定县| 永康市| 白朗县| 海门市| 乡城县| 定州市| 洛阳市| 阿勒泰市| 孙吴县| 苍梧县| 尼玛县| 乌兰察布市| 美姑县| 贺州市| 东平县| 观塘区|