倫偉克，佘朝富

0 引言

在我國地鐵牽引供電系統(tǒng)中部分線路采用了接觸軌方式供電（俗稱第三軌），由于采用第三軌供電方式具有單位電阻小、節(jié)省能耗、安裝方便、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。地鐵第三軌一般采用DU52型鋼鋁復(fù)合軌，軌頭寬度為90 mm。

由于集電靴和第三軌的動態(tài)接觸關(guān)系受車輛振動和走行軌位置影響，加上軌道熱脹冷縮的變形，接觸軌供電方式也會出現(xiàn)受流隱患。因此，快速準(zhǔn)確測量第三軌與走行軌相對位置是確保地鐵穩(wěn)定供電的一項(xiàng)重要指標(biāo)，本文在研究國內(nèi)外第三軌檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型地鐵第三軌車載檢測方法，相比傳統(tǒng)的第三軌檢測系統(tǒng)更加快速精確。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及檢測功能

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要兼顧準(zhǔn)確性、可靠性與實(shí)時性，具體設(shè)計(jì)原則：（1）安全性方面，首先應(yīng)保證安全距離。該系統(tǒng)安裝設(shè)備距離第三軌帶電體間距約300 mm，完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7251.1-2005。（2）為保證系統(tǒng)檢測準(zhǔn)確性，應(yīng)考慮相機(jī)安裝方式對測量參數(shù)的影響。（3）對于在同一城市不同線路的第三軌道檢測，由于線路限界不一定相同，應(yīng)保證系統(tǒng)能適用于不同線路。（4）檢測裝置應(yīng)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的特點(diǎn)。（5）檢測裝置應(yīng)具有性能穩(wěn)定、維護(hù)周期長的特點(diǎn)。

1.2 系統(tǒng)檢測功能

系統(tǒng)檢測功能包括：具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集、分析處理功能；檢測系統(tǒng)運(yùn)行過程中能預(yù)置和隨時更改檢測設(shè)備所處的線路位置，具有啟動、暫停、運(yùn)行和復(fù)位功能；能實(shí)時在線檢測第三軌的垂直距離與水平距離等參數(shù)；檢測數(shù)據(jù)存儲于硬盤上，便于事后數(shù)據(jù)曲線回放與分析處理及打印報(bào)表等操作，得到多種數(shù)據(jù)報(bào)表和曲線；系統(tǒng)具有自檢測、自校驗(yàn)功能。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及檢測原理

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用進(jìn)口的高速、高精度線陣掃描相機(jī)及高精度激光測距傳感器測量軌距，結(jié)合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理測出第三軌與走行軌之間的幾何參數(shù)，為維護(hù)和及時準(zhǔn)確地排除故障提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

線陣掃描相機(jī)采用可編程控制相機(jī)，每次掃描采集的為一條線的數(shù)據(jù)，而不是一面陣圖像，掃描頻率得到提高。由相機(jī)自帶 DSP處理器對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，再將所需數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至主機(jī)，這樣將大大提高主機(jī)分析處理速度。相機(jī)裝在車體軸箱外側(cè)遠(yuǎn)離第三軌帶電體，自身做了全屏蔽抗干擾處理，數(shù)據(jù)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸（雙絞線具有高抗干擾能力），加之地鐵供電方式為直流供電，本身就不存在交變磁場，從而保證了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)檢測原理

1#、2#、3#、4#相機(jī)選用高速線陣掃描相機(jī)測量第三軌的水平和垂直距離。該傳感器線掃描頻率高達(dá)14.4 kHz，像素4080，精度高達(dá)μm，最小成像距離為100 mm。單邊第三軌位于同側(cè)兩相機(jī)共同掃描區(qū)域。根據(jù)物體成像的像素點(diǎn)位置得出高度，線陣相機(jī)測量原理如圖2所示。

相機(jī)安裝在以安裝平臺為X軸，以相機(jī)中心線為Y軸平面上。采用掃描范圍為60°的相機(jī)鏡頭，相機(jī)距離第三軌約為300 mm，相機(jī)掃描范圍為0～350 mm；第三軌的高度范圍為150～350 mm，因此將相機(jī)安裝于距軌面高約200 mm的位置即能正常檢測第三軌的參數(shù)。1#、2#線陣相機(jī)中心線分別為Y1、Y2，1#、2#線陣相機(jī)中心線間距為常量C；物體距1#、2#線陣相機(jī)中心線的水平距離（區(qū)分坐標(biāo)方向，坐標(biāo)原點(diǎn)左邊負(fù)，右邊正）分別為 X1、X2。根據(jù)線陣相機(jī)掃描數(shù)據(jù)分析出第三軌內(nèi)側(cè)面中心點(diǎn)位置，從而根據(jù)像素點(diǎn)得出角度α，得出物體距線陣相機(jī)中心線水平距離（多少個像素點(diǎn)）分別為X1_xs，X2_xs，根據(jù)C = X1+ X2，可以計(jì)算出每個像素點(diǎn)成像間距，從而計(jì)算出X1、X2。根據(jù)三角形計(jì)算公式得出物體距相機(jī)的高度：L = |X1/ tanα|。

5#、6#傳感器測量走行軌的內(nèi)側(cè)面，用于測量走行軌距。該傳感器測量范圍為250～750 mm，精度為±0.5 mm，頻率為1000 Hz。采用Li-CCD三角形成像測量法原理，將不受鏡面反射的影響。由于安裝于軌道中間感應(yīng)板高出軌平面約15 mm，距軌內(nèi)側(cè)大約為700 mm，而5#、6#傳感器安裝位置距離走行軌為400 mm，高度為50 mm，因此感應(yīng)板不會對傳感器產(chǎn)生任何影響。

3 系統(tǒng)硬件及工作流程

在檢測裝置上分別安裝2組線陣相機(jī)，每組2個。第1組2個線陣相機(jī)分別測量兩端的第三軌距離走行軌中心的水平距離。第2組2個線陣相機(jī)分別測量兩端的第三軌距離走行軌軌面的垂直距離。在檢測裝置的底部安裝2個距離傳感器，用于測量確定該裝置相對于走行軌的位置，以走行軌作為所測量的基準(zhǔn)點(diǎn)。

系統(tǒng)的工作流程包括系統(tǒng)各模塊的初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)傳輸與處理、輸出波形及保存數(shù)據(jù)。系統(tǒng)流程圖略。

4 結(jié)束語

地鐵第三軌新型車載檢測系統(tǒng)采用測量精度和速度更高的線陣相機(jī)和傳感器，極大地提高了檢測精度和速度，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，能更好地為地鐵第三軌檢測項(xiàng)目服務(wù)。

[1]于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.

[2]陳唐龍.高速鐵路接觸網(wǎng)檢測若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)博士學(xué)位論文，2006.

[3]陳聯(lián)彬.地鐵第三軌及其受流器的測量系統(tǒng)[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2005，（1）.