羅亞敏

動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)精度驗(yàn)證地鐵接觸網(wǎng) (軌)

羅亞敏

摘 要：地鐵接觸網(wǎng)（軌）動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)是借助于高科技網(wǎng)軌綜合檢測(cè)車(chē)，在車(chē)輛行駛時(shí)，連續(xù)檢測(cè)接觸網(wǎng)（軌）懸掛性能、參數(shù)，分析、處理數(shù)據(jù)，以正確評(píng)價(jià)接觸網(wǎng)（軌）接觸懸掛與集電器受流質(zhì)量。主要探討地鐵接觸網(wǎng)（軌）動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)精度驗(yàn)證方法。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)；接觸軌；檢測(cè)系統(tǒng)；精度；驗(yàn)證

羅亞敏：廣州地下鐵道總公司運(yùn)營(yíng)總部，工程師，廣東廣州 531380

1　接觸網(wǎng)（軌）的動(dòng)態(tài)檢測(cè)

DC1500V接觸網(wǎng)（軌）系統(tǒng)是地鐵重要的供電設(shè)備，其作用是通過(guò)列車(chē)受流器可靠地將電能傳送給電力牽引列車(chē)，其運(yùn)行性能、質(zhì)量直接關(guān)系到地鐵運(yùn)營(yíng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。當(dāng)列車(chē)在快速行駛時(shí)，由于接觸網(wǎng)跨距的彈性不均勻以及受電弓的慣性力影響導(dǎo)致受電弓與接觸線之間可能產(chǎn)生離線，從而受流被破壞。對(duì)接觸網(wǎng)（軌）運(yùn)行性能、設(shè)備狀態(tài)基本參數(shù)及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，是保證接觸網(wǎng)（軌）正常運(yùn)行的必要手段。

借助于網(wǎng)軌綜合檢測(cè)車(chē)對(duì)接觸網(wǎng)（軌）進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，可連續(xù)檢測(cè)接觸網(wǎng)（軌）懸掛性能、參數(shù)，并分析、處理數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)接觸軌接觸懸掛與集電器受流質(zhì)量的好壞。檢測(cè)系統(tǒng)采用激光數(shù)字?jǐn)z像方法來(lái)測(cè)量接觸網(wǎng)幾何參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)，并最終通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出接觸網(wǎng)（軌）的各項(xiàng)參數(shù)。

圖1　地鐵剛性接觸網(wǎng)成像圖

圖2　加速度傳感器和壓力傳感器

目前，普遍采用的檢測(cè)方法是利用線結(jié)構(gòu)光三維視覺(jué)原理，通過(guò)將線激光器和高速工業(yè)數(shù)字相機(jī)安裝車(chē)頂進(jìn)行測(cè)量。線激光器傾斜一定的角度向接觸網(wǎng)照射，高速工業(yè)數(shù)字相機(jī)向上拍攝激光投射在接觸線和匯流排上的輪廓圖像，通過(guò)成像位置計(jì)算出接觸線相對(duì)相機(jī)的高度和橫向偏移，再根據(jù)相機(jī)安裝在車(chē)體的位置換算出接觸線的導(dǎo)高和拉出值。

采用這種測(cè)量方法，不容易受外界干擾，檢測(cè)的精度高，但對(duì)相機(jī)要求很高。

圖1為通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)剛性接觸網(wǎng)匯流排和接觸線成像的圖片，圖2為進(jìn)行接觸網(wǎng)硬點(diǎn)檢測(cè)時(shí)安裝在受電弓下面的加速度傳感器和檢測(cè)壓力的壓力傳感器。

接觸網(wǎng)（軌）動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)在投入運(yùn)用前或運(yùn)用一段時(shí)間以后，需對(duì)其精度進(jìn)行驗(yàn)證。如何對(duì)接觸網(wǎng)（軌）動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的精度進(jìn)行驗(yàn)證，目前行業(yè)并沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范。

表1　檢測(cè)項(xiàng)目

2　精度驗(yàn)證參數(shù)

所謂接觸網(wǎng)（軌）動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的精度驗(yàn)證也就是校驗(yàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)的參數(shù)與接觸網(wǎng)（軌）的實(shí)際參數(shù)是否相符。主要驗(yàn)證參數(shù)有：接觸網(wǎng)（軌）幾何參數(shù)（導(dǎo)高、拉出值）、動(dòng)態(tài)參數(shù)（硬點(diǎn)、壓力）。

導(dǎo)高：即接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度，是指懸掛定位點(diǎn)處接觸線距軌面的垂直高度。

拉出值：是指在接觸網(wǎng)定位點(diǎn)處，接觸導(dǎo)線偏離受電弓理想中心線的距離。

硬點(diǎn)：列車(chē)在運(yùn)行中，受電弓與接觸線接觸力的變化是非常復(fù)雜的，通常稱(chēng)引起列車(chē)受電弓與接觸線的接觸力突然變化的地點(diǎn)為接觸硬點(diǎn)，統(tǒng)稱(chēng)硬點(diǎn)。

壓力：列車(chē)在運(yùn)行中，受電弓和接觸網(wǎng)需保持一定的接觸力，以保證列車(chē)的正常受流，這個(gè)接觸力稱(chēng)為接觸壓力。

3　精度驗(yàn)證方法

通過(guò)對(duì)以上幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)校驗(yàn)，可校驗(yàn)接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的精確度。首先進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性檢測(cè)，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)精度驗(yàn)證。

3.1系統(tǒng)穩(wěn)定性檢測(cè)

在綜合檢測(cè)車(chē)靜止?fàn)顟B(tài)下，打開(kāi)接觸網(wǎng)（軌）檢測(cè)系統(tǒng)，熱機(jī)1 h后，標(biāo)定零點(diǎn)，打開(kāi)模擬速度，從30～120 km/h，觀察各項(xiàng)參數(shù)的變化，比較檢測(cè)值是否在規(guī)定的精度要求范圍之內(nèi)，如果變化超出精度要求，則不能進(jìn)行正式精度檢測(cè)。3.2 現(xiàn)場(chǎng)精度驗(yàn)證

現(xiàn)場(chǎng)精度驗(yàn)證分為：靜態(tài)時(shí)的定位點(diǎn)參數(shù)檢測(cè)，動(dòng)態(tài)時(shí)的定位點(diǎn)參數(shù)檢測(cè)，數(shù)據(jù)重復(fù)性比較及檢出率的測(cè)定。導(dǎo)高、拉出值的驗(yàn)證需進(jìn)行全部4項(xiàng)驗(yàn)證；硬點(diǎn)驗(yàn)證需進(jìn)行后2項(xiàng)驗(yàn)證，接觸壓力驗(yàn)證一般只進(jìn)行第3項(xiàng)驗(yàn)證。

3.2.1靜態(tài)時(shí)的定位點(diǎn)參數(shù)檢測(cè)

選擇長(zhǎng)度不小于5 km接觸網(wǎng)（軌）線路，在同一區(qū)段上隨機(jī)抽取不少于50個(gè)（可根據(jù)具體情況調(diào)整），進(jìn)行測(cè)試。在靜態(tài)檢測(cè)情況下，即在停車(chē)降弓的情況下，檢測(cè)系統(tǒng)以模擬速度低速30 km/h和高速80 km/h（或線路設(shè)計(jì)速度）模擬綜合檢測(cè)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，車(chē)頂檢測(cè)裝置正對(duì)接觸線（軌）定位點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)車(chē)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)的接觸線（軌）檢測(cè)值（L車(chē)測(cè)）與實(shí)際人工儀器檢測(cè)接觸網(wǎng)定位點(diǎn)測(cè)量的幾何參數(shù)（L實(shí)測(cè)）對(duì)比，應(yīng)在允許誤差范圍內(nèi)。L包括導(dǎo)高H和拉出值a。

合格條件：H車(chē)測(cè)－H實(shí)測(cè)≤±1.0 mm，a車(chē)測(cè)－a實(shí)測(cè)≤±2.0 mm。

該檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)剛性接觸網(wǎng)，具體精度可根據(jù)企業(yè)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)要求高低確定。

3.2.2動(dòng)態(tài)時(shí)的定位點(diǎn)參數(shù)檢測(cè)

選擇長(zhǎng)度不小于5 km接觸網(wǎng)線路，在同一區(qū)段上重復(fù)運(yùn)行，該區(qū)段應(yīng)與靜態(tài)定位檢測(cè)的區(qū)段保持一致。選擇一定數(shù)量的定位點(diǎn)，定位點(diǎn)可隨機(jī)抽取，也可連續(xù)一段，定位點(diǎn)總數(shù)量不能少于整體區(qū)段總數(shù)量的50%。檢測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表1。

合格條件：H車(chē)測(cè)－H實(shí)測(cè)≤±1.0 mm，

a車(chē)測(cè)－a實(shí)測(cè)≤±1.0 mm。3.2.3 數(shù)據(jù)重復(fù)性比較

為了分析數(shù)據(jù)重復(fù)性，選擇長(zhǎng)度不小于10 km接觸網(wǎng)線路，在同一區(qū)段上重復(fù)運(yùn)行若干次，進(jìn)行測(cè)試。也可以考慮在短一些的區(qū)段上進(jìn)行試驗(yàn)，但應(yīng)保證該區(qū)段包含直線段和連續(xù)曲線段（不同曲線半徑組成的曲線）。車(chē)輛應(yīng)在同一區(qū)段以至少2種不同速度運(yùn)行。表2為檢測(cè)方式。在特定條件下（如線路沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行全部運(yùn)行），可以做適當(dāng)調(diào)整。

檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)該兩兩對(duì)比，表3是檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比方式，表3中的數(shù)字為表2中的序號(hào)。

表2　檢測(cè)方式

表3　檢測(cè)結(jié)果對(duì)比方式

為了比較測(cè)量值，必須將每次的采集信號(hào)做精確同步分析。因此，對(duì)于測(cè)試的所有參數(shù)，應(yīng)使用以下步驟評(píng)估其重復(fù)性。

（1）在每一組采集的數(shù)據(jù)之間，計(jì)算測(cè)量值之間的差異。

（2）誤差分布分析（95%可信度計(jì)算）。評(píng)估誤差分布的95%可信度的常用方法是假設(shè)該誤差分布是高斯分布。這種情況下，其分布概率完全由平均值（μ）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）定義，并且其95%可信度采用±2σ。應(yīng)采用每次檢測(cè)所獲取的數(shù)據(jù)之間的誤差分布來(lái)評(píng)估每一項(xiàng)參數(shù)，誤差分布的95%可信度應(yīng)在表4所給的精度范圍之內(nèi)。

表4　重復(fù)性的預(yù)期值

表5　缺陷設(shè)置及檢測(cè)

3.2.4檢出率的測(cè)定

該項(xiàng)檢測(cè)是接觸網(wǎng)（軌）檢測(cè)最重要的環(huán)節(jié)之一，通過(guò)該環(huán)節(jié)有效判斷檢測(cè)系統(tǒng)的檢出率。

選擇長(zhǎng)度不小于5 km接觸網(wǎng)線路，在同一區(qū)段上進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目，在現(xiàn)場(chǎng)接觸網(wǎng)線路上提前設(shè)置幾何參數(shù)（導(dǎo)高、拉出值）、動(dòng)態(tài)參數(shù)（硬點(diǎn)）各等級(jí)缺陷。由于接觸壓力無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置，不進(jìn)行該項(xiàng)檢測(cè)。

表5中：拉出值1級(jí)缺陷是指超出設(shè)計(jì)值±30 mm，2級(jí)缺陷為超出設(shè)計(jì)值±50 mm，3級(jí)缺陷為超出設(shè)計(jì)±100 mm；導(dǎo)高1、2、3級(jí)缺陷分別為超出設(shè)計(jì)值±5、±10、±15 mm，硬點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)不設(shè)等級(jí)。

合格標(biāo)準(zhǔn)：誤判率（現(xiàn)場(chǎng)未查出的超限個(gè)數(shù)/現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核超限個(gè)數(shù)×100%）＜2%。

即合格條件：

導(dǎo)高誤判率｛（N1－n1）/N1｝×100%＜2%，

拉出值誤判率｛（N2－n2）/N2｝×100%＜2%，

硬點(diǎn)誤判率｛（N3－n3）/N3｝×100%＜2%。

該檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)剛性接觸網(wǎng)，具體精度可根據(jù)企業(yè)對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)要求高低確定。

4　結(jié)論

當(dāng)導(dǎo)高、拉出值的4項(xiàng)驗(yàn)證均通過(guò)，則表示檢測(cè)系統(tǒng)該檢測(cè)項(xiàng)目合格；硬點(diǎn)驗(yàn)證經(jīng)后2項(xiàng)驗(yàn)證通過(guò)，則表示檢測(cè)系統(tǒng)該檢測(cè)項(xiàng)目合格；接觸壓力驗(yàn)證經(jīng)第3項(xiàng)驗(yàn)證通過(guò)，則表示檢測(cè)系統(tǒng)該檢測(cè)項(xiàng)目合格。

總之，通過(guò)以上系統(tǒng)的驗(yàn)證方式，可科學(xué)有效地解決目前接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)精度驗(yàn)證問(wèn)題，為目前接觸網(wǎng)檢測(cè)車(chē)系統(tǒng)精度校驗(yàn)提供了依據(jù)，對(duì)接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)校驗(yàn)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 駱智勇. 剛性接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)[J]. 都市快軌交通，2005（2）.

責(zé)任編輯 冒一平

Accuracy Verifi cation of Dynamic Detecting System for Metro Catenary (Contact Rail)

Luo Yamin

Abstract:The dynamic detecting system for catenary (contact rail) system in metro is based on high-tech comprehensive catenary (contact rail) detecting train. When detecting train runs, it makes continuous detecting on catenary (contact rail) including the catenary performance and parameter, and it conducts analysis and data processing in order to correctly evaluate the current receiving quality of collector. The paper mainly discuses the accuracy verifi cation methods for metro catenary (contact rail) dynamic detecting system.

Keywords:catenary, contact rail, detecting system, accuracy, verifi cation

收稿日期2015-01-20

中圖分類(lèi)號(hào)：U226.8