肖 齊

(中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所， 北京 100081)

隨著我國鐵路客運能力的不斷提高，鐵路客車運用安全保障工作變得越來越復雜。增開直達列車，客車編組停站減少，交路延長，使列檢保證區(qū)段隨之延長，責任范圍變大。此外，車站站臺高度的提升，盤型制動系統(tǒng)、列車裙板的引入，使得列車隱蔽部件增多?？蛙嚾霂鞕z車時間縮短，所有上述因素都使得鐵路客車運用安全監(jiān)控面臨極大挑戰(zhàn)。

為解決上述問題，2014年中國鐵路總公司印發(fā)了《車輛專業(yè)安全監(jiān)控技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》[1]。但目前既有TVDS設備種類繁多，且工作原理、主要零部件安裝接口及性能參數(shù)均存在較大差異，造成鐵路運用部門運用維護困難，并且備品備件種類多，增加了使用維護成本。同時，《規(guī)劃》中明確提出了車輛安全監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展目標。TVDS設備為適應聯(lián)網(wǎng)應用的需求，應具備統(tǒng)一的設備功能、數(shù)據(jù)接口和用戶界面。同年，《中國鐵路總公司關(guān)于明確鐵路車輛專用檢修設備管理有關(guān)工作的通知》(鐵總運〔2014〕331號)對路網(wǎng)設備提出統(tǒng)型要求。因此，需對TVDS設備開展統(tǒng)型設計。

1 TVDS統(tǒng)型機設計原則

TVDS統(tǒng)型機需要適應全路聯(lián)網(wǎng)運行的要求，注重鐵路局使用效果、考慮技術(shù)發(fā)展方向、兼顧采納各廠家設備優(yōu)點和有利于降低成本為原則，統(tǒng)一設備功能、統(tǒng)一報警標準、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口、統(tǒng)一安裝條件、統(tǒng)一用戶界面，采用結(jié)構(gòu)模塊化設計，實現(xiàn)關(guān)鍵部件互換，提高設備標準化程度。具體要求有：

(1)設備應標準化、模塊化設計，不同廠家生產(chǎn)的設備需能夠達到原理統(tǒng)一，接口一致，允許互換。這樣可以方便現(xiàn)場工作人員維護維修工作，方便設備備品備件采購和管理；

(2)設備應具備高標準圖像采集功能，即優(yōu)質(zhì)的攝像頭和科學合理的攝像頭與補償光源配合，確保全路運用過程中拍攝圖像清晰，檢測結(jié)果準確；

(3)設備應具有良好的環(huán)境適應性，能夠適應東北地區(qū)冰雪天氣，適應西北地區(qū)風沙天氣，適應南方地區(qū)大水條件，適應未安裝集便器客車通過條件等；

(4)設備應保證產(chǎn)品質(zhì)量，具備設備狀態(tài)遠程監(jiān)控，設備自修復和遠程維護功能，減少人員上道維修。

2 技術(shù)要求

(1)使用環(huán)境

在表1所列使用環(huán)境條件下，TVDS統(tǒng)型設備應能正常工作。

表1 TVDS統(tǒng)型設備使用環(huán)境

(2)主要技術(shù)參數(shù)

適應客車速度/(km·h-1)： 5～160。

圖像傳輸時間/min： 列車通過后≤2。

服務器及存儲容量：探測站原始采集信息及圖像保存不少于30天。

車輛方位識別：能自動識別客車1、2位端，1、2位側(cè)以及運行方向的左、右側(cè)。

3 主要結(jié)構(gòu)及性能

TVDS系統(tǒng)主要包含軌旁設備與機房設備。軌旁設備主要是圖像采集硬件系統(tǒng)，按照模塊化設計理念，將圖像采集系統(tǒng)整合成3個獨立箱體，分別是2個側(cè)箱和1個底箱，每個箱內(nèi)包含線陣相機和補償光源。機房設備主要是圖像處理和存儲，采用通用工控機和通用信息接口實現(xiàn)模塊化設計。

3.1 軌旁設備配置標準

(1) 線陣相機

線陣相機安裝于軌內(nèi)及鋼軌兩側(cè)，線陣相機布局示意圖如圖1所示。線陣相機安裝位置如圖2所示。

圖1 鐵路客車故障軌旁圖像檢測系統(tǒng)(TVDS)相機布局示意圖

圖2 鐵路客車故障軌旁圖像檢測系統(tǒng)(TVDS)相機安裝位置示意圖

圖3 相機盒燕尾槽安裝方式

線陣相機及鏡頭參數(shù)見表2，使用壽命(累計工作時間)≥2 500 h。

表2 線陣相機及鏡頭參數(shù)

(2) 補償光源

圖像采集模塊中補償光源采用紅外線性激光光源，光源采用光纖耦合輸出方式設計，由激光器、光纖、鏡頭3部分構(gòu)成，各個補償光源功率相同、接口一致，可任意互換。如圖4所示。

圖4 光纖耦合式紅外線性激光光源

底中相機采用2套光源同時進行光照補償，其余每個相機配備1套補償光源。補償光源陣列照度應滿足圖像清晰可辨的要求，燈光顏色不應使機車司機發(fā)生誤判，具體技術(shù)參數(shù)如下：

光源類型：光纖耦合式紅外線性激光光源；

光纖類型：SMA905鎧裝光纖跳線；

發(fā)光波長：808 nm；

開啟/關(guān)斷時間：≤1 s；

7.1.5噴藥劑休眠期噴灑1～2次石硫合劑，對危害果樹的多種介殼蟲、紅蜘蛛以及蘋果腐爛病等病具有顯著的預防和治療效果。

供電電壓：DC 15 V；

工作電流：≤6 A；

使用壽命(累計工作時間)：≥2 500 h。

各相機配套補償光源出光發(fā)散角如表3：

表3 相機補償光源出光發(fā)散角度表

3.2 機房設備配置標準

機房整體布局示意如圖5所示：

機房設備均采用集成模塊式設計，采用通用標準或中國鐵路總公司統(tǒng)型子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)間均獨立設計，設備接口一致，可通用互換。如圖6所示。各子系統(tǒng)設備共同安裝于一個控制機柜內(nèi)，圖7為控制機柜布置圖。

圖5 機房整體布局示意圖

圖6 機房主要設備

1-智能磁鋼處理裝置；2-控制箱；3-液晶KVM切換器；4-3#圖像采集計算機；5-2#圖像采集計算機；6-4#圖像采集計算機；7-車輛信息采集計算機；8-車號智能跟蹤裝置；9-信號防雷。圖7 控制機柜布局圖

4 環(huán)境適應性設計

4.1 防塵

由于采用線陣相機作為拍攝單元，采用紅外線性激光光源作為光照補償系統(tǒng)，保護箱體可以實現(xiàn)窄縫取景，如圖8所示。當列車通過、保護門開啟時，除相機取景口外，箱體的其他部位仍處于近封閉狀態(tài)，有效防止了沙塵等異物進入箱體污染相機取景窗，影響圖片采集質(zhì)量。

取景窗上表面安裝有大功率除塵風機，可在保護門打開時同步開啟，有效防止沙塵等落在取景窗表面，如圖9所示。

4.2 防冰雪

TVDS設備箱體在采用了窄縫取景，有效防止冰雪進入箱體的同時，為保證在冰雪覆蓋時設備工作正常，沉箱保護門采用了耐低溫低速永磁直流力矩電機，結(jié)合平行拐臂結(jié)構(gòu)驅(qū)動，實現(xiàn)了平動開門的方式，如圖10所示。

圖8 取景窗實物圖

圖9 線陣相機取景窗及除塵風機

圖10 沉箱保護門開閉實物圖

采用平動開門方式，當箱體表面被冰雪覆蓋后，能夠有效防止在保護門開啟時，箱蓋上的積雪掉入箱體內(nèi)部。保護門驅(qū)動采用的是低速永磁直流力矩電機，輸出轉(zhuǎn)矩大，經(jīng)測試，當保護門上表面載荷為75 kg時，保護門可正常開啟和關(guān)閉。

通過上述措施的實施，可以保證TVDS設備在北方高寒地區(qū)的惡劣環(huán)境下正常應用。

4.3 排水

為適應南方多雨或地勢低洼等使用環(huán)境，軌邊箱體的線陣相機和補償光源鏡頭均采用密閉結(jié)構(gòu)，同時沉箱底部設有排水孔，通過安裝排水管使箱體內(nèi)不會積水。

對于雨量較大或自然排水不暢等情況，TVDS設備還可以選配強排水系統(tǒng)，在沉箱內(nèi)安裝有排水泵和水位傳感器，當箱體內(nèi)積水超過水位傳感器時，排水泵將自動啟動，對箱體內(nèi)積水進行強排。

4.4 防雷

TVDS系統(tǒng)采用了探測站綜合防雷系統(tǒng)，配備信號

防雷和電源防雷設備。采用的綜合防雷措施，包括等電位連接、綜合布線及屏蔽、共用接地系統(tǒng)及配套的防雷性能自動檢測設施。防雷接地電阻小于4 Ω。

5 運用效果

截至2016年底，全路建設完成鐵路客車動態(tài)檢車室34個，新建TVDS探測站統(tǒng)型設備231套。2016年12月，全路日均過車5 600～5 800列次，全路共計發(fā)現(xiàn)故障6 000余例。TVDS統(tǒng)型機得到全路推廣應用，統(tǒng)型技術(shù)方案安全可靠，能夠適用于全路各種環(huán)境、各種線路條件下的安全監(jiān)測工作，運用效果良好。

[1] 中國鐵路總公司.車輛專業(yè)安全監(jiān)控技術(shù)發(fā)展規(guī)劃,運輛管理函[2014]427號[Z].