夏志梁

(中國鐵路上海局集團有限公司上海電務(wù)段信號技術(shù)科，200434，上?！喂こ處?

0 引言

道岔轉(zhuǎn)轍機作為鐵路信號聯(lián)鎖設(shè)備的重要組成設(shè)備，其運行工作狀況直接影響到行車安全。運用道岔缺口監(jiān)測技術(shù)，通過采集轉(zhuǎn)轍機內(nèi)表示桿缺口圖像及轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部溫濕度等運行數(shù)據(jù)，分析轉(zhuǎn)轍機運行狀態(tài)及趨勢變化，實現(xiàn)對道岔轉(zhuǎn)轍機的遠程監(jiān)測，及時分析掌握轉(zhuǎn)轍機運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)消除轉(zhuǎn)轍機的故障隱患，切實提升鐵路信號維護部門的專業(yè)維護水平。

電動轉(zhuǎn)轍機表示桿缺口偏移監(jiān)測技術(shù)是鐵路安全運行的急切需求。道岔轉(zhuǎn)轍機經(jīng)常因表示桿缺口間隙偏移、檢查柱受阻，導(dǎo)致接點無法閉合，產(chǎn)生斷表示(俗稱“卡缺口”)故障，影響列車運行次序。目前,原有缺口監(jiān)測系統(tǒng)都不同程度地存在測量精度低、誤報警率高、無現(xiàn)場調(diào)整指示、安裝施工困難、監(jiān)測設(shè)備自身維護復(fù)雜等問題?，F(xiàn)場轉(zhuǎn)轍機表示缺口的維修調(diào)整仍以傳統(tǒng)手工調(diào)整、肉眼測量的方式為主,這種方式偏差大，對信號工技能要求高，檢修作業(yè)時間長，影響維修工作效率。如何在較短的維修天窗時間內(nèi)，簡化調(diào)整維護工作、縮短作業(yè)時間、提高維護效率成為急需解決的課題。

中國鐵路總公司運輸局頒發(fā)的《道岔缺口監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，明確了缺口監(jiān)測的系統(tǒng)配置、基本功能、技術(shù)要求、使用條件，為道岔缺口監(jiān)測技術(shù)的科學(xué)發(fā)展和運用指明了方向。道岔缺口監(jiān)測系統(tǒng)為轉(zhuǎn)轍機設(shè)備狀態(tài)修提供科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是道岔維護管理工作的重要手段。通過電動轉(zhuǎn)轍機表示桿缺口偏移數(shù)值的監(jiān)測，轉(zhuǎn)轍機內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測，轉(zhuǎn)轍機電機運行電壓、電流、功率的監(jiān)測，轉(zhuǎn)轍機動作次數(shù)的統(tǒng)計，列車通過道岔區(qū)段缺口監(jiān)測數(shù)據(jù)動、靜態(tài)識別等綜合分析判別功能，實現(xiàn)科學(xué)有效的轉(zhuǎn)轍機智能綜合監(jiān)測。

1 轉(zhuǎn)轍機智能綜合監(jiān)測系統(tǒng)

轉(zhuǎn)轍機智能綜合監(jiān)測系統(tǒng)主要由缺口監(jiān)測系統(tǒng)主機、通信控制主機、采集分機、傳感器、電源設(shè)備等組成，該系統(tǒng)分別由室內(nèi)、外設(shè)備組成，如圖1所示。

1.1 轉(zhuǎn)轍機表示缺口圖像及數(shù)據(jù)的采集

安裝于轉(zhuǎn)轍機內(nèi)的采集分機內(nèi)設(shè)有缺口監(jiān)測數(shù)據(jù)處理控制器，控制所連接的缺口監(jiān)測圖像傳感器、轉(zhuǎn)轍機箱內(nèi)環(huán)境監(jiān)測傳感器、轉(zhuǎn)轍機電機運行監(jiān)測傳感器，實現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機操動、表示桿缺口圖像的拍攝、轉(zhuǎn)轍機工作環(huán)境及位置的監(jiān)測。獲取的圖像及數(shù)據(jù)經(jīng)處理后由通信模塊調(diào)制載波加載于信號控制電纜與室內(nèi)通信控制主機進行組網(wǎng)通信。為適應(yīng)現(xiàn)場夜間天窗施工、日常道岔缺口調(diào)整維護的需求，缺口監(jiān)測采集分機設(shè)有LED(發(fā)光二極管)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示窗，可實時顯示道岔缺口監(jiān)測數(shù)值、道岔缺口偏移方向、溫濕度數(shù)值、采集分機運行狀態(tài)等監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時為現(xiàn)場維修作業(yè)提供幫助。

圖1 轉(zhuǎn)轍機智能綜合監(jiān)測系統(tǒng)室內(nèi)外設(shè)備組成圖

采集分機搭載振動加速度傳感器，感知列車通過道岔的振動幅值，通過計算機判別得出列車通過道岔區(qū)段的時間段，分別獲取轉(zhuǎn)轍機動態(tài)、靜態(tài)缺口監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)篩選分別給出顯示，避免因列車擠晃轉(zhuǎn)轍機表示桿缺口形成超限數(shù)據(jù)，造成缺口監(jiān)測數(shù)據(jù)誤報警。

啟動實時動態(tài)缺口監(jiān)測功能，提供實時列車通過道岔的動態(tài)缺口監(jiān)測圖像、偏移數(shù)值，同步偵測記錄振動加速度值，用于幫助分析轍岔區(qū)段轉(zhuǎn)轍機設(shè)備運行是否正常。

1.2道岔缺口監(jiān)測系統(tǒng)

車站信號機械室內(nèi)設(shè)置道岔缺口監(jiān)測專用控制機柜，柜內(nèi)設(shè)備由缺口監(jiān)測系統(tǒng)工控計算機(主機)、人機交互顯示界面、通信控制主機、電源配電箱等部分組成。

通信控制主機的背板上設(shè)置有多個視頻信號中繼接入通道，根據(jù)每個車站信號控制電纜的走向及道岔轉(zhuǎn)轍機的連接數(shù)量配置視頻信號中繼器的數(shù)量，完成視頻及圖像信息的通信，無需在室外額外增加箱盒安裝，額外增加連接箱盒的供電分支電纜，優(yōu)化了系統(tǒng)的施工安裝，實現(xiàn)了道岔缺口圖像、監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程高速傳輸。道岔缺口監(jiān)測系統(tǒng)主機采用目前國內(nèi)主流配置的研華系列工控計算機，安裝有轉(zhuǎn)轍機智能綜合監(jiān)測系統(tǒng)分析顯示軟件和人機交互操作界面。

2 道岔缺口監(jiān)測圖像數(shù)據(jù)分析

根據(jù)技術(shù)規(guī)范，道岔缺口間隙監(jiān)測需滿足精度±0.1 mm的監(jiān)測要求，每幅數(shù)字圖像每英寸像素數(shù)(PPI)沿表示桿方向應(yīng)當≥254個像素點，即每個像素點≤0.1 mm的分辨率；同時，為滿足在普通信號電纜線進行視頻信息的通信傳輸，每幅數(shù)字圖像的容量不能超過60 KB。為實現(xiàn)以上技術(shù)要求，可供道岔缺口監(jiān)測選用的有多種技術(shù)分類的圖像傳感器，經(jīng)過現(xiàn)場使用情況比對分析，確定選用具有“機器視覺技術(shù)”功能的CMOS感光傳感器解決缺口偏移測量需要低照度、高精度的拍攝要求。機器視覺就是采用圖像傳感器代替人眼來做測量和判斷。圖像傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)轍機智能綜合監(jiān)測系統(tǒng)主機的控制指令獲取轉(zhuǎn)轍機的操動時序信息。缺口監(jiān)測的拍攝目標位于轉(zhuǎn)轍機密閉空間內(nèi)，需先完成對拍攝目標進行補光等操作后，才啟動拍攝程序。被攝取的轉(zhuǎn)轍機缺口圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)；得到被攝目標的形態(tài)信息后，根據(jù)像素分布、亮度、顏色等信息，將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信息；通過轉(zhuǎn)轍機內(nèi)的缺口監(jiān)測采集分機的通信傳輸模塊，加載到信號控制電纜上，完成與車站信號機械室內(nèi)缺口監(jiān)測專用機柜內(nèi)的通信控制主機的通信；通信控制主機對圖像、數(shù)據(jù)信息解調(diào)后送交缺口監(jiān)測系統(tǒng)計算機，解讀分析軟件對這些圖像數(shù)字信號進行各種運算來抽取目標的特征及位移數(shù)值，進而根據(jù)判別的結(jié)果來給出轉(zhuǎn)轍機表示桿缺口間隙的圖像、數(shù)值、偏移方向，并根據(jù)時間坐標描繪該臺轉(zhuǎn)轍機在監(jiān)測周期內(nèi)表示桿缺口數(shù)據(jù)變化的曲線。當監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)、報警數(shù)值時，則自動根據(jù)轉(zhuǎn)轍機缺口所處的位置(定位或反位)給出預(yù)、報警顯示，提醒信號人員及時進行處置。如對缺口監(jiān)測數(shù)值存有疑惑，可選用實時道岔轉(zhuǎn)轍機缺口監(jiān)測功能，通過點擊站場平面圖上需要重新監(jiān)測確認的道岔，即可實時獲取該道岔的缺口監(jiān)測圖像、數(shù)值。

為方便現(xiàn)場維修人員對轉(zhuǎn)轍機運用周期內(nèi)圖像、數(shù)據(jù)的分析，判定轉(zhuǎn)轍機缺口間隙的運用狀況，道岔缺口監(jiān)測系統(tǒng)所有監(jiān)測圖像、數(shù)據(jù)的保存時間不少于3個月，預(yù)、報警的圖像和數(shù)據(jù)保存不少于1年，根據(jù)分析監(jiān)控時段內(nèi)道岔表示桿缺口數(shù)值變化的趨勢，提前制定切實可行的維修計劃。同時所有監(jiān)測圖像及數(shù)據(jù)均可導(dǎo)出至移動存儲設(shè)備，便于專業(yè)人員進行異地協(xié)助分析解讀。

3 轉(zhuǎn)轍機遠程監(jiān)測

目前，車站信號設(shè)備均已配置信號集中監(jiān)測系統(tǒng)并專網(wǎng)連接，實現(xiàn)段、車間、工區(qū)三級聯(lián)網(wǎng)。中國鐵路總公司315號文件技術(shù)規(guī)范明確規(guī)定：“缺口監(jiān)測是信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的子系統(tǒng)。缺口監(jiān)測與信號集中監(jiān)測系統(tǒng)原則上采用RJ45物理接口，并采用TCP/IP通信協(xié)議，將處理過的圖像、數(shù)據(jù)、報警等信息上傳至信號集中監(jiān)測系統(tǒng)?！钡啦砣笨诒O(jiān)測按技術(shù)規(guī)范要求接入信號集中監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，信號維修人員不僅可以通過信號機械室的道岔轉(zhuǎn)轍機缺口監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對本站的道岔轉(zhuǎn)轍機運行狀態(tài)的全程監(jiān)測，還可以通過信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)各終端遠程查看管內(nèi)各站道岔轉(zhuǎn)轍機缺口圖像、數(shù)據(jù)、機箱環(huán)境，以及轉(zhuǎn)轍機運行狀態(tài)、變化趨勢等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

下一步，計劃將通過對道岔缺口監(jiān)測獲取的大量轉(zhuǎn)轍機運行數(shù)據(jù)納入道岔綜合監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，引入人工智能分析及專家診斷系統(tǒng)對監(jiān)測大數(shù)據(jù)進行分析，對各類運行趨勢變化曲線進行判別，逐步實現(xiàn)道岔故障應(yīng)急診斷和健康度預(yù)測評估。此項功能實現(xiàn)主要基于研發(fā)大數(shù)據(jù)分析處理軟件運行模塊，待軟件運行成熟后，可嵌入到道岔轉(zhuǎn)轍機智能缺口監(jiān)測系統(tǒng)中運行，實現(xiàn)系統(tǒng)自動輸出設(shè)備預(yù)防性維修指導(dǎo)建議，提高道岔轉(zhuǎn)轍機運維水平。