夏志梁

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

0 引言

道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)作為鐵路信號(hào)聯(lián)鎖設(shè)備的重要組成設(shè)備，其運(yùn)行工作狀況直接影響到行車(chē)安全。運(yùn)用道岔缺口監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)采集轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)表示桿缺口圖像及轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部溫濕度等運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及趨勢(shì)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，及時(shí)分析掌握轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)消除轉(zhuǎn)轍機(jī)的故障隱患，切實(shí)提升鐵路信號(hào)維護(hù)部門(mén)的專(zhuān)業(yè)維護(hù)水平。

電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)表示桿缺口偏移監(jiān)測(cè)技術(shù)是鐵路安全運(yùn)行的急切需求。道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)經(jīng)常因表示桿缺口間隙偏移、檢查柱受阻，導(dǎo)致接點(diǎn)無(wú)法閉合，產(chǎn)生斷表示(俗稱(chēng)“卡缺口”)故障，影響列車(chē)運(yùn)行次序。目前,原有缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都不同程度地存在測(cè)量精度低、誤報(bào)警率高、無(wú)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整指示、安裝施工困難、監(jiān)測(cè)設(shè)備自身維護(hù)復(fù)雜等問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)轍機(jī)表示缺口的維修調(diào)整仍以傳統(tǒng)手工調(diào)整、肉眼測(cè)量的方式為主,這種方式偏差大，對(duì)信號(hào)工技能要求高，檢修作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，影響維修工作效率。如何在較短的維修天窗時(shí)間內(nèi)，簡(jiǎn)化調(diào)整維護(hù)工作、縮短作業(yè)時(shí)間、提高維護(hù)效率成為急需解決的課題。

中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局頒發(fā)的《道岔缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，明確了缺口監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)的科學(xué)發(fā)展和運(yùn)用指明了方向。道岔缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為轉(zhuǎn)轍機(jī)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(hù)管理工作的重要手段。通過(guò)電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)表示桿缺口偏移數(shù)值的監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)轍機(jī)電機(jī)運(yùn)行電壓、電流、功率的監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作次數(shù)的統(tǒng)計(jì)，列車(chē)通過(guò)道岔區(qū)段缺口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)、靜態(tài)識(shí)別等綜合分析判別功能，實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的轉(zhuǎn)轍機(jī)智能綜合監(jiān)測(cè)。

1 轉(zhuǎn)轍機(jī)智能綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

轉(zhuǎn)轍機(jī)智能綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)、通信控制主機(jī)、采集分機(jī)、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(jī)表示缺口圖像及數(shù)據(jù)的采集

安裝于轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)的采集分機(jī)內(nèi)設(shè)有缺口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理控制器，控制所連接的缺口監(jiān)測(cè)圖像傳感器、轉(zhuǎn)轍機(jī)箱內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、轉(zhuǎn)轍機(jī)電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機(jī)操動(dòng)、表示桿缺口圖像的拍攝、轉(zhuǎn)轍機(jī)工作環(huán)境及位置的監(jiān)測(cè)。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(hào)控制電纜與室內(nèi)通信控制主機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)通信。為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)夜間天窗施工、日常道岔缺口調(diào)整維護(hù)的需求，缺口監(jiān)測(cè)采集分機(jī)設(shè)有LED(發(fā)光二極管)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示窗，可實(shí)時(shí)顯示道岔缺口監(jiān)測(cè)數(shù)值、道岔缺口偏移方向、溫濕度數(shù)值、采集分機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)為現(xiàn)場(chǎng)維修作業(yè)提供幫助。

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

采集分機(jī)搭載振動(dòng)加速度傳感器，感知列車(chē)通過(guò)道岔的振動(dòng)幅值，通過(guò)計(jì)算機(jī)判別得出列車(chē)通過(guò)道岔區(qū)段的時(shí)間段，分別獲取轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)缺口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)篩選分別給出顯示，避免因列車(chē)擠晃轉(zhuǎn)轍機(jī)表示桿缺口形成超限數(shù)據(jù)，造成缺口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤報(bào)警。

啟動(dòng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)缺口監(jiān)測(cè)功能，提供實(shí)時(shí)列車(chē)通過(guò)道岔的動(dòng)態(tài)缺口監(jiān)測(cè)圖像、偏移數(shù)值，同步偵測(cè)記錄振動(dòng)加速度值，用于幫助分析轍岔區(qū)段轉(zhuǎn)轍機(jī)設(shè)備運(yùn)行是否正常。

1.2道岔缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

車(chē)站信號(hào)機(jī)械室內(nèi)設(shè)置道岔缺口監(jiān)測(cè)專(zhuān)用控制機(jī)柜，柜內(nèi)設(shè)備由缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工控計(jì)算機(jī)(主機(jī))、人機(jī)交互顯示界面、通信控制主機(jī)、電源配電箱等部分組成。

通信控制主機(jī)的背板上設(shè)置有多個(gè)視頻信號(hào)中繼接入通道，根據(jù)每個(gè)車(chē)站信號(hào)控制電纜的走向及道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的連接數(shù)量配置視頻信號(hào)中繼器的數(shù)量，完成視頻及圖像信息的通信，無(wú)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(shí)現(xiàn)了道岔缺口圖像、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程高速傳輸。道岔缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)采用目前國(guó)內(nèi)主流配置的研華系列工控計(jì)算機(jī)，安裝有轉(zhuǎn)轍機(jī)智能綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析顯示軟件和人機(jī)交互操作界面。

2 道岔缺口監(jiān)測(cè)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(cè)需滿(mǎn)足精度±0.1 mm的監(jiān)測(cè)要求，每幅數(shù)字圖像每英寸像素?cái)?shù)(PPI)沿表示桿方向應(yīng)當(dāng)≥254個(gè)像素點(diǎn)，即每個(gè)像素點(diǎn)≤0.1 mm的分辨率；同時(shí)，為滿(mǎn)足在普通信號(hào)電纜線進(jìn)行視頻信息的通信傳輸，每幅數(shù)字圖像的容量不能超過(guò)60 KB。為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)要求，可供道岔缺口監(jiān)測(cè)選用的有多種技術(shù)分類(lèi)的圖像傳感器，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用情況比對(duì)分析，確定選用具有“機(jī)器視覺(jué)技術(shù)”功能的CMOS感光傳感器解決缺口偏移測(cè)量需要低照度、高精度的拍攝要求。機(jī)器視覺(jué)就是采用圖像傳感器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。圖像傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)轍機(jī)智能綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)的控制指令獲取轉(zhuǎn)轍機(jī)的操動(dòng)時(shí)序信息。缺口監(jiān)測(cè)的拍攝目標(biāo)位于轉(zhuǎn)轍機(jī)密閉空間內(nèi)，需先完成對(duì)拍攝目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)光等操作后，才啟動(dòng)拍攝程序。被攝取的轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口圖像信號(hào)，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統(tǒng)；得到被攝目標(biāo)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(guò)轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)的缺口監(jiān)測(cè)采集分機(jī)的通信傳輸模塊，加載到信號(hào)控制電纜上，完成與車(chē)站信號(hào)機(jī)械室內(nèi)缺口監(jiān)測(cè)專(zhuān)用機(jī)柜內(nèi)的通信控制主機(jī)的通信；通信控制主機(jī)對(duì)圖像、數(shù)據(jù)信息解調(diào)后送交缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，解讀分析軟件對(duì)這些圖像數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征及位移數(shù)值，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)給出轉(zhuǎn)轍機(jī)表示桿缺口間隙的圖像、數(shù)值、偏移方向，并根據(jù)時(shí)間坐標(biāo)描繪該臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)表示桿缺口數(shù)據(jù)變化的曲線。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出預(yù)、報(bào)警數(shù)值時(shí)，則自動(dòng)根據(jù)轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口所處的位置(定位或反位)給出預(yù)、報(bào)警顯示，提醒信號(hào)人員及時(shí)進(jìn)行處置。如對(duì)缺口監(jiān)測(cè)數(shù)值存有疑惑，可選用實(shí)時(shí)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測(cè)功能，通過(guò)點(diǎn)擊站場(chǎng)平面圖上需要重新監(jiān)測(cè)確認(rèn)的道岔，即可實(shí)時(shí)獲取該道岔的缺口監(jiān)測(cè)圖像、數(shù)值。

為方便現(xiàn)場(chǎng)維修人員對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)用周期內(nèi)圖像、數(shù)據(jù)的分析，判定轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口間隙的運(yùn)用狀況，道岔缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所有監(jiān)測(cè)圖像、數(shù)據(jù)的保存時(shí)間不少于3個(gè)月，預(yù)、報(bào)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(shí)段內(nèi)道岔表示桿缺口數(shù)值變化的趨勢(shì)，提前制定切實(shí)可行的維修計(jì)劃。同時(shí)所有監(jiān)測(cè)圖像及數(shù)據(jù)均可導(dǎo)出至移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，便于專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行異地協(xié)助分析解讀。

3 轉(zhuǎn)轍機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

目前，車(chē)站信號(hào)設(shè)備均已配置信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并專(zhuān)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)段、車(chē)間、工區(qū)三級(jí)聯(lián)網(wǎng)。中國(guó)鐵路總公司315號(hào)文件技術(shù)規(guī)范明確規(guī)定：“缺口監(jiān)測(cè)是信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)。缺口監(jiān)測(cè)與信號(hào)集中監(jiān)測(cè)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(guò)的圖像、數(shù)據(jù)、報(bào)警等信息上傳至信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。”道岔缺口監(jiān)測(cè)按技術(shù)規(guī)范要求接入信號(hào)集中監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)維修人員不僅可以通過(guò)信號(hào)機(jī)械室的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)本站的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的全程監(jiān)測(cè)，還可以通過(guò)信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)各終端遠(yuǎn)程查看管內(nèi)各站道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口圖像、數(shù)據(jù)、機(jī)箱環(huán)境，以及轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、變化趨勢(shì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

下一步，計(jì)劃將通過(guò)對(duì)道岔缺口監(jiān)測(cè)獲取的大量轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)納入道岔綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，引入人工智能分析及專(zhuān)家診斷系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)各類(lèi)運(yùn)行趨勢(shì)變化曲線進(jìn)行判別，逐步實(shí)現(xiàn)道岔故障應(yīng)急診斷和健康度預(yù)測(cè)評(píng)估。此項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)主要基于研發(fā)大數(shù)據(jù)分析處理軟件運(yùn)行模塊，待軟件運(yùn)行成熟后，可嵌入到道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)智能缺口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)輸出設(shè)備預(yù)防性維修指導(dǎo)建議，提高道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)維水平。