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        東莞地鐵車輛智慧在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)踐

        2020-09-02 09:10:25李建旭張黎璋
        現(xiàn)代城市軌道交通 2020年8期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        李建旭 張黎璋

        摘 要:地鐵的大規(guī)模發(fā)展需要足量的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備對車輛進(jìn)行在線監(jiān)測,東莞地鐵引入部分在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備,為車輛運(yùn)維大數(shù)據(jù)積累、在線監(jiān)測技術(shù)完善以及智慧運(yùn)維做技術(shù)儲備。文章介紹東莞地鐵車輛弓網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、輪對在線安全監(jiān)測系統(tǒng)、車體 360°全車監(jiān)測系統(tǒng) 3 個在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理、應(yīng)用情況和試用效果,對在線監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行必要的功能與效果驗(yàn)證,為智慧地鐵運(yùn)維提供技術(shù)儲備。

        關(guān)鍵詞:地鐵車輛;在線監(jiān)測;智慧運(yùn)維;應(yīng)用與實(shí)踐

        中圖分類號:U231.94

        1 弓網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

        1.1 系統(tǒng)簡介

        弓網(wǎng)關(guān)系對于列車運(yùn)行安全有重大影響,其運(yùn)營監(jiān)控的重點(diǎn)是日常弓網(wǎng)跟隨、接觸網(wǎng)硬點(diǎn)分布、接觸網(wǎng)拉出值、導(dǎo)高值、跨距內(nèi)接觸線高低差及導(dǎo)線坡度、弓頭姿態(tài)、碳滑板厚度。弓網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一種對受電弓狀態(tài)、弓網(wǎng)配合、高溫異常點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)、自動化、動態(tài)綜合監(jiān)測的車載系統(tǒng),在業(yè)內(nèi)已有較為成熟廣泛的應(yīng)用。

        東莞地鐵全線網(wǎng)均采用120 km/h運(yùn)營速度的車輛,目前試用的弓網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),其硬件使用3組高清視頻工業(yè)攝像機(jī),輔以紫外傳感器、熱紅外成像、高亮頻閃LED燈,通過數(shù)據(jù)采集層、分析層、呈現(xiàn)層3層軟件控制,以圖像視頻的視覺分析處理技術(shù)為核心,實(shí)現(xiàn)以下4大弓網(wǎng)監(jiān)測與維護(hù)功能。弓網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)如圖 1所示。

        (1)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動過程中在隧道內(nèi)和隧道外各種光線條件下的單個受電弓運(yùn)動姿態(tài)、弓網(wǎng)配合位置與細(xì)節(jié)的捕捉和辨別。

        (2)當(dāng)檢測到拉弧發(fā)生時(shí),將拉弧時(shí)長、發(fā)生位置、發(fā)生時(shí)間進(jìn)行自動報(bào)警,并將燃弧前后共6s視頻自動上傳服務(wù)器,為檢修人員定位、解決問題提供有效資料。

        (3)實(shí)時(shí)監(jiān)測受電弓與接觸網(wǎng)溫度,將溫度異常自動上傳服務(wù)器以待處理。

        (4)自動故障統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析,數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳,實(shí)時(shí)報(bào)警,有詳實(shí)的位置、時(shí)間、速度信息,便于后臺技術(shù)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控或階段性分析。

        (5)系統(tǒng)配置了電流傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)控受電弓電流曲線,在異常報(bào)警的同時(shí)輔以電流參數(shù)作為參考。

        1.2 應(yīng)用情況

        弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)于2018年底安裝在東莞地鐵2號線1臺受電弓處,開始科研試用,并選擇最核心大拉弧、溫度監(jiān)測模塊進(jìn)行試用。系統(tǒng)試用至今效果良好,可以替代接觸網(wǎng)專業(yè)季度常規(guī)熱滑作業(yè),實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)數(shù)據(jù)共享。

        弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)燃弧時(shí)長和溫度設(shè)定3個報(bào)警級別,其中一級報(bào)警級別設(shè)定燃弧時(shí)長閾值為大于800ms,溫度閾值大于150 ℃。截至2020年5月6日,累計(jì)一級報(bào)警數(shù)量9 354條,月均623條,其中,超溫報(bào)警占一級報(bào)警總數(shù)97.5%,燃弧報(bào)警僅占2.5%,一級報(bào)警區(qū)間集中在下行的4個區(qū)間和上行的1個區(qū)間,如圖2、圖3所示。根據(jù)監(jiān)測分析的報(bào)警數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù),每季度實(shí)施正線復(fù)核巡查,拉弧報(bào)警基本覆蓋了正線多處膨脹元件、分段絕緣器位置,準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上。

        2 輪對在線安全監(jiān)測系統(tǒng)

        2.1 系統(tǒng)簡介

        輪對在線安全監(jiān)測主要滿足2方面需求:輪對幾何尺寸測量(輪緣厚度、輪緣高度、輪徑、Qr值、內(nèi)側(cè)距、不圓度)和輪對踏面監(jiān)測報(bào)警(踏面擦傷、剝離)。技術(shù)上有接觸式、非接觸式,非接觸式由于其天然的安全性而成為首選,其又可細(xì)分為超聲波、光截圖、激光等各種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。激光位移傳感器使用三角測量法對檢測物位移、平整度、厚度、振動、距離、直徑等幾何量進(jìn)行高精度測量。

        為適應(yīng)中高速監(jiān)測需求,輪對在線安全監(jiān)測系統(tǒng)在圖像激光捕捉和算法上進(jìn)行全面改進(jìn)(稱為多線激光技術(shù)),在原激光位移傳感器配合高速相機(jī)只進(jìn)行1次輪對踏面3D形狀捕捉的基礎(chǔ)上,對全車輪踏面進(jìn)行連續(xù)的3D形狀提取,產(chǎn)生25組可供分析對比的數(shù)據(jù)并進(jìn)行算法整合與數(shù)據(jù)修正,從而實(shí)現(xiàn)中高速工況下對于輪對尺寸的較精確測量。此高速相機(jī)還配合光源,對輪對踏面進(jìn)行高清攝影,通過辨別踏面圖像上強(qiáng)光照射下的異常光影,自動識別出踏面是否存在擦傷、剝離,實(shí)現(xiàn)輪對踏面監(jiān)測報(bào)警功能。所測得的25組輪對踏面3D形狀圖像如圖4所示。

        在滿足上述2方面需求的同時(shí),系統(tǒng)還增加了軸溫監(jiān)測和預(yù)警功能。

        2.2 應(yīng)用情況

        傳統(tǒng)輪對在線安全監(jiān)測系統(tǒng)為提高測量精度,要求列車通過速度不得高于20 km/h,且系統(tǒng)通常安裝于出入段線或者折返線處。東莞地鐵2號線為提高監(jiān)測的列車覆蓋率、也為提前驗(yàn)證1號線120 km/h無人駕駛的高速監(jiān)測功能需求,將系統(tǒng)安裝于區(qū)間內(nèi)(車站進(jìn)站前 50m處布置),以驗(yàn)證40~50 km/h中高速監(jiān)測工況下的監(jiān)測效果。輪對在線安全監(jiān)測系統(tǒng)自2019年5月初投入使用至今,一直在不間斷進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化與算法升級,以獲得更穩(wěn)定更精確的輸出數(shù)據(jù)。安裝于正線的輪對在線安全監(jiān)測系統(tǒng)如圖5所示。

        為驗(yàn)證數(shù)據(jù)的精確度,將輪對尺寸的系統(tǒng)測量值與不落輪鏇床實(shí)測值進(jìn)行一一比對,如圖6所示,由圖6可見,輪徑數(shù)據(jù)相關(guān)性良好,雖然不可避免有±0.6 mm以內(nèi)的誤差,不能直接作為鏇輪基準(zhǔn)和依據(jù),但對于統(tǒng)計(jì)輪對磨耗數(shù)據(jù)及研判磨耗趨勢具有高效、快捷的優(yōu)勢,有利于專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做出技術(shù)決策,對全自動駕駛列車維護(hù)具有很強(qiáng)實(shí)用價(jià)值。

        3 車體 360°全車監(jiān)測系統(tǒng)

        3.1 系統(tǒng)簡介

        車體360°全車監(jiān)測系統(tǒng)是業(yè)內(nèi)新一代在線檢測設(shè)備,該系統(tǒng)在檢修庫軌道垂直面4個方向上安裝基于機(jī)器視覺、紅外線、激光等傳感技術(shù)的監(jiān)測裝置,利用模式識別、特征匹配等數(shù)字圖像處理技術(shù),在車輛通過時(shí)高速拍下列車車頂、車側(cè)、車底的全部照片并進(jìn)行照片拼接,自動監(jiān)測車輛的外表故障,識別車底車頂異物及緊固件狀態(tài)情況,實(shí)現(xiàn)不停車列檢。車體360°全車監(jiān)測系統(tǒng)如圖7所示

        車體360°全車監(jiān)測系統(tǒng)利用高清高速相機(jī)配合紅外、激光傳感器瞬間捕捉過往列車的360°全車身高清圖片后,與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全車圖像進(jìn)行比對,分析判別列車外部異物、部件缺失、變形、位移、松動等情況,并將監(jiān)測異常圖像與結(jié)論實(shí)時(shí)上傳與預(yù)警。車輪側(cè)面全景監(jiān)測示意圖如圖8所示。

        為克服激光補(bǔ)光攝像帶來的圖像陰影,反射光以及雨天設(shè)備表面水漬對圖像辨別帶來的誤判影響,系統(tǒng)開發(fā)了3D圖像和2D圖像同步匹配采集的功能,3D圖像經(jīng)過3D視覺軟件進(jìn)行三維輪廓計(jì)算,對傳統(tǒng)2D圖像無法辨別的水漬、光照進(jìn)行復(fù)核,提高辨別準(zhǔn)確度。同時(shí),2D和3D傳感器集成于同一模組,同步攝取圖像并匹配,避免因位置、時(shí)間差異導(dǎo)致視點(diǎn)、視場角差異和圖像畸變而使3D圖像和2D圖像橫向匹配失敗的情況發(fā)生。3D圖像與2D圖像對比如圖9所示。

        3.2 應(yīng)用情況

        車體360°全車檢測系統(tǒng)于2019年底在東莞地鐵2 號線車輛段帶地溝的檢修股道安裝,2019年4月開始試用及持續(xù)進(jìn)行現(xiàn)場機(jī)器深度學(xué)習(xí)。每天安排至少1列列車通過該系統(tǒng)進(jìn)行全車外形圖像采集,并且在車輛段配置本地服務(wù)器用于存儲及調(diào)取每日拍攝的圖像,圖像的所有深度學(xué)習(xí)與異常判定工作均在本地服務(wù)器完成。

        該系統(tǒng)正式投入使用后解決了運(yùn)營中的3方面問題:①簡化車頂部件外觀狀態(tài)檢查的流程并降低時(shí)間人力成本;②降低夜間日檢由于光線、人員精神狀態(tài)等原因?qū)τ谥貜?fù)性目視檢查效果的影響;③減少自動駕駛列車回庫后人員進(jìn)入無人區(qū)的次數(shù)和時(shí)間,提升庫區(qū)運(yùn)作效率,降低檢修人員安全風(fēng)險(xiǎn)。

        4 結(jié)束語

        地鐵智能運(yùn)維是大數(shù)據(jù)、信息化、智能終端有機(jī)結(jié)合的綜合概念,車輛智慧在線監(jiān)測系統(tǒng)等智能終端是所有維保基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的來源,其準(zhǔn)確性直接影響智能運(yùn)維的實(shí)現(xiàn)效果,也是所有地鐵運(yùn)營單位衡量其監(jiān)測效果的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以在系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化的過程中,不應(yīng)只追求系統(tǒng)的功能擴(kuò)展,而應(yīng)關(guān)注其中幾個必要功能的輸出效果,比如輪徑測量的精確度和跟隨性、弓網(wǎng)燃弧位置的精確性和報(bào)警的準(zhǔn)確性、車頂異常狀態(tài)判定的準(zhǔn)確性。

        參考文獻(xiàn)

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        收稿日期 2020-05-18

        責(zé)任編輯 朱開明

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