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摘要：研究地铁列车弓网在线监测系统技术方案，对系统的车顶设备、车内设备及车底设备等构成进行描述，重点分析弓网在线监测系统视频监视、燃弧监测、拉出值和导高等功能模块的工作原理。
0 引言
随着地铁交通建设的高速发展，对地铁列车的安全性，可靠性和智能化需求越来越高。受电弓和接触网的关系复杂，安全评估困难，故障严重，影响运营，因此弓网关系一直是地铁列车重要研究内容，然而普通地铁列车难以实时监测受电弓和接触网状态，不利于故障预警和诊断[1]。
1、弓网在线监测系统
在运营的地铁列车上安装弓网检测系统，实现对弓网工作的状态监测，实时记录弓网运行状 态数据。自动识别受电弓及羊角结构异常（受电弓及羊角脱落、缺失、变形等）；检测受电弓碳滑板磨耗；实时检测受电弓异常燃弧，分析燃弧率；实时检测接触网几何参数（拉出值、导高、接触线高低差以及坡度）；检测受电弓和接触网温度；能及时发现弓网故障，通过对于弓网故障的快速定位，减少因地铁弓网故障导致的重大事故发生，提高地铁线路运营安全性。系统还对大量的弓网运行动态的数据进行统计分析，为弓网检修人员检修弓网系统提供有效的指导数据[2]。
2、系统构成
弓网监测系统由车顶设备、车内设备及车底设备等构成。其中，车顶由应力检测模块、接触网几何参数检测模块、受电弓碳滑条磨耗检测模块、弓网燃弧检测模块、弓网接触力检测模块、弓网接触点温度检测模块、受电弓结构异常检测模块、悬挂装置检测模块、视频监测模块等组成。车内设备由供电管理模块、综合定位模块、数据处理模块、数据存储模块组成。车底设备由振动补偿模块组成。系统拓扑图如图1所示，分析主机可单独设置或者集成在车内分析服务器内部。
磺胺脒3、系统的工作原理研究
3.1、弓网视频监控
利用工业监控相机对弓网工作状态进行监控，在车辆运行过程中实时拍摄弓网运行状态视频，维护人员可以使用PTU软件进行视频的回看和下载。
3.2、受电弓结构异常检测
利用工业监测相机检测受电弓及羊角异常，异物侵入，滑板倾斜等异常，并实时告警提示。受电弓结构检测采用跟踪对比与结构特性检测相结合的方式，若出现对比差异，则基于提取的结构特性进行确认。受电弓的结构特性涵盖直线、曲线和实际长度截取，作为判断受电弓的相对特性参数。针对检测区域基于对比算法判断是否存在缺陷，若存在缺陷则需要进一步符合区域范围内的边缘结构特性[3]。
3.3、碳滑板磨损检测
受车载限值，受电弓碳滑板检测主要是对碳滑板磨损最严重的碳滑板侧部进行检测，通过弓结构检测相机对受电弓碳滑板进行高清成像，采用深度学习及图像算法对碳滑板侧部进行特征提取与分析，得出碳滑板侧部磨损情况。
3.4、弓网的燃弧检测
列车运行过程中，受电弓和接触网通过接触点组成一个相互振荡和耦合的振动系统，弓网系统的振动是随机振动，当振动剧烈时，可能造成受电弓滑板与接触导线脱离接触，在离线的瞬间，电流击穿滑板和接触线之间空气间隙，产生放电现象，形成燃弧。可用燃弧相机测量车辆运行过程中拉弧现象（燃弧强度、燃弧时长、燃弧率），并能自动报警；
燃弧相机的前面板玻璃选用石英玻璃，石英玻璃具有极低的热膨胀系数、高的耐温性、极好的化学稳定性、优良的电绝缘性，同时石英玻璃也是所有透紫外材料的最佳选择。车辆运行过程中的电流可通过电流传感器进行测量。
3.5、弓网温度监测
红外热成像工业相机利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标的红外辐射信号，经过红外光学系统红外探测器的光敏源上利用电子扫描电路对被测物的红外热像进行扫描转换成电信号，经过放大处理。任何有温度的物体都会发出红外线，车辆运行时，受电弓与接触线摩擦产生温度，热成像工业相机是通过接收发出的红外线，通过有颜的图片来显示被测量物表面的温度分布。
车辆运行过程中接触网与受电弓产生摩擦，受电弓和接触网温度发生变化，温度过高时容易损伤受电弓与接触网。利用红外热成像检测技术，实时测量受电弓与接触网温度，当检测温度超限正常值时，立即报警提示。
3.6、接触网拉出值和导高值测量
弓网检测系统采用激光三角测量技术实现接触网几何参数测量。激光三角法测量整体精度高，较适用于非固定位数据的测量。主要由两组1个工业相机与1个激光器组成。激光器发射出的光线到达接触线后形成反射，工业相机采集反射回的光线，在相机的靶面上成像，当接触线位置变化时，相机靶面所成的像位也随之变动，接触线的位置与相机靶面成像的位置一一对应。在相机的靶面成像后，在靶面上对应产出一个x，y坐标值，定义x为拉出值，y为导高，经过标定后，x和y的值与接触网的每一个位置状态对应，即x的坐标值与接触网拉出值一一对应，y的坐标值与接触网导高值一一对应。
3.7、接触网悬挂成像
在车顶中心线两侧加装2部检测模块，检测模块主要由补光灯与工业高清相机组成，左侧检
测模块对左侧柔性悬挂进行图像采集，右侧检测模块对右侧柔性悬挂进行图像采集，并将采集的图像实时传输至车内分析服务器，通过图像处理技术，自动检测悬挂状态异常。
3.8、弓网接触力检测
受电弓在运转过程中会发生不同程度的振动，振动有一种典型特性和允许限值，其振动的振幅值、振动形式和频谱成分均会发生变化。
对受电弓的受力分析：
N表示接触网对受电弓的压力，F1,F2表示弓左右侧弹簧对弓的支撑力，YC表示受电弓的向下加速度，假设受电弓的质量为m，所以在静态时N+mg=F1+F2,当受电弓在运行时，假设其向下加速度为YC，则N+mg=F1+F2+mYC, YC= ((N+mg)-(F1+F2))/m，受电弓在运行过程中遇到硬点最终还是表现在受电弓的加速度变化。监测硬点最终归属测试受电弓的向下加速度，可以使用高速相机来测试[4]抗体亲和力。
系统通过对相近采样点进行连续激光点信号采样，快速处理计算，并通过微分计算出每个时间段实时加速度，一旦检测到加速度超越系统配置的加速度限值（2g-10g），就能及时
输出报警信号。其加速度采样计算方式如下：
s1和s2之间的速度值为(s2-s1)/t=V12, s2和s3之间的速度值为(s3-s2)/t=V23,则s1 到s3之间加速度a13=(V23-V21)/t。
s2和s3之间的速度值为(s3-s2)/t=V23, s3和s4之间的速度值为(s4-s3)/t=V34,则s2 到s4之间加速度a24=(V34-V23)/t。唐斯
依次类推获得受电弓的加速度值，可实现弓网接触力检测。
接触力的检测由前期标定的不同升弓高度下的抬升力、物体质量及测量的惯性力进行求得。
4、结论动力换挡变速箱
受电弓在线监测系统具有多种安全评估功能：有效监视车顶状态，识别受电弓异常，监测并计算燃弧，测量接触线与轨面中心偏移距离，导高值超限时自动报警，分析跨距内接触线坡度、接触网高差及多支线间距，判断碳滑板、接触网线及汇流排的温度并自动报警，
监测弓网接触压力，具有位置定位功能，能够将检测点位置合成在视频及图片上，能独立实时录像，检索回放，录像查询、下载等功能，显示系统报警事件发生的准确地点及时间。系统充分利用这些功能，改善受电弓和接触网关系，降低故障率，有效提高地铁列车运行的安全性和可靠性。
参考文献
[1]吴积钦．受电弓与接触网系统[M]．成都：西南交通大学出版社，2010．
[2]于万聚．高速电气化铁路接触网[M]．成都：西南交通大学出版社，2003．
[3]曾明．基于模块化的接触网参数检测系统的设计与实现．西南交通大学硕士学
位论文，2004．
霍献育[4]曾明，吴积钦．接触网检测车检测结果数据处理系统研究[J]．电气化铁道．2003，6．
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