高速铁路弓网检测监测体系研究

张鑫 李君 杨杨

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266000

摘要：铁路基础设施是铁路运输的基础，加强检测监测工作，以全面掌握基础设施运用状态和变化规律，可为高铁预防性状态修和精准维修提供技术支撑。结合工电供融合、修程修制改革和铁路高质量发展等新要求，研究提出从国内外调研、需求分析、工电供专业系统优化、大数据平台设计、工电供专业融合、检测监测体系结构等6个环节开展高速铁路基础设施检测监测体系研究的技术路线，为后续高速铁路基础设施检测监测体系相关研究提供整体规划和指导借鉴。

关键词：高速铁路；弓网检测；监测体系；研究

引言

高速铁路供电安全检测监测系统（6C系统）是保障电气化铁路供电设备运用状态良好的必要手段，而评定是6C系统维修管理中的重要工作，通过评定可以及时发现检测精度和性能不满足技术条件的设备，从而确保6C系统迅速、准确、全面地发现供电设备的潜在问题。本文在对6C系统检测功能和评定指标进行研究的基础上，提出了部分子系统评定所需数据的测量手段及分析方法，在评定中通过实际应用对所述方法的可行性和有效性进行了验证，同时也指出了应用过程中的典型问题。

1弓网检测监测体系框架

研究设计我国高速铁路弓网检测监测体系，始终坚持自主化路线。通过充分吸收供电6C系统运用成果，重点破解智能化程度不高、信息共享困难、深层次数据分析不足等难题，融合边缘计算、5G通信、大数据、深度学习、泛在智能等先进手段，聚焦弓网检测监测研究项点，突破对象全面感知、信息高效传输、数据融合共享、状态综合评价、精准维修决策等关键技术，同步形成技术标准规范，建成层次清晰、技术先进、科学规范的高速铁路弓网检测监测体系。构建高速铁路弓网检测监测体系，目的是保障接触网与受电弓在高速滑动接触下的良好匹配关系，为列车提供稳定可靠的电力能源供应。高速铁路弓网检测监测体系主要包括感知层、传输层、数据层、分析层和应用层5个部分，检测监测数据集中统一管理，实现大数据的综合应用，提升接触网-受电弓相关标准体系技术水平。高速铁路弓网检测监测体系架构。

2技术路线研究

2.1国内外调研

国外调研重点就德国、日本、法国等高铁发达国家进行文献资料研究，对国外先进的检测监测体系、检测监测技术和养护维修经验进行学习借鉴。国内调研方面，坚持以目标和问题为导向，明确调研目的、调研方式、调研对象和调研提纲，尤其是在调研方式上采用现场座谈、问卷调查、专家咨询、专题研讨等多种方式相结合，对高速铁路基础设施检测监测体系现状进行全面深入调研，使结果更加客观和全面，为基础设施检测监测体系总体设计提供有效输入。调研对象以具有代表性的铁路局集团公司高铁基础段、专业处室、铁路公司和工电检测所为主，根据需要可以延伸至工区、车间等。调研提纲围绕高速铁路基础设施检测监测运维数据需求、检测监测对象、检测监测设备/仪器、检测监测数据管理和分析、检测监测资源管理和组织机构保障等方面开展。

2.2高速弓网检测

目前，我国拥有14列高速综合检测列车，可满足不同速度等级高速铁路检测需求，检测技术处于国际领先水平。高速弓网综合检测装置采用微信号辨识测量、光纤传感、多维信号时空同步等技术，适应高电压、大电流电磁环境和昼、夜、雨、雪、风等复杂条件，实现最高时速400km弓网关系检测。可对弓网接触力、燃弧等弓网受流参数，拉出值、接触线高度等接触网几何参数，以及硬点、高差等接触线平顺性参数，进行多维信号同步采集处理、数据实时分析诊断、报表自动生成，有效指导弓网系统运用维修。在高速接触网几何参数检测关键技术领域，基于多目机器视觉测量原理，创新建立连续后向追踪模型，提出高速接触线图像定位算法，突破接触线边缘精确识别、图像干扰处理、车体振动位移实时合成等关键技术，实现时速400km条件下接触线高度、拉出值等几何参数非接触式精确测量。

3弓网检测监测体系运用实践

3.1规范标准

规范标准是推动检测监测体系高质量开展建设的基础，是确保检测监测体系能够持续高效运转的重要支撑条件，现有的部分高速铁路基础设施检测监测规章制度、专业维修规则、检测监测设备技术条件、设备状态评价标准、检测监测装备运用管理等规范标准多发布于我国高速铁路建设初期，未随着铁路改革及高速铁路技术的发展和进步更新或修订。在检测监测设备标准化方面，急需建立一系列检测监测设备技术条件，明确设备各项技术指标和主要功能，统一技术门槛，确保检测监测设备的准确性和一致性；通过检测监测设备评定管理，确保检测监测设备始终处于良好的运用状态。此外，随着铁路基础设施检测业务市场化运行机制的建立，检测业务服务对象涵盖铁路局集团公司、控股合资铁路公司、铁路上市公司、非控股及地方铁路公司，急需运用法治化市场化手段开展检测业务，推进检测业务专业化、规范化发展，不断提高检测效率和检测服务质量。

3.2数据共享

为适应铁路现代化发展和安全生产管理工作需要，我国铁路工电供各专业一直致力于信息化技术的推广和应用，取得显著成效。工务专业的工务安全生产管理等系统，电务专业的设备履历管理系统、综合网管、通信各子系统网管、接口监测等系统，供电专业的供电生产信息管理系统、6C数据中心系统，以及高铁综合维修生产管理系统逐步推广应用，积累了海量设备履历、检测监测、安全运营和专业管理等各方面的数据资源，为工电供养护维修提供了一定的技术支撑，并为大数据应用奠定了坚实基础。但前期各专业独自发展，缺少检测监测数据平台总体规划，在数据平台数量、数据流向、数量规模等方面需求不明确，存在现有铁路专网带宽不足、传输通道覆盖不全和公共网络安全等问题。数据共享方面，数据存储的位置相对分散，跨专业信息不能共享，数据孤岛现象严重；数据采集设备众多，数据格式不尽相同，无统一的数据接口规范；现场数据分析停留在简单的统计阶段，综合数据分析深度挖掘和应用不足，影响了工电供养护维修的精准性、预见性，急需统一数据标准和管理规范，组织数据集中管理，开展多源大数据分析应用，切实发挥检测监测数据资产作用。

3.3关键技术科学试验

弓网关系是高速铁路基础理论研究的关键技术关系之一。自2010年起，组织了一系列弓网专项试验，在京沪高铁大张力接触网系统试验中，首次获得了时速486.1km运营动车组双弓受流的高速弓网关系特征；在兰新第二双线大风专项试验中，首次掌握了最大35.2m/s环境风速对弓网受流性能的影响；在大西高铁试验中，研究了新型受电弓的空气动力学特征规律；在郑徐高铁试验中，首次研究了中国标准动车组350～420km/h速度条件下重联运行弓网受流性能。上述试验为复杂因素、不同结构、更高速度等多种条件下的弓网关系基础理论研究提供了丰富数据。通过数据建模深入挖掘数据规律，可为提升弓网系统设计水平、优化仿真模型、改进制造工艺等提供有力技术支撑。

结语

结合评定细则要求提出了各项指标的评价方法，通过现场应用对上述方法的有效性和可行性进行了验证，并指出了在应用过程中出现的典型问题。但由于应用时间较短，对1C接触网硬点和动态几何参数检测重复性评定管理值未通过大量检测数据的验证，对4C成像清晰度评定未指定应采用的模糊算法类型与参数。后续研究工作的重点为充分积累算例，结合现场应用情况进一步明确评定流程，对各项指标管理值进行检验修正。

参考文献

［1］刘维桢，涂文靖，杨飞，等.高速铁路基础设施综合一体化检测监测体系研究［J］.中国铁路，2019（3）：22-26.

［2］刘再民.电气化铁路接触网修程修制改革的思考与实践［J］.中国铁路，2017（4）：38-42.

［3］杨飞，曾宪海，黎国清.高速铁路工务基础设施状态检测与监测系统的研究［J］.铁道建筑，2015（10）：132-135.