高速铁路接触网悬挂飘浮物预警监测方案研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中国铁建股份有限公司科技研发计划项目()作者简介:周明()男山西应县人正高级工程师硕士主要从事铁路电力工程设计及科技研发工作:.引文格式:周明王继军荣正官 等.高速铁路接触网悬挂飘浮物预警监测方案研究.铁道建筑技术():.高速铁路接触网悬挂飘浮物预警监测方案研究周 明 王继军 荣正官 司福强 伍 平(.中国铁建电气化局集团有限公司 北京 .北京中铁建电气化设计研究院有限公司 北京)摘 要:针对高速铁路沿线两侧的塑料大棚、广告牌、彩钢板、地膜、建筑工地防尘网等飘浮异物侵入接触网系统的问题通过调研飘浮异物现有的治理方式提出了一种经济可靠全面的预警、监测及处理方案 该方案运用无人机智能巡视技术对铁路线路两侧 范围内易飘物隐患进行快速排查采用智能可视化巡视装置对接触网系统飘浮异物进行智能识别并预警利用激光切割技术快速清除悬挂飘浮异物与传统的人工处理方式相比极大程度地提升铁路沿线隐患排查及处置效率具有一定的实用价值关键词:接触网 悬挂 飘浮物 预警监测中图分类号:文献标识码:./.(.):.:引言在大风天气时高速铁路沿线两侧的塑料大棚、广告牌、彩钢板、地膜、建筑工地防尘网等飘浮异物极易飞起缠绕或悬挂于接触线、腕臂系统上而接触网系统是电力机车获得动力的唯一来源上述情况发生时会使接触网系统断电严重时会造成塌网事故 为了防止沿线两侧的飘浮异物危及高铁运营安全包含交通运输部在内的七部门联合制定了高速铁路安全防护管理办法对铁路 范围内有可能危害高速铁路安全运行的行为进行了相应的约束国内外对铁路异物入侵巡检工作的研究主要集中在自然灾害防护管理工作上对铁路沿线易飘浮物管理不足以人工巡视为主存在工作量大、周期长、地理环境复杂、巡视盲区多的问题 一旦异物侵入接触网系统影响行车铁路供电部门将立即赶往现场抢修、封锁线路、接触网断电、做好安全防护对体积较小且缠绕不是很紧的异物人工用长 、重达 的专用杆将异物挑下十分笨拙、危险由此可见不论从国家相关政策要求还是从接触网飘浮物对铁路运营的危害而言对现行的高铁接触网飘浮物进行智能高效的监测预警和处理已经势在必行了 总体设计思路针对以上现象本文提出无人机对铁路沿线隐患铁道建筑技术 ()周明 等:高速铁路接触网悬挂飘浮物预警监测方案研究情况进行采集并识别隐患、智能可视化巡视装置对接触网系统飘浮物进行智能识别、利用激光技术清除的一整套异物处理方案最大程度地提升铁路沿线隐患排查效率提高人工处置效率设计方案由三大板块构建接触网预警监测系统方案:()通过无人机对高铁两侧进行沿线全区域覆盖巡视利用人工智能图像识别技术自动探查环境隐患巡视数据传输至巡视平台经过大数据辅助分析形成安全隐患巡视报告()根据巡视报告在隐患集中区域部署智能可视化装置对高速铁路接触网系统进行实时监控如果发现有飘浮物悬挂在接触网上系统会立即预警将预警信息反馈给运营维护管理部门()现场维护人员携带激光除飘浮物装置对其进行远距离清除从而提升人员风险排查、现场监控及问题处理的效率此外可引入高速铁路运营的防灾数据根据实时的气象数据联动可视化巡视装置风速大于一定值时判定轻飘物随风飘起的可能性增大现场巡视摄像头缩短巡视时间启动连拍功能使其预警更精确总体方案构架如图 所示图 总体方案构架 设计方案.无人机智能巡视无人机初次巡视是为了探查整条铁路沿线周边的场景是否存在可能飞起的飘浮物为后续部署智能化巡视装置提供依据后期采用布设无人机机巢的方式对铁路沿线重点区域进行定期巡视利用无人机的机动性、高空视角运用图像识别技术对铁路线路两侧 范围内易飘物隐患进行快速排查 排查结果与上一次巡视结果进行对比分析可以得出隐患点位增减变化可供管理层评估易飘物对该条铁路线路的潜在威胁程度以便管理层进行决策部署无人机巡检系统架构主要包括:感知层、数据层、应用层具体如图 所示图 无人机巡检系统架构()感知层主要由无人机、运动相机和固定机巢组成任务执行过程中无人机在空中快速移动获取实时图像数据()数据层执行各类图像数据收集、识别线路数据、设备标签匹配等任务()应用层即预警监测系统平台对巡视数据归类、统计、图像识别、分析处理平台也可在巡视前向固定机巢下发巡视任务和飞行航迹无人机在巡视任务开展前需要提前策划输入线路台账明确巡视区域、巡视单位、飞行人员准备飞行设备及后备电池等制定巡视计划任务中得到飞行许可进行铁路沿线的精细化巡视数据及时回传任务完成后进行数据智能分析隐患定义形成无人机巡视报告智能巡视流程图如图 所示在气象条件及相关政策允许的条件下无人机对高速铁路两侧 范围内环境进行巡视无人机飞行距铁路横向距离 左右巡视高度在 之间对沿线环境进行视频和图像采集采集数据除本地存储外同步传输至地面站进行人员巡视同时亦可实时传输至复式终端进行远程隐患实时排查 无人机智能巡视线路如图 所示铁道建筑技术 ()周明 等:高速铁路接触网悬挂飘浮物预警监测方案研究图 无人机智能巡视流程图 智能巡视路线.接触网悬挂异物预警监测接触网悬挂异物预警监测系统分为三层结构:从下至上依次为设备层、服务层、应用层()设备层:设备层以前端智能可视化监控装置为核心采集现场图像/视频信息并进行边缘端告警识别同时集成无人机巡视数据全方位实现对高速铁路接触网的智能可视化管控监视终端采用轻量化设计便于快速安装部署安装在铁路沿线现场采集点 现场采集点按照 一处设置前端设备暂定安装于接触网支柱柱顶或接触网下腕臂底座下方 处其中前端可视化监控装置由供电单元、主机单元和边缘计算单元、云台控制单元组成 供电单元为主机提供工作电源主机单元实现铁路沿线重点隐患区域场景的定时图像采集、小视频录制和实时视频浏览并通过有线网络将图像/视频信息上送至远程巡视系统采取边缘计算技术通过对 异构平台的深度应用开发充分挖掘计算能力结合深度学习框架能够对各类巡视场景进行智能识别 边缘计算具有识别精度高、识别速度快、趋势分析预判等特点 通过端云协同实现计算能力的不断提升终端在边缘计算的同时可以为算法优化提供持续的素材积累供上层平台进行 优化训练训练完成更新算法版本可以通过端云协同实现前端算法的远程升级保障前端识别能力的不断提升()服务层:前端采集的图像/视频/环境数据按照标准协议上传至服务层数据通讯服务和前置服务实现与设备层的数据交互通过图片同步服务、流媒体服务、采集服务、数据统计服务实现主站系统的图像/视频/数据展示 此外系统部署图像识别服务符合标准 接口将设备上传的图像数据进行图像识别 服务层提供数据融合服务支持多系统数据的接入采用系统间数据交互安全的 接口为数据安全传输提供支撑()应用层:应用层构架形式为 发布方式 端是整个系统的主要应用平台其主要功能包括:铁路易飘物管控信息总览、沿线隐患区域实时监控、智能巡视、告警查询、系统管理等功能()系统组网:系统组网可分为铁路专用传输网络和运营商/网络两种方式 其中铁路专用传输网络是通过利用既有铁路综合视频监控网络的方式接入该方式主要是针对具备接入铁路内网的可视化巡检装置运营商网络主要是针对暂时不具备接入铁路内网条件的监测点预警监测系统可采用接入既有综合视频监控专网的方式进行组网预警监测服务器与既有综合视频监控系统服务器进行数据互联互通调取相关既有视频数据图像业务预警监测系统采用数据网和 传输系统进行承载高速铁路区间所有独立的可视化巡检装置的视频业务均可采用光缆 以太网交换机支链的方式接入就近通信基站或电气化所亭.激光清除飘浮物侵入接触网系统的飘浮物对列车的运行安全构成严重安全隐患 这些飘浮物大部分为热塑性的薄膜类材料其材质主要为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等采用非接触清除这些飘浮物是较好的方式激光作为一种高能量密度光束可实现非接触切割 激光光束照射飘浮物一部分被飘浮物吸收一部分被反射还有一部分透过飘浮物 吸收 反射 透射()式中:为入射到飘浮物表面的激光能量()吸收为被飘浮物吸收的能量()反射为被飘浮物表面反射的能量()透射为透过飘浮物的能量()切除飘浮物主要利用激光光束将薄膜类飘浮物快速加热至熔点光束作用区域飘浮物熔化收缩从而达到切割目的 飘浮物吸收能量使得温度升高 吸收的能量与温升关系:()(下转第 页)铁道建筑技术 ()张正远:无人仓技术在轨道交通物资库中的应用研究在后续轨道交通物资库建设中可结合工程实际优先采用无人仓技术方案参考文献 邢琳琳.无人仓技术应用与发展趋势.物流技术与应用():.程洪海.无人仓应用领域分析.今日财富():.刘共华.城市轨道交通网络物资供应体系探讨.城市轨道交通研究():.饶咏张耘.城市轨道交通大规模线网运营环境下物资精准采购体系.城市轨道交通研究():.杜元波.地铁仓库设置及功能定位讨论.物流工程与管理 ():.杨瑞.城市轨道交通车辆基地物资总库工艺设计研究.科技创新与应用():.北京市规划委员会.地铁设计规范:.北京:中国建筑工业出版社:.杨登峰.广州地铁 号线自动化仓库.城市轨道交通研究():.吕俊燕 陈福德 马龙华.自动化立体库堆垛机结构设计.汽车实用技术():.张国维 吴凌云.考虑商品数量和商品拣选成本的 智能仓库订单分批问题研究.运筹与管理():.高奇陈圣喜幺慧丽.高铁接触网系统智能物料仓库探索与实践.铁道建筑技术():.范昊 范龙庆.智能仓库管理系统和电子标签拣配系统在智能物流中的应用.制造业自动化():.米长虹孔德骞.自动化立体仓库的消防给水系统设计细节探讨.中国给水排水():.(上接第 页)式中:为飘浮物吸收能量()为光斑直径()为飘浮物厚度()为飘浮物比热容(/()为飘浮物温升()为飘浮物密度(/)为光斑移动速度(/)激光使飘浮物体温度升高 激光光束功率与光束移动速率以及入射角度之间的关系:()式中:为激光光束功率()为飘浮物吸收系数为飘浮物法线方向与激光光束的夹角()为光斑移动速度(/)由此可知影响激光切割飘浮物效率的因素主要有三个方面:()激光参数:激光波长、激光功率、激光束偏振特性、脉冲宽度、光束模式等()飘浮特性:飘浮材质、颜色、透明度、表面粗糙度、激光吸收率、比热容、熔点、熔化潜热等()其他因素:激光光束的移动速率、激光与飘浮物的位置关系等当接触网检测系统发现飘浮物侵入接触网系统激光设备放置于合适的位置对目标飘浮物进行测量和检测得到目标飘浮物的位置信息、材质信息 基于材质信息和位置信息计算模型输出最优的切割样式并根据最优切割模式对目标飘浮物进行自动清除不需要停电处理和人工带电处理避免了作业人员操作风险和生命安全隐患 结束语高速铁路接触网系统分布面广线路长高度一般较低大风天气飘浮在空中的塑料袋、广告条幅、遮阳网、农用地膜等容易受到接触网系统的阻挡使得飘浮物悬挂亦或缠绕在接触网系统上 年五一假期京广线高铁受保定市境内大风天气影响在定州市境内因大风吹扬地膜悬挂至接触网上导致大量高铁晚点北京西站人满为患 本文提出了一种从前期隐患排查、中期可视化预警监测、后期激光处理的全套接触网悬挂飘浮物治理方案为高速铁路安全运行保驾护航参考文献 高峰.高速铁路反恐怖防范协作思考.铁道警察学院学报():.徐伟吴泽彬刘建新等.高铁接触网异物自动化智能检测方法.中国铁路():.何道敬杜晓乔银荣等.无人机信息安全研究综述.计算机学报():.张天魁陈超王子端等.无人机辅助蜂窝网络中的无人机与用户协同缓存算法.通信学报():.王雪.高压输电线无人机巡检技术的研究与软件实现.西安:西安电子科技大学:.闫宏伟黄乃斌赵泽宇等.高速铁路地震预警监测系统工程设计方案研究.铁道标准设计():.汪洪亮刘家军易航等.基于机器视觉的牵引供电接触网异物清除系统.电网与清洁能源():.国家铁路局.铁路通信设计规范:.北京:中国铁道出版社:.杨帆.高速铁路 无线网精细化设计研究.铁道建筑技术():.王超.高分子材料在药品包装中的应用.天津化工():.郭帮辉.同轴双焦距激光熔化切割数学模型研究.武汉:华中科技大学:.黄程马珂.基于激光技术的接触网异物除障器研究及应用.电气化铁道():.铁道建筑技术 ()