直拍转辙机表示缺口监测系统的应用

2015-01-01范开堂

铁道通信信号 2015年12期

王春范开堂

目前，全路列车运行速度不断提高，运行密度也在逐步加大，对信号设备质量提出了更高的要求。据统计，全路道岔设备故障占信号设备故障的60%左右，而导致道岔故障的主要原因是由缺口变化的发现、调整不及时造成的。为此，对道岔缺口进行实时监测并及时调整尤为重要。

哈大高铁正式运营后，于2013年7月在各工区安装了ZQJ－01转辙机缺口监测报警系统（Ⅲ型）（以下简称系统），成功实现了对缺口的监测，大大减少了道岔设备的现场维修次数，减少了上道作业时间，实现了从上道检查到室内远程检查的跨越。

该系统采用红外数字摄像头直拍缺口图像，由图像采集处理器直接对原始图像进行处理和特征参数提取、计算，从而实现对表示杆缺口偏移量或缺口大小的精确监测。系统自动拍摄道岔扳动过程、过车振动视频，同时，还监测转辙机振动加速度、温度、湿度等数据，通过通信线路实时传送到机械室或信号工区值班室内的终端上。通过直播命令，在室内就能非常直观地看到转辙机缺口的实时图像或视频。工区还可以随时查看既往图像或视频，为现场维修提供可靠依据。

1 系统组成结构

如图1所示，系统主要由室内、室外设备和传输网络组成，包括五部分：缺口视频监测站机、缺口通信主机、网络转换器、网络分机、图像采集处理器。系统传输网络使用4芯电缆（两对信号线），一对用于提供220V交流电，另一对用于数据传输。电缆走向：信号机械室至各方向盒之间，要求有4芯电缆（其中2芯须双绞）；方向盒与各24盒间使用4芯线；各24盒与转辙机亦增设4芯线。

图1 系统组成结构示意图

1．1 缺口视频监测站机

安装于信号机械室的缺口视频监测站机，通过转辙机缺口视频监测软件，接收并存贮自缺口通信主机上传的转辙机缺口图像、视频、振动加速度、温度、湿度等数据；用户通过缺口视频监测站机可以查看实时缺口图像、转辙机扳动视频、道岔过车视频、缺口日图片、缺口日视频、扳动后曲线、缺口日曲线、温度、湿度、振动加速度曲线。监测站机既可以通过以太网络，实现远程终端查看，提高管理、运维效率，还可以通过以太网接入信号微机监测系统，通过与监测厂家的专有协议，实现相关缺口数据的上传，实现并行监测。

1．2 缺口通信主机

缺口通信主机安装于信号机械室，是提供监测站机与监测点设备间双向数据通信与供电的通信控制设备。根据站内道岔电缆的数量，分为8路、16路和24路3种型号。

1．3 网络转换器

网络转换器安装在方向盒固定桩上或专设的HZ24盒内，与通信主机使用ADSL通信，与网络分机之间使用载波通信，主要完成通信主机与网络分机之间的通信协议转换。网络转换器距离通信主机一般不大于5000m，网络转换器距离最远的转辙机应不大于500m。

1．4 网络分机

网络分机安装于转辙机内部，根据不同的转辙机型号设计了不同的安装结构，它负责接收通信主机传来的数据，并将图像采集处理器采集的数据传送到通信主机，同时，为图像采集处理器提供直流12V电源。

1．5 图像采集处理器

图像采集处理器安装在转辙机内缺口上方的合适位置，根据不同的转辙机型号也设计有不同的安装结构。它负责采集转辙机缺口位置图像、视频、温度、湿度、振动加速度数据信息，并将所有数据传至网络分机的通信模块，再由通信模块上传到网络转换器或室内主机。图像采集处理器的结构如图2所示。

图2 图像采集处理器结构框图

2 系统功能

直接拍摄转辙机缺口图像，进行图像分析处理后，系统得到缺口大小数值和定、反位位置信息，根据已经设置好的缺口预报警限值，判断处理后给出超限预报警信息。除了基本的缺口监测功能以外，系统还具有以下扩展功能：

1．自动采集记录道岔扳动过程和过车振动视频，给出最大框动量。

2．监测转辙机过车振动加速度、温度、湿度数据，根据需要启动预报警功能。

3．记录并存储缺口数值、振动加速度、温湿度数据，绘制相关曲线，显示缺口状态及其变化过程。

4．通过TCP／IP实现远程终端联网查询。

5．通过TCP／IP将缺口信息接入各厂家信号微机监测系统。

6．通过对缺口大小、温度数据进行趋势智能综合分析，给出分析结论，供相关维护人员参考。

系统性能技术指标：缺口监测精度0．1mm，缺口监测范围0～10mm，图像分辨率0．03mm，网络方式时传输距离可达5km＋500m，网络方式时传输速率2Mb／s，视频网络30帧／s（480×480），每台通信主机带分机总数量≤249台。

3 系统特点

哈大高铁应用该系统两年多以来，综合维护管理人员对该产品的使用意见，总结该系统的主要特点如下：

1．视频缺口监测图像清晰、直观。系统的直拍缺口（直接拍摄转辙机缺口），比现场肉眼观测更精细。根据缺口图像，系统自动计算出缺口偏移量大小，精度高。如有报警出现，可以立即查看图像验证，准确直观，有效排除误报。

2．实时性好。系统通过分路传输，有效地缓解了网络带宽不足的问题，一般情况下能够实时看到5min以内的缺口照片。通过软件直播功能，更是能够达到现场直播的视频效果。

3．直观显示道岔缺口扳动过程。扳动视频自动记录道岔扳动过程，为信号工了解转辙机缺口的动态质量状况提供了依据。

4．动态显示缺口大小。过车视频能自动采集火车通过时的缺口视频录像，清晰分析出动态缺口大小，准确反映了道岔的运行状态，为工电联合整治提供了依据。

5．联网简便，管理方便。根据管理需要，利用既有通信网使沿线各站实现了车间、电务段远程监控，及时掌握各站道岔转辙机缺口的运行状态，指导工区及时维护。

6．检修监测功能助力现场维护。系统软件可实现对指定转辙机缺口进行检修状态下的快速监测，对现场转辙机缺口整治、检修提供了很好的辅助手段。

4 哈大高铁应用情况

该系统2013年7月在哈大高铁全面应用，共9站446台转辙机，其中ZDJ9机型410台，S700K机型36台。工区维护人员及相关管理人员每天都对各转辙机缺口照片进行定时浏览、观看相关视频信息、缺口曲线。在各车间、电务段都安装了缺口远程监测终端，要求工区和车间相关技术人员定时现场和远程观察，实现了对道岔缺口的全方位监控。

出现预报警信息后，及时查看、校对和处置，成功解决了缺口可能出现的问题，大大减少了工区人员上道检查缺口的时间。特别是遇到没有 “天窗”或恶劣天气时，系统更能显示出优势。据统计，2014年哈大高铁各站道岔缺口监测浏览记录，现场发挥作用的典型案例上百次，具体案例如下。

应用案例1：重点检查，开展针对性检修。“天窗”修前，通过浏览缺口变化，全年共发现道岔缺口变化137次，及时纳入 “天窗”修检修计划进行调整，消除了由于缺口变化所引起的设备故障。

应用案例2：认真分析，实施计划性调整。日常通过浏览道岔缺口曲线动态变化，观察扳动视频、过车视频，发现道岔密贴调整不当引起的缺口变化13起，道岔杆件松动引起的缺口变化2起，温度引起的道岔缺口变化6起。经过及时调整相关设备，避免了因道岔缺口问题对行车的干扰。

应用案例3：深度浏览，发挥时效性作用。雨季、雪天通过浏览电动转辙机内部杆件积水、上霜情况，解决电动转辙机进水7台，上霜12台。成功处置了电动转辙机进水问题。

应用案例4：缺口报警信息及时处置，成功避免缺口故障。系统报警功能主要在应对突发的设备故障方面起到了关键作用。全年发生缺口报警11次，通过人工复核，确认缺口变化8次，原因是由于现场施工等造成道岔缺口异常变化。通过实施紧急处置，避免了因缺口故障影响行车。