接触网零部件状态描述标准词典研究

王小兵，杨志鹏，顾子晨，盛 良，逯昊舒

0 引言

随着检测技术的发展，视频图像类检测在接触网检测中发挥越来越重要的作用，通过对接触网支撑装置、定位装置、附加悬挂等重要接触网设备进行高精度、高密度图像拍摄，分析图像信息，发掘接触网设备状态，及时发现安全隐患并指导设备状态维护，确保接触网系统安全稳定运行。当前接触网视频图像智能识别技术仍处于发展阶段，对于海量图像，多采用人工判读方式发现缺陷，存在工作量大、耗时长、时效性差等问题。

通过大量的图像信息进行算法训练和测试是智能识别算法的必要技术途径，接触网零部件数量众多，命名不规范和缺陷描述信息不统一，不利于开展智能识别算法的深入研究。因此，开展接触网零部件状态描述标准词典研究是一项具有重要现实意义和研究价值的课题。

1 国内外研究进展

视频图像智能识别算法的不断发展，以及深度神经网络和卷积神经网络等机器学习算法的不断出现，极大提升了图像识别结果的准确性。国内外均在开展相关技术的研究，如Mermec 公司开发的检测系统能够检测支持装置上零部件的变形、缺失和断裂等缺陷；西南交通大学采用级联深度神经网络，可以快速准确报告紧固件的各种故障[1]；文献[2]采用图像识别算法，以接触网悬挂状态及缺陷为对象，阐述了图像识别技术在高速铁路基础设施检测方面的应用；国家电网研发基于深度学习技术的输电线路巡检图像智能分析云服务系统，针对直升机、无人机、机器人等发回的巡检图像，实现了对复杂环境中多种电力监控目标及其位移、状态的识别，并发布了输变电设备缺陷用语规范、缺陷分类标准等。

目前，接触网检测系统已经配置数量众多的视频图像类检测设备，但由于图像缺陷智能分析算法的滞后，导致实际应用中需依赖大量人工分析和识别图像中接触网零部件的状态信息。同时，由于缺少相关统一命名标准，各铁路局均采用自定义分类对接触网零部件状态信息进行描述，存入6C 数据综合处理中心后，由于命名的不规范，导致在后续的分析中难以充分利用数据资源并真正掌握全路接触网设备状态。

2 接触网零部件分类

我国幅员辽阔，电气化铁路跨越不同的地形和气候环境，加之接触网零部件本身种类繁多，而且在技术引进、消化和吸收的不同阶段采用不同设计理念，由此形成复杂多样的接触网结构。对接触网零部件进行分类需解决的关键问题是如何将不同结构形式、不同材质的接触网零部件进行合理归类，以及对具有同种功能、不同外观特征的接触网零部件进行合理归类。

对接触网零部件分类的目的是使描述部件位置信息准确、唯一，接触网系统安装结构形式和部件材质对其分类与状态描述无影响，因此将接触网系统按设备设施种类进行划分，接触网零部件按层次划分，以解决零部件的多级分类与定位问题。

2.1 接触网设备设施种类

《铁路牵引供电设备设施单元划分、编码暂行规范》（运供设备函[2016]343 号）对接触网设备设施种类进行了详细划分，将接触网设备设施划分为接触悬挂锚段、支柱/吊柱、支持装置、定位装置、接触悬挂、弹性吊索、中心锚结等38 个种类[3]。

接触网零部件状态描述对接触网设备设施种类的划分无特别需求，为利于种类划分标准的延续和使用便捷，采用该规范中关于接触网设备设施种类的划分标准和种类名称，其中接触悬挂锚段、附加悬挂锚段、地磁感应装置、主导电回路温度、保安装置种类在接触网视频图像检测时不能形成有效数据信息，在接触网零部件状态描述分类中去掉，针对AF 线、JQ 线、GW 线的分类描述需求，增加AF 线种类名称，JQ（GW）线拆分为JQ 线和GW 线。

2.2 接触网一级零部件

按独立、成套的接触网设备、零部件，划分接触网零部件状态描述一级零部件。《电气化铁路接触网零部件》（TB/T 2075—2010）[4]、《高速铁路简统化接触网装备暂行技术条件》（TJ/GD 026—2018）[5]等标准、规范中对接触网零部件有规范命名，并得到推广运用，接触网零部件状态描述一级零部件的名称参照以上标准。图1 为接触网铝合金腕臂结构及一级零部件组成示意图。

图1 铝合金腕臂结构及一级零部件组成

2.3 接触网二级零部件

一个独立、成套的接触网设备、零部件可能为一个单体，也可能由多个子零部件组合而成，将接触网一级零部件的组成子零部件划分为接触网二级零部件。

二级零部件名称也同样参照《电气化铁路接触网零部件》（TB/T 2075—2010）[4]、《高速铁路简统化接触网装备暂行技术条件》（TJ/GD 026—2018）[5]等标准、规范中对接触网设备、零部件各组成子零部件命名。图2 为简统化组合承力索座结构及二级零部件组成示意图。

图2 组合承力索座结构及二级零部件组成

细部零件的运行状态与其材质、形态、运用位置有较大关系，同时为便于分类查找，结合二级零部件的特征将其分为螺栓、线索、组成零件3 种类型。其中，螺栓类包含螺栓、螺栓销、销钉等紧固零件，线索类包含吊弦、绑扎线、补偿绳等柔性零件，组成零件为除以上类别的二级零部件。

3 接触网零部件状态描述

3.1 状态描述名称

接触网零部件状态主要指缺陷状态。接触网设备设施种类多，一、二级零部件相互组合形成众多项点，加之外部环境复杂，运行工况恶劣，造成接触网零部件形成的缺陷状态复杂多样。接触网零部件状态描述分类的目的是促进接触网视频图像智能识别技术的发展和运用过程中形成统一规范的大数据库，因此其分类应将传统应用经验与视频图像智能识别技术相结合。图3 所示为接触网零部件典型缺陷状态。

图3 接触网零部件典型缺陷状态举例

接触网安装、调试、运行和维护阶段[6]所积累的缺陷状态信息，应结合设备、零部件的材质属性、运行状态、电气性能等特点，以及视频图像检测装置智能识别能力提炼，归集接触网零部件状态描述名称，用规范、统一的语言进行描述[7，8]，力求准确、精简、无歧义、通俗易懂。

3.2 状态描述分类

为便于分类统计，以分布范围将接触网零部件状态描述分为4 大类：

（1）标准状态：接触网零部件标准安装、运行状态。

（2）通用状态：可能出现在所有接触网零部件上的非标准状态，如变形、开裂等。按照状态产生原因将通用状态细分为安装、运行、焊接、环境等状态。a.安装状态：安装阶段形成的非标准状态，包含因安装时位置、数量、方向、型号等因素形成的非标准状态。b.运行状态：运行过程中形成的状态，包含在运行时因受力、侵蚀等因素形成松、脱、卡、磨、断等非标准状态。c.焊接状态：焊接部位因焊接形成的状态，包含焊接部位出现的开焊、虚焊等非正常状态。d.环境状态：接触网零部件周围外部环境状态，包含受外部环境、外来异物等因素影响形成的非标准状态。

（3）独有状态：只可能出现在某一种接触网零部件上的非标准状态，如开口销未掰开、线索断股、绝缘子闪络等。按照状态分属零部件类型，将独有状态细分为开口销独有、线索独有、绝缘子独有、支柱独有、标识牌独有状态。开口销独有状态包含开口销本体因掰开程度等因素所形成的非标准状态。线索独有状态包含仅发生在线索类非刚性零部件中的非标准状态。绝缘子独有状态包含击穿、闪络等仅发生在绝缘子类零部件中的非标准状态。支柱独有状态包含露筋等混凝土支柱非标准状态。标识牌独有状态包含字迹模糊等非标准状态。

（4）特殊状态：通用状态、独有状态之外的非标准状态。

4 接触网零部件状态描述编码

采用数字、字母和其他符号对各种数据项进行编码，可以提高信息处理、交流的效率和精度，是实现信息系统的前提条件。接触网零部件状态描述由设备设施种类、一级零部件、二级零部件、状态描述4 部分组合构成，为便于数据的存储和检索，分别为4 部分名称设置数字代码。

4.1 设备设施种类代码

设备设施种类代码沿用《铁路牵引供电设备设施单元划分、编码暂行规范》（运供设备函[2016]343 号）的规定，增加的AF 线种类名称，设置代码为39，拆分后的JQ 线和GW 线种类名称分别设置代码为40、41。

4.2 一级零部件代码

一级零部件按名称第一个字的拼音首字母排序，分别设置首字母代码和顺序代码，首字母代码按26 个字母顺序位设置两位数，顺序代码设置两位数，自01 按顺序递增数字，2 个代码合并为一级零部件名称代码。

接触网同一设备设施种类包含多种一级零部件，且在不同安装位置可能存在相同名称的零部件，按属性/位置信息分类，将同一设备设施单元包含的相同一级零部件进行分别描述，实现对一级零部件精确分类，确保接触网同一设备设施种类所包含一级零部件名称和代码的唯一性。

一级零部件属性/位置信息代码设置两位数，自01 按顺序递增。当同一设备设施种类所包含的一级零部件不存在相同名称，或所包含的一级零部件不对其进行属性/位置信息分类也不会产生重名时，不对其进行属性/位置分类，代码用00 表示。

4.3 二级零部件代码

二级零部件名称代码由3 位代码组成，第1 位代表螺栓、线索、组成零件3 种类型分类代码，后两位代表顺序代码。

对由多个相同或不同二级零部件组成的一级零部件，需要对组成的二级零部件分别进行状态描述时，通过在二级零部件名称前增加属性/位置信息进行区分，保证每个一级零部件中需要对其进行状态描述的二级零部件名称的唯一性。

二级零部件属性/位置信息代码设置两位数，自01 按顺序递增数字。当一级零部件为一个单体、所包含的二级零部件不存在相同名称，或所包含的二级零部件不对其进行属性/位置信息分类也不会产生重名时，不对其进行属性/位置分类，代码用00 表示。

4.4 状态描述代码

状态描述代码设置4 位数，前2 位代表状态描述类型分类代码；后2 位代表各类型分类所包含状态描述名称顺序代码，代码自01 起按顺序递增。

4.5 接触网零部件状态描述编码

接触网零部件状态描述编码由设备设施种类代码（2 位）、一级零部件代码（6 位）、二级零部件代码（5 位）、状态描述名称代码（4 位）4 部分组合构成，编码总长度为17 位。零部件状态描述编码示意见图5。

图5 编码示意图

按照以上分类和编码标准，当需要对接触网视频图像检测装置识别的某个位置进行状态描述时，按其对应的设备设施种类、一级零部件名称、二级零部件名称、状态名称和代码组合即可生成规范、统一的接触网零部件状态描述信息及唯一编码。归集所有接触网零部件状态描述信息及编码，形成接触网零部件状态描述标准词典，标准词典示例如表1 所示。

表1 接触网零部件状态描述标准词典（示例）

表1 接触网零部件状态描述标准词典（示例）（续）

5 结语

我国电气化铁路接触网类型复杂多样，零部件种类众多，通过本文所述方式制定全路统一的接触网零部件状态描述标准词典，接触网检测运用中产生的视频图像数据均按该标准词典规范存储，结合供电6C 数据中心实现全路归集形成大数据库，利用大数据库训练优化视频图像智能识别算法模型，推动接触网视频图像智能识别技术持续发展。