机车热成像超温检测系统

◇大连科技学院交通运输学院 陈瑞雪 毛 俊 刘 柏 章加炜

近些年来，我国轨道交通发展迅速，列车行驶安全成为重点关注问题。为确保列车安全行驶，降低机车存在的电气火灾隐患，监控机车行驶时车内的发热部位，解决端子虚压、虚接产生的异常发热等问题，本文使用探测器通过红外线差就可以得到红外线图，通过表面的温度分布实现对远距离物体的测温和热状态图像成像。红外线成像技术以判别被测物体的温度和热分布为基础，通过探测器信号的转换模拟出物体表面的温度分布，形成热图像。热成像技术具有远距离作用可以成像，信号隐蔽性强和穿透能力强等优势，对列车安全做出了巨大的保障。

铁路行车高速化发展趋势是我国发展方向，目前在这方面我国已经大规模实施中，随着铁路运行的列车速度的提高，列车运行的安全问题已经成为备受瞩目的首要任务，为防止列车的速度过快而不能对列车运行时车内的发热部位进行有效监控，端子虚压、虚接产生的异常发热，端子虚接造成的引发火灾和行车事故，机车热成像超温监测系统在监控列车安全运行中发挥着不可或缺的作用。热成像技术通过探测器检测目标物体表面的温度热分布，形成热图像，模拟出物体的空间分布，具有全天候工作的能力，能够识别隐秘的目标，通过应用红外热成像仪监测物体表面温度，进行防火监控，极大的提高了列车的行驶安全。

1 应用背景介绍

热成像技术利用红外探测仪器和光学成像物镜接收被测物体表面的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。物体的热图像不同于可见光的图像，它不是人的肉眼所能看见的图像，而是被测物体表面温度分布的图像，热成像技术就是将物体发出的不可见的能量转变成为可以监测的热图像，热图像上不同的颜色代表被测物体表面的不同温度。

热成像技术基于所有物体的温度都比绝对零度高的原理来实现温度的监测，机车热成像超温监测系统适用于电力、内燃机车在线路运行时或负载试验时，对车内发热部位的在线监测，能通过对端子虚压、虚接产生的异常发热进行监测，实现对端子虚接造成的火灾进行有效的预防。系统由：监控平台、WIFI 网关、红外热成像探头、充电线、移动电源、安装底座组成，安装在防风、沙、雪、雨直接侵袭的电器柜内。机车热成像超温监测系统要求在海拔小于1400m，工作温度在-10℃～+60℃，存储温度在-40℃～+85℃的环境内使用。

机车热成像超温监测系统是一种无损检测方式，因为借助热成像技术能够观测热量，而不是光，因此全天24小时皆可使用，抗强光的干扰。一般的火灾都是由不明显的隐火引发的，用现有方法，很难发现这种隐性火灾苗头，而机车热成像超温检测系统可以对车内的异常发热进行监测控制，预防火灾的发生，具有准确、实时、快速等优点。热成像超温检测是一种迅速的、灵敏的检测方法，它成为了一种重要的监测手段，在理论上和实际运用中显示出了巨大的生命力。

2 系统功能设计

2.1 系统技术架构设计

在线热成像检测系统由监控平台、WIFI网关、红外热成像探头组成。热成像检测装置采集的红外图像和可见光图像，经过双光融合算法后，通过WIFI模块输出。然后多个热成像装置的WIFI信号进行信号汇集后由WIFI中继输出至平台设备。整个检测系统的数据流程如图1所示。

图1 热成像检测系统框图

该系统采用了计算机压缩和网络传输技术，可以在远方实现对仪器的设置、超温自动报警等日常自动检查功能。前端采用了自主研发的测温监控摄像头，该摄像头采用了红外线技术，内部采用高速数字处理电路，可实时对大范文目标进行成像温度检测，输出热分布图像和温度信息，可以进行24小时的实时监控。

2.2 系统功能介设计

a、软件显示界面。

界面主要有五个部分组成：①图像的显示区域；②温度色板设置区域；③操作控制区域；④温度显示区域；⑤报警控制区域。

（1）图像的显示区域。这个部分主要显示被测区域的热温度图像，具体如图2所示。

图2 显示区域效果

（2）温度色板设置区域。通过调节温度色板上的最大温度和最小温度，实现更好的显示效果。

（3）操作控制区域。控制系统与终端的连接。

（4）温度显示区域。实时显示不同终端监视区域的最高温度。

（5）报警控制区域。设定报警阀值、设定报警后声音消除、启动报警记录查询界面。

b、监测系统界面。

（1）自动检测。系统具备预置行程，利用了自动化系统和计算机系统来运行，不需要人看管，自动检测。

（2）自动报警。当监测到异常状态时，就会自动的产生故障预告信息，当检测到系统本身出现错误时，就会自动产生错误预告信息，并自动通知管理人员和值班人员。

（3）智能分析。当检测到设备温度异常时，可以调出设备正常时的热图谱以及运行参数，与异常时的热图谱和运行参数进行对比，可以准确的分析。

（4）融合模式。系统可以实现对可见光和红外热像图的融合分析，实现持续融合、阀值以上融合、阀值以下融合和指定温度区间内融合的功能。综合运用红外和可见光的识别优势，根据需要随时选择合适的融合方式。

c、热成像监控系统安装及设计。

（1）将监控平台、WIFI网关布置在司机室操纵台上，开机上电。电脑连接无线网，网络名为“TP-LINK_123”。

（2）右键我的电脑-选设置-选服务。启动MYSQL服务。按柜门上粘贴指示，插入钥匙，按顺序解除门锁限制，打开变流柜柜门如图3所示。

图3 内部结构

（3）将支架安装到柜体右下部，保证安装牢固可靠。同时将摄像头固定到底座上。移动电源放置在机械间走廊地板上，电源线顺地板缝穿入变流柜内，接入摄像头插口。

（4）在电脑中打开监控软件。①设置区域2的上下限温度显示，上限设置70，下限设置20。该设置反映显示图像的色调，对最终测试结果和报警无影响。②设置区域5的报警上限70，既被测温度达到70℃是开始报警。一般接线部位正常温度为环境温度+20℃，可根据实际情况调整。③点击启动，既能显示被测部位图像。如果无视频画面，需要进行如下步骤：a、摄像头断电再充电（插拔两个引出在变流柜外侧的充电宝）；b、重启笔记本电脑中插件MYSQL；c、重启路由器（插拔路由器电源）；d、重启监控软件并点击启动。

（5）系统设置为开机时抓拍，之后每3分钟自动抓拍，以及高温报警时自动抓怕。如需查看，可点区域5报警记录中查看。

（6）根据屏幕显示画面，旋转安装底座以选取做最适位置。可通过旋转摄像头边的小孔调整画面清晰度。

（7）安装设置过程完成后，关闭柜门，按顺序恢复门锁限制，拔出钥匙。之后便可以通过监控软件的监测画面持续观测汇流流端子台发热状态。

3 现状分析

随着平安中国、智慧城市等的建设，“一带一路”政策的鼓励和国防现代化建设的进一步推进，我国安防行业技术不断发展，全天候夜视监控已经成为检测视频监控系统是否完善、是否具有先进性的潜在衡量标准，因此机车热成像技术前景显著增大，短短几年时间迅速涌向各行业领域。

机车热成像超温监测系统适用于电力、内燃机车在线路运行时或负载试验时，对车内发热部位的在线监测，能通过对端子虚压、虚接产生的异常发热进行监测，实现对端子虚接造成的火灾进行有效的预防。

4 结束语

本文采用机车热成像超温检测系统，为温度检测带来了新的突破，解决了机车设备运行中的大量热性故障问题。基于热成像技术上的设计，对车内发热部位进行在线监测，通过监测端子虚接产生的异常发热来预防火灾的发生。该技术是对设备表面辐射的红外光像进行非接触、远距离热成像检测，不受电场干扰，因此具有直观、准确、灵敏度高、快速、安全、应用范围广，广泛应用值高等特点。

红外热成像检测技术已被证实是检测和诊断电力及相关设备故障的有效手段，其便捷、精确、安全的特点决定了其在机车检测领域有着广泛的应用前景。该监测系统的应用可以保证铁路机车设备正常运行，为铁路行车安全增加可靠性。