车载弓网动态监控系统的制作方法

1.本发明涉及弓网系统检测技术领域，尤其是涉及一种车载弓网动态监控系统。


背景技术：

2.目前，随着城市轨道交通的高速发展，具备高效率与低污染等优点的电力车辆越来越得到广泛的应用与发展。弓网系统是由受电弓和接触网组成的电力系统，受电弓作为地铁轻轨等轨道交通车辆从接触网向车辆内取流的设备，其工作过程受接触网动态滑动、摩擦磨损、摩擦生热、电流传输、化学磨损与外界应力等综合因素的影响，容易在运行过程中发生各种弓网事故。
3.当发生故障时，受电弓与接触网之间还可能会产生拉弧现象，拉弧造成电力列车电流供应的不稳定，导致列车不稳定运行，且会引起接触线和受电弓上滑板异常磨损、产生电流干扰、使牵引电动机整流条件恶劣化等问题。
4.由于弓网系统通常安装于列车的上方，列车在行驶过程中弓网系统不易对弓网系统进行动态监控，使发生弓网系统故障时不易及时被检测。


技术实现要素：

5.为了能及时发现受电弓与接触网之间产生的问题，本技术提供一种车载弓网动态监控系统。
6.本技术提供的一种车载弓网动态监控系统采用如下的技术方案：
7.一种车载弓网动态监控系统，包括采集弓网系统运行过程中产生的动态运行数据的采集模块、传输所述运行数据的传输模块与处理所述运行数据的处理模块，还包括设置于车辆调度站并与所述处理模块通信连接的报警数据服务器；
8.所述采集模块设置于车顶处且位于受电弓前方，所述传输模块设置于所述采集模块与所述处理模块之间并分别与所述采集模块和所述处理模块通信连接，所述处理模块设置于车体内。
9.通过采用上述技术方案，列车在运行过程中，弓网系统中的受电弓上升与接触网接触，使受电弓受流，采集模块采集弓网系统运行过程中产生的动态运行数据，动态运行数据包含受电弓与接触网之间的运行情况，包括运行过程中受电弓与接触网之间的产生的拉弧现象、受电弓与接触网之间发生的异常分离以及分离的距离等，采集模块采集动态运行数据，并将动态运行数据通过传输模块传输至处理模块，处理模块对动态运行数据进行处理，使能及时发现动态运行数据中的弓网故障隐患，并将发现的弓网故障隐患数据上传至报警数据服务器为预防性维护及弓网事故提供据实可靠的数据。
10.可选的，所述采集模块包括采集所述运行数据的采集单元，所述采集单元包括红外采集相机与半固定云台，所述半固定云台设置于所述车顶对应受电弓的位置，所述红外采集相机设置于所述半固定云台。
11.通过采用上述技术方案，半固定云台固定在车顶对应受电弓的位置，红外采集相
机设置在半固定云台上，当列车开始运行时，受电弓上升至接触网处，半固定云台减少红外采集相机的晃动，红外采集相机实时采集受电弓与接触网之间的接触与运行状况视频，使对弓网系统的检测更加及时。
12.可选的，所述采集模块还包括用于检测拉弧的拉弧检测单元，所述拉弧检测单元设置为紫外光检测器，所述紫外光检测器安装于所述半固定云台且与所述红外采集相机平行安装。
13.通过采用上述技术方案，当受电弓与接触网之间产生拉弧时，拉弧产生较强的紫外线，当拉弧检测单元为紫外光检测器时，紫外光检测器能检测出拉弧产生的紫外光，进而检测出拉弧的产生。
14.可选的，所述采集模块还包括补光单元，所述补光单元包括红外补光灯、接线防水盒与安装板，所述安装板安装于车顶对应所述红外采集相机处，所述红外补光灯与所述接线防水盒均安装于所述安装板一端，所述红外补光灯与所述接线防水盒电连接。
15.通过采用上述技术方案，安装板安装于车顶对应红外采集相机处，红外补光灯安装于安装板处，对弓网红外采集相机的拍摄进行补光，接线防水盒对红外补光灯的导线进行接线并防止水流的进入，当列车行驶于隧道等红外线较弱的位置处时，红外补光灯对弓网系统进行补光，使红外采集相机能对弓网系统在红外光较弱的位置处进行拍摄产生弓网系统实时运行的运行数据。
16.可选的，所述处理模块包括处理所述运行数据的处理单元，所述处理单元包括处理所述运行数据的信息处理mcu，所述信息处理mcu安装于车体，所述信息处理mcu与所述红外采集相机通信连接。
17.通过采用上述技术方案，红外采集相机采集对应的运行数据并将运行数据传输至处理单元，当处理单元为信息处理mcu时，信息处理mcu对运行数据进行处理，使能及时获取弓网系统运行过程中受电弓与接触网之间发生的异常接触或者产生的异常现象。
18.可选的，所述处理模块还包括存储与告警所述运行数据的服务单元，所述服务单元设置为操作终端，所述操作终端与所述报警数据服务器通信连接，所述操作终端分别设置于调度站与机长室。
19.通过采用上述技术方案，红外采集相机采集弓网系统运行状况产生运行数据，信息处理mcu处理运行数据获得弓网系统运行过程中的异常情况，服务单元将弓网系统运行过程中全程的运行数据均进行保存，当信息处理mcu检测出运行数据中包含有异常信息时，信息处理mcu将出现异常信息的时间、地理位置等信息传输至报警数据服务器，报警数据服务器通过服务终端将对应的信息进行报警并显示，使能及时发现弓网故障隐患，为预防性维护及弓网事故提供具实可靠的数据及图像资料。
20.可选的，所述传输模块包括连接所述采集模块与所述处理模块的主通信单元，所述主通信单元包括通信路由、mvb通讯板卡与电连接器，所述通信路由的两端连接所述信息处理mcu与所述mvb通讯板卡，所述mvb通讯板卡的两端分别连接所述通信路由与所述电连接器，所述电连接器的两端分别连接所述mvb通讯板卡与车体的mvb。
21.通过采用上述技术方案，主通信单元连接采集模块与处理模块，通过主通信单元中的通信路由、mvb通讯板卡与电连接器使采集模块采集的运行数据能传输至处理模块进行处理。
22.可选的，所述传输模块还包括备用通信单元，所述备用通信单元设置为3g/4g通讯模块，所述3g/4g通讯模块分别连接所述通信路由与所述调度站。
23.通过采用上述技术方案，可根据实际应用情况分别使用主通信单元或者备用通信单元中的3g/4g通讯模块，增加通讯的方式，使与调度站的连通方式更加灵活。
24.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
25.1.采集模块采集动态运行数据，并将动态运行数据通过传输模块传输至处理模块，处理模块对动态运行数据进行处理，使能及时发现动态运行数据中的弓网故障隐患，为预防性维护及弓网事故提供据实可靠的数据；
26.2.采集模块中的红外采集相机实时采集受电弓与接触网之间的接触与运行状况视频，采集模块中的紫外光检测器能检测出拉弧产生的紫外光，进而检测出拉弧的产生，使对弓网系统的检测更加及时；
27.3.当处理单元为信息处理mcu时，信息处理mcu对运行数据进行处理，使能及时获取弓网系统运行过程中受电弓与接触网之间发生的异常接触或者产生的异常现象。
附图说明
28.图1是本技术实施例的模块框图；
29.图2是本技术其中一实施例中采集模块的整体结构示意图；
30.图3是本技术其中一实施例中采集模块的正视结构示意图；
31.图4是本技术其中一实施例中补光单元的俯视结构示意图；
32.图5是本技术其中一实施例中补光单元的侧视结构示意图；
33.图6是本技术其中一实施例中信息传输处理机箱的正视结构示意图；
34.图7是本技术其中一实施例中信息传输处理机箱的俯视结构示意图。
35.附图标记：1、采集模块；11、采集单元；111、红外采集相机；112、半固定云台；12、拉弧检测单元；121、紫外光检测器；13、补光单元；131、红外补光灯；132、接线防水盒；133、安装板；2、处理模块；21、处理单元；22、服务单元；221、操作终端；3、传输模块；31、主通信单元；32、备用通信单元；4、报警数据服务器；5、信息传输处理机箱。
具体实施方式
36.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
37.本技术实施例公开一种车载弓网动态监控系统。参照图1，车载弓网动态监控系统包括采集弓网系统运行过程中产生的动态运行数据的采集模块1、传输运行数据的传输模块3与处理运行数据的处理模块2，还包括设置于车辆调度站并与所述处理模块2通信连接的报警数据服务器4，使对列车在工作过程中受电弓与接触网之间的运行状况实时进行采集，使列车运行过程中能对弓网系统进行动态监控，当报警数据服务器4采集到处理模块2发出的故障隐患数据时能及时对调度站内的工作人员进行报警提示，使工作人员能相应作出隐患处理。
38.参照图1与图2，采集模块1安装于车顶处且位于受电弓前方，采集模块1包括采集运行数据的采集单元11，采集单元11包括红外采集相机111与半固定云台112，半固定云台112设置于车顶对应受电弓的位置，且位于受电弓开口方向的一侧，红外采集相机111设置
于半固定云台112，红外采集相机111通过螺接的方式在半固定云台112上进行安装，使红外采集相机111便于进行拆卸与检修，半固定云台112与车顶受电弓之间的距离为较佳距离，可根据列车型号与弓网型号灵活进行调整，以能准确拍摄到受电弓与接触网之间的位置关系，在本技术实施例中半固定云台112与车顶受电弓之间的距离为8m-8.4m；对应半固定云台112的红外采集相机111拍摄出的图像文件由于反射光线为红外光，拍摄的图像中每帧图片均为灰度图像，减少附近物体的杂色对弓网系统识别的影响，使便于进行识别，在本实施例中红外采集相机111采集的图片的分辨率可为1920*1080，根据实际需求采用分辨率不同的红外采集相机111进行识别，使对弓网系统的识别效率更好。
39.参照图1与图3，采集模块1还包括用于检测拉弧的拉弧检测单元12，参照图3与图4，拉弧检测单元12设置为紫外光检测器121，紫外光检测器121安装于半固定云台112且与红外采集相机111平行安装，红外采集相机111与紫外光检测器121电连接，由于受电弓与接触网之间产生拉弧时，对应的电弧产生正常状态所不存在的大量的紫外光线，在本实施例中检测波段可为10-400nm，在其他实施例中波段范围可适当进行调整，通过紫外光检测器121对受电弓与接触网之间拉弧产生的紫外光线进行检测，进而对受电弓与接触网之间是否产生拉弧进行检测。
40.参照图1与图4，采集模块1还包括补光单元13，参照图4与图5，补光单元13包括红外补光灯131、接线防水盒132与安装板133，安装板133通过螺接安装于车顶对应红外采集相机111处，红外补光灯131与接线防水盒132均螺接安装于安装板133一端，安装板133安装于车顶且位于受电弓与红外采集相机111之间，同一安装板133上可安装多个红外补光灯131，在本实施例中安装的数量为两个，且红外补光灯131设置为倾斜状态，使红外补光灯131能将红外线投射至受电弓与接触网接触的位置，红外补光灯131与接线防水盒132电连接，红外补光灯131的相关导线在接线防水盒132处进行布线。
41.参照图1，处理模块2分别设置于车体与调度站，处理模块2包括处理运行数据的处理单元21，处理单元21包括处理运行数据的信息处理mcu，信息处理mcu安装于车体内，信息处理mcu与红外采集相机111通信连接。信息处理mcu内运行有受电弓与接触网识别算法，能识别接触网与受电弓之间的距离，对运行数据进行处理时，信息处理mcu将传输来的图像数据进行剪切，剪切的帧数根据实际画质进行设置，信息处理mcu将对应剪切下的画面进行识别，识别在列车行进过程中分析弓网系统的拉出值。
42.为了使受电弓与接触网之间受流性能良好的同时减少滑板与受电弓之间相互的影响，大多数受电弓采用为碳系材质的滑板，在列车行驶过程中，为了避免受电弓的滑板与接触网造成持续摩擦导致的受电弓使用寿命减少，使接触网与受电弓之间的摩擦较为均匀，要求接触网在线路上按技术要求固定位置，在列车行驶沿线上将接触网设置为
‘
之’字型，即在定点处保证接触线与受电弓滑板中心有一定的偏移量，该偏移量为拉出值，拉出值受列车行驶速度与路况变化程度有关，行驶速度越快的列车拉出值越大，曲线段越多角度越大的拉出值也越大，过大的拉出值较易产生拉出值超标，拉出值超标较易引起弓网事故。
43.信息处理mcu内运行有对应的图像分析模型与图片识别模型，通过图像分析模型与图片识别模型识别接触网与受电弓的存在，并分析接触网与受电弓之间的位置关系，采用灰度分析的方式分析红外采集相机111拍摄的每一帧图像，分析接触网的拉出值的数值，信息处理mcu还设置有对应拉出值的警戒值，检测拉出值是否超出对应的警戒值，例如在本
实施例中，红外采集相机111对拉出值的分辨率为2mm，检测精度为正负5mm，将警戒值设置为两级，拉出值大于375mm小于475mm为轻微等级，拉出值大于475mm为严重等级，当拉出值为大于475mm时则进行报警操作。
44.列车在行驶过程中还可能因为外界因素对受电弓本身造成影响或损坏，通过识别每一帧图像中的受电弓，信息处理mcu还可对受电弓的完整程度进行识别，例如在本实施例中对受电弓的羊角异常进行检测，在可视范围内检测羊角的上下形变量为正负10mm，超出10mm则进行报警，在可视范围内对羊角的缺失进行检测，羊角缺失范围为10mm，超过10mm则进行报警。
45.拉弧检测单元12中的紫外光检测器121对列车行驶过程中是否产生有拉弧进行检测，并将检测图像传输至信息处理mcu，信息处理mcu对检测图像中的每一帧图像进行识别，当识别到检测数据中存在有拉弧产生时，即进行报警操作，但列车在行驶过程中受地形、速度与天气等因素影响，有时产生拉弧为客观因素影响，或为不可复制的影响因素，例如受到雨水冲击等，因此需要对报警信息进行过滤，例如在本实施例中对应信息处理mcu还设置有报警过滤模型，当信息处理mcu识别到其中一帧图像中产生有拉弧时，信息处理mcu连续分析前后3-4张图片，若前后3-4张图片均没有产生拉弧时，则不进行报警操作，若前后3-4张有连续拉弧现象出现时，则进行报警操作。
46.处理模块2还包括对运行数据进行存储的服务单元22与对故障隐患数据进行报警的服务单元22，服务单元22设置为操作终端221，操作终端221与报警数据服务器4通信连接，报警数据服务器4分别与红外采集相机111和信息处理mcu通信连接，操作终端221分别设置于调度站与机长室，即对应机长室操作终端221与对应调度站操作终端221，机长室操作终端221使能在车体的机长室内监控弓网系统的动态运行状况，调度站操作终端221使能在调度站监控弓网系统的动态运行状况，报警数据服务器4设置于调度站机房或对应运营商机房内。信息处理mcu通过与红外采集相机111通信连接，使报警数据服务器4能保存红外采集相机111采集的弓网系统运行过程的图像，信息处理mcu中发送至报警数据服务器4的报警信息通过操作终端221进行显示，从而利用列车通信网络tcn（traincommunicationnetwork）对报警时列车所在地理位置与运行时间段，弓网系统中报警所在位置进行定位，tcn为在列车上分布式控制系统上发展起来的列车控制与诊断信息数据通信网络，tcn包括连接各节可动态编组的车辆的列车级通信网络wtb（wiretrainbus）和用于连接车辆内固定设备的多功能车辆总线mvb（multifunctionvehiclebus）。
47.传输模块3设置于车体，传输模块3分别与采集模块1和处理模块2通信连接。传输模块3包括连接采集模块1与处理模块2的主通信单元31，主通信单元31包括通信路由、mvb通讯板卡与电连接器，通信路由的两端连接信息处理mcu与mvb通讯板卡，mvb通讯板卡的两端分别连接通信路由与电连接器，电连接器的两端分别连接mvb通讯板卡与车体的mvb。通过电连接器使mvb通讯板卡能连接列车的mvb，通过mvb板卡将车辆信息传输至服务器，进而利用tcn与报警数据服务器4建立联系，通过tcn向报警数据服务器4与列车的机长室同步传输采集模块1采集到的运行数据，通过mvb板卡将车体相关信息传输至服务器，并通过操作终端221进行显示或者通过短信与邮件等形式发送至相关人员的手机终端或者邮箱，例如，将车体位置等信息传输至服务器，当产生故障隐患数据时，使能在操作终端221上显示发生故障时车体所在铁路的路段并进行记录，达到监控的效果。
48.传输模块3还包括备用通信单元32，备用通信单元32设置为3g/4g通讯模块，3g/4g通讯模块分别连接通信路由与调度站，3g/4g通讯模块通过sim卡实现在运营商上的网络注册，于正常工作状态时，备用通信单元32与主通信单元31实现二选一的方式连接，即备用通信单元32与主通信单元31其中一个实现与调度站的通信连接，由于备用通信单元32使用3g/4g通讯模块会产生通讯费用的支出，因此正常工作状态时为主通信单元31进行通信路由与调度站之间的通信，当主通信单元31产生故障或者当列车通信网络暂时不能使用时，备用通信单元32中的3g/4g通讯模块起到代替主通信单元31传输运行数据的作用，通过建立与列车周围的基站之间的通信来向报警数据服务器4传输运行数据。
49.为了对信息处理mcu、通信路由、mvb通讯板卡、电连接器与g/g通讯模块在列车上便于进行安装且便于与tcn建立联系，参照图7与图7，信息处理mcu、通信路由、mvb通讯板卡、电连接器与3g/4g通讯模块均集成安装于信息传输处理机箱5内，信息传输处理机箱5安装于车体内，通过通信路由、mvb通讯板卡与电连接器的不同接口与列车建立通信，进而与调度中心建立通信联系，其中信息传输处理机箱5的端口包括hdmi信号传输端口、mvb传输接口、数据串口、usb接口、vga接口、sim卡数据接口、串口等，其中的hdmi信号传输端口用于传输红外采集相机111传输的高清红外视频信号，mvb传输接口用于与列车通信网络tcn进行通信获取列车地址与运行时间等信息，sim卡数据接口用于插入sim卡，通过分布于铁路沿线的通信基站与报警数据服务器4进行通信。
50.本技术实施例一种车载弓网动态监控系统的实施原理为：列车在运行过程中，弓网系统中的受电弓上升与接触网接触，使受电弓受流，采集模块1中的红外采集相机111对受电弓与接触网之间的相对位置关系进行拍摄、拉弧检测单元12中的紫外光检测器121对弓网系统运行过程中产生的拉弧进行检测生成对应弓网系统的动态运行数据，通过传输模块3中的主通信单元31与是采集模块1采集的运行数据传输至处理模块2进行处理，且通过列车通信网络将对应的运行数据传输至调度站的报警数据服务器4，处理模块2处理对应的运行数据，并将运行数据中的故障隐患数据通过主通信单元31传输至报警故障服务器，报警故障服务器将故障隐患数据通过操作终端221进行显示，使调度站工作人员保持对列车运行过程进行实时的动态监控，能及时获取对应的故障信息，根据故障信息得知弓网系统中发生故障的位置与故障的类型并进行针对性处理。
51.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。