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城市轨道交通基础设施综合检测列车创新技术

0 引言

近年来,我国城市轨道交通快速发展。国内不少区域正在规划构建以轨道交通为骨干,干线铁路、城际铁路、市郊铁路、城市轨道交通“四网融合”的轨道交通网络布局,致力打造“轨道上的都市圈”。随着城市轨道交通运营里程和客流的快速增长,其安全运行压力和挑战也日益加大。轨道、供电、通信、信号等基础设施的状态都直接影响列车的安全正点运营。因此,对城市轨道交通基础设施状态开展运营前的安全评估和运营后的周期动态检测,对于保障城市轨道交通安全运行具有重要作用。

而轨道交通基础设施的安全状态评估往往需要进行多个专业的检测指标综合评价。目前,虽然许多城市已配备了人工和车载的专业检测设备,但由于各类检测设备独立分散检测导致检测效率低下,并且各专业的检测数据在时间和空间上难以同步,因此难以对多系统检测数据进行有效管理和综合分析,无法提供更高效科学的维修建议。

称取60 g,长度为2.5 mm的柱状活性炭,超声功率为80 W,7 mol/L的硝酸300 mL,在温度为313 K和343 K分别活化30 min,蒸馏水洗涤3次后,再用1%250 mL的偏矾酸铵浸泡24 h后,在483 K下烘6 h制得脱硝催化剂。

随着城市轨道交通线路规模的扩大,以及国内部分城市已实现多条线路的互联互通,为提高检测效率和检测数据综合分析水平,更好地指导养护维修,基础设施检测必然向联网运营、综合检测发展。

面对这个男人,紫云终于感动了。从初中时就跟在身后,又追随到上海,把恋爱当成终生事业,只追求一个人,紫云能不动心吗?这天晚上,林志没有离开紫云的房间。

1 城轨综检车介绍

依托国家发改委《轨道交通系统测试国家工程实验室》项目,由中国铁道科学研究院集团有限公司(以下简称“铁科院”)牵头,在充分调研城市轨道交通检测需求和特点的基础上,成功研制了集轨道、供电、通信等基础设施专业检测系统于一身的城轨综检车(图1)。

图1 城轨综检车外观

城轨综检车以地铁B型电客车为载体,采用2动1拖3节编组设计(即1号、2号和3号车),集成了轨道几何、钢轨廓形、轨道巡检、接触网、车辆动力学响应、通信、信号等专业检测系统和综合系统,可对轨道、弓网、通信等基础设施状态和车辆动力学进行同步检测,最高设计速度为120 km/h。

Atrophic mucosa with intestinal metaplasia in differentiated gastric cancer and undifferentiated cancer of the gastric fundic gland mucosa are well-known examples of the relationship between gastric cancer and the background mucosa[37].

1号车安装了轨道几何检测系统、接触网检测系统、车辆动力学响应检测系统、钢轨廓形检测系统、信号检测系统及综合系统。

轨道几何检测系统对轨道的轨距、轨向、高低、水平、三角坑、复合不平顺、轨距变化率、超高、曲率等轨道几何相关参数以及车体动态响应参数进行检测。

接触网检测系统包括接触网几何参数检测系统、弓网动态作用检测系统及接触网视频监视系统,可对城市轨道交通刚性、柔性接触线的导高、拉出值等几何参数和硬点、离线、接触力等弓网动态作用,以及供电参数进行精确测量,同时还可实时监视弓网运行环境。

车辆动力学响应检测系统通过检测轮轨垂向力、横向力等参数,进而计算出脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等列车运行安全性指标。为了实现双向检测,列车在1号和3号车均设计安装了测力轮对。

钢轨廓形检测系统安装于车体上,除对钢轨廓形进行动态检测,计算钢轨的垂向和侧向磨耗参数外,还可对接触网几何参数测量系统提供车体的动态补偿。

信号检测系统用于在不同时间、环境条件下对应答器上行链路信号的工作特点进行检测分析,包括应答器上行链路信号的电气特性、频谱、能量、报文误码率分析等,可为应答器的应用提供有效的参考依据,最终实现对应答器电气特性参数的智能综合分析处理。

当前通过机械化技术能够有效提升残膜回收效率,通过建立完善的机械化配套作业方式能够简化田间作业基本次数,降低田间各类大型机械设备的碾轧,确保农田生产机械化水平不断提升。通过农田残膜回收机械化技术应用能够全面降低农业生产中的白色污染,通过相关实践数据表明,通过机械化技术应用残膜回收率能够达到84.24%以上。

综合系统可实现全车各检测系统的时间和里程同步以及对检测数据的集中管理。

2号车安装了通信检测系统及轨道状态巡检系统。

通信检测系统可实时检测电波传播场强覆盖、电磁环境干扰、无线局域网(WLAN)服务质量和长期演进机器对机器系统(LTE-M)服务质量,具备定位、测试数据智能分析、网络优化指导的能力。针对城市轨道交通通信设施的布局与类型,城轨综检车在车顶及车底两侧均增加了通信天线的设计,并采用插件式软件开发架构,以适应不同线路的不同检测需求。

吃完面,颜晓晨去洗刷锅碗,沈侯站在她桌子前,浏览她的书架。颜晓晨切了点苹果和香蕉,放在饭盒盖子里,端给他。

轨道状态巡检系统采用高精度线阵相机对轨道设备外观状态进行动态检查,同时基于机器深度学习理论和模式识别技术,对钢轨表面伤损、有砟和无砟轨道扣件异常等缺陷进行自动识别。

3号车安装了车辆动力学响应检测系统和轮轨关系测试系统。

轮轨关系测试系统利用时空同步技术测量城市轨道交通车辆不同转向架轴箱、构架、车体的高频振动加速度以及噪声信号,并结合车辆结构、车辆运行参数以及线路轨道几何和钢轨廓形测试数据,综合运用振动信号分析、故障诊断、结构健康监测及损伤识别技术分析识别轮轨匹配状态、轮轨高频振动传递规律,以获得轮轨噪声的产生机理以及车辆系统、车轮踏面、车辆走行部轴承状态,为改善城市轨道交通轮轨匹配关系提供试验数据支持。

2 城轨综检车创新技术

城轨综检车借鉴国内成熟的高速铁路综合检测列车的经验,采用先进的激光测量、视觉测量、惯性导航、信号处理、图像识别、网络、人工智能算法等技术,并根据城市轨道交通基础设施特点进行了优化,下文列举了几项主要的创新技术。

2.1 时空同步和车载综合数据处理

城轨综检车安装有多种检测设备,对用户而言,需要能通过里程或时间对各检测设备的数据进行精确索引,以便于综合分析。综合系统就是为满足这个需求而设计的,包括时空同步、数据网络与集中监控、数据综合处理3大模块。

系统采用工业级千兆二层、三层主干以太网交换机和二层接入交换机,采用光纤传输、差分信号、冗余环网、多重备份等技术,将光电编码器、全球导航卫星系统(GNSS)、射频标签(RFID)等多种定位信息源进行融合处理,通过网络将编码器脉冲信息、定位信息及时钟传送到全车的各检测系统,实现各检测系统时间同步、里程同步。

热力市场竞争日益加大,对于热力公司来说,若基层党组织的纽带作用和基层党务工作者的先锋模范作用得不到充分发挥,则不利于热力公司的健康发展。因此,适时进行如何以科学的思维方式和思想方法开展党建工作研究具有一定的现实意义。

各专业检测系统通过数据网络进行各节点或设备的高清高帧视频、大容量检测数据和文件的交互。数据综合处理系统会对这些数据和信息进行综合分析和处理,并实现基于精确里程位置的多专业检测波形数据同步显示和多次历史数据对比,还可通过人工或无线数据传输系统将这些数据传输至地面数据综合处理中心。

2.2 数字式轨道几何检测技术

城轨综检车轨道几何检测系统针对城市轨道交通线路运行站间距短、低速段多、曲线半径小的特点,采用高精度惯性器件和大视野、高分辨率的激光摄像组件,利用惯性测量原理以及机器视觉检测和数字滤波技术,实现了准确、高效的非接触等速检测,检测系统结构如图2所示。QNX实时操作系统的主机根据精确里程定位装置发送的编码器脉冲信号对图像位移信号和惯性测量信号进行实时等间距采集,再通过数字滤波和计算实时合成轨道几何参数,并将超限数据和波形数据发送至服务器进行波形浏览、超限编辑及报表统计。

轨道几何检测系统采用数字式传感器和数字信号传输方式,数字信号传输稳定,数据精度高,不易受到电磁干扰和模拟通道器件漂移的影响,能够提高低速检测时的检测精度。采用数字滤波器可使数字系统中的增益和相位参数不随时间增加而变化,减少了系统标定的工作量。通过对滤波器进行优化设计,系统在小半径曲线直缓、缓圆等曲线特征点上的水平和轨向识别精度得到了大幅提升,改善了针对城市轨道交通小半径曲线的检测能力和效果。

2.3 动态钢轨廓形检测技术

小半径曲线上的钢轨磨损是影响城市轨道交通乘客舒适性和运营安全性的常见问题。基于结构光机器视觉技术的钢轨磨耗传统测量方法是以曲率作为廓形曲线各线段的形状特征,利用固定的曲率阈值分割廓形曲线上的各段圆弧,以确定基准匹配点。该方法数据处理量小,可以快速有效地完成对磨耗的实时测量,但由于系统标定、车体振动以及光条中心线提取等过程所产生的噪声干扰,廓形曲线各区段的实际曲率值并非固定不变,仅依靠曲率作为阈值难以对廓形曲线进行准确分割。

针对城市轨道交通曲线多、车体晃动幅值大、钢轨轨腰污损等易造成干扰的特点,城轨综检车钢轨廓形检测系统应用测量范围大、分辨率高的激光摄像组件,采用现场可编程门阵列(FPGA)进行图像采集和预处理,设计了基于深度学习的钢轨廓形激光条纹前景分割算法、图像区域划分方法、灰度重心法和亚像素算法等快速、准确的廓形匹配和测量算法,有效降低了动态行车环境下的车体晃动及轨腰噪声对磨耗测量造成的影响,大大提高了系统的检测精度。多次实验结果表明,钢轨廓形动态磨耗检测精度可达0.2 mm(图3)。

图2 轨道几何检测系统结构

图3 钢轨廓形动态测量流程

2.4 智能轨道巡检技术

钢轨表面缺陷会增加车辆运行噪声,加剧钢轨伤损。而轨道扣件作为连接钢轨和轨枕的基础部件,其缺陷可能引发钢轨移位并造成严重轨道病害。

城轨综检车搭载的轨道状态巡检系统采用机器视觉技术对轨道设备的外观状态进行车载式动态检查,包含对钢轨表面擦伤和扣件异常的自动识别。该巡检系统采用一体化线扫描组件设计,高度集成红外激光光源模块与高清线性扫描摄像模块,可在高速运行状态下对轨道进行高清成像。通过对获取的数据进行智能分析,该系统可实现钢轨表面缺陷、轨道扣件异常的自动识别。

2.4.1 基于深度学习的扣件异常智能识别技术

深度学习方法通过组合低层特征形成更加抽象的高层属性类别或特征,以发现数据的分布式表征,其精度在多项机器视觉领域任务中已超过人类视觉识别精度。城轨综检车巡检系统在识别扣件时采用深度学习方法。首先通过图像匹配算法对图像进行精确定位,并运用扣件定位算法从巡检轨道图像中自动提取大量现场轨道的扣件子图,建立扣件数据集。再针对扣件图像的复杂情况,对扣件子图进行分类整理,将所有扣件子图分为4 个子类,每类分别包含约10万个样本,建立用于开展缺陷识别研究的数据集。然后根据卷积神经网络设计原理,通过构建10层的深度学习网络从积累的扣件数据中获取机器学习特征。迭代训练过程见图4,扣件异常检出率可达90%以上。

“寻根之旅”的形式多种多样,不断发展。根据时间可分为夏令营、冬令营、清明会以及时间较为灵活的亲民会等。根据内容侧重可分为学习体验型、旅游交流型、寻亲祭祖型、经贸型以及复合型等。以旅游、参观、寻亲祭祖为主要内容的活动虽然解决了华裔青少年对“同宗同源”的中华文化的认同问题,但却不能从文化的深层内涵上对他们的行为起到引导作用。要想借助“寻根”所获取的内在动力去促进真正意义上的文化认同,还必须通过华语的推广与普及,通过华文教育的形式和途径对他们进行教育。

图4 迭代训练过程

2.4.2 基于快速特征提取方法的钢轨表面缺陷检测和分类

钢轨表面缺陷包括表面剥离、轧伤和擦伤等缺陷。在实际检测时,泥浆、水渍和油斑等污迹,钢轨表面打磨造成的颗粒状噪声以及轨缝等不可避免地会对识别结果造成干扰,从而导致误判。因此,对识别到的缺陷进一步细化分类是十分必要的,有利于去除干扰信息,降低系统误报率。

巡检系统根据对表面缺陷、污迹、打磨噪声干扰等的特征分析,提出了基于缺陷几何形状特征和基于缺陷灰度统计分布特征的钢轨表面缺陷特征快速提取方法,并在钢轨缺陷分类中采用粗糙集理论,从不同类别的缺陷样本数据中抽取分类规则,快速有效地实现了钢轨表面伤损的智能识别,有效排除了轨缝、噪声、污迹等干扰信息。钢轨表面伤损有效识别率达80%以上。

由于受水流长期冲刷作用,伸缩缝填充材料的保护作用消失,导致橡胶止水带破损。处理措施为在止水槽填充丙乳砂浆,其与先期浇筑的槽身混凝土有很好的黏结力,保证了新老混凝土的黏结,且其抗冲击、耐振动、韧性好,提高了渡槽伸缩缝过流面抗冲能力和抗冻融能力,避免因止水槽填充材料破坏而造成止水带的老化破坏;丙乳砂浆将止水槽封填后,在伸缩缝处同样用丙酮(或酒精)擦净基面,涂界面剂,填充聚硫密封胶,增加一道防渗措施;止水带施工完毕后,在混凝土基面附加1层网格布,并涂刷有机硅烷丙烯酸复合涂料进行伸缩缝混凝土后浇带防渗处理,提高了伸缩缝基面的抗冲抗磨性能,起到拦截水流、高效防渗的目的。

2.5 高精度接触网几何参数检测和补偿技术

考虑到城市轨道交通线路低净空的特性,城轨综检车采用小体积、高精度、高速激光相位扫描仪,实现对接触线高度、拉出值以及多支接触线相互位置等接触网几何参数的测量。接触网几何参数检测系统结构如图5所示。

北京市快递运输主要集中在街道、小区及各个单位。调查显示,学生对学校快递业务员的服务相对满意,而小区、街道需要提高。反映的问题主要是送货时间不准确、等的时间太久、业务员态度不好等。服务态度不佳的情况还有:服务热线过“热”,很难打进去,接电话的态度有时候恶劣,对于事故采用回避的处理方式。

图5 接触网几何参数检测系统结构

高速激光相位扫描仪安装在检测车车顶,通过高频扇形扫描,实时接收处理传感器返回的角度及距离信息,同时结合轨道几何检测系统提供的车体位移补偿信号,完成接触网几何参数的测量。

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该系统结合建立在线性代数和隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model)上的卡尔曼滤波器,设计了接触线跟踪预测模型。该模型可在各种复杂干扰的情况下对接触线进行准确定位,并采用自适应和优化算法,以适应城市轨道交通中常用的刚性悬挂与柔性悬挂接触网的不同检测需求。

2.6 地面数据中心

由于在城市轨道交通基础设施检测和维护过程中会生成大量数据,而且这些数据来源多种多样,数据结构与格式迥异,查看及处理方式也各不相同。因此,需要建设一套高效、合理、安全的数据存取架构,建立一个统一的、高度集成的地面数据平台。

城市轨道交通基础设施地面数据中心由检测数据集成管理系统、检测数据集成分析平台和综合可视化展示与发布平台组成(图6)。

在损害追偿上,我国目前对于产品侵权赔偿采用的是销售者与生产者承担“不真正连带责任”的制度。该制度有利于解决消费者权益损害赔偿问题,但是对于群体性的生命健康权的损害追偿,生产厂商能力不足的情况下,应建立国家补偿机制,维护社会公共利益。

图6 地面数据中心组成

检测数据集成管理系统从时间、里程和设备3个维度对各种检测数据进行整合,建立城市轨道交通基础设施数据仓库。数据仓库可全面融合基础设施台账、检测、监测、检查等数据源,同时还包括维修、计划、人员、材料、机具等生产数据。

检测数据集成分析平台可自动进行检测里程校正、无效识别标记等数据处理,为各专业检测分析系统提供能够客观反映设备状态的准确数据源。同时,各专业检测分析系统还可以利用检测数据集成分析平台提供的计算服务和数据服务,实现分析评估。

综合可视化展示与发布平台除了可以发布各专业检测分析系统提供的可视化展示与分析报表之外,还可以利用地理信息系统(GIS)技术综合显示诸如设备服役状态、设备故障问题等信息的时空变化,为城市轨道交通的养护维修和决策提供全面准确的数据。

3 展望

城轨综检车和地面数据中心的推广应用必然会提升城市轨道交通基础设施的检测和数据应用水平,促进基础设施养修模式向“检、养、修”分开的模式转变,从而提高城市轨道交通基础设施养修的专业化水平,更好地保障城市轨道交通的安全运营。

参考文献

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[9]许贵阳,史天运,任盛伟,等.基于计算机视觉的车载轨道巡检系统研制[J].中国铁道科学,2013(1):139-144.

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