基于雷达成像接触网摆动状态监测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于雷达成像接触网摆动状态监测系统，风速传感器采集到的数据经过中央控制单元的处理，与预制好的风速阀值进行比较，如果风速值超过阀值，将启动激光雷达予以响应，激光雷达对接触网进行俯视测量，将每一次扫描得到的接触网测量数据与标准值进行比较，当接触网的摆动的幅度超过预设的阀值时，中央控制器将启动预警装置发出报警，无线通讯单元会将风速传感器测得的风速数据和雷达检测到的接触网的方位数据全部封装，通过无线通讯单元发送到监控中心。本发明专利技术不仅可以实现对接触网摆动状态的实时可视化监测，还能够实现监测数据的可度量化，更加精确，敏感性更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气化铁路接触网线的监测领域，具体应用于大风天气下电气化铁路接触网摆动状态监测。
技术介绍
电气化铁路接触网是为电力机车的运行提供电力支持的一种特殊输电线路。其布置方位的准确与否将直接关系到机车受电质量，进而影响机车的安全运行。尽管每一段接触线的两端都有特定的补偿装置将其紧绷固定，但是仍然比较容易受到大风天气的影响产生摆动和弯曲变形，导致与机车的受电弓接触不良，引发弓网事故。尽管目前我国已针对接触网的布置和养护建立了一套严格的标准，但是鉴于没有一套完善的监测手段，检测工作仍然停留在巡视抽检阶段。传统的检测方法是将检测设备放置在检测车的顶部，随着检测车的前进检测和记录接触网的各项状态指标，这种方法可以准确的检测出在被检测时环境下接触网的导高和拉出值等电气技术参数。然而，这种测量方法一方面占用了正常机车行驶的通道，可能影响其他机车的正常通行；另一方面它不能监测出接触网在一段时间内的连续测量数据，尤其在大风等极端天气，无法提供接触网在恶劣条件下摆动状态的描述。现已申请的“电气化铁路接触网无线监测系统”专利技术专利能够实现对远程接触网无线可视化监测，但是监测的结果为视频图像等数据，不可量化，且对于接触网细小的摆动变化反应不明显，最终还是需要通过人为观测判断接触网是否发生故障。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于雷达成像接触网摆动状态监测系统，解决大风极端条件下实时对接触摆动状态检测的问题，既能够对接触网摆动状态进行实时监测，又可以对监测结果进行量化。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:包括多个监测终端和一个监测中心。每个监测终端都具有唯一的标识编码，能够确定监测地点的准确位置；所述的监测终端包括太阳能电池、风速传感器，激光雷达、中央控制器和无线通讯单元；太阳能电池给风速传感器、激光雷达、中央控制器和无线通讯单元供电；风速传感器负责监测当前风速的大小，采集到的数据经由中央控制器进行模数转换，并周期性对得到的数字信号采样，得到风速值，与预制好的风速阀值进行比较，如果风速值超过阀值则启动激光雷达；激光雷达位于两条铁轨中心位置的正上方，固定在悬挂接触线的杆塔侧臂，位置高于接触网且低于承力索，对接触网进行俯视测量；激光雷达周期性发出一组由单个频率脉冲组成的脉冲群信号，其中每个单个脉冲频率都比前一个高，且各个单个脉冲的频率差值相同，从其所在的杆塔开始，朝铁轨的一端，到与其所在杆塔相邻的下一个杆塔为止，沿着两杆塔之间的接触线扫描一次；一个脉冲群发射过后，将直接返回一组接触网各个点到激光雷达的直线距离和角度测量数值，经过几何关系推导得到各点距地面的高度和其偏离铁轨中心的位置的距离，即导高和拉出值；将每一次扫描得到的接触网测量数据与标准值进行比较，得到的差值可以描述当前接触线摆幅的大小，当接触网的摆动的幅度超过预设的阀值时，中央控制器将启动预警装置发出报警，无线通讯单元会将风速传感器测得的风速数据和雷达检测到的接触网的方位数据全部封装，通过无线通讯单元发送到监控中心；监测中心通过接收到来自监测终端传来的警报，了解在监测终端接触网的大致情况，通过接收来自监测终端传来的数据，使用数据解码和成像技术在计算机上再现监测终端接触网摆动的模拟场景。本专利技术的有益效果是:系统不仅可以实现对接触网摆动状态的实时可视化监测，还能够实现监测数据的可度量化，无需加入人为经验判断，结果更加精确，敏感性更高；安装在杆塔上接触网上方的监测系统，可以在不影响机车正常通行的情况下对接触网进行检测，实时判断接触网是否布置在正确的区域；采用的是二级预警方式，增加设备使用率，减少人为操作，可靠性更强。附图说明图1为本专利技术激光雷达测量接触网的导高和拉出值原理图；图2为本专利技术监测终端的原理结构图；图3为本专利技术二级预警模式流程图；图4为本专利技术安装示意图；图中，1-接触网，2-风速传感器，3-激光雷达，4-电柜，5-杆塔，6_铁轨，7_通过铁轨中心线并与地面垂直的平面。具体实施例方式本系统采用二级预警模式:第一级预警为风速达到阀值时启动雷达；第二级预警为检测到的摆动数据达到阀值时发出警报。其监测过程如图3所示，当现场风速达到一定强度，可以对接触网的安全运行造成威胁时，一级预警启动，激光雷达开启监测接触网的实时摆动情况；通过跟踪和记录经雷达探测得到的接触网空间方位信息，时刻监控这些数据的变化，实现对接触网摆动状态的实时监测。当实时数据与无风标准状况下的正常数据差距达到预定阀值时，证明接触网摆动幅度过大，威胁到机车的安全正常行驶。这时，二级预警开启，向监控中心发出报警并传输相应雷达检测数据，通知工作人员提前做好调度防范工作，以减少事故的发生。本专利技术以雷达测距原理为基础，利用雷达成像技术；采用二级预警模式，分别以风速、接触网摆动幅度为警报依据，最高限度的利用能源和降低人为干预；采用多点监测技术，包含多个监测终端和一个监测中心。每个监测终端都具有唯一的标识编码，能够确定监测地点的准确位置；监测终端用于检测现场一定风速条件下的接触网摆动状态，监测中心用于管理和呈现监控终端采集来的监测数据。系统的技术方案如下:太阳能电池给风速传感器，激光雷达、中央控制器的嵌入式系统和无线通讯单元供电。风速传感器负责监测现在风速的大小。采集到的数据经过中央控制单元的处理，将模拟信号转换为计算机能够识别的数字信号。中央控制器周期性对将得到的数字信号采样，并与预制好的风速阀值进行比较，如果风速值超过阀值，将启动激光雷达予以响应。激光雷达放置在固定接触线的杆塔上，两条铁轨中心位置正上方，与地面垂直距离H的位置上，如图1所示。已知电磁波的传播速度是C，At时间后收到发射返回的信号。根据雷达测距的原理雷达到被测物体之间的距离为S = ^CX At0当激光雷达与水平成Θ的俯角对一段接触线进行非接触式测量，脉冲遇到接触线上某样本点返回的电磁波与铁轨的夹角记作δ，则可以推导出接触线上该样本点的导高h和拉出值a分别是:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于雷达成像接触网摆动状态监测系统，包括多个监测终端和一个监测中心，其特征在于：每个监测终端都具有唯一的标识编码，能够确定监测地点的准确位置；所述的监测终端包括太阳能电池、风速传感器，激光雷达、中央控制器和无线通讯单元；太阳能电池给风速传感器、激光雷达、中央控制器和无线通讯单元供电；风速传感器负责监测当前风速的大小，采集到的数据经由中央控制器进行模数转换，并周期性对得到的数字信号采样，得到风速值，与预制好的风速阀值进行比较，如果风速值超过阀值则启动激光雷达；激光雷达位于两条铁轨中心位置的正上方，固定在悬挂接触线的杆塔侧臂，位置高于接触网且低于承力索，对接触网进行俯视测量；激光雷达周期性发出一组由单个频率脉冲组成的脉冲群信号，其中每个单个脉冲频率都比前一个高，且各个单个脉冲的频率差值相同，从其所在的杆塔开始，朝铁轨的一端，到与其所在杆塔相邻的下一个杆塔为止，沿着两杆塔之间的接触线扫描一次；一个脉冲群发射过后，将直接返回一组接触网各个点到激光雷达的直线距离和角度测量数值，经过几何关系推导得到各点距地面的高度和其偏离铁轨中心的位置的距离，即导高和拉出值；将每一次扫描得到的接触网测量数据与标准值进行比较，得到的差值可以描述当前接触线摆幅的大小，当接触网的摆动的幅度超过预设的阀值时，中央控制器将启动预警装置发出报警，无线通讯单元会将风速传感器测得的风速数据和雷达检测到的接触网的方位数据全部封装，通过无线通讯单元发送到监控中心；监测中心通过接收到来自监测终端传来的警报，了解在监测终端接触网的大致情况，通过接收来自监测终端传来的数据，使用数据解码和成像技术在计算机上再现监测终端接触网摆动的模拟场景。...

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达成像接触网摆动状态监测系统，包括多个监测终端和一个监测中心，其特征在于:每个监测终端都具有唯一的标识编码，能够确定监测地点的准确位置；所述的监测终端包括太阳能电池、风速传感器，激光雷达、中央控制器和无线通讯单元；太阳能电池给风速传感器、激光雷达、中央控制器和无线通讯单元供电；风速传感器负责监测当前风速的大小，采集到的数据经由中央控制器进行模数转换，并周期性对得到的数字信号采样，得到风速值，与预制好的风速阀值进行比较，如果风速值超过阀值则启动激光雷达；激光雷达位于两条铁轨中心位置的正上方，固定在悬挂接触线的杆塔侧臂，位置高于接触网且低于承力索，对接触网进行俯视测量；激光雷达周期性发出一组由单个频率脉冲组成的脉冲群信号，其中每个单个脉冲频率都比前一个高，且各个单个脉冲的频率差值相同，从其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，喻会永，李二京，杨莎莎，刘钊，吴禹希，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：