[发明专利]一种电气化铁路接触网电弧捕捉及定位系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气化铁路监测及安全领域，特别是一种基于高精度全球定位系统GPS/惯性测量装置IMU定位定向技术和高速数码成像技术的电气化铁路接触网电弧捕捉及定位系统和方法。

背景技术

在电气化铁路中，接触网是电气化铁路的主要供电设备，电力机车是通过接触网获取电能的。受流指高速列车的受电弓的弓头与接触线的接触，相对滑动获得电能，输送给电力机车的动态过程，它是高速运动的受电弓与接触线之间的祸合振动问题，包括了多种机械运动型式和电气状态变化，受电弓相对于接触导线的滑动摩擦；受电弓上下振动；受电弓由于机车横向摆动而形成的横向振动；接触网上下振动，并形成行波沿导线向前传播；受电弓和接触导线之间发生的水平和垂直方向撞击；弓网离线发生电弧，受流中电流发生剧烈变化等。随着列车速度的提高，上述各种运动加剧，维持弓网之间的良好接触性能愈加困难，受流质量也随之下降，严重时受电弓脱离接触线的瞬间(即所谓的“离线”)时产生拉弧现象。(魏亚娟，弓网受流中出现拉弧原因及其措施的探析)

所谓拉弧，是气体放电的一种形式。在正常状态下，气体具有良好的电气绝缘性能，但当在气体间隙的两端加上足够大的电场时，就可以引起电流通过气体，产生电弧。电场是电弧放电的电能基本来源，在电场作用下，电子和离子得到加速和能量，因而温度上升，得到加速的电子与中性分子撞击，困此使分子的振荡运动加强，互撞频繁而使气体的温度增高；加速的电子也与原子撞击而使原子激发，由于受激发原子撞击次数的增加，它们的温度也上升。这个过程是在高强度、瞬间完成的，因此致使电弧具有极高的温度，其表现形式为弧光。拉弧的产生是基于很多随机因素，而且通常是瞬间即逝，捕捉其产生位置十分困难，但拉弧现象又是接触网安全隐患的重要表现形式。

现有的铁路接触网检测主要是采用人工巡检的方式，在接触网沿线布设红外测温仪，由工作人员定时检测接触网的温度，取得了一定的效果，但是这种方法即费事又费力，且属于单点式检测，存在很多盲点，无法有效及时的排除铁路运行中的隐患。

2009年6月10日公开的公开号为CN101452628A的发明专利“电气化铁路接触网温度在线监测系统”，包括监控中心、传输网络和现场设备，监控中心通过传输网络联接现场设备，其特征在于：现场设备包括数据集中器和监测装置，数据集中器的第一无线通信模块与监测装置的第二无线通信模块无线互连，传输网络电联接数据集中器的网络通信模块，信号调理电路连接传感器。通过在接触网上安装连续测量温度的传感器，对连接器的运行状态实时进行检测。这种方式的缺陷在于它仍是一种单点式的检测方式，只能对设有传感器的位置进行温度监测，无法完成接触网全线的连续检测。

发明内容

为了准确捕捉并测定在电力机车在运行中接触网出现电弧的位置，本发明采用了一种全新的基于高精度全球定位系统GPS/惯性测量装置IMU定位定向技术和高速数码成像技术的电气化铁路接触网电弧捕捉及定位系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的电气化铁路接触网电弧捕捉及定位系统，安装在电力机车的顶部，在电力机车运行时，使用高速数码成像设备1(至少一台高速数码摄像机、高速数码相机或高速数码热红外相机)连续拍摄运动中电力机车的受电弓与接触网接触位置的影像，同时使用GPS和IMU联合记录电力机车运行的轨迹信息，通过数据后处理，从数码影像系列中自动提取含电弧的连续数帧影像，并基于GPS时间参数将之与电力机车运行轨迹进行匹配，准确计算出接触网上出现电弧的起止位置、延续时间、延续距离以及温度分布状况。此外，基于高分辨率的数码影像数据，可对受电弓磨损状态与轮廓进行相应的检测，为受电弓滑板的更换提供依据。

本发明的内容包括：一种集成高精度GPS/IMU定位定向装置和高速数码成像设备的电气化铁路接触网电弧捕捉及定位系统。方法包括：基于高精度GPS/IMU定位定向技术和高速数码成像技术的电气化铁路接触网电弧捕捉及定位的方法。