(济南轨道交通集团第一运营有限公司 山东省济南市 250300)
摘要：为准确评估城市轨道交通接触网的状态，介绍了一种基于激光扫描技术的接触网几何检测方法。结合激光检测仪中激光测距和角位移传感器装置，获得测量数据并对其进行数据预处理来降低外界因素的干扰，通过转换方程，得到导高值和拉出值，经过现场实验测试，具有良好的检测实用性。
关键词：城市轨道交通：接触网；几何检测；激光扫描
1.引言
随着我国城市轨道交通事业的高速发展，地铁的整个运营里程也随之快速增加[1]。接触网通过和列车受电弓接触，到达电能传输的目的。为保证列车在运行过程能够具有良好的受流质量，需对接触网进行状态监测，其中对于接触网的几何参数检测是确保列车具有较好的受流质量的重要措施之一，也是当前重要的研究热点[2]。
接触网的拉出值和导高值是接触网几何参数检测的主要项目[3]，接触线拉出值指的是轨道的中心线和接触线的定位点间的距离，可评估接触线的状态；接触线导高值指的是接触线底部位置和轨道水平位置间的距离[4]，若该值过低，容易出现脱弓事故，而过高，接触线会与受电弓脱离，发生离线事故。对于接触网的几何参数检测方式可概括为三种[5]，人工检测方式、接触式检测方式、非接触式检测。
针对城市轨道交通接触网几何检测的需求，同时提高其检测的精准性，本文介绍了一种基于激光扫描技术的城市轨道交通接触几何检测方法。首先，对接触网几何参数检测的必要性进行了分析，然后，结合激光检测仪中激光测距和角位移传感器装置，获得测量数据并对其进行数据预处理来降低外界因素的干扰，最终通过转换方程，得到导高值和拉出值。
2.几何检测原理
2.1接触网的静态几何参数
接触网作为城市轨道交通的一种常见的供电形式，根据应用的场景和自身特性，可分为刚性和柔性接触网。本文将常架设于隧道内的刚性接触网作为研究对象，其主要有定位限价、汇流排、接触线和定位螺栓等几部分架构而成，接触线的导高值和拉出值为其几何检测的主要内容，可有效评价接触网的所处的状态。
2.2 检测原理
本文采用激光扫描仪来实现各参数的测量，整个检测原理如图1所示。其中点O为激光扫描仪的发射点，通过均匀旋转凌镜实现激光脉冲对某定点的扫描，点D为扫描导线的位置，点A和B为所扫描的轨道位置。基于激光测距装置，可测的激光发射点与接触线间的距离d，以及OE距离和OF距离。根据角位移传感器可测量出中心点旋转至接触线的角度。
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图1 接触网几何参数检测原理图
根据上述测量参数，可分别推导出接触网的导高值和拉出值，如式（1）和式（2）所示:
3.接触网几何参数检测流程设计
3.1 参数设置
激光扫描仪通过发射激光束来对检测距离信息进行高频率采样，本文设置扫描一周可获得15000个采样点，来保证激光采样距离的准确度。根据城市轨道接触线拉出值的建议范围，设置激光扫描仪的扫描范围为-15-15度。
3.2 系统设计
采用应用成熟的工业级的测量器件和模块，在几何参数检测前，需将激光扫描仪模式设置为2D扫描，并设置参数。在检测车移动过程中，光电编码器会发射A,B两相脉冲，计算机同步系统将此作为车轮转动方向的判断依据并进行加减计数。
3.3 数据预处理
在实际检测现场环境，需要通过对测量数据进行预处理，使得检测效果良好。数据滤波是预处理一种常用的方法，结合差分的思想，滤波的具体步骤如下：
（1）对测量背景数据进行降噪：设定阈值G，将采样点和其邻点差j做对比，对大于G的噪声数据进行过滤。本文设置阈值G为0.5.
（2）对测量原始曲线的目标边界点进行定位；
（3）结合扫描目标点的个数，对经步骤2所获得数据进行分析判断，去除无效的数据。
数据预处理过程能够降低外界因素对于检测系统的干扰，使得测量数据的准确性有着进一步的提升。
3.4 实验结果与分析
为验证本文检测方法的可行性和有效性，将其在某地铁线路中进行了现场实验，并将测量接触线的导高值和拉出值分别同人工测量数据进行了对比，可获得如表1和表2所示结果。
表1 接触网导高值实验结果对比
表2为接触网拉出值的结果对比表，其测量误差在0.07-2.971mm范围内，满足实际的工程应用要求。说明该方法具有实际的工程应用性。
4.结论
针对城市轨道交通接触网几何检测的需求，同时为提高检测的准确性，介绍了一种基于激光扫描技术的城市轨道交通接触几何检测方法，通过现场实验测试，相比人工检测方法，导高值和拉出值的最大检测误差分别为11.67mm和2.971mm，具有较好的实用意义，可为城市轨道交通接触网状态评估提供参考和支持。
参考文献：
[1]赵昕, 顾保南. 2018年中国城市轨道交通运营线路统计和分析[J]. 城市轨道交通研究, 2019(1).
[2]沈修建, 吕继涛. 刚性悬挂接触网设计若干技术问题探讨[J]. 电气化铁道, 2004(3):60-62.
[3]刘晓峰;. 接触网几何参数静态值的检测与评估[C]// 中国铁道学会电气化委员会年会及新技术研讨会.
[4]罗亚敏. 地铁接触网几何参数检测方式的对比[J]. 铁道技术监督, 2012(02):35-36.
[5]于志刚, 吴东波, 赵少鹏, 等. 接触网几何参数检测仪的原理及应用[J]. 山东科学(3):81-83.