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高铁车站接触网工频电场对工作人员的辐射研究

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电工电能新技术 2022年第5期41卷 80-88页

作者：袁小兰田瑞逯迈光电技术与智能控制教育部重点实验室(兰州交通大学) 甘肃兰州730070

为了分析上水工作业于高铁车站接触网工频电磁环境中的健康问题,本文利用电磁仿真软件建立上水工在高铁车站进行加水作业时的模型,研究上水工的职业电磁暴露问题。研究结果表明,站姿上水工人体各组织中感应电场强度和感应电流密度皆大... 详细信息

为了分析上水工作业于高铁车站接触网工频电磁环境中的健康问题,本文利用电磁仿真软件建立上水工在高铁车站进行加水作业时的模型,研究上水工的职业电磁暴露问题。研究结果表明,站姿上水工人体各组织中感应电场强度和感应电流密度皆大于弯腰加水姿态的;站姿上水工人体各组织中的感应电场强度皆小于ICNIRP导则中的职业暴露基本限值。该结果说明上水工作业环境中的工频电场不会损害其身体健康,可为今后上水工的健康作业提供参考。

关键词：高铁接触网工频电场人体模型感应电场强度感应电流密度

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高铁接触网U型抱箍螺母故障检测算法

浙江大学学报（工学版） 2021年第10期55卷 1912-1921页

作者：牛英杰苏燕辰程敦诚廖家赵海波高永强西南交通大学机械工程学院四川成都610031 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130000 中国神华能源股份有限公司神朔铁路分公司陕西榆林719000

针对高速铁路接触网平腕臂结构中U型抱箍螺母故障的问题,提出结合抱箍螺母检测算法(HND-Net)与Mask_RCNN实例分割的故障检测方法.提出HND-Net目标检测算法,实现对平腕臂U型抱箍所在区域的初定位,对于定位得到的U型抱箍区域图像进行像素... 详细信息

针对高速铁路接触网平腕臂结构中U型抱箍螺母故障的问题,提出结合抱箍螺母检测算法(HND-Net)与Mask_RCNN实例分割的故障检测方法.提出HND-Net目标检测算法,实现对平腕臂U型抱箍所在区域的初定位,对于定位得到的U型抱箍区域图像进行像素级别的Mask_RCNN实例分割,快速得到平腕臂U型抱箍4颗螺母的精确定位及分类信息.利用得到的定位信息,提出分割算法实现对U型抱箍螺母的可靠故障诊断.经实验验证可知,利用该方法能够在复杂的悬挂图像中准确地定位检测U型抱箍的螺母故障,对于拍摄角度、拍摄距离有良好的适应性和较高的检测效率.

关键词：高铁接触网 U型抱箍 HND-Net目标检测实例分割故障诊断

高铁接触网定位、支持装置的T-S模糊故障树分析

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大连交通大学学报 2022年第5期43卷 70-75,81页

作者：王洪德于子杰大连交通大学交通运输工程学院辽宁大连116028 辽宁省隧道工程与灾害防控专业技术创新中心辽宁大连116028

针对高速铁路接触网装置系统在工作周期内存在着故障程度无法准确判断、故障数据无法及时获取及故障机理成因复杂的客观不确定性等问题,引入T-S模糊故障树分析方法.首先,利用模糊数定义接触网装置的故障程度;然后,基于梯形隶属度函数建... 详细信息

针对高速铁路接触网装置系统在工作周期内存在着故障程度无法准确判断、故障数据无法及时获取及故障机理成因复杂的客观不确定性等问题,引入T-S模糊故障树分析方法.首先,利用模糊数定义接触网装置的故障程度;然后,基于梯形隶属度函数建立T-S模糊门规则和T-S重要程度分析法则;最后,基于西安铁路局管内西成高铁的接触网现场采集数据进行T-S模糊故障树分析,以期实现对高铁接触网定位、支持装置可靠性能的及时掌控.研究结果表明:定位、支持装置中,对顶上事件T发生的可能性影响最大的是水平腕臂,其次是斜腕臂以及定位支撑,且三者同为高关键重要程度元件.该方法的研究结论与实际工况相符合,可直观掌握定位、支持装置内的低可靠度薄弱环节,为实现高铁接触网装置的可靠性定向监测提供技术支持.

关键词：高铁接触网定位支持装置 T-S模糊故障树模糊可能性 T-S重要程度分析

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高铁接触网定位装置的发展探讨

电气化铁道 2022年第2期33卷 6-12页

作者：李增勤闫军芳龚建刚王小琴中铁电气工业有限公司中铁高铁电气装备股份有限公司

结合高铁接触网建设工程及运营实践,总结分析德国、法国、日本3种模式的高铁接触网定位装置应用中存在的参数不统一、安装形式多样、零件规格种类繁多、个别零部件服役性能不高等现状,以定位支座和定位器为研究对象,从结构、材料、工艺... 详细信息

结合高铁接触网建设工程及运营实践,总结分析德国、法国、日本3种模式的高铁接触网定位装置应用中存在的参数不统一、安装形式多样、零件规格种类繁多、个别零部件服役性能不高等现状,以定位支座和定位器为研究对象,从结构、材料、工艺及定位器与定位底座连接方式等方面进行了优化创新,形成了能够满足各种使用要求、具有自主知识产权的中国标准高速铁路接触网定位装置。

关键词：高铁接触网定位装置中国标准

基于无人机的高铁接触网结构高度非接触测量研究

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基于无人机的高铁接触网结构高度非接触测量研究

作者：王培林石家庄铁道大学

学位级别：硕士

在电气化铁路接触网系统中,接触线通过吊弦悬挂在承力索上,组成接触悬挂。吊弦在改善接触线的弛度和弹性的同时,还起到提高接触线工作质量的作用。而吊弦的长时间受力,可能会造成吊弦下坠,导致结构高度超出允许范围,产生燃弧现象。而目... 详细信息

在电气化铁路接触网系统中,接触线通过吊弦悬挂在承力索上,组成接触悬挂。吊弦在改善接触线的弛度和弹性的同时,还起到提高接触线工作质量的作用。而吊弦的长时间受力,可能会造成吊弦下坠,导致结构高度超出允许范围,产生燃弧现象。而目前对于吊弦的批量更换和检测完全依靠人力,耗时费力、效率低而且人工测量的精度和安全性都缺乏保障。因此,本文以高铁线路接触网为研究对象,针对无人机巡检采集的吊弦图像进行结构高度的非接触测量的方法研究。本文首先考虑接触网沿线环境的复杂性,使用深度学习算法检测提取出目标吊弦区域,制成吊弦基准样本库。针对由于无人机相机焦距、飞行高度、飞手操纵手法等参数变化造成的图像存在如尺度、视角等变化问题,提出一种基于改进高斯金字塔和双阈值FAST算法的ORB算法,对巡检图像与对应编号基准图像进行特征匹配;接着使用RANSAC算法优化匹配,提高匹配正确率,将吊弦上下交点作为关键点进行匹配定位,根据单应性矩阵计算定位误差,误差超出允许范围则进行二次巡检,测量吊弦结构高度后更新样本库,实现了吊弦的样本状态实时检测。其次,考虑到无人机在天窗期巡检得到的图像亮度较低的问题,提出一种基于Retinex的低照度融合增强算法。首先使用Gamma变换对图像的V背景分量进行增强,并将其引入到Retinex算法中;接着使用快速自适应双边滤波对增强图像进行滤波处理,以求保存图像更多细节信息;最后,结合拉普拉斯金字塔分解和改进的Retinex算法形成融合增强算法,并与多个传统算法的增强效果对比,通过主客观评价,验证了本文所提算法的有效性。针对吊弦处结构高度非接触测量问题,本文根据吊弦结构特点,采用基于改进双阈值的Canny算子,以实现更好地测量效果。首先对于传统Canny算子,采用快速自适应双边滤波对目标吊弦图像进行平滑处理,采用最大类间方差法自适应选择高、低阈值,解决人工选择阈值灵活性差的问题,经过对比实验验证了改进Canny算子的有效性;最后依据单目视觉测量原理,利用标准件尺寸标定,分别将承力索直径、接触线直径视作标尺,完成结构高度的机器视觉测量;经过与人工测量的大量数据进行误差分析后显示,测量数据精度满足要求,算法具有较好的实用性。最后,根据结构高度测量方法,基于Python语言开发了一套接触网结构高度非接触测量软件。该软件界面设计合理,操作简单,可实现视频降帧、目标检测、距离测量等功能,具有一定的实用性。本文研究内容也在一定程度上推进了接触网巡检的无人化、高效化进程。

关键词：高铁接触网机器视觉结构高度测量 YOLOv5模型特征定位单应性矩阵低照度增强

面向高铁接触网鸟巢入侵的机器视觉检测方法研究

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面向高铁接触网鸟巢入侵的机器视觉检测方法研究

作者：贾文博北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,我国高速铁路发展迅速,已建成世界上运营里程最长、运行时速最高的高速铁路网络。高铁也逐渐成为人们首选出行方式。因此,如何保证高铁的安全运行变得至关重要,其中高铁异物入侵检测技术为高铁的安全运行发挥了非常重要的作用。... 详细信息

近年来,我国高速铁路发展迅速,已建成世界上运营里程最长、运行时速最高的高速铁路网络。高铁也逐渐成为人们首选出行方式。因此,如何保证高铁的安全运行变得至关重要,其中高铁异物入侵检测技术为高铁的安全运行发挥了非常重要的作用。高铁接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的一种特殊形式的输电线路,我国大部分列车都采用这种供电形式,而其上的异物入侵是影响高铁安全运行的重要因素之一。在多种入侵异物中,由于鸟类筑的巢极易产生使输电线短路、绝缘子击穿等故障,产生的危害巨大。因此,如何对高铁接触网上入侵的鸟巢进行实时及准确的定位和识别是保证高铁安全运行中一个亟待解决的重要问题。本文开展面向高铁接触网鸟巢入侵的机器视觉检测方法研究,主要创新工作如下:(1)针对目前含有鸟巢数据样本少、检测速度慢的问题,提出在对鸟巢进行精确检测之前,通过图像灰度化处理加快后续算法的处理速度,并使用Retinex算法对图像进行去雾增强。再使用两种方法对鸟巢可能出现的感兴趣区域进行提取:对于构造简单,腕臂支柱参数相差不大的接触网设备,基于LSD直线段检测算法提取感兴趣区域;对于构造复杂,腕臂支柱参数相差很大的接触网设备,基于轻量级网络YOLOv3-Tiny提取感兴趣区域,从而实现对各种型号的接触网设备的适配,降低环境因素对检测结果的影响。最后在提取的感兴趣区域中加入鸟巢图片和减小损失函数中易分类样本的权重,来解决正负样本不平衡的问题。(2)针对目前高铁接触网入侵鸟巢检测准确率低、检测速度慢的问题,首先根据图像中鸟巢所占区域的大小,通过K-means算法得到先验框的数量和大小,并使用多尺度融合操作设计网络检测分支。其次在模型中引入基于全局最大池化和全局平均池化的注意力机制,学习特征图通道间的相关性。接着使用DIo U-Loss和DIo U-NMS优化损失函数来加快网络的收敛速度。最后设计了基于深度可分离卷积的残差网络结构,在保证检测精度和检测速度基本不变的情况下,缩减了网络模型的大小。对比实验结果表明,本文提出的模型在平均检测精度上提高3.56%,检测速度上提高3.03%,模型大小降低了9.83%。

关键词：高铁接触网鸟巢入侵注意力机制深度可分离卷积

基于深度学习的高铁接触网构件缺陷图像识别软件设计

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基于深度学习的高铁接触网构件缺陷图像识别软件设计

作者：刘豁达石家庄铁道大学

学位级别：硕士

近年来,我国高铁建设不断发展,高铁的里程不断增加,这也使得高铁管辖范围内的铁路接触网检测数据分析量逐年增多,依赖于传统人工数据分析的方式存在分析工作周期长,处理、分析和判断缺陷受限于人员知识、经验、工作状态等因素影响,存在... 详细信息

近年来,我国高铁建设不断发展,高铁的里程不断增加,这也使得高铁管辖范围内的铁路接触网检测数据分析量逐年增多,依赖于传统人工数据分析的方式存在分析工作周期长,处理、分析和判断缺陷受限于人员知识、经验、工作状态等因素影响,存在影响高铁列车安全稳定运行的风险。本文以高铁接触网悬挂状态检测监测装置(4C)采集的图像数据为研究对象,将深度学习的方法应用于缺陷检测智能自动检测过程中,研究并完成了以下工作:首先,针对4C图像数据检测目标小、背景复杂等情况,本文提出使用一种改进的YOLOv5算法应用于接触网构建缺陷自动识别,引入多尺度检测头实现多尺度目标检测,主要是在保持YOLOv5s三尺度检测头不变的情况下,新增加一个检测头,主要用于检测微小目标,用以优化接触网构建识别。引入基于CBAM模型改进Neck网络,同时关注空间和通道两个维度的特征,优化图像数据噪声多、目标尺度小、排列密集和背景干扰等问题,更好的提取关键特征,明确小目标位置,同时防止因改进影响网络速度和性能。引入基于Bi FPN的多尺度融合网络优化特征融合方式,将深层、浅层两种特征进行融合,使得获得的特征信息更为的准确、全面和丰富,在保留高级语义信息的同时,利用细节信息提高对小目标的检测能力。其次,采用基于改进DCGAN模型,对接触网零件缺陷样本进行数据增强,扩充缺陷样本的数量。并针对本文的使用场景,通过放弃采用判别器和生成器结构的对称形式、生成器的每一层都使用了批标准化、Sigmoid激活函数用于生成器输出层、Re LU函数用于其它层等方式作了优化,以提高模型的鲁棒性和泛化性能。最后,使用某铁路局供电段47万张4C检测图像数据作为数据集,进行了模型的训练,采用分类和边界框回归这两个标准来评估算法的性能,并对不同算法的性能进行了对比,验证得到新建模型的精度高于其他YOLO系列算法,即比其它模型在识别接触网构件缺陷方面更具优势。同时,设计了基于深度学习的高铁接触网4C缺陷检测软件的主程序和子程序流图,并编写了前后台程序及对应的子程序。实验分析得知,该软件检测精度达到工程需要,且具有运行稳定、操作简便和交互友好等优点。

关键词：高铁接触网构件缺陷深度学习数据增强软件开发

基于无人机巡检的高铁接触网螺母及开口销状态分析研究

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基于无人机巡检的高铁接触网螺母及开口销状态分析研究

作者：闫旭萌石家庄铁道大学

学位级别：硕士

在电气化铁路接触网系统中,高铁接触网是安装在高速列车的上方,通过受电弓给高速列车供电的设备。在高铁接触网中,设备的连接都需要紧固件。紧固件在铁路中主要包括螺栓、螺母、开口销、销钉和U性抱箍等坚固细小的连接元件,在接触网中... 详细信息

在电气化铁路接触网系统中,高铁接触网是安装在高速列车的上方,通过受电弓给高速列车供电的设备。在高铁接触网中,设备的连接都需要紧固件。紧固件在铁路中主要包括螺栓、螺母、开口销、销钉和U性抱箍等坚固细小的连接元件,在接触网中起到连接锚固的作用。高铁接触网因户外各类天气等影响因素,经常发生螺母松动和开口销缺失的现象,严重危害高速铁路安全。现阶段,对于高铁接触网的巡视检查主要是通过人工巡检和高铁接触网供电安全检测监测(6C)系统来进行。其中人工巡检存在危险性,巡检效率偏低。高铁接触网悬挂状态检测装置(4C)系统完成拍摄后需要大量检测车间人员去筛查问题图片,任务繁琐,而且在拍摄时4C巡检车摄像头角度固定,存在巡检盲区,不利于发现设备缺陷。本文使用无人机为巡检载体,弥补高铁接触网悬挂状态检测装置的拍摄盲区,以深度学习技术对巡检采集到的吊弦上部螺栓螺母区域、附加系统开口销区域进行缺陷检测,保障高速铁路接触网的安全运行。首先通过无人机对高铁接触网进行巡检,获得巡检数据集,本文对数据集进行预处理实验,主要包括镜像处理、亮度处理、小目标复制处理和不同天气情况下的模拟处理等,以增强数据集的多样性,提升模型训练精度。然后对螺母及开口销进行定位检测,本文提出改进的Efficient Det模型,在原模型的特征提取网络中引入Fused-MBConv模块,提升模型运行速度,再引入混合注意力机制(CBAM)模块,加强特征提取能力。在特征融合网络上对加权双向特征金字塔网络(Bi FPN)增加跨层连接,加强特征融合能力,对改进Efficient Det模型进行消融实验和不同目标检测模型的对比实验。实验表明,改进的Efficient Det模型平均精度均值(m AP)比原模型提升了5.98%,平均检测时间(ADT)比原模型减少了0.016s。之后对螺母及开口销进行分割检测和状态分析,本文提出改进DeepLabv3+模型,在原DeepLabv3+模型上进行改进,首先使用轻量级模型Mobile Net V2对Xception模型进行特征提取网络替换,之后在解码部分引入有效通道注意力(ECANet)模块,对改进DeepLabv3+进行消融实验和不同语义分割网络的对比实验,实验表明,模型的参数量(Parameters)和计算速度(FLOPs)比原模型下降85%,均交并比(MIo U)相比原模型提升了3.91%,通过改进提升了模型的语义分割精度,提升了模型的运算速度,减少了模型的参数量。本文介绍了螺母及开口销的状态分析原理,通过漏检率和误检率来衡量判定结果,实验表明,螺母及开口销状态分析漏检率和误检率均小于8%。最后,介绍了无人机高铁接触网巡视及智能分析系统软件,该软件以Python语言为基础,可实现用户数据储存、无人机巡检样本提取、关键部件目标检测和关键部位语义分割等功能。本文研究内容在一定程度上推进了无人机巡检高铁接触网的智能化和专业化。

关键词：无人机巡检高铁接触网螺母及开口销 EfficientDet DeepLabv3+

高铁接触网施工作业车液压机械振动故障检测方法

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液压气动与密封 2023年第12期43卷 44-48页

作者：武鹏中铁电气化局集团有限公司设计研究院北京100000

高铁接触网施工作业车液压机械的振动信号所包含的无用信息较多,影响到了振动故障检测正确率。设计一种机械振动故障检测方法。设计高铁接触网施工作业车液压机械振动数据采集设备的架构,采集相关的机械振动信号,采用卡尔曼滤波对采集... 详细信息

高铁接触网施工作业车液压机械的振动信号所包含的无用信息较多,影响到了振动故障检测正确率。设计一种机械振动故障检测方法。设计高铁接触网施工作业车液压机械振动数据采集设备的架构,采集相关的机械振动信号,采用卡尔曼滤波对采集到的信号进行滤波处理。利用经验模态分解方法,将滤波后的信号分解成不同时间段尺度的本征模态函数,采用希尔伯特变换实现信号时频分析,将分析结果与设定极限阈值比较,得到准确的机械振动故障检测结果。实验结果证明:方法可以有效检测出接触网施工车辆机械振动故障,且检测时间短、故障检测正确率高,具有较好的应用前景。

关键词：高铁接触网液压机械振动故障检测卡尔曼滤波经验模态分解