TDXJ-1型地铁限界检测系统2013-8

TDXJ-1型地铁限界检测系统西南交通大学成都唐源电气有限责任公司项目研究背景隧道内部附属设备存在松动、脱落等情况，因而对地铁隧道限界进行检测是一项重要的工作.大量的工程实践指出，地铁工程建设、竣工验收以及常运行维护等环节都需要地铁限界这个重要指标。鉴于隧道限界检测在铁路运输中的重要地位，《中华人民共和国铁路技术管理规程》规定“隧道设备限界检查应不少于一年一次”。目前，在地铁隧道设备限界检测中，检测手段主要依据人工目测和经验判断，并且必须是在列车停止运行的情况下进行。由我公司研发的TDXJ-1型限界检测系统能够高速实现对隧道设备限界非接触式检测，精度高、实时性强，从而能减少人工、提高效率、节省开支，同时也为地铁隧道维护和地铁运营安全提供保障。系统结构框架系统安装示意图定位设备

图像采集设备车体振动补偿设备数据处理设备里程修正装置系统安装示意图关键技术1）图像特征提取技术①图像特征提取技术主要用于提取钢轨图像特征点(如右图)。首先利用高清面阵相机对激光束光切面所在钢轨图像进行拍摄，其次利用图像增强、图像平滑等数字图像处理算法以及数字图像特征提取算法实时提取钢轨轨面下16mm轨距点作为振动补偿基准点。钢轨实物图特征点提取示意图关键技术问题1）图像特征提取技术②限界激光发射360°线阵激光，覆盖隧道断面，限界相机拍摄被打亮的物体，通过图像增强，图像平滑等数字图像处理算法，对打亮物进行分析处理。（如图）关键技术问题2）车体振动补偿技术①振动补偿设备安装示意图补偿相机封装实物图运行中的车体存在多自由度振动，检测设备安装于车体上，需要考虑由车体随机振动引起的随机误差。车体振动补偿技术主要是基于关键技术（一）--钢轨图像特征点提取技术。通过补偿梁上补偿相机获取钢轨图像特征点之后，以特征点作为基准点，实时计算车体相对于钢轨中心的横向偏移和相对于钢轨平面的纵向偏移，通过计算车体振动偏移量修正车载设备检测数据，提高检测数据精度。关键技术问题2）车体振动补偿技术②检测速度：匀速30km/h左右运行区段：重庆地铁6号线（红土地——黄泥磅）振动补偿提供检测车当前轨距，水平偏移，垂直偏移等信息关键技术问题2）车体振动补偿技术③补偿系统实时检测出当前车辆所处轨道偏移量，但由于补偿装置安装在车底但限界检测设备安装在身头套筒上，补偿数据正确融合进限界数据中如图所示，限界检测数据是基于每个相机封装，要使6组数据融合，首先要将6组数据归算到套筒中心，归算到套筒中心之后考虑到车辆偏移情况再将补偿数据融合，最后将限界数据归算到轨道中心。关键技术问题3）定位技术无线射频定位阅读器线路上的定位标签采用无线射频结合轮径定位方式，通过沿线铺设无线射频标签，修正轮径定位累计误差，解决长期以来定位误差较大的问题，达到较为准确的定位精度。软件实现限界检测系统软件实现框图软件实现限界检测系统软件实现功能：融合处理系统接受图像采集系统、偏移补偿系统、信息定位系统所测量的数据，进行数据处理分析，实现在线实时检测功能，判定隧道内物体是否侵入限界，并最终进行显示、存储、以及打印报表等功能。限界检测主界面静态侵限数据报表软件实现根据地铁限界标准CJJ96-2003，在高架，曲线，站区等所对应的限界标准都有所不同，限界程序根据不同的线路信息调用不同的限界标准，根据重庆地铁6号线1期工程线路信息，限界标准库中共有87种限界标准。线路数据库中记录了全线线路信息，包括公里标对应的站区，曲线，高架等信息。限界标准库线路数据库设备实现图像处理及侵限判定为验证检测系统功能及精度，取宽度为15mm物体侵入车体下方设备限界，观测检测系统主界面，在相应位置出现侵限物体（下图紫色部分）。侵限物体示意图设备试运行半圆形隧道断面轮廓2012年9月30日，在重庆地铁6号线正线进行试运行，重庆地铁6号线采用的是B2型设备限界，其中红土地——花卉园上行线中有多种隧道类型，限界检测系统均能高速、精确绘制隧道断面轮廓并进行侵限识别。圆形隧道断面轮廓设备试运行主界面绘制的障碍物2012年12月14日，重庆地铁6号线进行静态验收时，设置障碍物进行实测，金属铝块，金属铝块为110mm,实测得104mm.设置的金属障碍物静态数据误差对比 测量数据与检测数据全程由重庆地铁6号线跟车人员跟踪记录 成都唐源电气参与人员：杜奎生，蒲继华，杜超 重庆地铁6号线跟车人员：卿志新序号检测时间检测内容区间公里标(KM)静态值(mm)实测值(mm)误差(mm)12013—1—14侵限X(mm)大龙山光电园24.01466.514641.5侵限Y(mm)651657622013—1—14侵限X(mm)大龙山光电园23.51154.5116712.5侵限Y(mm)5155261132013—1—14侵限X(mm)冉家坝站25.69141314207侵限Y(mm)8758669动态数据误差对比 测量数据与检测数据全程由重庆地铁6号线跟车人员跟踪记录 成都唐源电气参与人员：杜奎生，蒲继华，杜超 重庆地铁6号线跟车人员：卿志新序号检测时间检测内容区间公里标(KM)动态值(mm)实测值(mm)误差(mm)12013—1—16侵限X(mm)大竹林光电园29.31437142314侵限Y(mm)786777922013—1—16侵限X(mm)大龙山光电园29.41440.514421.5侵限Y(mm)未测量32013—1—16侵限X(mm)冉家坝站29.51511.5149417.5侵限Y(mm)63064717动态数据误差对比序号检测时间检测内容区间公里标(KM)动态值(mm)实测值(mm)误差(mm)12013—1—18侵限X(mm)大竹林光电园29.3891495.515038.5侵限Y(mm)852851122013—1—18侵限X(mm)大龙山光电园29.31461.5145011.5侵限Y(mm)721715632013—1—18侵限X(mm)冉家坝站29.3411508.515026.5侵限Y(mm)86885513 测量数据与检测数据全程由重庆地铁6号线跟车人员跟踪记录 成都唐源电气参与人员：杜奎生，蒲继华，杜超 重庆地铁6号线跟车人员：卿志新全站仪测量误差对比线路测量方式侵限X(mm)侵限Y(mm)X误差值(mm)Y误差值(mm)直线全站仪1271.55404.5151283.7441.47.715.41282309.9413.91293231.7312.71304.9128.48.99.4TDXJ-1型12675251276426127829612902191296119

为了更加精确的验证限界检测系统的误差，由重庆地铁6号线设计院使用全站仪测量的数据与TDXJ-1型限界检测设备数据对比。全站仪测量误差对比线路测量方式侵限X(mm)侵限Y(mm)X误差值(mm)Y误差值(mm)缓和曲线全站仪1418511.9-3-8.11427.2409.8-0.8-6.21416.9279-5.1-91423.9201.2-2.1-16.81423.7100.40.7-12.6TDXJ-1型14215201428416142228814262181423113全站仪测量误差对比线路测量方式侵限X(mm)侵限Y(mm)X误差值(mm)Y误差值(mm)圆曲线全站仪1413498.2719.81423.5395.74.519.31420266.2318.81428.4188.81.418.21430.588.28.521.8TDXJ-1型14065181419415141728514272071422110线路侵限状态输出2013年5月8日，应重庆地铁6号线要求，对6号线支线段进行设备限界检测（礼嘉—悦来上下行）并成功扫描出两处连续