一、行業(yè)背景資料

去年“五一”假期首日，也就是疫情以來可以正常出行的假期首日，很多人卻“崩潰”了：他們被堵在了北京西站，“五一”假期被迫結(jié)束。因為北京鐵路交通重要樞的北京西站癱瘓至深夜，數(shù)萬名乘客被迫滯留在車站兩個廣場達10多個小時。

據(jù)官方通報，5月1日，京廣高鐵定州市境內(nèi)因大風(fēng)天氣吹揚地膜（農(nóng)民用來覆蓋農(nóng)地的塑膠薄膜），致接觸網(wǎng)（向動車供電的輸電線路）故障停電，造成京廣高鐵動車晚點到達北京西站。高鐵接觸網(wǎng)近年來因天氣或異物搭掛導(dǎo)致故障停電的事故，并不少見，如今年4月清明假期，滬寧高鐵接觸網(wǎng)因掛了風(fēng)箏導(dǎo)致晚點。

受電弓/接觸網(wǎng)關(guān)系是高速電氣化鐵路安全運行的核心關(guān)系之一，弓網(wǎng)系統(tǒng)較好的服役性能是保障高速列車可靠、安全運行的基本條件。

2012年之后鐵道部先后印發(fā)了6C系統(tǒng)統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范等多項規(guī)范，要求提升接觸網(wǎng)和受電弓的檢測監(jiān)測手段和技術(shù)水平，實現(xiàn)對接觸網(wǎng)和受電弓的全覆蓋檢查。

二、方案分析

為了實現(xiàn)鐵路管理信息化、智能化的目標，我們提出了高鐵受電弓智能檢測監(jiān)測紅外熱像應(yīng)用解決方案；

該方案采用安裝在電力機車上的網(wǎng)絡(luò)型在線式紅外熱成像儀，在電力機車運行時對接觸網(wǎng)電氣設(shè)備關(guān)鍵節(jié)點進行連續(xù)不間斷的溫度狀態(tài)監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時記錄在存儲器中，通過對實時監(jiān)測到的目標溫度數(shù)據(jù)進行分析處理，生成數(shù)據(jù)報告，定位接觸網(wǎng)電氣設(shè)備的故障點。實際運行情況表明，系統(tǒng)輸出的溫度異常信息可以為預(yù)先排除接觸網(wǎng)電氣設(shè)備故障隱患提供依據(jù)，實現(xiàn)了接觸網(wǎng)檢測電氣設(shè)備管理從維護運行到狀態(tài)運行的很大的提升。

選型產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性需求

鐵路弓網(wǎng)為電力機車輸送電能，其質(zhì)量和工作狀態(tài)直接影響鐵路的運輸能力和安全。作為露天設(shè)置的接觸網(wǎng)，常年暴露在室外，易受污染、腐蝕、摩擦等影響，品質(zhì)下降，進而影響機車電力輸送及引發(fā)相關(guān)安全問題。在高鐵上增加視頻監(jiān)控設(shè)備中，視頻監(jiān)控對前端采集設(shè)備性能要求較高，且由于有長期震動，地域跨度大，經(jīng)歷嚴寒酷暑，以及體積等局限，要求設(shè)備必須抗震、大范圍溫差內(nèi)工作，具備較強適應(yīng)能力及24小時監(jiān)控能力。

系統(tǒng)設(shè)備為工業(yè)級產(chǎn)品，能滿足室外防水，防潮，防塵防震的要求，能夠適應(yīng)惡劣氣候條件，露天設(shè)備應(yīng)有防雷措施。

監(jiān)測系統(tǒng)功能要求

對受電弓部件缺失，弓網(wǎng)關(guān)系異常等狀態(tài)進行監(jiān)測.具有對檢測出的數(shù)據(jù)和圖像進行記錄,分析,判斷，整理的功能，及時發(fā)現(xiàn)受電弓滑板的異常狀態(tài)以指導(dǎo)接觸網(wǎng)維修。

三、方案目標

智能監(jiān)測方案要達到的目標：

將目前的計劃修+故障修的模式逐步向狀態(tài)修模式的轉(zhuǎn)變，以大數(shù)據(jù)技術(shù)與智能圖像識別分析技術(shù)+熱成像技術(shù)結(jié)合

紅外熱成像溫測技術(shù)通過在車輛運行過程中，24小時實時觀測受電弓表面熱狀態(tài)分布，每秒鐘可采集高達百幅的紅外熱圖，定位和診斷受電弓異常，具有不停運、不接觸、快速、直觀的特點，配合后端的智能分析算法，實時監(jiān)控受電弓的當前工作狀態(tài)，通過對電氣設(shè)備表面的熱像圖分析，判斷和診斷設(shè)備狀態(tài)及其隱患和缺陷并對潛在的故障和發(fā)熱進行提前報警，這對于及時發(fā)現(xiàn)、處理、避免潛在事故的發(fā)生起到關(guān)鍵而有效的作用。

方案產(chǎn)品選型要求：

檢測效率較高：采用在線測溫檢測方式，檢測效率高；選型紅外熱像儀能做到測溫速度快、日夜監(jiān)控、安全、方便的測溫。

自動化程度高；檢測過程和監(jiān)控錄像自動執(zhí)行;

具有視頻采集、離線拉弧檢測、高溫異常點檢測、受電弓電流實時采集、數(shù)據(jù)分析與報警功能，報警界面；

全天候檢測：無論雨、雪等惡劣天氣均可檢測，不受氣候條件影響：技術(shù)可靠:采用非接觸的圖像測量技術(shù)在體現(xiàn)技術(shù)的同時，提高了系統(tǒng)的可靠性。大屏幕顯示技術(shù)，實現(xiàn)了受電弓車頂狀況的室內(nèi)可視化觀測。

24小時全天候監(jiān)測，低照度、透煙霧、透水霧監(jiān)測；IP66高防護等級，可在惡劣天氣下正常運行。系統(tǒng)能在惡劣的氣候環(huán)境中正常工作，具有較強的低溫環(huán)境防護，以及抗高溫、高濕度的性能。無論是刮風(fēng)下雨，酷熱潮濕，還是低溫寒冷，都可以實現(xiàn)不間斷自動監(jiān)測，在北方嚴寒地區(qū)以及南方的高溫酷熱地區(qū)的關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)測正常進行。

紅外智能在線實時監(jiān)測系統(tǒng)是集可見光、紅外熱成像和嵌入式處理技術(shù)于一體的實時監(jiān)控、監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)可對受電弓進行自動巡檢、實時監(jiān)測、自動預(yù)警、實時獲取設(shè)備故障狀態(tài)的熱信息，并融入大數(shù)據(jù)技術(shù)與智能圖像識別分析技術(shù)，具有不停電、遠距離、安全可靠等特點，實現(xiàn)在線監(jiān)測和設(shè)備狀態(tài)檢修有效的方法。

FC-R特性優(yōu)勢分析：

? 內(nèi)置視頻分析器，具備識別計算能力；測溫快速，均勻性好，在隨著場景的變換過程中，系統(tǒng)總是在瞬間就能得到觀察到的場景所有溫度，圖像均勻性高，不會因為場景的變化而產(chǎn)生測溫的差異。

? 校正測溫功能適用于火災(zāi)探測、安全監(jiān)控和設(shè)備熱溫監(jiān)控

? 多種告警通知選擇，包括電子郵件、數(shù)字輸出或VMS報警

? 適合與第三方分析設(shè)備配合使用

具有較好的標準性、開放性、集成性、安全性、可擴充性及可維護性

? 可通過web或手機應(yīng)用配置熱像儀

? 寬動態(tài)范圍熱成像，適用于威脅偵測

?實時在線監(jiān)測，實時圖像，圖像無延時現(xiàn)象

圖像幀率為每秒25幀，實時圖像，不會出現(xiàn)圖像停頓、圖像滯后以及跳躍感。避免了在操作人員進行云臺轉(zhuǎn)動控制和鏡頭焦距調(diào)節(jié)過程中，出現(xiàn)圖像滯后導(dǎo)致調(diào)節(jié)及觀測困難的情況。

四、方案應(yīng)用

采用在線測溫功能的紅外熱成像儀FLIR FC-R，可實現(xiàn)在線監(jiān)測+智能分析兩個功能。

在線監(jiān)測

只有在系統(tǒng)還未出現(xiàn)故障時就要把故障檢測出來，并采取有效應(yīng)對措施，實現(xiàn)提前預(yù)判決故障至關(guān)重要。預(yù)防檢測就成了一個手段，電力系統(tǒng)故障最初表現(xiàn)就是發(fā)熱，不正常的發(fā)熱現(xiàn)象就是故障的直接表現(xiàn)。通過高速紅外熱像儀實時進行觀測，每秒鐘可采集達百幅的紅外熱圖，再配合后端的智能分析算法，就能實時監(jiān)控受電弓的當前工作狀態(tài)，對潛在的故障和發(fā)熱進行提前報警，從而有效的避免了潛在事故的發(fā)生。

紅外熱成像儀不受光線影響的特點，適合在隧道等光線不足的情況下使用，采用紅外熱成像儀，對受電弓與接觸網(wǎng)之間的接觸不良所產(chǎn)生火花、電弧，接觸網(wǎng)故障、電弓損壞故障等，都能了如指掌，讓故障點、高溫點無所遁形，為列車的安全平穩(wěn)運行的保障。

系統(tǒng)檢測包括以下幾個方面
高架接觸網(wǎng)懸鏈檢測

碳滑塊磨耗檢測
碳滑塊斷裂監(jiān)測
受電弓部件缺失監(jiān)測

偏移量異常監(jiān)測(弓網(wǎng)關(guān)系)
傾斜度異常監(jiān)測(弓網(wǎng)關(guān)系)

系統(tǒng)應(yīng)具有超限報警的功能:對碳滑板磨耗超限，碳滑板斷裂缺損，弓網(wǎng)關(guān)系異常(傾斜度及偏移量超出正常范圍)及部件缺失等受電弓異常工作狀態(tài)進行報警。

高架接觸網(wǎng)懸鏈檢測

高架接觸網(wǎng)懸鏈該系統(tǒng)懸浮或橋塔之上，易受機械張力的影響，交通線路過于繁忙時，主高架接觸網(wǎng)懸鏈通常容易過熱產(chǎn)生連接故障，導(dǎo)致接觸線受熱延伸甚至失去張力變得松弛，接觸線圍繞集電弓蜷曲的可能性變大，甚至導(dǎo)致列車高出軌道電線堵塞等，這將使得電線維修耗費大量的時間，會出現(xiàn)安全隱患等后果。

高架接觸網(wǎng)懸鏈是一種為列車頭或列車供電的懸浮線系統(tǒng)，通過集電弓導(dǎo)電。懸鏈系統(tǒng)至少使用兩條線：一條懸纜線或懸鏈，通過高度差或連接線為接觸線提供支持。該系統(tǒng)懸浮在橋塔之上，易受機械張力的影響。

如下圖所示為兩條電纜的接合點。

弓網(wǎng)系統(tǒng)在高速列車牽引供電系統(tǒng)中的位置（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

FC-R 對每個測點的地理位置、測量值或工作狀態(tài)進行連續(xù)采集，如出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動生成報警（聲光報警、短信報警、郵件報警可選），通知到相關(guān)人員，將可能出現(xiàn)的險情消滅在萌芽狀態(tài)。

接觸網(wǎng)檢測

接觸網(wǎng)連接件發(fā)生過熱的主要原因有：

（1）氧化腐蝕。由于外部熱缺陷的導(dǎo)體接頭部位長期裸露在大氣中，長年受到日曬、雨淋、風(fēng)塵結(jié)露及化學(xué)活性氣體的侵蝕，造成連接件導(dǎo)體接觸表面嚴重銹蝕或氧化，氧化層都會使金屬接觸面的電阻率增加幾十倍甚至上百倍。

（2）連接件接頭松動。導(dǎo)體連接部位在長期遭受機械振動、抖動或在風(fēng)力作用下擺動，使導(dǎo)體壓接螺絲松動。

接觸網(wǎng)有很多接頭、回流線等，牽引變電有變壓器、熔斷器、斷路器及所有配電線等。使用紅外熱像儀可以發(fā)現(xiàn)接頭松動或接觸不良（抽頭變換器）、套管過熱、過載、三相負載不平衡等隱患（見圖）。其影響為產(chǎn)生電弧、短路、燒毀、起火。接觸網(wǎng)連接件容易受到外界因素的影響發(fā)生過熱，嚴重時造成供電中斷，引發(fā)列車停運事故。

地面監(jiān)測，要嚴控關(guān)鍵設(shè)備，通過紅外測溫及地面固定監(jiān)測裝置，實現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備的實時監(jiān)控、故障預(yù)判。同時，結(jié)合高鐵高壓電纜屏鎧在線監(jiān)測裝置，為高鐵關(guān)鍵設(shè)備安全提供保障。

弓網(wǎng)監(jiān)測

鐵路系統(tǒng)很早就將熱像儀運用于設(shè)備的安全檢修上，通過其對電氣設(shè)備和線路的熱缺陷進行探測，這對于及時發(fā)現(xiàn)、處理、預(yù)防大事故的發(fā)生可以起到關(guān)鍵而有效的作用。

以上圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

火車頭部頂部熱成像圖

可將紅外熱成像設(shè)備安裝于車頂，對受電弓和接觸網(wǎng)的連接處進行溫度探測，實時監(jiān)測接觸網(wǎng)故障點，如果在列車行進中發(fā)現(xiàn)故障點，將產(chǎn)生瞬間高溫，熱像儀可以記錄該時刻高溫值和故障點位置，以便檢修人員及時進行修復(fù)。

通過螺栓壓力的大小，能夠?qū)ζ涫欠袼蓜舆M行實時監(jiān)控，避免了緊固件脫落而造成的安全隱患。

利用固定在機車頂部的“可見光”和“紅外熱像”雙鏡頭，對機車運行中的弓網(wǎng)接觸狀態(tài)進行紅外成像和幾何參數(shù)采集，并通過無線通訊傳送至終端服務(wù)器和發(fā)出閾值告警。

固定在機車頂部的“可見光”和“紅外熱像”雙鏡頭（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

FC-R 系列紅外熱像儀可用于監(jiān)測具體區(qū)域的溫度。當監(jiān)測溫值達到或超出預(yù)設(shè)值溫度時，將會收到以電子郵件、數(shù)字輸出或VMS報警等形式發(fā)出的通知。

五、智能監(jiān)測應(yīng)用

采用測溫功能的FLIR-R固定式紅外熱成像儀，通過紅外熱像儀24小時實時進行觀測，每秒鐘可采集達百幅的紅外熱圖，再配合后端的智能分析算法，能實時監(jiān)控受電弓的當前工作狀態(tài)，對潛在的故障和發(fā)熱進行提前報警，從而避免了潛在事故的發(fā)生。智能分析系統(tǒng)裝置實現(xiàn)了對列車車頂圖像的完整采集，既可通過激光定位技術(shù)定位列車升起受電弓圖像，也可采用圖像定位法提取整列車未升起受電弓的高清圖像；具有對檢測出的數(shù)據(jù)進行分析、判斷、整理的能力。

智能監(jiān)控方案優(yōu)勢分析：

設(shè)備自動識別管理

采用算法對與系統(tǒng)采集的熱圖進行自動識別，通過圖像配準的方法識別出該熱圖有效的設(shè)備目標，保證溫度檢測的有效性。

防誤報識別系統(tǒng)

所有溫度測量都基于有效的目標識別，根據(jù)巡查策略可以只測量標記過的設(shè)備，對于外界的干擾熱源自動剔除，有效減少誤報的產(chǎn)生。

自動預(yù)警

發(fā)現(xiàn)目標設(shè)備溫度異常自動報警，報警信息有文字信息和聲音信息，提示運行人員具體的報警位置狀況信息，以便跟蹤故障點，確認告警情況并排除故障。

自動生成報表

系統(tǒng)軟件可自動生成單幅紅外圖像的設(shè)備接點溫度分析報表或綜合報表，即系統(tǒng)可自動記錄每次測溫時的溫度值，并生成溫度報表，以反應(yīng)該接點在某一時間段內(nèi)的溫度變化情況。

數(shù)據(jù)具有可對比性

系統(tǒng)可以給出所有處于巡檢策略的設(shè)備在一段時間內(nèi)每天同一時間的溫度變化趨勢，該溫度變化趨勢結(jié)合其他在線檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)（如該設(shè)備的電流變化趨勢），可以方便對本設(shè)備的工作狀態(tài)給出判斷。

自動位置校準功能。

采用圖象識別技術(shù)，自動對運行誤差進行校正，保證能采集到設(shè)備部件溫度狀態(tài)。

紅外熱像智能監(jiān)測方案案例

通過車頂設(shè)備記錄受電弓和接觸網(wǎng)的工作狀態(tài)，并傳輸?shù)诫娮庸裰械母鲉雾棽杉b置內(nèi)生成數(shù)據(jù)，再輸送到電腦的分析軟件中進行分析和對比，查看采集到的數(shù)據(jù)是否超標。智能識別技術(shù)能有效地克服系統(tǒng)生成大量圖片，人工檢索勞動強度大、工作效率低、檢索準確性不能得到保證的弊端。

裝置檢測數(shù)據(jù)通過無線方式進行傳輸，裝置終端軟件實現(xiàn)對圖像等數(shù)據(jù)的綜合管理，支持圖片局部放大、圖像質(zhì)量增強以供用戶進去缺陷確認；

紅外熱成像，智能分析，接觸網(wǎng)動態(tài)幾何參數(shù)：如接觸線高度、拉出值，接觸線相互位置等，測量弓網(wǎng)燃弧次數(shù)、燃弧時間和燃弧率。

遠程監(jiān)測原理

系統(tǒng)中紅外熱像儀采集紅外熱圖，由前端熱像儀測溫工作，將紅外圖像及原始測溫數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔?a target="_blank">中心或現(xiàn)場工作站，無信號壓縮、信號無損失、抗干擾性較強，保證測溫數(shù)據(jù)的準確性、穩(wěn)定性。

并實時測量監(jiān)控設(shè)備的表面溫度，通過PAL視頻接口、RJ45接口將紅外熱圖及溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控主機，用戶可在監(jiān)控主機上實時觀測現(xiàn)場設(shè)備的運行情況，同時監(jiān)控主機可將圖像、溫度數(shù)據(jù)壓縮，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備向局域網(wǎng)發(fā)送，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控。

配管理軟件

通過配置相應(yīng)的傳感器及報警器，將監(jiān)測信號從過工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，再通過配套的綜合管理軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

管理軟件對每個測點的地理位置、測量值或工作狀態(tài)進行連續(xù)采集，如出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動生成報警（聲光報警、短信報警、郵件報警可選），通知到相關(guān)人員，將可能出現(xiàn)的險情消滅在萌芽狀態(tài)，避免造成大的經(jīng)濟損失及影響鐵路的正常工作。

六、人工智能分析

在大數(shù)據(jù)時代，融入快速的人工智能解決方案是行業(yè)發(fā)展趨勢，尤其紅外熱成像技術(shù)結(jié)合深度學(xué)習(xí)分析，智能感知監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用。

在線監(jiān)測系統(tǒng)與人工智能分析的結(jié)合

目前，分析室已經(jīng)實現(xiàn)了每旬隨車添乘對高鐵、城際數(shù)據(jù)的全下載，通過弓網(wǎng)關(guān)系的及時分析為接觸網(wǎng)精檢細修提供參考數(shù)據(jù)。通過智能圖像識別技術(shù)分析識別車頂和車側(cè)狀態(tài)，進行異常識別和報警。同時配備高速、較高分辨率圖像分析測量技術(shù)和現(xiàn)代傳感技術(shù)，實現(xiàn)受電弓關(guān)鍵特性參數(shù)的在線動態(tài)自動檢測和車頂關(guān)鍵部件、車頂異物的室內(nèi)可視化觀測，用于動車組的受電弓和車頂設(shè)備檢測。

進行高清圖像采集，確保列車在快速通過時形成清晰無拖影的圖像，再通過圖像智能識別算法提取圖像，從而實現(xiàn)對故障定位。通過在軌旁安裝磁鋼傳感器，計量輪軸軸數(shù)，從而判斷弓位，定位故障弓。

海量數(shù)據(jù)實現(xiàn)精細分析

有了大數(shù)據(jù)的平臺就很明了，在平臺上我們可以很清晰地查看到每個站的每個設(shè)備的所有信息，而且它們的每個實時狀態(tài)都及時地顯示在平臺上，我們知道每個設(shè)備的狀態(tài)和去向，這也更有助于我們分析故障的原因，從而較快地解決每個故障。

對列車發(fā)生的實時故障以及基于運營經(jīng)驗設(shè)置的預(yù)警條件產(chǎn)生的異常狀態(tài)實時報警，根據(jù)報警的相關(guān)變量進行快速分析，定位故障原因，提供預(yù)定義的故障處置指導(dǎo)。同時系統(tǒng)能夠結(jié)合根據(jù)運營經(jīng)驗、易產(chǎn)生故障的工況，在大數(shù)據(jù)積累的過程中，可靈活根據(jù)運營情況，設(shè)置模式條件及報警內(nèi)容實現(xiàn)對列車預(yù)警信息的靈活性配置功能，當配置完成后，提前預(yù)判故障的發(fā)生，并發(fā)出提示，提醒地面監(jiān)控人員重點關(guān)注，減少列車故障發(fā)生。

系統(tǒng)基于大量歷史數(shù)據(jù)的深度挖掘，達到列車故障的預(yù)測，已經(jīng)相關(guān)故障處置準確的智能指導(dǎo)，檢修相關(guān)工單、物料及人員的自動安排，實現(xiàn)系統(tǒng)未保存故障的自動學(xué)習(xí)，不斷自動完善專家系統(tǒng)。

根據(jù)系統(tǒng)建議達到優(yōu)化完善整個地鐵網(wǎng)絡(luò)運維管理規(guī)程策略的目的，實現(xiàn)復(fù)雜裝備的系統(tǒng)級故障預(yù)測，即在裝備可能多故障并發(fā)的情況下，確定可能的故障部件，并提前預(yù)測故障時間，列車及關(guān)鍵復(fù)雜裝備系統(tǒng)級故障預(yù)測。

測溫預(yù)警方案其他領(lǐng)域
其它主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：油田--監(jiān)控輸油管道是否漏油；煤堆--溫度過高是否有自燃現(xiàn)象等等，發(fā)電及配電，變電監(jiān)控站，關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)控，天然氣處理，輸送及存儲，存儲區(qū)防火，火焰檢測，煤堆場防火，木材存放區(qū)防火，廢料存放區(qū)防火。

審核編輯 ：李倩