TDXJ-1型地铁限界检测系统产品手册

TDXJ-1型地铁限界检测系统

产品手册

西南交通大学

成都唐源电气有限责任公司

目录

第一部分技术方案 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 项目目的 (2)

1.3 工作原理及方案简介 (2)

1.4 技术条件 (7)

1.5 使用环境 (8)

第二部分硬件使用说明 (9)

2.1设备按钮功能简介 (9)

2.2设备报警声、报警光提示 (10)

2.3开机启动 (12)

第三部分软件使用说明 (14)

3.1引言 (14)

3.2 运行环境 (14)

3.3 系统初始化及启动 (17)

3.4 软件功能介绍及操作说明 (19)

3.5 开始检测 (22)

3.6 数据处理软件功能介绍及操作 (24)

第四部分维护保养说明 (31)

4.1 限界检测系统检修规程 (31)

4.2 常见软件现象及错误提示分析 (32)

4.3 常见硬件现象分析及测试 (33)

4.4 数据的反馈 (33)

4.5 平日日常维护事项 (34)

第一部分技术方案

1.1 引言

隧道是城市轨道交通中重要组成部分，随着车辆的运行和隧道的服役时间的增长，隧道内的一些设备有可能出现螺栓松动、设备脱落等情况，脱落后的物体侵入到设备限界的范围内，严重地危害车辆的运行安全，甚至造成重大地行车事故。

隧道内发生物体侵限故障时，危害主要会造成以下情况：

（1）造成电力机车无法正常运行；

（2）当运营期间发生侵限故障时，严重影响运输安全，对运营的影响较大，影响时间较长，甚至造成上班乘客滞留，影响社会安定。

《中华人民共和国铁路技术管理规程》第二十条中规定“隧道限界检查应不少于五年一次”。同时大量的工程实践表明，地铁工程建设、竣工验收以及运行维护等环节都需要地铁限界这个重要指标。

目前，在地铁隧道设备限界检测中，检测手段主要局限于静态检测，即主要依据人工实测和经验判断，这种检测方式测量的精度低、工程量大，并且必须是在列车停止运行的情况下进行。由于隧道内限界变化具有突发性的特点，传统的人工检测方式已经不能满足实际工作的需要。因此，研发一种实时、高速、高精度的地铁隧道设备限界动态检测系统，将有助于节省人工、减少开支、提高效率，为地铁隧道安全维护提供依据，提高地铁运行安全性。

1.2 项目目的

本项目的目的是通过对地铁隧道全断面进行检测。从而得到隧道内侵限物体信息。

主要实现以下功能：

（1）设备限界检测：通过车头安装的图像采集系统实时地对隧道断面信息进行采集，经千兆以太网传送到车体内部的综合信息处理系统，最终通过图像预处理、图像识别，图像特征提取和分析隧道断面内物体相对于钢轨坐标位臵，同时利用振动补偿系统将车体振动带来的测量影响，及时地和相同位臵测量的轮廓断面信息归算到一起，最终得到的测量结果和标准限界模型进行比对，判定侵限，提供侵限信息。

（2）隧道断面环境检测：通过隧道断面图像采集设备，能够实时地将整个隧道断面的图像录制下来，以视频格式保存下来，为离线后分析整个隧道断面环境提供依据。

（3）检测位臵定位：利用速度传感器进行轮径定位，结合电子标签射频技术修正车辆定位，建立测量轮廓数据和所在公里标位臵一一对应关系，来定位侵限故障点位臵，为快速准确地相关部门提供依据。

（4）数据保存：将检测的隧道断面信息存储在硬盘中，其生成文件的名称应与站区名称、检测日期及检测时间对应。

1.3 工作原理及方案简介

1.3.1 工作原理

为了能够检测地铁隧道全断面参数，最重要的一步就是对检测系统中各个摄

像机进行标定，标定过程中就是测量图像坐标系和测量位臵坐标之间关系的过程，通过这个测量模型的参数，就能够将图像信息进行机器视觉三维立体重建。其中标定方法主要是采用三角测距原理来测量隧道全断面信息。

三角测距原理图如下所示，其中Y 为被测距离，f 为成像系统距离，l 为发光点中心到透镜的水平距离，即基线长度，L 为某一已知距离，在该距离处成像正好位于CCD 中心。X 为被测距离在CCD 上与已知距离在CCD 上的像点距离。因此只要测出X ，就能测出Y ；同理，只要测出Y ，就能测出X 。 P 1

P 激光器

CCD 面阵相机

1B B

L

Y X l

图1-1 三角成像原理图

根据三角形相似原理得：

22

22221

()()Y L X L l L

f L l Y L L l -?+=++-?

+ 22

()X l l f L Y l f L X l f Y L X Y L l ?+??=?-??-=?+ 1.3.2 方案简介

预留网检、轨检及其它检测设备接口

数据库

打印机

显示器速度传感器补偿2D 传感器现场总线

现场总线

车

顶

设

备车

内

设

备车

底

设

备

工控机

电子标签阅读器

限界2D 传感器

图1-2 限界结构拓扑图

如图上图所示：TDXJ-1型限界检测系统分别由各种模块组成，在系统调试过程中，需要先将系统的各个模块先独立进行调试，各模块成功调试后，在进行整个系统的调试。

（1）图像采集系统:限界图像采集系统主要由7组高功率工业激光器和高清工业级面阵相机组成，其中主要运用对隧道进行轮廓扫描，并通过高速网络将轮廓图像数据实时地发送至车体内综合信息处理系统。 (注：激光有害，请勿直射人眼！)。

图1-3 限界图像采集安装图 （2）振动补偿系统：车辆在运行过程中，存在多个自由度的振动。在实际测量过程中，车体振动对于限界检测轮廓数据的准确度有一定影响，因此需要实时地将车体振动带来影响补偿到整个测量系统中去。其中振动补偿系统安装在离限界检测系统最近的位臵的车体下方，整个振动补偿系统由2台2D 激光摄像式传感器组成，其主要是采集钢轨轮廓信息，经振动补偿系统模型计算，求解出因振动补偿在水平和竖直方向的偏移量，然后在实时地对测量数据进行修正。 补偿梁

钢轨轨道中心1#2D

2#2D

图1-4车体补偿结构示意图

钢轨图像识别图1-4所示：

钢轨

图

像

特

征

点

图1-5 钢轨图像识别图 （3）里程定位系统：使用光电编码器并结合特制数据采集卡能够将车体的前进、后退情况进行实时地用于计算累计里程。但由于在检测车运行过程中，线路的诸多原因，如弯道、打滑、空转等情况都可能造成定位误差较大，同时列车在长期的运行过程中，车轮会发生磨损，于是测量中会出现轮径定位累计误差。因此在既有的轮径定位基础上，再通过线路上安装电子标签的方式，对一段距离的测量数据进行修正，通过定位修正系统，能够达到更加准确的定位，

从而提高整个测量系统的精度。

图1-6 补偿梁安装图 图1-7 速度传感器安装图 （4）综合数据处理系统：当程序全部启动，各部分正常运行时，并进入检

测状态。此时限界图像采集系统、振动补偿系统、里程定位系统全部进行工作状态。限界以及补偿图像采集均为120FPS/s，此时以振动补偿数据为依据，以光电编码器脉冲值为记录开始，准确的将每一帧数据进行数据融合处理，保证数据的实时性和准确性。同时将处理的数据后进行实时绘图、根据不同线路调用不同的限界标准、侵限统计、存储、打印等。

1-8 数据融合系统安装外观

1.4 技术条件

表1 技术条件

指标参数

设备限界水平测量范

〒3000mm

围

设备限界竖直测量范

〒3000mm

围

设备限界水平测量精

〒20mm

度

设备限界竖直测量精

〒20mm

度

测量方式非接触式速度传感器转速2000转/秒防护等级IP67 1.5 使用环境

表2 使用环境

指标参数使用列车速度≤120km/h

环境温度-10℃~ 50V℃

海拔高度≤4500

相对湿度≤90%

应用场合隧道内全天候注：带电不带电均可正常工作

第二部分硬件使用说明

限界检测系统在使用过程中应严格遵守规范，因此需要在检测前，需先掌握基本的硬件使用方式。

2.1设备按钮功能简介

logo

显示器

控制开关面板

TVM显示屏切换开关

工控机

UPS电源

图2-1 限界检测控制面版

2.1.1 logo面板：面版中绘制了产品研发生产单位的logo名称以及当前设备的型

号编号等信息。

2.1.2 显示器：用于显示工控机处理内容，同时也可使用分屏设备。

2.1.3 电源控制：

【1】主机：用于控制两台工控机和千兆网络供电；

【2】限界：用于控制车头限界图像采集装臵激光器与相机的供电；

【3】补偿：用于车底补偿系统供电，补偿系统包括2台2D激光摄像式传感器、电子射频标签天线阅读器等；

【4】打印：用于打印机供电，打印机分别可以打印A3、A4纸；

【5】备用：为当前设备升级维护所做预留接口。

2.1.4 KVM切换开关：安装KVM切换器对两台工控机进行切换显示。

2.1.5 键盘鼠标盘：将键盘鼠标盘中央的旋转拉扣拉出，即可对当前显示的工控机进行操作，键盘鼠标随KVM自动切换。

2.1.6 第一台工控机完成补偿数据处理，以及限界数据融合、实时绘图、存储、打印等功能。

2.1.7 第二台工控机完成限界相机图像处理、传输控制功能。

2.1.8 多功能数据处理：多功能数据处理设备用于对限界其他数据进行管理综合处理。

2.1.9 UPS：为保证限界检测系统稳定工作，在跳闸或突然掉电的情况下不影响检测，使用UPS可以有效地防止此类突发事件。

2.2设备报警声、报警光提示

2.2.1 电源控制：按下状态，按钮呈红光为开启状态，再次按下，按钮弹起，按

钮红光熄灭为当前设备电源关闭状态。

2.2.2 KVM切换器：当主机电源按钮按下，KVM切换器在工控机打开时自动会启动，从按钮1-10，每个按钮有两个信号状态指示灯。

【1】橘黄色指示灯为信号连接指示灯，指当前共连接设备数，以限界系统为例，共使用两台工控机，则共KVM橘黄色指示灯亮两颗。

【2】蓝色指示灯为当前主屏幕显示信号灯，当前主屏幕切换至哪一台工控机，则在当前按钮显示为蓝色。

图2-2 设备开启KVM指示灯闪烁图2-3 所有设备开启

2.2.3 工控机：工控机使用自带钥匙打开工控机开关控制面版，手动将工控机打开，工控机正常打开时跟常用计算机相同，开机自检通过提示声，当工控机正常运行并开启检测时，工控机信号状态绿灯长亮，红灯闪烁呈图2-4所示：

图2-4 电源信号指示图2-5 硬盘读取指示

2.2.4 UPS：UPS为限界检测系统提供稳压、防止掉电、停电续航等多种保障功能。其信号指示、报警声大致分为使用外接电源状态、使用电池续航状态、电池电量不足状态。

【1】使用外接电源状态：无报警声，UPS充电指示灯长亮

【2】使用电池续航状态：有缓慢报警声，UPS指示灯显示当前UPS电池剩余电量

【3】电池电量不足状态：有紧急报警声，UPS电源指示灯显示当前UPS电池剩余电量不足。

2.3开机启动

在开启限界检测系统控制机柜通电检测之前，请参阅第八节维护保养说明并完成相关维护内容后。

开启限界检测系统控制机柜之前，应先开启发电机或使用外接电源，UPS电源虽然能提供短时间的续航，但如果将UPS电量耗尽可能影响UPS电池的寿命，影响以后正常检测需要。

【1】打开限界机柜，按照上节介绍先开启UPS，UPS开启时会发出正常运行的自检通过报警声。

【2】依次按下主机、限界、补偿按钮，这三个位必选，当需要使用打印机

时，则打开打印电源开关。

【3】参照上面工控机使用方法，使用工控机钥匙打开工控机电源控制面版，依次打开两台工控机。

【4】打开工控机的同时，KVM会自动启动，启动时会同时闪烁蓝光和橙光，蓝光表示当前所操作显示的工控机，橙光表示当前KVM连接设备数。参照上面设备报警指示灯提示依次选择1#、2#显示切换按钮查看工控机是否已经全部启动。

【5】以上步骤全部完成，并运行正常以后，请查看车底振动补偿系统、车头限界检测图像采集设备等是否正常工作，其中可以通过系统发射出来的激光和各相机网络连通等条件进行综合判定。

【6】如所有设备正常，则分别查看2台工控机千兆网络是否全部连接（注：其中有一台网络相机用于拍摄隧道图像为100mbp/s）。

【7】使用KVM切换器切换至1#工控机、2#工控机中限界图像处理软件自动启动并完成图像采集、处理，无需操作。

【8】打开限界检测系统实时检测程序，具体操作方法请见下节。

第三部分软件使用说明

3.1引言

由成都唐源电气有限责任公司研发部负责编写和更新的地铁限界检测软件用于对地铁限界检测，包括对限界进行实时检测、数据分析处理、超限判定、数据分段存储等功能。能够实现对地铁设备限界进行高密度、高精度检测，判定沿线是否存在异物由于其它因素侵入设备限界，为地铁线路工作提供准确有效的检修方案、为地铁车辆安全运行提供有力保障。

3.2 运行环境

3.2.1本软件能够运行在WIN2000\WINxp\WINSever2003\WIN7等平台下完美运行，同时支持多种语言。

3.2.2 系统文件组成：

DLL文件17个，LIB文件13个，INI文件6个，使用动态链接库，便于程序模块化编程，便于程序的维护，配臵文件用于对系统参数设臵、软件功能配臵等。

（1）软件系统配臵文件：

（2）限界标准文件：

（3） 图形配臵文件夹Image 及其图形启动配臵文件：

（3）图像处理功能文件：

（4）车体偏移补偿模块系统文件：

（5）定位模块系统文件：

（5）网络通信系统模块文件：

（6）图像采集模块系统文件：

（7）图像显示模块系统文件：

（8）执行文件：

TDXJ.exe为TDXJ-1型地铁限界检测系统车体补偿、定位以及在线数据采集处理软件。

TDXJDP.exe为TDXJ-1型地铁限界检测系统数据分析软件，用于对在线存储的数据进行再分析。

TDDS.exe为TDXJ-1型地铁限界检测系统图像处理软件，用于对图像处理以及图像处理功能设臵。

注意事项：

TDXJ-1型地铁限界检测系统正常运行的基础是：以上所有动态链接库文件和执行文件须放在同一目录下，所有文件都不得擅自删除，缺少任何一个文件系统讲无法正常的进行工作。

同时，显示分辨率请尽量大于等于1280*1024。

3.2.3硬件平台

唐源电气地铁限界检测系统正常运行需要硬件的支持；

计算机

主频：不低于2.5GHz；

内存：不低于2GB；

网络适配器：4个Intel 千兆网卡；

图像采集系统：定制专业的图像采集系统；

车体偏移补偿系统：定制专业的车体偏移补偿系统；

定位以及定位修正：定制专业的定位修正系统

USB接口：4个；

打印机：1个；

3.3 系统初始化及启动

在硬件平台、软件环境都满足的条件下，使用在线检测软件：

在软件开始运行时，系统将会自动初始化完成如下操作：

1、2台补偿2D传感器初始化

2、限界图像采集初始化

3、网络通信初始化

4、定位设备初始化

5、定位修正设备初始化

6、网络摄像机初始化

7、软件环境初始化

8、系统参数读取

在如下界面将完成以上初始化操作，初始化内容较多程序在此界面会因为不同的系统配臵出现不同长短的等待时间，请耐心等待！

图3.1 限界检测系统初始化界面

当所有外围硬件设备、软件全部初始化完成，欢迎界面自动关闭，并同时打开TDXJ在线检测软件，并在状态栏中会显示部分初始化内容：

图3.2 限界检测系统起始检测界面

如图3.2当离线或初始化外围设备失败时，则提示会在状态栏（左下角）提示相关初始化信息。