一种电气化铁路接触网覆冰在线监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，该系统包括通过铁路专用网连接的若干个监测终端的主控单元、与铁路专用网相连的中心数据接收模块，中心数据接收模块连接有覆冰分析及查询模块，覆冰分析及查询模块与数据库相连，并通过数据库连接客户端，客户端设置有报警模块。监测设备通过采集接触网的图像、环境温度、湿度、风速、风向等数据，将数据通过铁路专用通讯网传送到监测中心，监测中心软件系统运用视频智能分析技术、专家知识库分析得出接触网的覆冰情况，并可采用音响、短信等方式报警，可及时采取融冰、除冰措施。从而实现接触网覆冰的全天候监测，预防由于覆冰而引起重大铁路事故的发生，为铁路安全运行提供保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统的供电领域，涉及一种覆冰在线检测系统，具体涉及一种电气化铁路接触网覆冰在线监测系统。
技术介绍
近年来，随着电气化铁路延伸和发展，接触网不断延伸到易覆冰、重覆冰区，频繁发生的覆冰事故对电气化的安全运行造成重大影响。2008年春季我国遭遇严重的覆冰灾害，广东、广西、湖南、湖北等地接触网覆冰严重，严重影响了铁路的安全运行。铁路接触网覆冰后，接触网实际覆冰超过设计最大覆冰厚度，覆冰质量增加，覆冰后风压面积增加，不均匀覆冰或不同脱冰引起相邻跨的张力差，从而导致机械和电气方面的事故；另一方面机车的受电弓与覆冰导线接触时，产生拉弧现象，对导线和受电弓磨损加大，甚至导致接触网舞动乃至倒杆、塌网等事故。一旦覆冰造成电网破坏，严重影响列车的 安全、可靠、和正点运行。因此，对接触网覆冰实施在线监测是亟待攻克的技术难点。接触网覆冰的前提是当地气象达到覆冰条件，因此对微气象进行监测预报非常重要。接触网线路所处小气象环境、微气象环境往往是气象预报盲区，而气象环境参数监测是接触网线路设备安全、稳定运行的基础，也是分析、预测线路故障的基础和必要的边界条件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，该系统主要实现接触网覆冰情况的在线监测，使值班、管理人员在办公室即可了解现场的覆冰情况，并可采用音响、短信等方式报警，有关部门可及时采取融冰、除冰措施。从而实现接触网覆冰的全天候监测，为铁路安全运行提供保障。本专利技术所采用的技术方案是一种电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，该系统包括通过铁路专用网连接的若干个监测终端的主控单元、与铁路专用网相连的中心数据接收模块，所述中心数据接收模块连接有覆冰分析及查询模块，覆冰分析及查询模块与数据库相连，并通过数据库连接客户端，所述客户端设置有报警模块。进一步的，本专利技术的特征还在于所述监测前端的主控单元包括MSP430F247单片机，所述MSP430F247单片机分别连接液晶显示与时钟模块、电源模块、通讯转换模块和覆冰信息处理单元；所述覆冰信息处理单元分别连接气象监测单元和覆冰图像监测单元。所述气象监测单元包括温湿度传感器、风速传感器和风向传感器；所述温湿度传感器分别设置有环境温度传感器、环境湿度传感器和导线温度监测传感器；所述风速传感器设置有环境风速传感器，所述风向传感器设置有环境风向传感器。所述的中心数据接收模块采用了数据分组、选择ARQ误码重传的方式。所述覆冰分析查询模块包括基于气象参数应用模糊逻辑模型及对覆冰图像应用差异化分析的智能算法对覆冰情况进行分析，对覆冰厚度超过预设值者通过软件界面、音响、短信方式进行及时报警。所述基于气象参数应用模糊逻辑模型为构建模糊推理模型，将包括环境温度、环境湿度、环境风速和环境风向传感器采集的信息输入值进行模糊化、推理过程、反模糊化，得到输出值，进而得到覆冰厚度预测值；所述推理过程构建有模糊规则库和覆冰数据库。本专利技术还提供了一种对覆冰图像差异化分析的方法，包括下述步骤I)读取传送至监测终端监控中心的监视目标图像信息；2)对安装在输电线路杆塔上的摄像机进行标定；3)在输电线路图像中检测出导线和绝缘子，确定算法的处理区域；进行接触网定位；4)对图像进行彩色灰度化、图像增强预处理；5)利用图像分割技术将导线和绝缘子从图像中分割出来，计算分割区域的像素数；6)保存首次计算的覆冰前导线和绝缘子区域的像素数，判断之后采集的图像中导线和绝缘子区域像素数是否与保存的值相等；7)相等，则标记无覆冰；8)不相等，则判断区域像素数是否超出保存像素值的20% ；9)否，则返回第一步；10)超过，则提取导线和绝缘子的边缘并计算边界之间的距离；11)判断边界距离是否大于未覆冰时的直径，进一步判断是否有覆冰；12)否，则返回第一步；13)是，则标识有覆冰；14)利用摄像机标定的方法计算出导线和绝缘子的覆冰厚度；15)将覆冰厚度与预警值相比较，当覆冰厚度超出规定的预警值时，做出报警，提示相关工作人员及时采取除冰措施；16)否则返回第一步。本专利技术的有益效果是，监测设备通过采集接触网的环境温度、湿度、风速、风向、覆冰图像等数据，将数据通过铁路专用通讯网传送到监测中心，监测中心软件系统运用视频智能分析技术、专家知识库分析得出接触网的覆冰情况，并采用音响、短信等方式报警。本专利技术根据接触网环境参数以及覆冰视频图像计算预测接触网覆冰状况、为接触网防(融)冰方案提供依据。能够为接触网防(融)冰工程应用提供必要的条件。接触网覆冰在线监测系统的成功研制，使得接触网大电流防融冰从理论研究阶段进入产品实用阶段。接触网覆冰在线监测系统的投入使用，将能够适时观测接触网覆融冰状态，为接触网防融冰提供必要的支持，提高电气化铁路运行可靠性。附图说明图I是本专利技术监测系统结构图；图2是本专利技术监测终端组成结构图3是本专利技术覆冰信息处理单元覆冰理论模型结构图；图4是本专利技术覆冰图像处理流程图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术是一种电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，由硬件产品和系统方法两大部分组成，硬件为方法提供现场相关的数据和高清晰的图片；方法通过提供的数据和图片来计算接触网覆冰厚度，处理与用户的接口。如图I所示，主要包含以下部分监测前端的主控单元、中心数据接收模块、覆冰分析及查询模块、报警模块等。 电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，该系统包括通过铁路专用网连接的若干个监测终端的主控单元、与铁路专用网相连的中心数据接收模块，中心数据接收模块连接有覆冰分析及查询模块，覆冰分析及查询模块与数据库相连，并通过数据库连接客户端，客户端设置有报警模块。如图2所示，监测前端的主控单元包括MSP430F247单片机，MSP430F247单片机分别连接液晶显示与时钟模块、电源模块、通讯转换模块和覆冰信息处理单元；覆冰信息处理单元分别连接气象监测单元和覆冰图像监测单元。气象监测单元包括温湿度传感器、风速传感器和风向传感器；温湿度传感器分别设置有环境温度传感器、环境湿度传感器和导线温度监测传感器；所述风速传感器设置有环境风速传感器，所述风向传感器设置有环境风向传感器。中心数据接收模块采用了数据分组、选择ARQ误码重传的方式。覆冰分析查询模块包括基于气象参数应用模糊逻辑模型及对覆冰图像应用差异化分析的智能算法对覆冰情况进行分析，对覆冰厚度超过预设值者通过软件界面、音响、短信方式进行及时报警。本专利技术系统中，电源部分依靠铁路沿线的220V供电，将铁路通讯机房的交流电源转化为DC12V电源。数据传输鉴于使用铁路专网，增加了光电转换器，将TTL接口数据转化为通讯RJ45接口，通过铁路专网进行传输。温湿度的监测采用瑞士 Sensirion公司出品的一款含有已校准数字信号输出的SHT75系列单芯片温湿度复合传感器。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。SHT75采用串行接口与分机MCU连接，它的分辨率可以根据对现场的采集速率而进行调整，一般情况下默认的测量分辨率分别为14bit (温度)、12bit (湿度)。并且传感器置于壳体底部，通过壳体底部通孔将传感器温湿度探测部分裸露在大气中，保证传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，其特征在于，该系统包括通过铁路专用网连接的若干个监测终端的主控单元、与铁路专用网相连的中心数据接收模块，所述中心数据接收模块连接有覆冰分析及查询模块，覆冰分析及查询模块与数据库相连，并通过数据库连接客户端，所述客户端设置有报警模块。2.根据权利要求I所述的电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，其特征在于，所述监测前端的主控单元包括MSP430F247单片机，所述MSP430F247单片机分别连接液晶显示与时钟模块、电源模块、通讯转换模块和覆冰信息处理单元；所述覆冰信息处理单元分别连接气象监测单元和覆冰图像监测单元。3.根据权利要求2所述的电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，其特征在于，所述气象监测单元包括温湿度传感器、风速传感器和风向传感器；所述温湿度传感器分别设置有环境温度传感器、环境湿度传感器和导线温度监测传感器；所述风速传感器设置有环境风速传感器，所述风向传感器设置有环境风向传感器。4.根据权利要求I所述的电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，其特征在于，所述的中心数据接收模块采用了数据分组、选择ARQ误码重传的方式。5.根据权利要求I所述的电气化铁路接触网覆冰在线监测系统，其特征在于，所述覆冰分析查询模块包括基于气象参数应用模糊逻辑模型及对覆冰图像应用差异化分析的智能算法对覆冰情况进行分析，对覆冰厚度超过预设值者通过软件界面、音响、短信方式进行及时报警。6.根据权利要求5所述的电气化铁路接触网覆冰在线...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新波，李文静，刘家兵，
申请(专利权)人：西安金源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：