双通道宽监控如何使火车在冬季正常通行?
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双通道宽监控如何使火车在冬季正常通行?

来源:www.lustervision.com    日期:2018-05-07    点击次数:

在冬季,积累的冰雪可能会导致铁路网络的运动部分瘫痪,这种现象经常在轨道的交叉点发生。

如何即时发现并处理这样的问题,则成为了越来越重视效率的铁路运输行业不得不面对的一道难题。

为了保持列车在所有天气环境下都能够正常运行,铁路公司需要利用冰雪清除工具来为其保驾护航。道岔的冰雪通常采用空气鼓风机来清理,定制的自驱犁用来快速地清理严重积雪。同时一些听上去脑洞比较大的想法,也被安装在了现有设备当中。比如一种解决方案是利用靠近交叉口的加热设备进行加热,这样铁轨温度会升高使冰雪融化。这些加热器通常用利用燃气、电或地热等能源来驱动。

在叶片和道岔正轨之间积累冰雪之前,交叉口的加热点会使铁轨温度升高,从而融化冰雪。如果想要完全除掉可能会妨碍交通正常运行的冰雪,则有三个部分必须被加热:道岔铁轨、转换片和交换机械。

一般情况下,安装在铁轨内侧肩部的加热部件,可以凭借铁轨优异的导热性,轻松的将热量传递给转换片,使之免受冰雪干扰。

▲图中,荷兰铁路网采用助燃剂燃烧的方式提高铁轨温度,从而融化冰雪


冻住的岔道

为了确保在冬季该方案的可靠性,从关键的交叉口获取即时的系统错误,或者加热部件丢失的信息便变得尤为重要。

其中一个方法,是在每个加热位置添加热轨感应器。热轨感应器正常装配在加热轨道的肩部位置,一台负责监控轨道的高温,一台负责监控轨道的低温。监控轨道的制冷感应器通常布置在铁轨下部,和加热区分离,因此该系统将会以制冷轨道温度读数修正来自冬日阳光的热辐射干扰。

另一种更加简便、有效的方法,则是从鸟瞰的角度观测交叉口,加热处的图像能够轻易被8~14μm的长波相机捕捉到。

在上述场景中的长波相机是基于非制冷的微测热辐射计阵列。不同于普通成像用途的光子探测器,长波相机更多的是作为能量探测器。

微测热辐射阵列由微桥组成,微桥是在电路表面的微型机械装置,起着力学支撑、热隔离和电连接的作用,其品质优劣直接影响着器件的成像性能。同时在顶部配备一个温度敏感材料。温度敏感材料可以是V2O5,非晶硅或者是多晶锗硅。

▲图中展示了一种固定的监控解决方案叫做GeoCamPro,荷兰铁路公司提供安装和维护服务。

在这次安装过程中,一个非常精准的球形监控相机平台挂载在150英尺高的建筑物顶端,这个平台的旋转精度十分苛刻,旋转误差不超过±0.01°。建筑物位于站点附近的院子里,使得该监控平台能够从高处,轻易地捕捉到大部分的交叉点以及加热器。

▲左为可见光相机拍摄图片,右为红外相机捕捉画面。

该平台使用两个相机来捕捉双频段的视野。一个高分辨率的热成像相机Xenics Gobi-640-GigE搭配100mm的镜头来覆盖长波红外范围;另一侧是配有500mm固定焦距变倍镜头的可见光相机。

Xenics Gobi相机搭载了一块17μm像元大小,分辨率为640*480的微测热像元辐射计阵列。这款先进的热传感芯片可以探测到最小50mK的温差,同时每秒钟输出50帧图像。强有力的板载图像处理技术能够提供高品质和高对比度的图像,也能够根据外界环境自动调节对比度、亮度和动态范围。

Xenics Gobi相机可根据用户的需求进行优化,可以适当地缩小体积、降低重量和能源消耗,此举可以极大地扩展了长波近红外芯片的应用范围。硬件上面的不断优化和FPGA的智能应用将显著降低电源消耗,以便于相机能够通过以太网口进行供电,这样便减小了安装成本。特别是在线检测中的多相机方案,提升了可靠度和在安全环境中的整合度。

在该系统的球形监控相机平台中,可见光相机和长波红外相机同步工作,最大范围可在2000英尺高度内完成每分钟50个物体的扫描。板级的热成像相机标定覆盖-4°~248°F,足够应对该应用。该相机另可定制122°~752 °F,572°~2192°F,和3632°F不同版本,从而应对高级工业应用场景。

正如铁路交叉口能够被雪、雨夹雪或者冰影响,监控设备同样也受到上述因素的影响。

通常需要采取防范措施去抵抗这些极端恶劣的天气条件。当监控系统的温度降至41°F以下,内部的加热器则会自动加热可见光相机和红外相机的外壳。长波红外相机本身也是被特殊处理过的,使其可以在-40°~167 °F范围内正常工作。同时为了减小相机镜头处的玻璃表面冰雪堆积,设计有遮雨冒遮住,使玻璃表面没有雨点。

在室外环境应用中,潮湿也是一个必须要考虑的问题。该系统相机被包裹在相当于1.5倍大气压的氮气中,从而彻底隔绝潮湿水分。甚至在极端寒冷的条件下,湿度依然不会干扰系统的正常运行。


双波段范围的监控操作

建立一个双波段范围的监控设施,不仅是为了监控铁路交叉口,同时还可以监控视野范围区域的铁路场地。通过多个该平台的持续在线监控,还能够实现智能联网监控,实现区域铁路智能地图,为铁路运输服务提高效率提供更多信息参考。

每一幅拍摄到的画面在被存储的同时,也和之前拍摄的图像做比较,使其能够在快速运动场景下识别差别和趋势,从而更加轻松的获得出现问题后的解决方案。

当长波红外相机探测到交叉口出现问题时,报警声音(可通过客户需求调整)会响起,同时故障点在整个智能铁路地图上被高亮。此时覆盖此区域的可见光相机可以自动对准该故障点,反馈给操作人员是机械故障还是在交叉点有冰块进入。


另外的功能

在该系统中,长波红外相机并不只监测铁路网转换器加热器,该系统同样能够帮助发现未经许可闯入的行人,从而有效缓解了对铁轨间正常运转形成的干扰,甚至于使旅客到达晚点的情况。同时也能协助对经过的列车(至少从一边)进行热监控。

长波红外系统热监控的特性同样也适用于智能建筑,比如门窗的开关程序、建筑物整体的保温功效、寻找肉眼看不见的孔隙等。

展望

该系统已经在铁路部门实际部署多年,从空中监控铁路交换器加热器的可行性已经被充分验证。未来该套系统还可被安装在机车上,同自动驾驶系统连接,双波段通道监控的灵活性将有更大的发挥空间。