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原文传递高速铁路接触线运行状态监测技术研究

论文题名：	高速铁路接触线运行状态监测技术研究
关键词：	高速铁路;接触线;运行状态监测;图像检索;无线通信
摘要：	高速铁路是我国铁路客运的主动脉，维护高速铁路的运营安全是铁路研究的重要问题。接触线是牵引供电系统的重要组成部分，接触线的可靠运行对于维护高铁运营的整体可靠性具有重要意义。接触线运行环境复杂，无备用，一旦发生故障就会直接影响列车的正常运行，带来巨大的经济损失，对接触线进行运行状态的监测显得尤为重要。　　现有的监测方法主要为离线检测，并通过对列车运行过程中弓网状态及列车参数变化的分析，来判断接触线的运行状态。本文结合国家863课题展开研究，提出一种接触线运行状态监测系统，通过对表征接触线运行状态的主要特征参数张力及温度的在线监测，进而实现对接触线运行状态的评价。本文的主要研究内容如下: 　　(1)通过对补偿装置结构的分析，提出一种接触线张力监测的新方法。首先，研究了棘轮倾角及坠砣加速度变化与接触线张力之间的力学关系，推导得出接触线张力的计算公式;其次，考虑结构及环境阻尼作用影响而带来的误差问题，提出采用Gauss-seidel迭代算法对计算结果进行修正，可以大幅度提高张力计算的计算精度;然后，建立了接触网及其补偿装置的三维有限元模型，施加不同强度和方向的荷载作用，分别仿真研究了风振、覆冰及弓网之间相互作用三种典型工况下棘轮倾角及坠砣加速度的变化，通过本文提出的监测方法计算得出了接触线张力的变化情况，并与实际的张力进行对比，结果表明，本文提出的接触线张力监测计算方法及其误差修正算法能够有效提高对接触线张力的计算精度。　　(2)研究接触线温度的变化规律，提出一种接触线温度监测及修正方法。基于接触线温度相关的电气化参数，建立了接触线的温度仿真模型，分析了不同影响因素对接触线温度的影响;基于温升理论，对不同电流条件下和不同电阻条件下接触线温度的变化情况进行了仿真研究，得出接触线温度在不同影响因素作用下的变化规律。在分析接触线实际运行环境下各种温度监测方式的安全性和可行性基础上，本文采用红外热成像技术进行接触线温度的在线监测;考虑到红外热成像技术受到环境的影响较大、远距离测温误差较大等问题，提出一种监测结果修正方法，通过构建监测环境下的标准图片库，以方向梯度直方图和颜色直方图作为特征算子，采用基于支持向量机技术(SVM)的图片检索方法对监测结果进行修正。通过实验对比，验证了该方法的有效性。　　(3)提出了基于模糊神经网络技术(FNN)的接触线运行状态的评价方法。通过选取合适的隶属函数和训练样本实现了接触线运行状态监测模型的构建;采用接触线张力和接触线温度作为评价接触线运行状态的主要特征参数，根据现行的技术标准，提出各个特征参数的运行状态判定标准，建立了接触线运行状态的评估体系。在此基础上，通过软硬件设计实现了接触线运行状态监测系统，系统具有参数监测及无线通信、数据存储、人机交互等功能，所研制的在线监测系统通过了高速铁路接触线的现场测试，测试结果表明所研制监测系统的可行性和实用性。
作者：	孟鑫
专业：	电气工程
导师：	和敬涵
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文