1研究概述南宁轨道交通5号线车辆配置了弓网检测系统，在运营过程中通过高速相机、传感器实时采集弓网关系的各类数据信息，通过车载主机实时分析弓网数据，由车地无线传输通道将弓网数据（状态数据、故障数据、环境数据等）发送至地面服务器。地面服务可实现对影响运营的弓网故障进行实时告警提示，便于运营人员及时做出相应对策，避免故障扩大化[1-3]。地面服务的智能分析软件通过分析和挖掘弓网数据，借助智能诊断及预测模型监测、诊断和管理弓网的状态，评估弓网关系存在的隐患，通过输出的弓网关系诊断结果及报告实现弓网故障和维护工作任务的制定，实现精准维修及维护，减少周期性维修、过度维修、无效维修等，提高检修维护效率，有效降低维护成本和弓网运行风险。2车载弓网检测系统总体框架2.1系统总体框架南宁轨道交通5号线车辆车载弓网检测系统主要包括弓网车载设备和地面数据管理两部分。系统总体框架如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.013.F001图1系统总体框架车载设备承担着系统原始图像及数据采集分析，包括车顶设备、车内设备和车底设备。其中车底设备（即车地补偿单元）是根据弓网检测系统的功能配备，当系统无接触网几何尺寸测量功能时，可不配置[4]。地面数据管理主要是地面服务器及分析管理软件，地面数据服务器是弓网监测系统的缺陷数据存储中心，可按车次、线路等分类信息储存实时及历史数据，并提供历史数据查询、对比及分析等功能。地面服务器部署弓网监测系统配备综合数据管理软件平台，具有良好的数据web展示界面，能够直观显示故障信息，同时针对弓网监测系统检测数据及设备运行状态数据进行管理；具有大数据管理功能，能够对跟踪过程中的告警数据进行查询、统计、分析、管理并形成报表；支持筛选对比、专家评价，能够提供更加准确的、合理的运营分析依据与专业维保指导。2.2数据传输拓扑车载弓网检测系统通过检测结果触发报警信息，通过车地通道将报警信息传送到地面服务器，并提供故障发生时段前后的视频与地面CCTV进行视频联动[5]，获取TCMS车辆相关信息进行故障定位。数据传输拓扑图如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.013.F002图2数据传输拓扑图（1）PIS和CCTV接口。通过此接口链路供车载其他系统调用实时直播视频、故障视频，地面OCC通过车地链路调取车载弓网监控视频。（2）TCMS通信接口。通过此接口可实现弓网系统工作设备状态、重点检测项报警状态，可以实时获取列车位置信息供弓网系统各检测模块使用。（3）专家诊断系统通信接口。通过车载以太网维护网，车载诊断主机可将故障数据、状态数据、环境数据通过WTD传输到地面专家诊断系统。（4）PTU接口。通过此接口可下载车载检测数据及视频信息。3车载弓网检测系统组成及功能3.1车载系统设计车载弓网系统主要由车顶采集单元、车内控制单元、车底采集单元组等部分组成。车顶采集单元由接触网几何参数、弓网高清视频、弓网温度、弓网燃弧、弓网接触压力、硬点冲击等模块组成；车内处理单元由弓网采集控制、应力采集控制模块组成，负责将车顶单元及车底单元的采集数据进行汇总分类存储，对弓网图像进行压缩处理并分析弓网缺陷；车底采集单元由车体振动补偿模块组成。车载缺陷数据可通过PIS系统上传至地面服务器进行存储和展示，弓网检测功能设计如图3所示。车底设备（补偿单元）主要用于测量车体底部相对于钢轨顶面的偏差值。以弥补列车在运行过程中受到的振动、偏移、翻转及蛇形偏转等因素导致的偏差，修正系统检测偏差，提高检测的精度。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.013.F003图3弓网检测功能设计3.2车载弓网检测系统功能车载弓网检测系统的功能包括弓网状态检测功能、温度检测功能、燃弧检测功能、接触网几何参数检测功能、弓网压力硬点检测功能等。地面数据分析平台具有弓网运行状态监控、故障管理、历史数据分析、趋势预测、文件管理、系统管理等功能。可实现车辆弓网的实时状态监控与历史数据统计分析，从多个维度对弓网数据进行集中分析与展示，与检修业务系统对接，为工单派发、故障处理提供数据支撑，为运营决策提供参考依据。（1）弓网状态检测。在受电弓发生变形、羊角破损等弓网状态异常时，系统通过图像分析技术可在列车及地面控制中心进行告警，并通过高清工业相机将故障画面传送至地面分析平台。（2）温度检测。在接触网汇流温度超过系统设定阈值时，如温度在80~100 ℃进行三级预警、温度在100~150 ℃进行二级预警、温度在150 ℃以上进行一级预警。系统可通过红外相机采集热成像，根据车辆TCMS（列车管理系统）提供的位置信息，整合报警图片，通过车地WLAN通道上传地面数据分析平台，供控制中心调度人员及时响应故障信息，以免造成事故联动。（3）燃弧检测模块。系统内部设置燃弧报警范围，如燃弧时长≤100 ms进行三级预警、燃弧时长在100~500 ms进行二级预警、燃弧时长500 ms进行一级预警。系统采用紫外传感器，对波长220~225 nm或323~329 nm范围的紫外光进行统计计算，将报警时刻前后一段时间内的视频上传至地面数据分析平台进行报警，维护人员即可通过显示器终端进行查看。同时系统也可对弓网燃弧情况进行整合统计，为后期智能运维提供有利条件。（4）接触网几何参数检测。接触网几何参数检测集成了接触网导高、拉出值检测的功能。采用激光三角测距模组对隧道内和隧道外接触网进行数据采集，利用三角测距图像处理方法分析接触网相对轨平面的高度、接触网相对铁轨的中心线的偏移量，得到列车运行过程中接触网相对于铁轨的实时导高值与拉出值，结合精确的位置信息计算接触网的导线坡度、跨距高差。根据铁路接触网的几何参数定义，导高、拉出值检测是以轨平面为基准面，车载弓网监测系统在列车运行中检测导高和拉出值，列车在运行过程中车体会发生振动与偏移，因此系统配置车体振动补偿装置用以补偿列车运动过程中的偏移及倾斜，提供基于轨道面的动态导高、拉出值检测[6-7]。（5）弓网压力、硬点检测。对弓网压力及硬点采用非接触式检测，利用高速工业相机捕捉车辆运行时不同时段内受电弓位置的垂直偏移量，计算受电弓的加速度，当检测到硬点冲击时，结合系统提供的位置信息，即可在地面控制中心进行报警。4车载弓网检测系统应用4.1车载弓网系统运行现状南宁轨道交通5号线运行周期在6个月以上，共24列车体安装弓网监测，总计48套设备。据统计在2022年1月1日至2022年6月16日期间累计检测燃弧、温度、硬点等各类告警数量汇总结果如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.013.T001表12022年1月至6月告警数量汇总结果故障一级告警二级告警三级告警燃弧9 262368 2292 142 193温度9 40420 602101 326硬点2482 05314 939次车载弓网检测告警总览如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.013.F004图4车载弓网检测告警总览对告警数据及告警所在线路区间进行统计分析，南宁轨道交通5号线上行告警最多的区间是国凯大道至那洪立交区间共告警265 398次，五一立交至新秀公园区间共告警227 016次；南宁轨道交通5号线下行告警最多的是新秀公园至五一立交区间共告警205 847次。由图4可知，五一立交至新秀公园区间的弓网关系较差，各项数据均高于其他区间。经系统分析得到故障高发区间，可以为运维人员提供明确的维护建议，减少排查接触网及受电弓的工作量，极大地提高了维护效率，并降低了维护成本。4.2车载弓网系统未来发展应用随着技术的发展，弓网检测系统将逐渐融入城市轨道交通线网智能运维体系中，通过关键系统数据平台，搭建物联网数据库，累积基础数据，实现多线网数据比对及故障预测。同时要避免与轨道交通其他各设备、各专业、各部门之间产生信息孤岛现象，深度集成各子系统，让各个业务快速联动，集中统一管理，业务数据信息集中共享，构建统一信息安全防护的智能运维模式。5结语文章设计的南宁轨道交通5号线车载弓网检测系统由数据采集设备、车内分析主机、地面分析设备以及无线传输通道组成。车载监测数据通过车辆MVB+以太网传输，由无线传输装置WTD采集，经既有WLAN车地无线传输通道落地，在地面系统大数据中心实现车载监测数据的存储、聚合、分析和呈现，将分析诊断结果推送至检修业务部门，能够有效减少正线故障发生后的信息流转环节，缩短正线抢修反应时间，提高弓网智能化运维水平。同时通过弓网检测系统，对正线运行的车辆受电弓、接触网的健康情况、弓网配合关系等多维度信息实现全面掌握，为实现弓网智能运维管理提供实时数据支撑，实现轨道交通高效、安全运营。