基于图像处理技术的车载钢轨波磨自动识别与预警系统

[目的]目前地铁轨道日常巡检采用的人工检测和轨道检查车方式存在效率低、成本高等问题,已无法满足日益发展的轨道交通安全运营需求。对此,需要基于图像处理识别技术,研究车载钢轨波磨自动识别与预警系统。[方法]阐明了钢轨波磨自动识别的总方案,从钢轨表面图像的去噪与光照不均校正问题及钢轨表面图像的定位与分割、钢轨波磨区间的定位、钢轨波磨周期估计等方面,详细阐述了基于图像处理的钢轨波磨自动识别与评估方法。基于系统构成和逻辑架构从软硬件角度分别描述了病害自动识别与预警系统的构建,并介绍了该系统在北京地铁的示范应用情况。[结果及结论]该系统能实现对轨道波磨病害的实时检测、定位、评估及预警。示范应用测试结果表明:该系统的钢轨波磨病害识别准确率达到97%以上;与传统人工巡检和专用轨道检测车相比,检测效率极具优势。

考虑铁损的电动汽车用异步电机转子时间常数在线辨识方案

针对异步电机磁场定向矢量控制技术,从铁损离线辨识和转子时间常数在线辨识两个方面对异步电机控制性能进行优化。通过标准空载实验和工程实测数据测定计算出不同工况下的铁损等值电阻值,包括定转子铁损,并推导出铁损等值电阻随频率和转差率变化的函数关系。在此基础上对传统矢量控制进行改进,设计了包含铁损补偿模块的矢量控制系统。采用基于转子q轴磁链的模型参考自适应法,实现转子时间常数在线辨识,以q轴转子磁链是否等于零作为参考依据,在控制器内设置的转子时间参数初始值基础上在线调整其值来提高转子磁场定向角的准确性。仿真实验结果证明了该方案可准确补偿铁损和转子时间常数,有效提高了控制系统的动态和稳态性能。

北京地铁机场线直线电机国产化应用研究

从电磁性能和工艺结构两方面对电机进行自主优化设计,并将试制的2台国产电机安装在北京地铁机场线车辆上进行静动态调试试验。试验结果表明国产电机各项技术参数与进口电机基本一致,牵引性能及电气性能与进口电机相当,在温升特性和功效等方面有所提升。在此基础上又对2台国产电机进行了十万公里载客运营考核试验,验证了国产电机对北京地铁机场线实际运营环境的适应性,以及对同类进口产品的替代性。

大功率直线感应电机的优化设计研究

针对北京地铁机场线进口直线电机车辆维修成本高、售后服务迟缓、购买备品备件困难等问题,开展了具有自主知识产权的大功率强迫风冷式直线感应电机轨道交通车辆的研究。就车辆电机研发过程从理论上推导了直线感应电机修正的T型等效电路,通过有限元分析电磁特性提出了一种新的电磁设计程序算法。在此基础上利用现代电机设计技术,采用电磁场和电路计算等手段,对大功率牵引直线电机的电磁参数和机械结构参数进行优化设计和计算。仿真与试验结果表明,自主研发的国产化直线感应电机具有良好的加减速性能,其力特性及电特性满足设计要求,提出的电磁设计程序和控制策略可行。安装了研制电机的直线电机轨道交通样车在各种工况下均能在试验线上可靠稳定运行。

矢量控制异步电机参数敏感性仿真研究

在异步电机控制性能优化问题的研究中,瞬时转子磁链位置的准确定向是矢量控制成功的关键技术,而磁场定向依赖于电机参数,尤其是转子时间常数,但转子时间常数极易随环境和电动机运行工况发生变化。对影响转子时间常数的因素及变化方式进行了详细的理论分析和数学推导。不仅综合了温度和磁场饱和度的影响,而且考虑了通常被忽略但对系统性能影响很大的铁损因素,因此转子时间常数还依赖于转差频率。通过MATLAB软件进行仿真,得到了转子时间常数不准确时系统稳态及动态性能的变化规律。仿真结果可为异步电机矢量控制系统优化设计及参数辨识提供依据和参考。

地铁列车逻辑控制电路安全服役技术应用研究

为克服传统地铁列车继电器控制电路高故障率和无记录功能等诸多缺陷,提出了基于新型二乘二取二技术的无触点逻辑控制方案。完成了系统架构设计包括热备冗余、网络通信、故障诊断、日志分析等功能。针对既有地铁列车进行了控制电路技术方案设计和施工改造,首先在分析原有控制回路原理的基础上,完成无触点逻辑控制单元替代继电器点位设计;然后综合安全性和可用性提出了故障分级方案和大旁路方案;最后在运营线路完成了列车功能验证。试验结果表明改造后列车具备逻辑完整性,功能测试符合车辆技术要求,并可实现单板故障的自动无缝切换。具备自诊断健康管理功能,在满足高可靠性高安全性的同时,实现逻辑控制的网络信息化。

下一代地铁列车关键技术方案设计

为解决我国地铁列车相关技术及装备日益发展的需要,设计了以智能化、节能环保、高可用性、高适应性及高安全性为特征的下一代地铁车辆关键技术研究方案,提出了智能化信息服务技术、新能源技术、新一代工业以太网技术、新型牵引制动技术及减振技术等列车关键技术。通过相关研究以推动我国城市轨道交通相关产业的升级优化,提高轨道交通装备制造业在国际上的竞争力。

城市轨道交通新能源技术应用研究

为了支撑轨道交通系统绿色环保的可持续发展需求,在光伏发电及储能方面展开研究。设计城轨交通系统用分布式光伏-储能供电系统方案,研究多系统、高可靠度的供电模式和源储荷多能源耦合下的能量管理策略。面向光伏储能接入单个牵引变电所,提出一种基于深度强化学习的能量管理与优化方法。该方法使用深度Q网络对列车负荷、光伏单元和储能单元功率输出等状态信息进行训练学习,通过训练好的代理对直流牵引网进行能量管理,解决光伏发电系统难以适应城轨列车启停频繁、工况多变,以及多能源系统引入后带来的供电稳定性、容量配置和能量管理等问题,有效提升城市轨道交通系统的绿色能源利用率,降低变电所输出能耗。

地铁电梯动态电能质量治理方案应用研究

针对以电压跌落、骤升及瞬时中断为代表的电梯暂态电能质量问题对城市轨道交通运营安全造成的影响,提出一种基于超级电容储能单元,并结合超宽范围Boost升压技术的快速检测方法和精准补偿策略的治理方案。仿真和试验结果表明研究的电梯暂态电能质量治理方案准确性和有效性,能快速响应电网的各类暂态电能质量问题,实现全方位三相电压补偿。北京地铁车站挂网试运行结果表明治理方案提高了城市轨道交通电梯系统整体的运营安全可靠性,研究成果填补了国内相关领域的空白。

直线电机地铁车辆牵引系统国产化应用研究

为解决国内直线电机(LIM)轨道交通牵引传动系统关键技术及备品备件完全依赖进口、维修维护困难、车辆运营成本高的现状,研究开发了具有完全自主知识产权的大功率强迫风冷式LIM牵引变流器系统。针对LIM特殊结构引起的边端效应等问题对传统间接磁场定向矢量控制方式进行了优化。考虑到LIM次级时间常数发生变化对磁场定向的影响,导致转矩控制性能下降,提出了一种基于最小电流的参数在线辨识方法。所提方法计算简单、不依赖于电机其他参数,试验台测试结果证明了该算法的准确性和有效性。在地铁实际运营线路的试验结果表明,国产化牵引变流器各项性能满足车辆技术要求,而且效率等部分指标优于原车进口牵引系。

北京地铁绿色低碳技术创新研究与应用

为落实“碳达峰、碳中和”相关政策要求,基于目前我国城市轨道交通发展现状,分析了国内外城市轨道交通的能耗特点、研究现状和发展趋势,结合当前北京地铁绿色低碳新产品、新技术创新研究的经验,从系统性节能的角度提出了北京地铁绿色低碳发展的技术路线,后续将持续开展新能源、新材料、新技术、新工艺和新产品在车辆、设备设施等方面的适用性研究和工程化应用,可为北京地铁绿色低碳技术创新和高质量发展提供支持。

基于区块链技术的地铁车辆电子履历系统方案研究

针对现有地铁车辆履历存在的精细化、标准化等系统性不足的问题,以及可追溯、可共享等管理需求,综合利用区块链、数据库等技术,研究并提出了基于区块链技术的地铁车辆电子履历系统方案。文章详细介绍了系统架构、系统功能区块链应用以及数据库设计。该系统可实现地铁车辆及主要零部件履历管理的信息化、无纸化办公,有助于提升地铁车辆全生命周期的履历数据规范化管理水平。

钢轨扣件检测技术研究

轨道交通的飞速发展对轨道线路各组成部分的可靠性检测提出了更高要求,依靠人工手持设备检测存在某些弊端,因此迫切需要依靠计算机图像处理和深度学习等技术实现轨道线路的自动化检测。介绍一种基于图像处理的钢轨扣件状态分类方法,该方法通过对扣件图像的二值化处理,根据其水平方向和垂直方向上的投影特点对扣件部分进行分割,随后提取其局部二值模式(LBP)特征并用支持向量机(SVM)进行分类。同时,探讨一种基于深度学习的扣件图像分类识别方法,采用卷积神经网络VGG16架构,该方法中扣件区域的特征提取可由网络自动完成,不仅节省了时间,而且识别精度和适用性也得到明显提升。

北京地铁智能维修辅助系统设计与开发

针对北京地铁日益增长的网络化运营管理需求,维护水平无法很好地支撑其持续发展,采用增强现实技术开展智能巡检、远程指导、员工培训等领域的应用研究,设计开发了北京地铁智能维修辅助系统,并与北京地铁网络化运维增强平台进行对接实现工单流转。应用该系统可以有效减少人员误操作,降低新员工技术门槛,提高工作效率和质量,实现检修维护作业的数字化和标准化,助力提高北京地铁智能化、精益化管理水平,推动智慧城市轨道交通建设。

基于在线监测数据的城轨车辆走行部轴承状态修

随着城市轨道交通的发展,在保证安全运营的前提下,降低车辆维修成本成为亟需解决的问题。轴承作为车辆走行部的重要旋转部件,其运行状态直接影响着行车安全,且其维修费用在走行部维修费用中的占比居高不下。文章基于城轨车辆走行部故障预测与健康管理(PHM)系统,并结合走行部在线监测数据,提出一种轴承状态修支撑方案,以实现轴承的跨修程应用,达到节约车辆维修成本的目的。该方案已在北京地铁进行试点应用,在保障车辆安全运营的同时,其带来的经济效益也非常可观。

一种轨道交通车辆用新型微动开关设计优化方法

本文设计开发了一种应用于轨道车辆的具有速动转换型的新型微动开关,采用结构优化设计理论对微动开关的装配及操作使用过程进行设计,研究了动作力、初始位置、动作点、释放点和最终位置下微动开关的行程距离,分析研究微动开关静、动态电路方面速动转换特点,得到了多种组合情况下的微动开关电路转换和上下触点行程的变化。对实物进行测试,行程高度的测试结果和实际运营结果非常吻合,达到设计优化目标。结果表明采用结构优化设计优化方法对微动开关的性能进行改进是可行的,选取设计优化参数的方法是有效的。为微动开关的改进优化提供了参考。

地铁车辆整车配重计算

地铁车辆各设备质心位置和质量的不同会造成整车的质心和车体型心的不重合,导致车辆在各个轴轴重的分配不均匀。通过整车配重计算,得出分配到各个轴的轴重,以避免在车辆运行中因轴重相差较大产生较严重的危害。

城市轨道交通电梯暂态电能质量的治理

采用超级电容器作为储能技术,利用Boost升压技术将超级电容器结合到运行状态良好的动态电压恢复器上,为DVR的逆变器提供直流电。样品检验和现场调试都验证了整套设备可以全方位彻底消除各类暂态电能质量问题对电梯运行可靠性造成的影响,从而在本质上提高了地铁整体的运营安全性。

基于神经网络的焊接接头不平顺故障诊断研究

无缝线路的轨道不平顺严重影响车辆的运行平稳性和乘客的乘坐舒适性,甚至威胁行车安全。针对上述问题,文章基于不同传感器采集的多维特征量,以深度神经网络强大的特征提取功能为基础,建立了钢轨焊接接头不平顺故障诊断模型,同时进行了大量样本训练及实际线路测试。结果表明,该方法诊断准确率达到83.3%,可以满足实时性和准确性的要求,为焊接接头不平顺故障诊断提供了新的解决办法。