双通道宽监控使火车在冬季正常通行

双通道宽监控使火车在冬季正常通行

双通道宽监控使火车在冬季正常通行
要使列车在一周时间内不停地运转,必须保证子系统或者部件能够正常工作。一个有缺陷的部件出现在不适当的地方和不适当的时间将会使整个铁路干线瘫痪,同时也能引起持续数小时的列车延迟。在冬季,积累的冰雪可能会导致铁路网络的运动部分瘫痪。这种现象将在基本轨和开关点间隙发生。
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。同时一些犁的配件也被安装在现有的设备当中,一种单一的解决方案是利用加热设备靠近交叉口,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,及地热等能源来驱动。
交叉口加热在点叶片和道岔正轨之间积累冰雪之前会使铁轨温度升高从而融化冰雪,任何阻止转换机制正常工作的冰将会被很妥当地移除掉,三个部分必须被加热:道岔铁轨,转换片和交换机械。在简单情况下,加热部件在铁轨内侧的肩部被轻松地安装。辐射出的热量结合铁轨上的传导热量保证了在铁轨与转换片之间免受冰雪干扰。
交换机械装置加热器同样可以使锁和连接部件不受冰雪覆盖,他们以类似于钢轨加热的装置组成了一个钢热量操作盘。被放置在交换装置的导管。

交叉点监督
为了确保在冬季可靠性,重要的是要从关键的交叉口中获取即时的错误或者丢失的加热部件的信息。一个解决方案是在每个转换位置的两种温度感应器中使用,热轨感应器正常装配在加热轨道的肩部位置。鉴于制冷轨道感应器通常布置在铁轨下部和加热区分离,将会以正确的制冷轨道温度读数来阻止阳光干扰。
另外一种方法来确保合适的操作是从下面观察而不是从上面观察,从鸟憨的视野角度看,加热的交叉口看起来像在地面上的热点,能够被波段范围在8-14μm的长波相机捕捉到。
应用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,不像光子探测器,作为能量探测器。微测热辐射阵列由热隔离微桥组成,在顶部配备一个温度敏感材料。温度敏感材料可以是V205,a-Si或者是poly-SiGe.微桥是在电路表面的微型机械装置,可以以合适的电子连接,需要读出探测元素,表现很差的热传导,阻止吸收辐射的热泄漏。
图片2展示了一种固定的监控解决方案叫做GeoCamPro,它被Dutch公司发展,扮演着为荷兰铁路公司提供安装和维护服务角色的公司。
在这次安装过程中,一个非常精准的PTZ相机平台挂载在150英尺高的建筑物顶端,这个平台的旋转容忍度十分苛刻,不超过0.01度。建筑物位于站点附近的院子里,在那有大部分交换器和加热器,这个场景能被轻易地可以从高处位置监视到(图片3)。
这个平台用两个相机来展示双频段的视野,一个高分辨率的热成像相机Xenics Gobi-640-GigE(图像 4a)用一个100mm的镜头来覆盖长波段红外范围,加上配有500mm固定焦距的变倍镜头日光相机,这个相机搭载了一块17μm像元大小的分辨率为640*480的微测热像元辐射计阵列。这款先进的热传感芯片安全地探测到达到50mK的非常小的温差,同时每秒钟输出50帧图像,强有力的板载图像处理技术提供高品质和高对比度的图像,同样它也能自调整,这种方式,相机能够根据外界环境自动调节对比度和亮度,同时动态范围也会根据外界环境进行优化。
相机将会考虑用户的需求进行优化,这种涉及将适当地缩小体积,重量和能源消耗,扩展了长波段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,特别是在网络中的多相机,提升了可靠度和允许在安全环境中的整合度。
系统的PTZ平台在可见光范围和长波段红外相机在最大范围的2000英尺高度内完成每分钟50个物体的扫描。板级的热成像相机的标定覆盖-4到248°F,足够应对该应用,可选择性的热标定从122到752 °F,572到2192°F,和达到3632°F对高级工业应用场景。
正如铁路交换器能够被雪,雨夹雪或者冰影响,监控设备同样也受到上述因素的影响。通常需要采取提前的防范措施去抵抗这些极端的恶劣条件:当监控系统的温度降至41°F以下,内部的加热器被初始化去加热相机的包装。对除冰设备来说是必要的。长波红外相机本身也是被特殊处理过使其温度范围从-40 到 167 °F。为了减小相机玻璃表面的冰雪堆积,他们被遮雨冒遮住,使玻璃表面没有雨点。
在应用中,腐蚀是一个很重要的问题.完整的相机外包被相当于1.5倍的大气压的氮气充满同时也会吸收潮湿水分。甚至在极端寒冷的条件下,湿度出现事实上是不可能的,但是如果存在湿气,它也将会被吸收掉。

双波段范围的监控操作
建立一个双波段范围的监控设施是为场景中的每个重要节点和地点建立一个基准图像作为参考。交换器,节点和其他物体被监控。在电子地图中被标注为标记。能够被智能的地图浏览器显示。在操作的过程中,两个相机都能持续地采集图像在近红外和可见光波段同时大部分的交换器和加热器出现的站点附近的铁路场地。
每一幅图像被存储同时也和之前的图像和基底做比较,产生了在日光和长波范围的每一地点的曝光,使其能够在快速的运动场景下识别差别和趋势,表明检测出问题的缘由。
当长波红外相机探测到一个转换装置问题,报警声音(当用户希望如此时)同时问题地点在地图上被高亮,操作器可以指出和变换日光相机去指哪里出现问题,这里有机械故障还是在交叉点有冰块进入。
系统能够在大范围内工作,用一个低虚警报的速度,通过自学习算法进行优化。例如,当加热器在不工作的情况下,表明出现了严重的问题。在不恰当的情况下工作时(有可能一些加速器中的一个不可操作)同时没有冷冻温度。仅仅是一个相关的事件。用户可以决定,根据传回数据的多少来分析和解决问题。

另外的功能
铁路网转换器加热器并不是唯一的通过长波红外相机来监控高架铁路的温度途径,先进的系统同样能够帮助发现在铁轨之间对正常运转形成干扰或者对延迟旅客到达的未经允许的行人,同时也能协助对经过的列车(至少从一边)进行热监控。
长波红外系统同样也是对建筑点固定程序的补充,展现一些建筑测量进程,可能造成的伤害,违背安全的做法,浪费,围栏的状态,以及大门的适当关闭。

展望
多年以前,在空气层面的防护验证了在火车上布置一个设备从空中去监视交换器加热器可能性。长波相机(图像4a),日光相机和交流装置在基于从微驾驶仪的自动驾驶仪连同Trex 600在自建的设备上作为有效符合被装载。任务时间(图像 4d)仅仅需要几分钟,但是系统证明了铁路交换器加热器双通道监控的灵活性。  
 

文件

应用笔记
Dual-Band Monitoring Keeps Trains Running in WinterKeeping critical parts of the railroad infrastructure free of snow, sleet, hail and ice – and even detecting unauthorized persons walking the rails – is essential for a safe and uninterrupted transportation service. Dual-band monitoring of critical rail elements with a PTZ (pan, tilt and zoom) camera platform in the visible and thermal infrared ranges can remotely inspect installed switch heaters at a range of up to 2000 ft.

Xeneth LabVIEW软件开发套件(SDK)

Xenics摄像机的LabVIEW工具套件可提供 高水平的范例以及低水平的VI案例,便于编程人员将Xenics 摄像机集成到他们使用LabVIEW编写的软件 应用中。

Jan Šíma, Business Development Manager, ELCOM, a.s.
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