一种接触网弹性吊索张力测量方法及系统

技术领域

本发明涉及接触网参数测量领域，特别是涉及一种接触网弹性吊索张力测量方法及系统。

背景技术

接触网弹性吊索是弹性链型悬挂接触网的重要组成部分，安装于支柱定位点附近的承力索上，起到了改善接触网弹性不均匀系数、改善弓网接触动态性能的作用。接触网弹性吊索在高速铁路与普速铁路中得到了广泛的应用。

弹性吊索张力是弹性链型悬挂接触网系统的重要参数，弹性吊索张力的大小直接影响了弓网接触的动态性能与安全性，目前弹性吊索张力的测量依赖于接触式张力测试仪器，即：将传感器或测量装置串联或并联到弹性吊索上以完成张力的测量。接触式张力测量仪器需要接触网停电，并配合使用接触网梯车或作业车来完成上线作业。

此类仪器灵活性差，准备工作繁琐，且无法在接触网不停电或无辅助上线设备的情况下完成测量工作。

发明内容

基于此，有必要提供一种接触网弹性吊索张力测量方法及系统，无需上线作业与停电作业，大幅度简化测量工作的准备流程，降低测量的工作强度，提高测量的安全性和灵活性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种接触网弹性吊索张力测量方法，包括：

获取第一特征点与支柱定位点的水平距离；所述第一特征点包括支柱右侧的第一吊弦、支柱右侧的第二吊弦、支柱左侧的第一吊弦、支柱左侧的第二吊弦、支柱右侧的弹性吊索线夹和支柱左侧的弹性吊索线夹；

获取第二特征点的接触线高度；所述第二特征点包括支柱定位点、支柱右侧的第一吊弦、支柱右侧的第二吊弦、支柱左侧的第一吊弦和支柱左侧的第二吊弦；

获取第三特征点的线夹高度；所述第三特征点包括支柱右侧的第一吊弦承力索线夹、支柱左侧的第一吊弦承力索线夹、支柱右侧的弹性吊索线夹和支柱左侧的弹性吊索线夹；

依据线路坡度，采用高度修正算法分别对所述第二特征点的接触线高度和所述第三特征点的线夹高度进行修正，得到修正后的接触线高度和修正后的线夹高度；

基于所述修正后的接触线高度采用不等高悬挂受力分析公式计算吊弦拉拽力；所述吊弦拉拽力包括支柱右侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力和支柱左侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力；

基于所述吊弦拉拽力、所述第一特征点与支柱定位点的水平距离、所述修正后的接触线高度和所述修正后的线夹高度，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索的张力。

可选的，依据线路坡度，采用高度修正算法对所述第二特征点的接触线高度进行修正，得到修正后的接触线高度，具体为：

当所述支柱定位点处于水平路面或坡道上时，所述修正后的接触线高度为

H

其中，H

当所述支柱定位点处于变坡点，且变坡后坡度减小时，所述修正后的接触线高度为

其中，x

当所述支柱定位点处于变坡点，且变坡后坡度增大时，所述修正后的接触线高度为

可选的，基于所述修正后的接触线高度采用不等高悬挂受力分析公式计算支柱右侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力，具体为：

F

其中，F

g为接触线单位长度自重，L为支柱右侧的第一吊弦与支柱右侧的第二吊弦的水平距离，Δh为支柱右侧的第一吊弦修正后的接触线高度减去支柱定位点修正后的接触线高度，T为接触线张力。

可选的，所述基于所述吊弦拉拽力、所述第一特征点与支柱定位点的水平距离、所述修正后的接触线高度和所述修正后的线夹高度，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索的张力，具体包括：

由所述第一特征点与支柱定位点的水平距离、所述修正后的接触线高度和所述修正后的线夹高度确定支柱左侧的第一吊弦上端坐标、支柱右侧的第一吊弦上端坐标、支柱左侧的弹性吊索线夹坐标和支柱右侧的弹性吊索线夹坐标；

由所述吊弦拉拽力、所述支柱左侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱右侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱左侧的弹性吊索线夹坐标和所述支柱右侧的弹性吊索线夹坐标，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索左侧力矩平衡方程和弹性吊索右侧力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索左侧张力和弹性吊索右侧张力；

将所述弹性吊索左侧张力和所述弹性吊索右侧张力的平均值确定为弹性吊索的张力。

可选的，由所述吊弦拉拽力、所述支柱左侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱右侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱左侧的弹性吊索线夹坐标和所述支柱右侧的弹性吊索线夹坐标，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索左侧力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索左侧张力，具体为：

其中，F弹性吊索左侧张力，M为中间变量，X

F

本发明还提供了一种接触网弹性吊索张力测量系统，包括：

距离参数获取模块，用于获取第一特征点与支柱定位点的水平距离；所述第一特征点包括支柱右侧的第一吊弦、支柱右侧的第二吊弦、支柱左侧的第一吊弦、支柱左侧的第二吊弦、支柱右侧的弹性吊索线夹和支柱左侧的弹性吊索线夹；

第一高度参数获取模块，用于获取第二特征点的接触线高度；所述第二特征点包括支柱定位点、支柱右侧的第一吊弦、支柱右侧的第二吊弦、支柱左侧的第一吊弦和支柱左侧的第二吊弦；

第二高度参数获取模块，用于获取第三特征点的线夹高度；所述第三特征点包括支柱右侧的第一吊弦承力索线夹、支柱左侧的第一吊弦承力索线夹、支柱右侧的弹性吊索线夹和支柱左侧的弹性吊索线夹；

修正模块，用于依据线路坡度，采用高度修正算法分别对所述第二特征点的接触线高度和所述第三特征点的线夹高度进行修正，得到修正后的接触线高度和修正后的线夹高度；

拉拽力计算模块，用于基于所述修正后的接触线高度采用不等高悬挂受力分析公式计算吊弦拉拽力；所述吊弦拉拽力包括支柱右侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力和支柱左侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力；

张力计算模块，用于基于所述吊弦拉拽力、所述第一特征点与支柱定位点的水平距离、所述修正后的接触线高度和所述修正后的线夹高度，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索的张力。

可选的，所述修正模块，具体包括：

第一修改正单元，用于当所述支柱定位点处于水平路面或坡道上时，所述修正后的接触线高度为

H

其中，H

第二修改正单元，用于当所述支柱定位点处于变坡点，且变坡后坡度减小时，所述修正后的接触线高度为

其中，x

第三修改正单元，用于当所述支柱定位点处于变坡点，且变坡后坡度增大时，所述修正后的接触线高度为

可选的，所述拉拽力计算模块中支柱右侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力的计算公式为：

F

其中，F

g为接触线单位长度自重，L为支柱右侧的第一吊弦与支柱右侧的第二吊弦的水平距离，Δh为支柱右侧的第一吊弦修正后的接触线高度减去支柱定位点修正后的接触线高度，T为接触线张力。

可选的，所述张力计算模块，具体包括：

坐标计算单元，用于由所述第一特征点与支柱定位点的水平距离、所述修正后的接触线高度和所述修正后的线夹高度确定支柱左侧的第一吊弦上端坐标、支柱右侧的第一吊弦上端坐标、支柱左侧的弹性吊索线夹坐标和支柱右侧的弹性吊索线夹坐标；

平衡方程建立及求解单元，用于由所述吊弦拉拽力、所述支柱左侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱右侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱左侧的弹性吊索线夹坐标和所述支柱右侧的弹性吊索线夹坐标，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索左侧力矩平衡方程和弹性吊索右侧力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索左侧张力和弹性吊索右侧张力；

弹性吊索张力计算单元，用于将所述弹性吊索左侧张力和所述弹性吊索右侧张力的平均值确定为弹性吊索的张力。

可选的，所述平衡方程建立及求解单元中弹性吊索左侧张力的计算公式为：

其中，F弹性吊索左侧张力，M为中间变量，X

F

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种接触网弹性吊索张力测量方法及系统，首先测量接触网中特征点的空间位置，再采用力矩平衡原理求解出弹性吊索张力，该方法或系统可应用于接触网施工验收与既有线改造工程中，无需上线作业与停电作业，大幅度降低了测量的工作量，降低了测量的工作强度，提高了测量的安全性和灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的弹性吊索张力测量方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的接触网的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的配套软件界面图；

图4为本发明实施例提供的精度试验验证图；

图5为本发明实施例提供的弹性吊索张力测量系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供接触网弹性吊索张力非接触式测量方法及系统，解决了现有接触式测量方法(或装置)必须上线作业与停电作业的问题，大幅度降低了测量的工作量，提高了测量的安全性、灵活性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的弹性吊索张力测量方法的流程图。

参见图1，本实施例的弹性吊索张力测量方法，包括：

步骤101：获取第一特征点与支柱定位点的水平距离；所述第一特征点包括支柱右侧的第一吊弦、支柱右侧的第二吊弦、支柱左侧的第一吊弦、支柱左侧的第二吊弦、支柱右侧的弹性吊索线夹和支柱左侧的弹性吊索线夹。

第一特征点的位置关系如图2所示，参见图2，12、0、15依次连接形成承力索，12、13、14、15依次连接形成弹性吊索，7、8、9、10、11依次连接形成接触线，8和13连接形成支柱左侧的第一吊弦，7所在的竖直线为支柱左侧的第二吊弦，10和14连接形成支柱右侧的第一吊弦，11所在的竖直线为支柱右侧的第二吊弦，9为支柱定位点。1为支柱左侧的第一吊弦与支柱定位点的水平距离，2为支柱右侧的第一吊弦与支柱定位点的水平距离，3为支柱左侧的第二吊弦与支柱定位点的水平距离，4为支柱右侧的第二吊弦与支柱定位点的水平距离，5为支柱左侧的弹性吊索线夹12与支柱定位点9的水平距离，6为支柱右侧的弹性吊索线夹15与支柱定位点9的水平距离。

步骤102：获取第二特征点的接触线高度；所述第二特征点包括支柱定位点、支柱右侧的第一吊弦、支柱右侧的第二吊弦、支柱左侧的第一吊弦和支柱左侧的第二吊弦。

支柱定位点的接触线高度为支柱定位点9距离地面的高度，支柱右侧的第一吊弦的接触线高度为接触线上与支柱右侧的第一吊弦连接的点10距离地面的高度，支柱右侧的第二吊弦的接触线高度为接触线上与支柱右侧的第二吊弦连接的点11距离地面的高度，其他同理。

步骤103：获取第三特征点的线夹高度；所述第三特征点包括支柱右侧的第一吊弦承力索线夹、支柱左侧的第一吊弦承力索线夹、支柱右侧的弹性吊索线夹和支柱左侧的弹性吊索线夹。

支柱右侧的第一吊弦承力索线夹的线夹高度为支柱右侧的第一吊弦与弹性吊索连接的点14距离地面的高度，支柱左侧的第一吊弦承力索线夹的线夹高度为支柱左侧的第一吊弦与弹性吊索连接的点13距离地面的高度，其他同理。上述第一特征点与支柱定位点的水平距离、第二特征点的接触线高度和第三特征点的线夹高度均采用接触网几何参数测量仪器直接测量即可得到。

步骤104：依据线路坡度，采用高度修正算法分别对所述第二特征点的接触线高度和所述第三特征点的线夹高度进行修正，得到修正后的接触线高度和修正后的线夹高度。

其中，依据线路坡度，采用高度修正算法对所述第二特征点的接触线高度进行修正，得到修正后的接触线高度，具体为：

当所述支柱定位点处于水平路面或坡道上(非边坡点附近)时，所述修正后的接触线高度为

H

其中，H

当所述支柱定位点处于变坡点(竖曲线附近)，且变坡后坡度减小时，所述修正后的接触线高度为

其中，x

当所述支柱定位点处于变坡点(竖曲线附近)，且变坡后坡度增大时，所述修正后的接触线高度为

修正后的线夹高度的计算过程与上述修正后的接触线高度的修正过程同理，在此不再赘述。

步骤105：基于所述修正后的接触线高度采用不等高悬挂受力分析公式计算吊弦拉拽力；所述吊弦拉拽力包括支柱右侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力和支柱左侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力。

其中，基于所述修正后的接触线高度采用不等高悬挂受力分析公式计算支柱右侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力，具体为：

F

其中，F

g为接触线单位长度自重，L为支柱右侧的第一吊弦与支柱右侧的第二吊弦的水平距离，Δh为支柱右侧的第一吊弦修正后的接触线高度减去支柱定位点修正后的接触线高度，T为接触线张力。f

支柱左侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力的计算过程与上述支柱右侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力同理，只是支柱左侧的第一吊弦的左侧接触线的拉拽力的计算公式中，Δh为支柱左侧的第一吊弦修正后的接触线高度减去支柱左侧的第二吊弦修正后的接触线高度；支柱左侧的第一吊弦的右侧接触线的拉拽力的计算公式中，Δh为支柱左侧的第一吊弦修正后的接触线高度减去支柱定位点修正后的接触线高度，具体不再赘述。

步骤106：基于所述吊弦拉拽力、所述第一特征点与支柱定位点的水平距离、所述修正后的接触线高度和所述修正后的线夹高度，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索的张力。

所述步骤106，具体包括：

1)由所述第一特征点与支柱定位点的水平距离、所述修正后的接触线高度和所述修正后的线夹高度确定支柱左侧的第一吊弦上端坐标、支柱右侧的第一吊弦上端坐标、支柱左侧的弹性吊索线夹坐标和支柱右侧的弹性吊索线夹坐标。

2)由所述吊弦拉拽力、所述支柱左侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱右侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱左侧的弹性吊索线夹坐标和所述支柱右侧的弹性吊索线夹坐标，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索左侧力矩平衡方程和弹性吊索右侧力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索左侧张力和弹性吊索右侧张力。

所述弹性吊索左侧张力为：

其中，F弹性吊索左侧张力，M为中间变量，X

F

所述弹性吊索右侧张力的计算过程与上述弹性吊索左侧张力的计算过程同理，只需将弹性吊索左侧张力计算过程中的左侧参数替换为右侧参数，同时将右侧参数替换为左侧参数即可，具体不再赘述。

3)将所述弹性吊索左侧张力和所述弹性吊索右侧张力的平均值确定为弹性吊索的张力。

图3为本发明实施例提供的配套软件界面图，该软件能够将测量的数据进行整理和计算，得出接触网弹性吊索张力的计算值。图4为本发明提供的精度试验验证图，该图表示接触网一个锚段内弹性吊索张力，圆形代表真实弹性吊索张力，正方形代表采用现场实测参数进行计算的张力，菱形代表采用仿真参数进行计算的张力。由图4可知，本实施例提供的方法的计算张力与实际张力接近，证明该方法准确有效，且具有可操作性。

本实施例提出的弹性吊索张力测量方法，是非接触式的测量方法，利用接触网几何参数测量仪器测量特征点的空间位置，再采用修正算法与力矩平衡原理求解出弹性吊索张力。该方法可应用于接触网施工验收与既有线改造工程中，无需上线作业与停电作业，大幅度简化了测量工作的准备流程，降低了测量的工作强度，提高了测量的安全性、灵活性。经试验，该方法计算出的弹性吊索张力与有限元计算方法对比，达到平均97％的吻合度，与既有接触式张力测量仪对比，达到平均95％的吻合度。

本发明还提供了一种接触网弹性吊索张力测量系统，图5为本发明实施例提供的弹性吊索张力测量系统的结构示意图。

参见图5，本实施例的弹性吊索张力测量系统包括：

距离参数获取模块201，用于获取第一特征点与支柱定位点的水平距离；所述第一特征点包括支柱右侧的第一吊弦、支柱右侧的第二吊弦、支柱左侧的第一吊弦、支柱左侧的第二吊弦、支柱右侧的弹性吊索线夹和支柱左侧的弹性吊索线夹。

第一高度参数获取模块202，用于获取第二特征点的接触线高度；所述第二特征点包括支柱定位点、支柱右侧的第一吊弦、支柱右侧的第二吊弦、支柱左侧的第一吊弦和支柱左侧的第二吊弦。

第二高度参数获取模块203，用于获取第三特征点的线夹高度；所述第三特征点包括支柱右侧的第一吊弦承力索线夹、支柱左侧的第一吊弦承力索线夹、支柱右侧的弹性吊索线夹和支柱左侧的弹性吊索线夹。

修正模块204，用于依据线路坡度，采用高度修正算法分别对所述第二特征点的接触线高度和所述第三特征点的线夹高度进行修正，得到修正后的接触线高度和修正后的线夹高度。

拉拽力计算模块205，用于基于所述修正后的接触线高度采用不等高悬挂受力分析公式计算吊弦拉拽力；所述吊弦拉拽力包括支柱右侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力和支柱左侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力。

张力计算模块206，用于基于所述吊弦拉拽力、所述第一特征点与支柱定位点的水平距离、所述修正后的接触线高度和所述修正后的线夹高度，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索的张力。

作为一种可选的实施方式，所述修正模块204，具体包括：

第一修改正单元，用于当所述支柱定位点处于水平路面或坡道上时，所述修正后的接触线高度为

H

其中，H

第二修改正单元，用于当所述支柱定位点处于变坡点，且变坡后坡度减小时，所述修正后的接触线高度为

其中，x

第三修改正单元，用于当所述支柱定位点处于变坡点，且变坡后坡度增大时，所述修正后的接触线高度为

作为一种可选的实施方式，所述拉拽力计算模块205中支柱右侧的第一吊弦对弹性吊索的拉拽力的计算公式为：

F

其中，F

g为接触线单位长度自重，L为支柱右侧的第一吊弦与支柱右侧的第二吊弦的水平距离，Δh为支柱右侧的第一吊弦修正后的接触线高度减去支柱定位点修正后的接触线高度，T为接触线张力。

作为一种可选的实施方式，所述张力计算模块206，具体包括：

坐标计算单元，用于由所述第一特征点与支柱定位点的水平距离、所述修正后的接触线高度和所述修正后的线夹高度确定支柱左侧的第一吊弦上端坐标、支柱右侧的第一吊弦上端坐标、支柱左侧的弹性吊索线夹坐标和支柱右侧的弹性吊索线夹坐标。

平衡方程建立及求解单元，用于由所述吊弦拉拽力、所述支柱左侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱右侧的第一吊弦上端坐标、所述支柱左侧的弹性吊索线夹坐标和所述支柱右侧的弹性吊索线夹坐标，采用力矩平衡分析法建立弹性吊索左侧力矩平衡方程和弹性吊索右侧力矩平衡方程并求解，得到弹性吊索左侧张力和弹性吊索右侧张力。

弹性吊索张力计算单元，用于将所述弹性吊索左侧张力和所述弹性吊索右侧张力的平均值确定为弹性吊索的张力。

作为一种可选的实施方式，所述平衡方程建立及求解单元中弹性吊索左侧张力的计算公式为：

其中，F弹性吊索左侧张力，M为中间变量，X

F

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。