摘 要：电气化铁路接触网是保障列车安全可靠供电的关键基础设施，其工作状态直接影响列车运行品质与供电可靠性。随着列车运行速度的不断提升，接触网动态参数检测技术已成为保障铁路运营安全的核心手段。传统静态检测方法存在检测效率低；人为误差大；覆盖范围有限等固有缺陷，无法满足现代化铁路高密度运行需求。接触网动态检测通过在运营列车上搭载专业检测设备，实现对接触网几何参数；机械性能及部件状态的实时监测与评估，为接触网状态检修提供科学依据。
关键词：接触网 动态监测 误差分析 设备要求
前 言：当前我国铁路运营里程已突破16万公里，其中高铁网络达到4.8万公里，接触网动态检测面临着速度提升、环境复杂及检测精度等多重技术挑战。随着人工智能；多模态感知与数字孪生技术的快速发展，接触网动态检测正经历从“人工经验驱动”向“数据智能驱动”的范式转变。本文系统梳理接触网动态检测的研究现状、基本原理、方法体系、误差来源与设备要求，为提升我国接触网智能运维水平提供技术参考。
一、接触网动态检测研究现状
国际上先进的接触网动态检测技术主要呈现多传感器融合、检测分析一体化和智能化三大趋势。欧洲铁路通过部署“综合检测列车”，将激光扫描、红外测温与高清成像技术集成于同一检测平台，实现对接触网几何参数、温度分布及表面缺陷的同步采集与关联分析。日本新干线采用基于光纤传感的接触网状态监测系统，通过分布式光纤应变传感器实时监测接触线张力变化，检测精度达到±1mm，为接触网弹性链形悬挂系统提供了重要的状态评估手段。
近年来，我国在接触网动态检测领域取得了一系列突破性进展，形成了一系列具有自主知识产权的技术体系：
1．智能视觉检测技术：哈尔滨供电段与中国铁道科学研究院合作研发的“智慧眼”系统，通过计算机视觉算法实现接触网部件状态的智能识别。该系统将208公里高铁接触网的检测时间从传统人工的 4小时缩短至60分钟，效率提升50%以上，并能自动识别吊弦断裂。
2．机器人检修平台：朔黄铁路研发的国内首台接触网智能检修机器人平台，融合六自由度机械臂、3D数字孪生与多传感器定位技术，实现了“识别-决策-作业”全流程自动化。该平台将典型缺陷识别准确率提升至90%以上，减少人工运维量40%，显著降低高空作业风险。
3．多模态缺陷检测：江苏新绿能公司提出基于多模态大模型的隐蔽缺陷检测方法，创新性地融合图像、激光点云、红外热图与结构声波数据，实现对绝缘子微裂纹；金具早期锈蚀等难以察觉缺陷的精准识别，识别精度达毫米级。
接触网动态检测技术正经历从“单点离散”向“全链连续”；从“事后处置”向“预测维护”的转型。
二、接触网动态检测原理与方法
（一）接触网动态检测的原理
接触网动态检测的核心在于通过移动平台搭载专业传感器，在列车运行状态下实时获取接触网关键参数。其技术原理主要基于空间几何测量、力学特性分析与状态信息感知三大基础理论：
1．几何参数测量原理：导高与拉出值的测量通常采用激光三角测距法与惯性导航融合技术。激光雷达以固定频率扫描接触线，结合高精度GNSS/INS组合定位数据，通过坐标变换计算接触线空间位置。
2．硬点检测原理：接触网硬点通过弓网冲击加速度进行识别。中南大学提出的空间域尺度自适应小波能量法，在受电弓弓头安装三向加速度传感器（量程±200g），采集列车运行中的振动信号。通过分析特定频带（通常48-52Hz）的小波能量分布，结合刚柔耦合动力学模型，实现硬点位置的精准定位与严重程度评估。
3．磨耗检测原理：接触线磨耗直接影响其导电性能与机械强度。高精度磨耗检测采用激光断面扫描法，通过线状激光束投射至接触线表面，由CCD相机捕获变形光带，结合接触线标准轮廓数据库，计算磨耗面积与位置偏移。京港地铁应用的测量仪每米采集超过100个数据点，实现接触线全断面覆盖检测。
（二）接触网动态检测的方法
1．激光雷达扫描法通过安装在检测车顶的旋转激光发射器与高灵敏接收器，实现对接触线的连续动态扫描。该方法主要包括：多线束扫描模式、动态补偿算法、点云聚类分析。
2．机器视觉检测法基于高速工业相机与深度学习算法，实现对接触网部件状态的实时分析：采用线阵/面阵CCD相机搭配高亮度线性光源，确保全天候成像质量（图像采集系统）、采用改进的YOLOv7架构，通过特征金字塔融合（FPN）增强小目标识别能力（特征提取网络）、基于ResNet-50构建部件状态分类器，识别裂纹、松动、腐蚀等缺陷类型（缺陷分类模型）。
3．多传感器融合检测通过集成光学、声学、热力学等异构传感器，实现对接触网状态的全面感知：时空同步技术采用GPS授时+PTP精密时钟协议，确保多源数据时间同步精度≤1ms；特征级融合通过Transformer多模态大模型提取跨模态关联特征，解决单一传感器盲区问题、决策级融合基于D-S证据理论综合各模态检测结果，提升识别置信度。
三、接触网动态检测系统误差分析
激光雷达动态测量接触网几何参数时，主要存在三类误差源：仪器固有误差、目标特性误差及动态环境误差。
接触网硬点检测主要依赖弓网冲击加速度测量，其误差主要来源于传感器标定、信号传输及数据处理环节：加速度传感器在1000Hz高频段的幅频特性衰减导致信号失真、硬点评定需采用特定滤波器组合，滤波器阶数与相位特性影响峰值提取、传感器与弓头间的机械耦合刚度变化导致信号衰减。基于冲击比较法的评定研究表明，采用四阶以上巴特沃斯滤波器，并将冲击加速度最大允许误差设定为5g，可有效控制硬点检测系统的测量偏差。
接触网动态测量系统的综合误差需采用概率统计方法进行评估：蒙特卡洛仿真对导高测量总误差进行随机抽样，计算样本均值与标准差、可靠性评估将仿真结果与《JJG(铁道)150-2020接触网几何参数测量仪检定规程》比对，计算测量值在最大允许误差范围内的概率、灵敏度分析通过改变误差源输入值，识别系统最敏感参数，指导测量方案优化。
四、接触网动态检测设备技术要求
接触网动态检测设备的精度直接决定状态评估的可靠性，需满足以下核心指标：导高测量误差≤±3mm，拉出值误差≤±5mm；断面轮廓测量精度≤±0.05mm，磨耗面积误差≤5%；冲击加速度测量误差≤±5g，定位精度±0.5m；裂纹识别分辨率≤0.1mm，螺栓松动识别角度分辨率≤2°。
接触网检测设备需在高速、强电磁干扰及恶劣气候环境下稳定工作：满足400km/h最高检测速度要求，抗振动能力≥5Grms（高速运行适应性）；工作温度范围-40℃~+70℃（温度适应性）；激光传感器与相机需达到IP67防护等级（防尘防水），绝缘性能≥2.5kV；满足EN50121-3-2铁路电磁兼容标准，抗扰度≥10V/m。
现代接触网动态检测系统需具备智能诊断、高效处理与系统集成能力。检测设备的量值溯源性与定期校准是保障检测数据准确的关键：激光测距模块校准周期≤6个月，加速度传感器≤12个月；需配备专用检具；定期在标准检测线上进行动态验证试验，误差超差时触发自动校准流程。
五、结论与展望
接触网动态检测技术已从传统人工检测发展为多传感器融合；智能化分析与自动化作业的综合体系。通过激光扫描；机器视觉与多模态检测方法的结合，实现了接触网几何参数；机械状态及缺陷的毫米级精度检测。然而，面对未来更高速度；更复杂环境的挑战，仍需在以下方向持续突破：
1．超高速动态检测技术：研发适应600km/h的相干激光雷达与超高速视觉传感系统，解决运动模糊与振动补偿难题。
2．数字孪生深度应用：构建接触网全生命周期数字孪生模型，整合动态检测数据与运维历史，实现状态预测与维修决策优化。
3．量子传感技术探索：探索基于冷原子干涉的惯性传感技术，提升动态测量基准精度。
4．全自动运维体系：推动朔黄机器人平台技术扩散，形成“检测-诊断-维修-验证”全流程无人化作业体系。
随着我国“交通强国”战略的深入实施，接触网动态检测技术将向更高精度、更强智能、更优可靠性方向发展，为世界轨道交通贡献中国智慧与中国方案。
参考文献：
[1] 吴积钦，李岚,刘志刚.高速铁路接触网动态检测技术研究进展[J].铁道学报,2015,37(5):46-52.
[2] 李瑞平，吴广宁,王波.基于图像处理的接触网悬挂状态检测方法[J].铁道学报,2018,40(3):67-74.（作者：王森 李彤 作者单位：大秦铁路股份有限公司太原供电段）
责任编辑：张钰
