УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ТОННЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может использоваться для обнаружения и идентификации дефектов оборудования тоннелей, преимущественно метрополитена.
При обслуживании инфраструктуры метрополитена особое внимание уделяется контролю состояния стен тоннелей и размещенных в тоннеле таких объектов, как кабели, силовое оборудование и др. От их исправности во многом зависит безопасность эксплуатации подвижного состава. При этом для контроля могут использоваться видео и тепловые методы.
Известно, например, устройство для проведения неразрушающего дистанционного контроля состояния сооружений и энергетических объектов с помощью наружной тепловизионной съемки, содержащее блок обработки - микропроцессорный контроллер, блок памяти и блок визуализации, выполненные в виде компьютера, управляющего тепловизором, и дополнительно содержащее узел для отражения и поглощения температурных параметров окружающей среды, размещенный на корпусе тепловизора (RU 2575798 С1, 2016). Такая конструкция позволяет дистанционно с высокой точностью измерять температуру поверхности контролируемых объектов в условиях изменяющихся температурных параметров окружающей среды. Однако она малоэффективна для использования, когда требуется оперативный контроль целого ряда объектов, размещенных, например, в тоннеле метрополитена, поскольку не предусмотрены средства для перемещения устройства в тоннеле с сохранением необходимой объективности контроля. Кроме того, применение только тепловизионного контроля недостаточно информативно. В то же время точность измерения температуры поверхности контролируемых объектов не является определяющим фактором для контроля состояния оборудования тоннелей, для которых важен сам факт выявления дефекта и его характера с определением координат дефектного объекта на пути, что этим устройством не предусмотрено.
Известно также устройство неразрушающего контроля тоннелей, содержащее размещенные в вагоне-лаборатории два тепловизора и соединенный с ними контроллер, позволяющий осуществлять запись и регистрацию температурных полей, при этом оптический узел тепловизоров обеспечивает формирование служебных кадров покадровой регистрации температурного поля поверхности объектов (RU 2263903 С2, 2005). Такое устройство предусматривает возможность его перемещения относительно контролируемых объектов, при котором регистрируется температурное поле их поверхности. По результатам аппаратно-программной обработки обнаруживают и распознают дефекты, например, в виде температурных аномалий тепловыделяющих объектов и участков туннеля с повышенной влажностью. Однако эксплуатация такого устройства требует наличия оператора. Результаты контроля недостаточно информативны, поскольку используется только тепловизионная съемка. Кроме того, при перемещении устройства вдоль тоннеля не предусмотрена одновременная привязка к пути и к месту расположения контролируемого объекта, которая может осуществляться лишь вручную оператором после проезда, например, по времени, что неудобно и снижает объективность контроля из-за возможных ошибок оператора. Это не позволяет обеспечить высокую эффективность такого устройства.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является устройство дистанционного контроля состояния оборудования тоннелей, содержащее видеокамеру и тепловизионную камеру, размещенные на несущей конструкции с обеспечением возможности обзора контролируемой поверхности и связанные с блоком контроля и управления, содержащим контроллер и выполненным с обеспечением возможности одновременной регистрации видеоизображений и изображений температурных полей (RU 2313465 С2, 2007). Это устройство предназначено преимущественно для контроля состояния рельсового пути и наличия посторонних предметов на нем, но может использоваться и для дистанционного контроля оборудования тоннелей. Несущая конструкция в этом устройстве является стационарной и выполнена в виде опоры (столба), установленной вблизи рельсового полотна в зоне повышенной опасности. Видеокамера и тепловизионная камеры подключены к размещенному на несущей конструкции беспроводному передатчику, передающему видеосигналы на приемник, соединенный с блоком контроля и управления, которые установлены на транспортном средстве. В состав устройства входят также узлы спутниковой системы навигации. Одновременное использование видеоконтроля и тепловизионного контроля повышает информативность его результатов. Однако выполнение несущей конструкции стационарной, не предусматривающей перемещение устройства, не позволяет оперативно использовать его для определения состояния объектов, например, вдоль рельсового пути на всем протяжении тоннеля. В устройстве не предусмотрена синхронизация данных от видеокамеры и тепловизионной камеры, что отрицательно сказывается на объективности контроля.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, состоит в создании устройства дистанционно контроля состояния объектов тоннелей, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эффективности устройства дистанционного контроля состояния объектов тоннелей.
Это достигается тем, что в устройстве дистанционного контроля состояния оборудования тоннелей, содержащем видеокамеру и тепловизионную камеру, размещенные на несущей конструкции с обеспечением возможности обзора контролируемой поверхности и связанные с блоком контроля и управления, содержащим контроллер и выполненным с обеспечением возможности одновременной регистрации видеоизображений и изображений температурных полей, несущая конструкция выполнена подвижной с обеспечением возможности перемещения по тоннелю, блок контроля и управления размещен на несущей конструкции и в него введены соединенный с контроллером маршрутизатор и подключенные к маршрутизатору считыватель меток радиочастотной идентификации и синхронизатор, имеющий вход для подключения датчика пути и скорости, при этом видеокамера и тепловизионная камера подключены к соответствующим входам маршрутизатора. Несущая конструкция может быть выполнена, например, в виде рельсовой тележки или дефектоскопного вагона. Контроллер может быть выполнен, например, в виде персонального компьютера.
Указанный технический результат обеспечивается в рамках реализации назначения всей представленной в независимом пункте формулы заявленной полезной модели совокупностью взаимосвязанных существенных признаков, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата. Предложенное устройство дистанционного контроля состояния оборудования тоннелей является радиоэлектронным устройством, представляющим собой совокупность функционально и конструктивно законченных единиц (частей) и используемое для решения технической задачи в соответствии с его назначением. Части предложенного устройства, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в конструктивном единстве и функционально взаимосвязаны. Их совместное использование привело к созданию нового устройства с указанным техническим результатом. Устройство изготавливается с использованием несущей конструкции и представляет собой сборочную единицу, составные части которой - видеокамера, тепловизионная камера, контроллер, маршрутизатор, считыватель меток радиочастотной идентификации и синхронизатор размещают на несущей конструкции и электрически соединяют между собой на предприятии-изготовителе. Т.е. изготовление устройства осуществляется на предприятии-изготовителе посредством сборочных технологических операций. Таким образом, заявленный в качестве полезной модели объект относится к устройству.
На чертеже показана структурная блок-схема устройства дистанционного контроля состояния оборудования тоннелей.
Оно содержит видеокамеру 1 и тепловизионную камеру 2, размещенные на несущей конструкции (на чертеже не показана) с обеспечением возможности обзора контролируемой поверхности. Несущая конструкция выполнена подвижной с обеспечением возможности перемещения по тоннелю, например, в виде рельсовой тележки или дефектоскопного вагона. Видеокамера 1 и тепловизионная камера 2 связаны с блоком 3 контроля и управления, выполненным с обеспечением возможности одновременной регистрации видеоизображений и изображений температурных полей. Блок 3 контроля и управления также размещен на несущей конструкции. Он содержит контроллер 4, в него введены соединенный с контроллером 4 маршрутизатор 5 и подключенные к маршрутизатору 5 считыватель 6 меток радиочастотной идентификации и синхронизатор 7, имеющий вход для подключения датчика пути и скорости, при этом видеокамера 1 и тепловизионная камера 2 подключены к соответствующим входам маршрутизатора 5. Контроллер 4 может быть выполнен, например, в виде персонального компьютера.
Перед началом функционирования устройства в память контроллера 4 загружают данные о контролируемых объектах и их координатах. Может быть также задан порог температуры в качестве критерия наличия дефекта.
При выходе устройства на линию подается электропитание на все его электронные блоки. Посредством видеокамеры 1 осуществляется видеосъемка контролируемых объектов, а посредством тепловизионной камеры 2 - тепловизионная съемка. Видеосигналы в виде последовательности видеокадров от видеокамеры 1 и тепловизионные сигналы в виде последовательности тепловизионных кадров от тепловизионной камеры 2 через маршрутизатор 5 поступают в контроллер 4, например, персональный компьютер с выходом на беспроводную сеть метрополитена. При этом при проезде радиочастотных меток (RFID), выполненных, например, в виде микрочипов, и в которых зашита информация о месте их установки, осуществляется ее считывание посредством считывателя 6 радиочастотных меток через входящую в его состав антенну. Сигналы радиочастотной идентификации передаются через маршрутизатор 5 на контроллер 4. Одновременно предусмотрено поступление в синхронизатор 7 электрических сигналов от датчика пути и скорости. Синхронизатор 7 обеспечивает синхронизацию работы всех электронных блоков устройства, он также формирует соответствующие синхросигналы через равные расстояния пути для привязки видео и тепловизионных сигналов к пути. Назначением маршрутизатора 5 является объединение электронных блоков в единую сеть и распределение соответствующих потоков. Контроллер 4 осуществляет совместную обработку видео и тепловизионных данных от работающих синхронно видеокамеры 1 и тепловизионной камеры 2 и их запись с привязкой кадров видеосигналов (кадров видеофильма) и тепловизионных сигналов (кадров тепловизионного фильма) к координатам пути и к объектам, расположенным в тоннеле, обрабатывает данные контроля и формирует соответствующие отчеты. В процессе передвижения устройства контроллер 4 может пересылать их, например, с помощью беспроводной сети по электронной почте в центр управления инфраструктурой метрополитена. Функционирование устройства происходит в автономном режиме, без участия оператора. При этом выполнение несущей конструкции подвижной выдвигает обязательное требование к обеспечению необходимой объективности контроля, включая недопущение пропуска дефектов, что обеспечивается за счет режима синхронизации электронных блоков устройства, в том числе видеокамеры и тепловизионной камеры, и привязки получаемых данных к координатам пути и к объектам контроля в процессе передвижения устройства по тоннелю. Таким образом, достигается получение данных о контролируемых объектах в реальном времени движения устройства. Это позволяет оперативно и одновременно достоверно идентифицировать объекты и объективно судить о характере их дефектов. Устройство позволяет в автономном режиме с высокой степенью достоверности и с синхронизацией по единой путейской координате оперативно и надежно выявлять все основные дефекты оборудования тоннелей метрополитена, в том числе определять участки перегрева оборудования, например, перегрев кабеля, выявлять протечки, щели и трещины в стенах тоннеля. Это обеспечивает высокую эффективность устройства.
Пример реализации. Устройство дистанционного контроля состояния оборудования тоннелей испытано на линиях Московского метрополитена в составе специализированного вагона «Синергия-2» (АО «Фирма ТВЕМА). В качестве видеокамеры 1 в устройстве применена сетевая камера Basler BIP2-1600-25c-DN фирмы Basler AG (Германия), позволяющая осуществлять съемку в режиме реального времени с разрешением 2 мегапикселя. В устройстве применена тепловизионная камера 2 VarioCAM HD615 фирмы Infra Tec GmbH (Германия), выполненная на основе неохлаждаемого микроболометра, дающего термографическое изображение высокого качества, с разрядностью 16 бит, разрешением 640/480 пикселей и частотой ИК-кадров 50/60 Гц. В качестве контроллера 4 использован персональный компьютер IBM-PC с операционной системой Windows версии 10. В качестве считывателя 6 радиочастотных меток использован мощный считыватель UHF FEIG LRU1002 LR с рабочей частотой 866-868 МГц и дальностью считывания 12 м фирмы Intermec (Германия), имеющий паспортную величину наибольшей скорости перемещения при считывании - 250 км/час. Считыватель 6 радиочастотных меток снабжен антенной с круговой поляризацией типа FEIG U600/270 UHF, имеющей коэффициент усиления 11 Дб и позволяющей улавливать сигнал от меток при любой ее ориентации. К синхронизатору 7 предусмотрено подключение датчика пути и скорости в виде оптического энкодера с полым валом типа Kubler Sendix 5020 фирмы Kubler GmbH (Германия). Испытания показали высокую эффективность устройства дистанционного контроля состояния объектов тоннелей.. Устройство позволило без участия оператора во время передвижения по тоннелю оперативно формировать отчеты взаимосвязанных видеоконтроля и тепловизионного контроля по результатам съемок, в которых кадры привязаны к координатам пути и контролируемым объектам, расположенным в тоннеле метрополитена. При этом не зафиксировано случаев пропуска идентифицированных дефектов, что свидетельствует о высокой надежности контроля.
Устройство дистанционного контроля состояния объектов тоннелей, выполненное в соответствии с полезной моделью, обладает по сравнению с известными аналогичными более высокой эффективностью. Оно позволяет оперативно и с высокой степенью достоверности и надежности в автономном режиме контролировать реальное состояние объектов тоннелей в процессе передвижения по тоннелю.