人类智能技术的发展,智能水平越来越高,应用也越来越广泛,高铁牵引供电系统的智能化也不断的走向高端,未来设备状态的感知也会越来越广泛,智能铁路的未来就是更优化,更合理的管理维修。
一、牵引变电物联网感知实现
1.牵引变电所亭设备感知现状。目前，部分牵引变电设备本就具备一定的自动化、智能性，从整体上看，通过互感器、二次回路的采集，继电保护和综合自动化系统的自动诊断、自动控制，断路器、开关的保护动作等，已能确保对电气回路中典型电气故障的准确识别、迅速切除和有效保护。变电的主要输入输出电气量及重要设备如变压器的测量、报警等采集已趋于完善。而且，高铁牵引变电所亭建设标准较高，普遍配置视频监控、电缆在线检测、入侵安防、火灾报警、环境监控、动力照明监控等系统，能够对其他部分信息进行相应程度的感知控制。但是，目前绝大部分所亭智能化水平和系统整合程度尚不足以满足物联网感知层的需求，如母线、绝缘、接地、基础等设施状态往往还不能被自动感知，所内各类系统间还缺乏有效通信、相互联控等。
2.植入标识与传感器。物联网中，设备需要具有唯一的标识方可被识别、监控。传统的变电所亭设备标识，人能看懂，但计算机及网络则不能直接识别，传统的仪表指示只供人读取，也无法让信息设备读懂其状态。因此，需要对牵引供电系统进行电子标识，使用传感器将设备运行状态转换为计算机可识别的数字化信息。目前，主流的电子标识方法有二维码、射频标签（RFID）、定位标识（GPS/CNSS）等，设备植入电子标识后在物联网中就具有了唯一身份，相关信息就能与之对应关联。所亭设备比较集中，一般可采用前两者进行标识。除电压、电流互感器，温敏元件等常用传感器外，近年来在变电高压设备传感技术的应用上又出现了传感光纤和微型化的红外、紫外、超声波、电磁场等介入式非接触式探头，使得在高压设备不变动、少变动、保证运行安全的前提下，能够主动传送出自身的状态信息，具备了被感知的前提。
3.智能嵌入式系统设备。与传统所亭综合自动化的集中式自动控制相比，智能一次设备的引入，如智能变压器、智能断路器等，是嵌入式系统的又一发展，它将单体设备赋予了自识别、自诊断、自控制的个体智能，改变了传统工业总线控制方式下的整体自动化，个体与其他个体及整体系统间通过网络交互通信方式达到整体协同。这种智能嵌入式系统对单体设备集成了更多的传感采样装置，对自身状态的描述与控制远多于以往，如内部局放、绝缘性能、实时油位、子部件温度等以前虽采集但一般不上传的数据，予以自动记录和控制。这与既有的一、二次分开，控制端与被控端分隔方式相比，施工安装更为方便，其被感知度和智能度更高。但该类设备一般需整体购置投入，更适合于新建工程或整体改造工程，局部改建也可通过加装智能模块实现。
4.辅助监控系统的整合。与人的思维相似，所取得的有价值信息越丰富，所作出的决策就越完善。因此，将视频监控、安全防范、环境监测、火灾报警等整合纳入辅助监控系统中，并配合主测控保护系统共同实施监控决策，避免单方信息的疏漏，实现全景式监控。通过规范接口，各类系统实现互联互通，也是实现专业物联网的重要途径。
5.智能巡视机器人。智能机器人技术发展方兴未艾，跟随电网的应用步伐，近年来个别高铁牵引变电所开始引入变电巡查机器人。该类巡查机器人可看作一种多功能集成移动式传感器，结合其移动位置信息与设备智能标签信息等综合识别设备后，利用图形识别、红外测温等技术，自动将设备上的各类仪表仪器读数、相关开关状态、指示标灯提示等信息转换为可供计算机网络传递的信息，成为物联网中重要的前端感知设备。
二、接触网物联网感知实现
1.接触网设备感知现状。接触网设备相对牵引变电设备在智能感知方面存在诸多不利因素，点多线长、环境复杂、机械装置为主体，难以自发感知，需借助其他设备进行检测并转换才能被感知。现行供电安全检测监测系统（6C）对弥补接触网设备的感知现状起到了一定作用，但是仍存在多方面的局限性。弓网综合检测装置（1C）和车载接触网运行状态检测装置（3C）的检测以大值缺陷报警为主，但相关数据未形成与具体设备的对应关系，需人工进行校验识别，有关波形主体只反映接触导线相关情况。接触悬挂状态检测装置（4C）的检测虽实现了检测数据的逐杆对应，但数据主要以图像为主，无法解析结构尺寸、零部件状态，不适合使用格式数据分析。受电弓滑板监测装置（5C）仅作为分界处受电弓状态确认，主要作用是缩小弓网故障排查范围。接触网及供电设备地面监测装置（6C）以定点局部检测为主，可视为定点加装的专用传感器，相对于线路整体而言，其仅属于个别点的个别感知。总体上来说，高铁接触网设备还尚未形成全面有效的智能感知。
2.标识与定位。只有高铁接触网设备可被识别才能纳入物联网中，以“一杆一档”为基本单元的设备段被唯一标识与定位并赋予状态信息，是实现接触网物联网化的前提。目前6C系统主要使用卫星定位、惯性导航、机车里程等方式实现定位，但部分定位精度难以实现各种检测数据同杆关联、融合处理。新改进的2C与4C装置已经能通过机器视觉自动识别支柱号，部分地段也加以射频标签（RFID）或二维码等手段被更精确地标识，为建立新型具备6C动态信息的“一杆一档”奠定了基础。
3.机器视觉3D测量。接触网设备呈线状分布，最适合的检测感知方式是车载移动方式。现行的车载移动式检测（1C—4C）重点是对导线相关位置的检测和支撑定位三角区的变化报警，无法测量导线上方的相关构件、线索尺寸，还需要以人工方式上网检查测量。随着机器人技术的发展，机器视觉测量已相当成熟，基于单幅图片的机器视觉二维（2D）测量已被利用进行定位器坡度等简单测量，而机器视觉三维（3D）测量可更直接还原物体的整个空间尺寸结构和相互位置关系，能更有效地解决如线索间距变化等实际测量问题。目前成熟的机器视觉3D测量方法主要有激光三角法（又称单目相机测量法或结构光法）、双目视觉法、多目视觉法、序列图像法等。通过机器视觉可以重构接触网空间三维结构，实现构造感知。这些技术方法为动态感知季节性结构尺寸变化提供了可能，可以弥补工程交接数据静态不变和人工测量动态更新不足的问题，也为下一步实现机器人上网作业创造了前提条件。
4.重点设备、处所感知。高铁接触网上的重点设备，如隔离开关、上网电缆等，其状态需要单独感知。还有部分重点处所，如咽喉区、重污区等，也需要具备一定的其他手段进行感知。这些重点设备可参照变电设备植入标识及传感器或增加嵌入式系统模块来实现感知监控，重点处所可设置特定功能需求的固定式地面监测装置（6C）进行单独监控，形成对重点关键监测点的感知，进一步完善移动方式对个别地点、项目的感知不全的问题。
总之，随着技术装备智能化水平越来越高，机器人、人工智能等技术工业化运用越来越广泛，高速铁路牵引供电系统的专业物联网联网工程将会不断拓展，逐步实现设备设施状态的广泛感知、自觉感知，促使人类采用更优化、更合理地管理维修策略，持续推动智能铁路的发展。
参考文献：
[1]刘军.智能铁路总体架构与发展展望.2020.
[2]王英霞.牵引变电所综合辅助监控系统技术研究.2022.