基于图像识别自动捕捉功能的集电器在双源无轨电车的应用

1  无轨电车传统集电器捕捉线网的问题和不足

传统双源无轨电车的集电器依靠通断阀控制气缸，实现集电器的单一升降功能，集电器的横摆运动不受控制。在定点停车升集电器捕捉线网时，对驾驶员停车位置要求高，若停车左右偏差稍大，一次捕捉线网成功率会很低，严重时需要驾驶员下车手动拉集电杆搭线（图 1），导致停车时间过长，严重影响正常运营秩序并可能造成交通拥堵。另一方面，一次捕捉线网成功率低，也导致在车辆捕捉线网后行车时易发生脱线情况，若驾驶员不注意就会发生集电器刮擦线网，损坏集电杆和集电靴。

此外，双源无轨电车的集电器没有状态监控系统，在车辆行驶时发生脱线，不能及时收回集电器，轻则集电器与架空线网设备发生刮擦，损坏集电杆和集电靴，严重时会导致架接触线网垮塌、电线杆倾倒等事故。

2  无轨电车集电器图像识别和姿态控制技术的应用

基于现有集电器以上不足点，在现有集电器基础上增加智能捕捉系统，通过运用图像识别技术和集电器姿态控制技术，实现了停车时集电器自动捕捉线网的功能，大大提高了一次捕捉线网成功率，降低了驾驶员的劳动强度。通过应用集电器姿态监测技术，实时监测集电器的姿态，在集电器姿态发生异常时自动及时收回集电杆，既减少分散驾驶员的注意力，也避免安全事故的发生。图 2 为智能集电器俯视图。

智能捕捉系统通过超广角相机配合图像识别算法，实现以车辆为中心 4 米宽度内的线网设备自动识别，并通过屏幕显示给驾驶员，驾驶员按下升集电器按键授权后，集电器的姿态控制器发指令给横摆运动系统和竖摆运动系统，两个运动系统调整集电器位置，使集电器运动到线网设备处，实现自动捕捉线网设备，此过程不需要任何人为因素的介入。

智能捕捉系统夜间可向驾驶员提示识别情况（图 3）。

在车辆运行过程中若发生集电器脱线，集电器姿态监测系统能够立刻识别并采取速降保护动作，同时对驾驶员进行声光警告提示，还能对车辆进行限速，以避免发生集电器刮擦线网。

3  智能集电器的应用及效果

（1）从 2015 年 12 月起，北京公交电车分公司在 102 路电车进行了智能集电器车辆道路试验和运营试验。经过对保养记录进行统计，4 辆试验车累计试验运营里程超过 25.3 万公里，其中 201 号单车试验运营里程超过 10 万公里，运营时间超过2 年 6 个月。

经对 4 辆试验车的返厂记录和保养记录进行查询，在升级为智能捕捉集电器以后，车辆的集电器刮擦及返厂维修明显降低，经过对驾驶员进行调查，试验车在运行期间，集电器自动捕捉性能稳定可靠，避免停车时看标记对位，提高了捕捉成功率，而且脱线后可自动收回避免挂线，得到驾驶员的好评。

图 4 为安装在车顶部的智能集电器。

（2）青岛公交集团从 2017 年 2 月起，在青岛5 路电车队 1556 号车进行了进行智能集电器车辆道路试验和运营试验（图 5），该车累计运行 6 万多公里，智能集电器运行稳定可靠，碳块维护方便，赢得车队驾驶员的点赞。

（3）2017 年 9 月，青岛温馨巴士投入 20 辆搭载智能集电器的纯电动公交车，在新韵路场站776 路示范运营，20 辆车累计运行里程超过 50 万公里，在车辆运营间隔快速充电方面表现优异，车辆的出勤率达到了传统燃油车辆水平，无需再为车图4 北京公交无轨电车车顶安装的智能集电器 辆进行夜间充电。