中国速度，强化高铁养护需求

截至2020年8月，中国铁路营业里程超过14.14万公里，其中高铁3.6万公里，以叹为观止的「中国速度」高居世界第一。面对巨大的运载量、激增的线路里程，铁路安全问题至关重要。

高铁轨道结构的高稳定性、高平顺性、高可靠性，是列车安全高速运行的基本保证。钢轨、轨道板、底座板、路基等结构是高铁线路的基石，但路基会在翻浆冒泥、水土流失、列车动荷载等影响下逐渐产生沉降，导致列车的高速行驶不平顺，甚至发生脱轨等重大事故，严重威胁行车安全。因此，针对平顺性的维修是铁路安全维护的重要工作事项。

中国铁道行业高速发展

费时费力，传统监测方案弊端尽显

沉降段轨道维修施工时，对轨道结构抬升的高度必须严格进行实时、高精度监控。抬升不够时，起不到沉降整治作用；抬升超过了，会起反作用且无法补救。传统解决方案使用水准仪配合竖直标尺测量轨道抬升高度，但具有以下缺点：

1.需要数位工人配合完成仪器部署，耗时较长；

2.全程长时间盯守仪器，工作人员易产生疲劳，导致测量错误；

3.测量数据难以直观呈现，不便保存，测量结果无法回溯、复查，影响后期核对。

行业亟需一种自动化、精准的设备

为解决传统监测方法存在的问题，行业亟需一种自动化、精准的设备。国内外均缺少高精度、高实时、非接触的室外测量仪器，因为其开发工作存在诸多技术难点：

1.施工段震动大，不能在近处放置设备，设备与施工段应保持10米以上的距离；

2.监测工作所要求的精度非常高，10米外距离需要保证0.1毫米以上精度，这就要求算法拥有远高于像素级的监测精度；

3.室外施工需要应对光照、遮挡、小雨等情况；

4.考虑到施工环境在野外，设备必须能快速部署；

5.需要 3D 测量信息，涉及室外大尺度双目相机标定问题。

实时高精，VDA 破解抬升测量难题

如本科技决定自主研发一款产品，以解决各行各业的高精度非接触测量难题，视觉位移分析仪（Visual Displacement Analyzer，简称 VDA）应运而生。

VDA 凭借计算机视觉技术，融合超高精度图像插值、位移跟踪、高精度视觉标定等核心算法，对二维和三维形貌、位移、变形、应变、振动、速度、加速度等信息进行实时、高精度监测，在轨道交通、建筑工程、水利工程、市政建设、航空航天、新材料、新能源、生物医学、微电子、军事等领域有着非常广泛的应用。

视觉位移分析仪 VDA

VDA 克服传统解决方案操作人员多、精度低、部署时间长等不足，并拥有传统测量方法难以具备的优势：

1.部署简捷、快速，单人5分钟内即可完成设备部署，并开始自动监测、分析；

2.精度高、分析实时，距离10米时可测量到精度为0.01毫米的位移、变形；

3.非接触测量，测量设备和目标保持一定距离，测量过程不影响目标物的运行；

4.实时显示目标视频画面，实时分析测量结果；

5.具有位移热图显示功能，直观感受位移、变形的大小和分布；

6.以曲线的形式直观显示测量结果，同时具有时间信息、历史信息、详细数值信息，总体走向清晰易见；

7.可保存图片和分析数据，支持离线回放和离线重新分析；

8.可生成数据图表与报告，便于后期查阅。

顺利验收，VDA 解决方案终见成效

·VDA与水准仪的对比实验

如图，VDA 与水准仪观测同一目标，抬升和下降各1毫米，观测距离为5米。由对比曲线可知，VDA 测量结果更接近实际移动高度，且波动较小，这说明 VDA 测量精度更高，稳定性更强。

VDA与水准仪的精度、稳定性对比曲线

·顺利验收

在某集团高铁轨道施工时，工人需将沉降的轨道结构抬升规定的高度。VDA 通过计算机视觉技术精准自动测量，实时记录抬升的高度并同步显示，确保轨道抬升到正确的位置。除了显示当前测量值，VDA 还支持查看历史曲线、数据保存、离线回放等丰富功能。

经过多次现场测试和专家评审团评审，如本科技的 VDA 测量方案获合作方认可，在工程中投入使用。

VDA 在铁路施工现场

应用广泛，多场景助力铁路维护

·监测火车经过对轨道的影响

如图，列车的高速行驶会导致轨道结构出现周期性起伏，致使钢轨扣件松动，产生动态位移。VDA 可实时、精准、全天候测量轨道起伏幅度和频率，利用远程视频观察道路其他指标，结合历史数据对比分析，全面掌握道路健康状况。此方案解决了人工观测无法随时观察、难以量化的问题，填补了传统测量方法的空白。

轨道结构的高速振动监测曲线

·分岔口尖轨对位吻合度监测

轨道交通线路有很多岔路口，改变列车行驶路线需操作岔口尖轨，使之合并或分离到基本轨道上，并确保严丝合缝，以保证安全变轨。传统方法指派人员观察监控视频，但人眼无法精确量化轨道合并间隙，且面临缺岗、疲劳走神、无法全天候观测等诸多痛点，错、漏监督时有发生。

VDA 轨道对位方案支持全天24小时监测尖轨对位情况，优于0.1毫米精度测量尖轨对位距离和缝隙大小；实时计算并传输数据，方便保存历史数据；可远程观察轨道及周边情况，极大程度保证列车变道安全。

智能之「眼」，引领行业发展新趋势

2020年8月13日，《新时代交通强国铁路先行规划纲要》发布。纲要明确，到2035年，全国铁路网运营里程达到20万公里左右，其中高铁7万公里左右。

目前在铁路安全测量、监测工作中，高精度计算机视觉技术应用案例较少。VDA 重新定义了铁路安全维护的工作方式，对行业发展可起到标杆和引领作用。未来，如本科技将携手更多合作伙伴，合力探索更多应用场景，解决更多难题，为祖国交通运输事业贡献新的力量。