⑫　基于变焦视觉的铁路运输的路基轨枕沉降、位移二维... - 52监测网

铁路作为国民经济的重要命脉，其安全性和稳定性至关重要。长久以来，铁路轨道交通受列车本身的机械振动、极端气象以及复杂地形地质条件的影响，其结构稳定性逐渐下降，部分铁路甚至产生明显的轨道螺丝脱落、轨枕或路基沉降和沉陷等现象，存在着巨大的安全隐患。线路里程长，隐患点不清，线路里程长，沿线隐患点的具体位置、规模尚不清楚。传统的铁路沉降、位移监测方法往往存在着精度低、实时性差等问题，难以满足现代铁路运营管理的需求。

首先，人工监测的痛点在于其主观性和误差性。由于监测工作依赖于人工操作，因此监测结果容易受到人为因素的影响，如操作人员的技能水平、工作态度等。这可能导致监测结果的不准确和不稳定，难以保证监测数据的可靠性和一致性。

其次，人工监测的难点在于其工作量大且效率低下。铁路线路通常较长，需要监测的点位众多，而人工巡检的方式需要耗费大量时间和人力资源。而且人工监测无法实现实时监测和预警，由于人工巡检的周期性和非连续性，很难及时发现和处理一些突发的安全隐患。此外，对于一些特殊地形和复杂环境，人工巡检的难度和危险性也会增加，进一步限制了其应用范围。

针对以上问题，现代铁路监测技术正逐渐向着自动化、智能化监测的方向发展。但听说自动化设备实际应用也仍存在挺多局限性？

首先，传感器技术的痛点在于其精度和稳定性问题。最明显的就是静力水准仪，温度变化或者轨道摩擦导致的温度都直接影响设备精度，而且量程小，需要抄平。同时因为传感器离列车很近，因此受到的振动干扰非常大，导致数据波动大。

然而GNSS传感器体形过大，无法安装铁轨，影响列车安全。尽管现代传感器技术取得了显著进步，但在复杂多变的铁路环境中，传感器可能会受到各种干扰因素的影响，如温度变化、电磁干扰等，导致监测数据出现偏差或不稳定。这直接影响到监测结果的准确性和可靠性，对铁路安全构成潜在威胁。

其次，自动化监测传感器的布点位置和数量也是一个难点。每个测点都需要安装传感器，传感器的数量直接影响成本，相对成本较高。合理的布点位置能够确保监测数据的全面性和有效性，监测间距短的话成本非常高，间距长的话又会导致部分安全隐患无法探测，测点的选择显得相当复杂，还要考虑后期如何不影响列车行驶的情况下进行排线布线。

①　非接触式测量：变焦视觉位移监测仪采用非接触式测量方式，无需与轨道直接接触，避免了物理传感器可能带来的损伤和温度误差。这种特性使其在监测铁路轨道等关键基础设施时，能够确保被测对象的完整性和安全性，不会影响列车的行驶。

②　高精度：基于上千万像素形成位移网格，每个像素点都能反映位移数据的监测原理，使其能够轻松实现亚毫米级的位移测量精度。相比传统的位移传感器，如静力水准仪或磁致伸缩传感器，它更能抵抗温度影响，确保数据的稳定性和准确性。

③　实时性：变焦视觉位移监测仪能够实时捕捉并分析目标物体的位移情况，提供连续的监测数据，无网络也可自动储存监测数据以及触发现场声光预警，实时保障结构安全。使得管理者和工程师能够及时发现并解决潜在问题，确保基础设施的安全运行。同时，连续的监测数据也为评估基础设施的健康状态提供了详实的数据支持。

④　智能化管理：系统具备自动调焦、自动校准和预警功能，同时具备智能化管理功能，能够自动调整监测参数、生成报告，并通过预警机制及时通知相关人员。这大大减轻了管理人员的工作负担，提高了监测工作的效率和准确性。

⑤　扩展性强：可以根据实际需求进行灵活配置、定制镜片（加大倍距实现监测1公里）或接入其他类型的传感器（风速风向、降雨量、温湿度），满足不同铁路的自动化监测需求。

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①　铁轨位移和沉降监测。主要是重点部位，道岔区域及钢轨间接缝处等位移和沉降可能导致轨道几何形状改变，进而影响列车运行的平稳性和安全性。通过实时监测，可以及时发现并处理轨道的微小变化，避免潜在的安全风险。同时，这些数据还可以为铁路线路的维护和修复工作提供科学依据，帮助铁路部门制定更加合理的运营计划。

②　轨道轨枕、路基的沉降及位移监测。轨道轨枕作为支撑轨道结构的重要部分，其稳定性和安全性直接影响到铁路线路的整体性能。通过监测轨枕的沉降和位移情况，可以及时发现并处理轨枕结构的变化，确保轨枕的稳定性和承载能力。这对于预防轨道变形、提高列车运行的平稳性和安全性具有重要意义。

③　铁路环境辅助监测。铁路环境辅助监测的主要目的是评估铁路线路对周边环境的影响，以及周边环境对铁路线路的影响。通过监测风速风向、降雨量、温湿度等环境指标，可以及时发现并处理环境问题，保护铁路沿线的生态环境。同时，这些数据还可以为铁路部门的环保决策提供科学依据，促进铁路的可持续发展。

④　铁路异物视频监测。铁路异物视频监测的目的是及时发现并处理线路上的异物侵入，确保列车运行的安全。异物侵入可能导致列车碰撞、脱轨等严重后果，因此通过视频监测可以实时掌握线路状态，及时发现并预警异物侵入，为列车运行提供安全保障。

变焦视觉位移监测仪作为核心设备，通过高清摄像头捕捉铁路线路的实时画面，并利用变焦镜头实现对不同距离靶标的清晰成像，采用特殊波段成像技术，无需外加补光灯照明。同时，系统还具备自动调焦、自动校准等功能，确保监测数据的稳定性和可靠性。机器内部集成边缘计算处理，可将图片信息处理成位移信息上传至安锐测控云平台，确保数据的及时性和准确性。可直接在云平台查看和存储，同时提供实时视频查看和声光预警功能。

一般情况下，根据“城市轨道交通工程监测技术规范 GB 50911-2013”的要求，既有普通铁路地面线路位于主要影响区时，沉降监测的监测断面间距可为5m；位于次要影响区时，监测断面间距一般不大于10m。每个监测断面中每条股道下方的路基及附属设施均需布设监测点。

若既有铁路路基监测需重点关注路基填料或基床土质不良、基底地质条件差、地形变化大、路基排水不畅及各种过渡段等部位，尤其是在路基出现病害或潜在危险地段应加密监测。监测点设置在观测数据易反馈，且不影响正常行车运营或对整治施工造成不便的部位。

相对测点成本显而易见，变焦视觉可同时监测长达400米的铁路轨道、路基，测点只需要安装、粘贴或喷涂靶标即可，增加或减少测点也不会增加整体成本，而且不会影响列车正常运行，并不会像GNSS或静力水准仪那样每个测点安装传感器，真正实现降本增效。

铁轨静态几何形位监测内容包括轨距、轨向、高低、水平等，一般每隔5~10m布设个监测断面，或按照城市轨道交通的工务维修、养护标准的要求确定。

首先需要对监测点位进行科学合理的选址和布局。根据铁路线路的特点和安全需求，确定关键监测点位的数量和位置，确保能够全面覆盖铁路线路的重要区域和关键设施。不同的监测项目有不同的安装方式。

一般变焦视觉位移监测仪安装在稳固的路基上（若无硬化的路面，需浇筑边长为600mm立方体混凝土基础，预埋钢支架，保证监测仪的墩台的稳固，因为变焦视觉为高精密仪器，墩台稍微的热胀冷缩都将会影响监测精度），视野垂直正对着钢轨，在测点处粘贴或喷涂带有编码信息的二维码靶标，不会影响列车的行车安全，测点一般是选择铁路重点部位，道岔区域及钢轨间接缝处等5~10米一个测点，考虑完整连续的监测数据，还可增加粘贴或喷涂的低成本靶标。

监测轨枕、路基时，变焦视觉位移监测仪只需安装在稳固的路基上，视野平行于钢轨，在轨枕测点处粘贴或喷涂带有编码信息的二维码智能靶标，插上电源，手动框选靶标或监测仪智能识别视野范围内的靶标，这种“长条形结构物”可监测上百个铁路断面，400米的监测距离，每米喷涂一个测点，实现400个断面的自动化监测，靶标平均单测点成本非常低。且测点无需拉线布线安装传感器，节省劳动力、成本，方便快捷，巡回扫描监测。

接下来，进行监测设备的安装和调试。根据现场实际情况，选择合适的安装角度，确保变焦监测仪能够捕捉到有效的位移数据。同时主机需正对着靶标，无需人工标定，靶标自带唯一编码，设备远程调试，简化了现场的安装步骤。还可根据现场要求设置高频采集，动态监测轨道的振动及频率。

无需现场人工调试，技术人员远程调试完毕，即可开启铁路健康自动化监测，在安锐测控云平台PC端、笔记本电脑以及手机均可查看实时的监测数据。

变焦视觉位移监测仪属于高精度精密测量设备，建议在主机上安装保护罩，以保护主机不被雨水直接冲刷、强风及粉尘造成的振动及视线遮挡。同时轻微的热胀冷缩都将会影响监测精度，建议在墩台、立柱以及保护罩均覆盖保温棉，以减少温度引起的热胀冷缩对监测精度产生的影响。

后续需要定期的巡检和维护，包括但不限于镜头擦拭、视野阻挡、杂草遮挡靶标灰尘及雨迹擦拭等直接影响监测的问题，及时发现并处理潜在问题。

项目位于西藏自治区拉萨市，拉萨铁路对经济的飞速发展起着举足轻重的作用，为确保铁路交通的顺畅与安全，减少因故障导致的运输中断，保障物流畅通，促进区域经济发展，需要进行拉萨道岔二维码位移监测项目。

我们都知道铁路道岔等结构物，在轨枕作用、昼夜温差、列车荷载等外界因素的影响下，会产生一定的位移。由于结构特殊，常规传感器无法实现道岔的三维位移实时监测。安锐测控研发的二维码结构位移传感器，在道岔上喷涂、贴附二维码图像，用摄像机观测二维码图像的变形，计算出测点的位置变化，实现了结构位移的非接触式测量。附图为铁科院在拉林铁路的安装现场。

基于变焦视觉位移监测仪的铁路监测解决方案为铁路安全运营提供了强有力的技术支持。通过实施本解决方案，可以实现对铁路线路等关键设施的精确、实时监测，及时发现并处理潜在的安全隐患。同时，该解决方案还具有高精度、实时性、非接触式测量等诸多优势，能够满足现代铁路运营管理的需求。

随着技术的不断发展和进步，未来可以进一步优化和完善该解决方案。例如，通过引入更先进的图像处理技术和算法，提高位移测量的精度和稳定性；通过拓展监测范围和应用场景，实现对更多类型铁路设施的监测和管理；通过加强数据分析和挖掘能力，为铁路运营管理提供更全面、深入的信息支持。

综上所述，基于安锐测控研发的变焦视觉位移监测仪具有广阔的应用前景和重要的实用价值，将为铁路的安全运营和可持续发展做出积极贡献