铁路,作为现代社会的重要基础设施,是国民经济的大动脉,有效带动了各区各地的经济发展,高速铁路更是新时代下经济增长的“加速器”。截至2020年8月,中国铁路营业里程达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。

高铁里程数量和运营时长的不断攀升,在给人们带来便利的同时,也让高铁线路的养护工作成为重中之重。诸如路基翻浆冒泥、路基不均匀沉降、钢轨扣件松动等病害,都会成为安全隐患。然而传统主要依靠人力的养护手段,已经难以满足社会对高铁运输的高度需求。

对此,如本科技 RVBUST携手华建集团申元岩土,以创新的VDA视觉位移分析仪助力铁路养护工作,通过领先的计算机视觉等AI技术,实现了对轨道结构动态位移、轨道抬升高度、钢轨扣件松动的实时、精准、自动化监测,在节省人力资源的同时,还提供更多维度的数据信息,实现科学分析,有效提高了工作质量和效率,显著推动了高铁养护的自动化进程。

费时费力,传统测量方法难以追赶铁路高速发展

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、乘客与乘务人员的生命安全。因此,针对平顺性的维修是铁路安全养护工作的重中之重。

针对轨道结构抬升高度的实时、高精度监控,对维修工作至关重要。抬升不够时起不到沉降整治作用,抬升过高则会起反作用,且无法补救。

传统用于测量施工中轨道抬升高度的水准仪,难以满足不断加重的铁路养护工作在效率和质量方面的诉求。其部署时间长,需要多位测量人员相互配合;在使用过程中,测量人员需要全程长时间盯守测量仪器和辅助仪器,容易出现疲劳导致测量错误。此外,通过水准仪测量的数据难以直观呈现、保存,测量结果无法回溯、复查,很难进行综合分析和后期核对。行业亟需一种能够显著节省人力,且能实时、精准、自动化地记录多维数据的设备,以有效应对海量养护工作带来的挑战。

实时、高精、自动化,视觉AI破解抬升测量难题

随着计算机视觉技术的突破,通过工业相机进行自动化的抬升监测成为可能,但铁路环境的复杂性,仍给实际应用带来诸多难以逾越的难题。由于铁路施工段震动较大,相机设备必须放置在大约10米以外的距离,才不会影响正常工作。然而抬升监测又需要0.1mm以上的精度,给算法设计带来了极大挑战,需要达到远超像素级的监测精度水平,才能同时满足距离的约束和精度的需求。此外还涉及室外大尺度双目相机标定问题,以获得准确的3D测量信息。不仅如此,抬升工作需要室外作业,这要求算法具备极强的鲁棒性,保证在光线、天气变化甚至极端环境下仍能输出可靠稳定的监测结果。

凭借自主研发的超高精度图像插值、位移跟踪、高精度视觉标定等领先的计算机视觉和AI算法,如本科技对上述难题一一破解,其推出的VDA视觉位移分析仪(Visual Displacement Analyzer)创新实现了对二维和三维形貌、位移、变形、应变、振动、速度、加速度等多维度的信息进行实时、高精度监测,同时兼顾超高的测量精度和超远的测量范围。

如本科技VDA视觉位移分析仪

在实际的沉降测量过程中,单个测量人员只需要不到5分钟便完成了设备的部署,开始自动监测分析工作,并且在10米距离下实现了精度高达0.01mm的实时位移、变化测量,同时,VDA还能够提供位移热图显示功能,便于测量人员直观感受位移的大小和位移值的变化。

不仅如此,基于对沉降程度的结构化和量化分析,如本科技VDA视觉位移分析仪还将测量结果以曲线等可视化的形式实时呈现,时间信息、历史信息、详细数值、总体走向等信息亦直观可见,还支持离线回放或重新分析,同时生成数据图表和数据报告,便于后期查阅和制作报告。

如本科技CTO邱强表示,“如本科技VDA视觉位移分析仪不仅解决了传统水准仪需要操作人员多、部署时间长等问题,并且还突破了多种极具挑战性的实际应用难题,让测量过程更高效,测量结果更精准;更重要的是,它还带来了传统测量方案所不具备的优势,能够更加方便地记录和回溯多维度数据,让铁路施工状态的分析更全面、更科学。我们认为,VDA重新定义了铁路施工维护监测的方式和流程,可帮助测量人员更快地进入抬升作业流程,在更短的时间内用更高质量的结果完成养护任务。”

使用VDA进行现场施工作业

多场景无人化监测,引领AI+铁路养护新趋势

除了高铁轨道结构的抬升外,如本科技VDA视觉位移分析仪也在更多的场景中,凭借高精度的感知能力和多元化的数据分析能力,驱动铁路养护的自动化和无人化变革。

例如,列车的高速行驶会导致轨道结构出现周期性起伏,致使钢轨扣件逐渐松动产生动态位移,但现有的轨道养护方案几乎没有能够精准测量列车运营时钢轨扣件动态位移的方法。如本科技VDA视觉位移分析仪开创性地实现了针对这项任务的量化测量,可在非接触条件下实时、精准测出轨道起伏幅度和频率,还可对比历史数据宏观掌握道路健康状况,并通过远程视频观察道路其他状况。

又如,在轨道线路的岔路口,为了改变列车行驶路线,需要操作岔口尖轨使之合并到基础轨道上,并确保严丝合缝,以保证安全变轨。通常,工作人员需要借助监控视频观察、测量合并间隙距离,但疲劳、走神、缺岗情况容易导致错检、漏检发生。而通过VDA视觉位移分析仪,可实现全天24小时的尖轨对位监测情况,优于0.1mm的尖轨对位距离和缝隙精度,可极大保证列车变道安全。

在去年8月发布的《新时代交通强国铁路先行规划纲要》中提到,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。实时、精准、自动化的铁路养护能力将为铁路事业的高速发展提供有力支持。此次如本科技携手华建集团,不仅成功探索了AI技术在铁路养护领域的应用,树立了全新的行业标杆,也诠释了以计算机视觉为核心的AI技术对于推动铁路养护自动化和无人化的重要趋势。如本科技将携手更多合作伙伴,合力探索更多铁路场景,解决更多难题,为我国的铁路事业发展贡献新的力量。

关于如本科技

深圳市如本科技有限公司是一家创新型科技公司。公司致力于研发顶尖的机器人运动规划技术与3D视觉产品。公司核心手眼专家团队在领域里有十年以上的研发积累和实践经验。目前公司已经推出了多款手眼产品,并与汽车、3C、精密制造、物流等行业的头部客户达成合作。公司期望通过提供高水平技术、高性价比的产品,助力产业智能化、智能产业升级,推动生产力水平的长足发展。