多場景高精度實時感知，如本科技VDA助力高鐵養護自動化升級
http://www.debgrams.com 2021-03-19 17:06 來源：如本科技
鐵路，作為現代社會的重要基礎設施，是國民經濟的大動脈，有效帶動了各區各地的經濟發展，高速鐵路更是新時代下經濟增長的“加速器”。截至2020年8月，中國鐵路營業里程達14.14萬公里，其中高鐵3.6萬公里，以嘆為觀止的“中國速度”高居世界第一。
高鐵里程數量和運營時長的不斷攀升，在給人們帶來便利的同時，也讓高鐵線路的養護工作成為重中之重。諸如路基翻漿冒泥、路基不均勻沉降、鋼軌扣件松動等病害，都會成為安全隱患。然而傳統主要依靠人力的養護手段，已經難以滿足社會對高鐵運輸的高度需求。
對此，如本科技 RVBUST攜手華建集團申元巖土，以創新的VDA視覺位移分析儀助力鐵路養護工作，通過領先的計算機視覺等AI技術，實現了對軌道結構動態位移、軌道抬升高度、鋼軌扣件松動的實時、精準、自動化監測，在節省人力資源的同時，還提供更多維度的數據信息，實現科學分析，有效提高了工作質量和效率，顯著推動了高鐵養護的自動化進程。
費時費力，傳統測量方法難以追趕鐵路高速發展
高鐵軌道結構的高穩定性、高平順性、高可靠性，是列車安全高速運行的基本保證。鋼軌、軌道板、底座板、路基等結構是高鐵線路的基石，但路基會在翻漿冒泥、水土流失、列車動荷載等影響下逐漸產生沉降，導致列車的高速行駛不平順，甚至發生脫軌等重大事故，嚴重威脅行車安全、乘客與乘務人員的生命安全。因此，針對平順性的維修是鐵路安全養護工作的重中之重。
針對軌道結構抬升高度的實時、高精度監控，對維修工作至關重要。抬升不夠時起不到沉降整治作用，抬升過高則會起反作用，且無法補救。
傳統用于測量施工中軌道抬升高度的水準儀，難以滿足不斷加重的鐵路養護工作在效率和質量方面的訴求。其部署時間長，需要多位測量人員相互配合；在使用過程中，測量人員需要全程長時間盯守測量儀器和輔助儀器，容易出現疲勞導致測量錯誤。此外，通過水準儀測量的數據難以直觀呈現、保存，測量結果無法回溯、復查，很難進行綜合分析和后期核對。行業亟需一種能夠顯著節省人力，且能實時、精準、自動化地記錄多維數據的設備，以有效應對海量養護工作帶來的挑戰。
實時、高精、自動化，視覺AI破解抬升測量難題
隨著計算機視覺技術的突破，通過工業相機進行自動化的抬升監測成為可能，但鐵路環境的復雜性，仍給實際應用帶來諸多難以逾越的難題。由于鐵路施工段震動較大，相機設備必須放置在大約10米以外的距離，才不會影響正常工作。然而抬升監測又需要0.1mm以上的精度，給算法設計帶來了極大挑戰，需要達到遠超像素級的監測精度水平，才能同時滿足距離的約束和精度的需求。此外還涉及室外大尺度雙目相機標定問題，以獲得準確的3D測量信息。不僅如此，抬升工作需要室外作業，這要求算法具備極強的魯棒性，保證在光線、天氣變化甚至極端環境下仍能輸出可靠穩定的監測結果。
憑借自主研發的超高精度圖像插值、位移跟蹤、高精度視覺標定等領先的計算機視覺和AI算法，如本科技對上述難題一一破解，其推出的VDA視覺位移分析儀（Visual Displacement Analyzer）創新實現了對二維和三維形貌、位移、變形、應變、振動、速度、加速度等多維度的信息進行實時、高精度監測，同時兼顧超高的測量精度和超遠的測量范圍。
如本科技VDA視覺位移分析儀
在實際的沉降測量過程中，單個測量人員只需要不到5分鐘便完成了設備的部署，開始自動監測分析工作，并且在10米距離下實現了精度高達0.01mm的實時位移、變化測量，同時，VDA還能夠提供位移熱圖顯示功能，便于測量人員直觀感受位移的大小和位移值的變化。
不僅如此，基于對沉降程度的結構化和量化分析，如本科技VDA視覺位移分析儀還將測量結果以曲線等可視化的形式實時呈現，時間信息、歷史信息、詳細數值、總體走向等信息亦直觀可見，還支持離線回放或重新分析，同時生成數據圖表和數據報告，便于后期查閱和制作報告。
如本科技CTO邱強表示，“如本科技VDA視覺位移分析儀不僅解決了傳統水準儀需要操作人員多、部署時間長等問題，并且還突破了多種極具挑戰性的實際應用難題，讓測量過程更高效，測量結果更精準；更重要的是，它還帶來了傳統測量方案所不具備的優勢，能夠更加方便地記錄和回溯多維度數據，讓鐵路施工狀態的分析更全面、更科學。我們認為，VDA重新定義了鐵路施工維護監測的方式和流程，可幫助測量人員更快地進入抬升作業流程，在更短的時間內用更高質量的結果完成養護任務。”
使用VDA進行現場施工作業
多場景無人化監測，引領AI+鐵路養護新趨勢
除了高鐵軌道結構的抬升外，如本科技VDA視覺位移分析儀也在更多的場景中，憑借高精度的感知能力和多元化的數據分析能力，驅動鐵路養護的自動化和無人化變革。
例如，列車的高速行駛會導致軌道結構出現周期性起伏，致使鋼軌扣件逐漸松動產生動態位移，但現有的軌道養護方案幾乎沒有能夠精準測量列車運營時鋼軌扣件動態位移的方法。如本科技VDA視覺位移分析儀開創性地實現了針對這項任務的量化測量，可在非接觸條件下實時、精準測出軌道起伏幅度和頻率，還可對比歷史數據宏觀掌握道路健康狀況，并通過遠程視頻觀察道路其他狀況。
又如，在軌道線路的岔路口，為了改變列車行駛路線，需要操作岔口尖軌使之合并到基礎軌道上，并確保嚴絲合縫，以保證安全變軌。通常，工作人員需要借助監控視頻觀察、測量合并間隙距離，但疲勞、走神、缺崗情況容易導致錯檢、漏檢發生。而通過VDA視覺位移分析儀，可實現全天24小時的尖軌對位監測情況，優于0.1mm的尖軌對位距離和縫隙精度，可極大保證列車變道安全。
在去年8月發布的《新時代交通強國鐵路先行規劃綱要》中提到，到2035年，全國鐵路網運營里程達到20萬公里左右，其中高鐵7萬公里左右。實時、精準、自動化的鐵路養護能力將為鐵路事業的高速發展提供有力支持。此次如本科技攜手華建集團，不僅成功探索了AI技術在鐵路養護領域的應用，樹立了全新的行業標桿，也詮釋了以計算機視覺為核心的AI技術對于推動鐵路養護自動化和無人化的重要趨勢。如本科技將攜手更多合作伙伴，合力探索更多鐵路場景，解決更多難題，為我國的鐵路事業發展貢獻新的力量。
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深圳市如本科技有限公司是一家創新型科技公司。公司致力于研發頂尖的機器人運動規劃技術與3D視覺產品。公司核心手眼專家團隊在領域里有十年以上的研發積累和實踐經驗。目前公司已經推出了多款手眼產品，并與汽車、3C、精密制造、物流等行業的頭部客戶達成合作。公司期望通過提供高水平技術、高性價比的產品，助力產業智能化、智能產業升級，推動生產力水平的長足發展。
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