目前,铁路轨道安全监控通常采用全站仪和棱镜方式,或者采用埋设观测桩的方式。但上述两种方法都存在的主要问题是棱镜与钢轨的连接一旦脱落,会对行车安全构成威胁;测量数据准确度不高、且测量速度慢;观测时间不灵活,测量人员工作耗时长。针对上述这些问题,本文设计一种基于激光传感器和CMOS图像传感器的铁轨位移监控系统。通过对嵌入式产品RTC低功耗技术的研究,系统硬件设计基于STM32F407主控MCU和STM32L073辅助MCU,完成低功耗短时高功率电路设计。通过对圆形标靶的图像测量算法的研究,系统利用STM32F407对OV2640模块采集到的圆形标靶图像进行预处理、连通区域标记和中心点计算等,并针对STM32单片机完成算法优化和代码实现。系统还可利用LTE模块与服务器建立通信,通过上位机软件辅助检查铁轨故障的图片、系统固件升级和定标调试等工作。在搭建系统模拟试验环境后,系统完成定标和测量,再对测量数据误差进行直方图整理和高斯拟合。本系统采用激光传感器结合图像测量的思想,实现单套设备测量铁轨三维位移,大大提高测量精度,保证测量误差在±0.3mm范围内。系统最终在新疆某铁路旁落地试验,现场试验的结果进一步印证了本方案的可行性。对比现有的轨道位移监控方案,其操作和维护也非常方便,大大提高了工作效率,有效降低了成本,有望在未来实际铁轨位移监控投入量产。