无砟道床表观伤损智能识别算法研究北大核心

为提高无砟道床表观伤损检测系统的检测精度和准确率,提出了一种多尺度多任务的伤损智能识别算法。采用特征图L1范数准则对ResNet网络的冗余卷积核进行压缩剪枝,以降低模型计算量和存储空间。通过采集的图像构建样本库,利用像素级语义分割算法,以优化后的ResNet网络为编码网络,以PPM网络为解码网络,搭建编码-解码深度学习架构模型,并通过测试集试验和现场试验对模型进行验证。结果表明,该模型对2000张测试图像的识别准确率为95.6%,无砟道床表观伤损现场检出率为96.4%,检测效果良好。该模型可以实现对无砟道床表观伤损的自动化检测、伤损趋势分析和状态评定。     

基于改进YOLOX的轻量级钢轨表面缺陷检测算法北大核心

针对现有基于深度学习的钢轨表面缺陷检测方法在嵌入式检测系统上兼容性较差、计算资源占用高以及检测速度慢的问题,提出了一种基于改进YOLOX的轻量级钢轨表面缺陷检测算法。模型中主干特征层以MobileNetv3单元为基础,在保留其网络轻量化的同时进行局部优化,改进了浅层网络的激活函数,嵌入了SE(Squeeze and Excitation)注意力机制;在加强特征层优化了尾部的冗余卷积。通过与几种代表性算法进行对比试验,验证该算法的性能。结果表明:本文提出的改进算法在模型参数量仅为1.10×106的情况下,检出率和准确率分别达到了92.17%和90.92%,每秒传输帧数(Frame Per Second,FPS)为115.07,模型大小仅为原模型的1/5。该算法在保证较高检测精度的同时大大降低了模型参数量,并提升了检测速度,更适合部署于算力有限的嵌入式轨道检测系统,可为钢轨缺陷高效检测提供有效手段。     

基于深度学习的车站旅客密度检测研究

车站旅客密度是智能客运车站的重要基础信息。首先阐述模式识别、深度卷积神经网络、实时检测算法在图像检测领域的发展历程,并重点分析Faster-RCNN算法和SSD算法的原理;然后定义车站旅客密度检测评价指标,并对VOC数据集下训练的模型进行试验测试;最后构建车站行人数据集,用Faster-RCNN算法训练模型,模型在低密度场景和高密度场景的检测准确率分别为88%和85%。结果表明:公开数据集VOC下训练的模型无法直接用于车站旅客密度检测,基于车站行人数据集和Faster-RCNN算法训练的模型可满足现场需求。     

轨道交通户外站台门与列车间隙背景灯带图像分割算法研究

轨道交通在发车前需要清空站台与列车间隙,否则异物入侵会对乘客与列车运行造成安全隐患,基于背景灯带的异物入侵检测需要对灯带在图像中进行图像分割、提取、识别。针对在户外站台场景下,复杂背景和日光等因素为背景灯带提取带来困难的问题,提出一种无监督的图像分割算法。首先通过卷积神经网络进行特征提取,然后将特征图输入到后续分类器中对所有像素进行类别输出。在训练过程中,使用的损失函数从三方面进行设计：考虑特征相似度和空间连续约束、基于深度支持向量描述以及基于几何与光度增强。算法能够实现单样本无监督对神经网络参数进行调优。通过对某城轨站台真实数据采集及实验结果表明,本文提出的方法在与训练样本不同光照条件、拍摄角度条件下,对背景灯带进行分割的F1分数为78.47%;在性能优于其他方法的同时,耗时最多能减少97.1%;算法为基于背景灯带的异物检测方案提供一种行之有效的图像分割方法,为后续的异物自动检测提供基础。     

基于特征增强学习的路面裂缝病害视觉检测方法

受路面复杂背景的干扰,既有的路面裂缝病害视觉检测算法易产生虚警和漏检问题。基于此,提出一种基于语义特征增强学习的路面裂缝病害检测方法。为了强化网络模型对图像浅层特征的利用,该算法以Unet++网络为裂缝检测的主框架,其通过融合更多的底层特征信息来提升裂缝病害检测的精度。在Unet++网络层间特征融合的基础上,根据不同卷积层的特征图属性,进一步差异性地引入视觉注意力计算模块,有效抑制背景杂波的干扰,减少虚警率。为了降低裂缝病害检测的漏检率,利用空洞卷积操作分别从2方面改进网络模型的训练过程：其一,应用空洞卷积代替传统的池化操作,通过网络的自动学习剔除无关紧要的特征信息,加强网络对细微裂缝特征的学习能力;其二,在网络上采样前,建立空洞卷积金字塔池化层,通过增加对裂缝特征的尺度多样性计算,保证网络模型在不同拍摄距离下裂缝病害检测的适用性。收集大量的路面裂缝图像数据并与不同算法进行对比分析,实验结果表明本算法取得了比全卷积网络、原始Unet++网络更优的裂缝检测效果。     

基于深度学习的液位仪表读数识别方法研究

变电站对高铁安全运行至关重要,为准确获取高铁变电站液位仪表的准确读数,基于YOLOX-S提出KN-YOLOX-S深度学习网络模型。在骨干网络中,引入Ghost卷积代替传统卷积层,降低网络的参数量和计算量,实现模型的轻量化;在SPPBotteneck模块中增加KNSE注意力模块,提高网络对空间信息的敏感度,增强有效特征信息的提取能力。实验表明,KN-YOLOX-S比YOLOX-S模型在mAP@0.50上提高0.4%,mAP@0.5:0.95提高0.54%,同时推理速度提高近2倍,满足高铁变电站液位表实时检测要求。     

隧道围岩分级特征智能识别及可视化研究

准确、快速获取隧道围岩级别对工程设计、施工及运营意义重大。结合多个四川高速公路隧道项目,共采集7 000余张隧道掌子面图像,并利用数据增广方法将数据集扩充至20 000余张。按节理裂隙特征、风化卸荷情况、地下水发育情况3种像特征对数据集进行分类标注,并按8:2的比例划分为训练集与验证集。结合深度学习方法,实现掌子面围岩分级特征参数提取识别。搭建了VGG系列、ResNet系列、DenseNet系列、GoogleNet、InceptionV3等卷积神经网络分类模型,并引入准确率、查准率、召回率及F1值等多种评价指标对比分析多种卷积神经网络分类模型的围岩特征(掌子面图像的节理裂隙特征、风化卸荷特征以及地下水发育特征)识别效果。研究结果显示基于DenseNet模型分类识别效果最好,分类准确率分别为：围岩节理裂隙特征87.5%,风化程度特征90%,地下水发育程度特征91.5%,且各特征的F1值均在0.789以上,最高为0.944,平均值为0.852。此外,对DenseNet系列分类模型进行可靠性验证,基于CAM以及Grad-CAM对模型进行分类决策可视化研究分析,分类决策热力图结果显示分类结果与...     

联合L1范数和迹范数的数据降维模型及其优化算法

主成分分析(PCA)是多元分析中广泛应用的降维方法,但是传统的降维模型一般是基于矩阵的秩,然而秩的计算是非凸、不连续的问题且计算复杂。本文针对这一问题,提出联合更具鲁棒性的L1范数和具有凸性的迹范数建立一种联合数据降维模型,针对模型的优化提出基于拉格朗日乘子的优化算法。最后将模型应用于UCI数据集以及Yale人脸数据集和扩展Yale B人脸数据集进行数据处理。数学分析和可视化实验结果都表明模型和优化算法是有效的。     

基于迁移学习的桥梁表观病害检测技术研究

桥梁表观病害检测是保证桥梁设施安全的关键技术之一。深度卷积网络因其强大的特征提取能力,被广泛应用于土木工程领域的结构病害识别与检测,然而在土木工程领域中往往缺乏用于训练深度学习网络的高质量大规模病害图像数据集。针对上述问题,提出一种基于迁移学习的桥梁表观病害检测方法。该方法运用迁移学习技术,通过迁移VGG16网络模型结构及全部卷积层参数,并在迁移后的模型结构上添加新的全连接层,以此来解决训练数据集不足的问题。运用动态学习率调整策略,以不同的学习率对卷积层和全连接层参数分别进行微调,用于提高模型的识别准确率。实验对比ResNet18,ResNet50,VGG19,VGG16等主流深度学习网络模型,该方法在验证集上取得了最高准确率,为98.86%。用实拍的未经过处理的桥梁表观病害图像数据集进行测试,该方法的整体结构表观病害识别准确率达到88.33%,其中泛碱、露筋和裂缝3类病害的测试准确率分别达到96.25%,80.00%和88.75%,具有较高的病害识别准确率,可以用于在役桥梁表观病害识别。     

高速铁路无砟轨道表面裂缝三维图像自动识别算法

无砟轨道表面伤损的自动检测技术是当前高速铁路检测与监测的关键技术。采用三维图像技术,将原始三维图像转换为二进制图,基于三维光影模型的轨道结构表面裂缝的三维图像识别算法,采用连通域分析与线性形态分析方法,了轨道结构裂缝识别中图像噪声消除算法,从而提高轨道结构表面裂缝自动识别的准确率。室内试验对比结果表明:课题组研发的高速铁路轨道表面伤损检测系统,可获得高精度的裂缝长度、宽度以及深度的数据信息,轨道板裂缝最大宽度的识别结果相对误差为6.25%、9.68%,裂缝长度的测试识别相对误差为1.39%、2.92%,平均深度的测试识别相对误差为15.69%、13.04%。采用提出的裂缝识别算法可实现100%准确率的裂缝自动识别。     

基于卷积神经网络的铁路桥梁高强螺栓缺失图像识别方法

为及时发现铁路桥梁高强螺栓偶发的延迟断裂并补充新螺栓,降低铁路桥梁连接失效风险,开展基于卷积神经网络的桥梁高强螺栓缺失图像识别方法研究。该识别方法的主网络由5个卷积层、5个最大值池化层和2个全连接层的卷积神经网络组成。提出在主网络上附加通道和空间混合注意力子网络,分别对不同输入图像的高层不同通道语义特征和不同区域赋予不同权重,提高图像的特征和区域敏感性,进而提高网络的识别准确率。通过随机裁剪、翻转、颜色变化、仿射变换增强和数据均衡操作,增加训练数据的多样性和改善数据的不平衡性。基于真实场景螺栓缺失场景识别结果表明,识别方法的准确率达到94.9%,比常见识别方法提高了4.9%。     

基于改进Mask R-CNN的轨道扣件状态检测方法

为提高轨道扣件状态检测的准确率,基于K均值聚类算法改进掩膜区域卷积神经网络(Mask R-CNN)实例分割算法中的区域建议网络。进行基于改进Mask R-CNN的轨道扣件状态检测方法研究,并将该方法分别应用于普速铁路有砟轨道2个扣件数据集和高速铁路无砟轨道1个扣件数据集上进行轨道扣件状态检测。结果表明:该方法能对普速铁路有砟轨道和高速铁路无砟轨道图像中的扣件状态进行准确检测,扣件的定位准确率和分类准确率平均分别达到97.05%和98.36%,均优于YOLO V3,Faster R-CNN和Mask R-CNN算法;相较于前2种算法,本方法对普速铁路有砟轨道扣件状态检测的优势更为明显。     

基于深度学习的钢轨伤损智能识别方法

基于钢轨探伤车检测数据通道设计、B显数据生成原理和钢轨伤损分类,对比钢轨探伤车检测数据伤损识别与普通图像识别特点的不同,将检测数据视为由16个通道二进制矩阵叠加成的图像;设计包含1个输入层、3个卷积层、3个池化层、2个全连接层、1个输出层的深度学习架构,并通过噪声和通道预处理,将钢轨伤损的"物体检测"问题转换为"分类"问题。以某地人造钢轨伤损检测数据扩充后作为训练集,得到基于深度学习的钢轨伤损智能识别模型,以另一地的人造钢轨伤损检测数据作为测试数据分析该模型的识别效果,并与钢轨探伤车既有系统识别结果和人工分析结果进行对比。结果表明:基于深度学习的钢轨伤损智能识别模型在准确率、误报率指标上均优于钢轨探伤车既有系统,达到人工分析的指标要求,提高了准确率。     

无砟道床板间相对位移测量中感兴趣区域自动提取方法

轨道结构作为高速列车行车的基础,必须保证其良好的在役服役性能,有效地实现无砟道床板间位移测量是实现铁路无砟轨道结构服役状态保持的重要措施。针对无砟道床板非接触式位移测量中感兴趣区域(Region of interest,ROI)自动提取问题展开研究,提出一种基于Faster R-CNN(Faster Regions with CNN)的ROI区域自动提取方法,阐明无砟道床板间位移机器视觉测量原理和实现方法的计算流程。基于Keras图像数据增强模型进行无砟道床板间位移目标库的增加,建立人工标靶数据集。通过CNN中卷积层对测量数据进行特征映射图提取,计算映射图中每个特征点的标靶概率,通过分类和边框回归,精确标记图像中的人工标靶。通过安装某250 km/h的双块式无砟轨道线路的典型测点进行Faster R-CNN算法的准确性和有效性验证。研究结果表明：道床板ROI自动提取算法的召回率为99.16%,准确率为98.91%,可以有效满足无砟道床板间位移测量中精度和准确率的要求;与其他的常用YOLO v3,SSD和Fast R-CNN等ROI算法相比,Faster R-CNN方法的计算效率较好、准...     

基于卷积神经网络的铁路曲线特征点检测算法

针对现役轨道检测系统中曲线特征点检测算法参数难以适应实际线路中曲线半径范围较大,以及由于参数设置不当导致检测的曲线特征点位置与实际位置偏差较大的问题,结合机器学习算法,提出了一种基于卷积神经网络的曲线特征点检测算法.该卷积神经网络模型可以同时对曲线的特征点进行分类和定位,将一段连续的超高数据归一化处理后作为输入数据,计...     

基于改进YOLOv3的站口行人检测方法

针对YOLOv3算法在行人检测上准确率低和漏检率高的问题,提出一种改进型YOLOv3的行人检测方法,并将其定义为GA-Wide-YOLOv3。该方法首先以行人头肩小目标为检测对象,进行重构数据集,利用遗传算法重新对目标先验框进行聚类,优化anchor参数,提高先验框与数据集的重合程度;其次改进YOLOv3,通过加宽网络宽度、减少网络深度,获得针对小目标检测的较大视野阈,避免梯度消失;最后,将多尺度检测算法3个yolo层前的1*1,3*3的卷积组各去掉2组,减少头肩小目标在复杂背景下的漏检率。在收集的数据集HS6936上进行对比实验,结果表明,基于遗传算法改进的K-means算法,平均交并比为81.89%,提高了0.8%;改进的YOLOv3算法检测平均准确率(mAP)为75.35%,召回率为81.20%,查准率为99.99%,较原始YOLOv3算法分别提高了2.53%,0.88%和2.75%。     

基于深度边缘特征的轨道扣件状态检测方法

针对现有轨道扣件状态检测方法无法检测快速弹条扣件的问题,提出了一种基于深度边缘特征的轨道扣件状态检测算法.利用基于深度学习方法搭建的HED网络提取轨道扣件的深度边缘特征,得到扣件深度边缘特征图;提取扣件深度边缘图的方向梯度直方图特征,将得到的融合特征作为扣件特征描述算子输入支持向量机训练,用训练好的分类器实现扣件扣紧和...     

基于系统调用序列的车载主机设备入侵检测方法研究

列车内部的主机设备搭载Linux嵌入式操作系统，外部应用需要执行系统调用来访问系统内核。随着列车通信网络的兼容性和开放性不断提升，车载主机设备存在遭受网络攻击的风险。当网络攻击发生时，恶意程序同样会通过系统调用与内核产生交互并留下相应痕迹，因此可基于系统调用序列实现车载主机设备的入侵检测。文章分析了Linux系统结构和系统调用序列的原理，设计了包含特征提取、特征词袋处理、特征逆频率处理和特征降维的原始数据特征处理方法，构建了基于网格搜索-K近邻（Grid Search-K-Nearest Neighbor, GS-KNN）的入侵检测模型。试验证明，文章提出的方法准确率达到了96.62%，相较于其他轻量级算法存在优势，能够实现网络入侵的有效检测。     

自然场景下基于四级级联全卷积神经网络的人脸检测算法

针对于自然场景下人脸检测存在的姿态复杂、遮挡和光照等问题,提出一种基于4级级联全卷积神经网络的人脸检测算法。构建4级级联网络,采用级联分级训练代替端到端训练,以避免只共享1个网络权值的局限,进而获得有区分性功能的深度网络,提高检测精度;每级深度网络结构均采用全卷积结构,可以接受任意尺寸图像的输入,提高检测效率;另外在训练过程采用自举法Bootstrap进行网络模型的优化训练,提高训练样本利用率;利用最终训练好的深度卷积网络模型实现人脸检测。人脸检测实验结果标明,本算法在自然场景下,对多姿态、遮挡、单图多种人脸类型等均具有良好的鲁棒性,同时在现有平台上每张图片的检测速度达到96ms,在国际权威的人脸检测公开测试集FDDB上的"真正率"达到82.98%。     

基于卷积神经网络的列车实时客流检测算法

城市轨道交通作为城市公共交通系统的主体,在缓解交通出行压力、促进城市发展中具有十分重要的作用。科学精准的测算列车实时客流,对改善城市轨道交通客运服务水平,发展低碳、环保的绿色出行模式具有重大意义。为此,提出基于卷积神经网络的城市轨道交通列车实时客流检测算法,实现列车监控视频视野内乘客数量的实时检测。基于成都地铁1号线车载监控视频建立列车客流图像数据集,以剔除全连接层的VGG-16网络作为算法基础框架,提取输入图像的边缘、角点等浅层细节特征;将多尺度卷积层和膨胀卷积结构融合构建乘客多尺度特征感知模块,在保持图像分辨率的同时,通过不同的感受野增强尺度上下文信息的提取性能,提升网络对乘客尺度变化的鲁棒性;构建特征融合网络将网络浅层提取的细节特征与上采样后的深层语义特征嵌入融合,提升小尺度乘客目标的计数精度和特征图的信息丰富度。实验结果表明：所提算法在城市轨道交通列车场景下的检测精度得到显著提升,平均绝对误差、均方误差以及平均绝对百分比误差指标分别达到了1.1%,1.8%和5.4%,同时单张图像检测速率低于60 ms,能够满足列车客流检测的实时性需求;且算法在2个标准人群数据集Shanghai...