计算机工程与应用››2021,第57卷››问题(9): 272-278.内政部:10.3778/j.issn.102-83311.2002-0076

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铁路路基病害智能检测方法

麻哲旭,杨峰,乔旭  

  1. 1.中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院,北京 100083
    2中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 100083
  • 出版日期:2021-05-01 发布日期:2021-04-29

铁路路基缺陷智能检测方法

马哲旭、杨峰、乔旭  

  1. 1.中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京100083
    2.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083
  • 在线:2021-05-01 出版:2021-04-29

摘要:

铁路路基病害不断增加,其中翻浆冒泥病害和路基下沉病害最为常见,严重影响铁路安全运营。车载地质雷达检测方法是铁路路基病害检测的一种常用方法。然而,通过雷达图像对路基病害进行识别仍以人工判别为主,且需要专家丰富的经验。由于路基病害形态复杂、尺度较大,如何对铁路路基病害进行自动识别是一项具有挑战性的任务。针对这些问题,通过探地雷达实地采集数据构建了铁路路基病害数据集,提出了一种铁路路基病害实时智能检测方法(LS-YOLOv3)该方法针对铁路路基病害的特点设计了深度残差网络提取病害特征,并采用多尺度预测网络在4个尺度上进行特征融合,形成铁路路基病害实时检测模型。实验结果表明,与传统的HOG+SVM算法、双阶段的Faster-RCNN、级联R-CNN算法、单阶段的YOLOv3型算法和轻量化的TinyYOLOv2、TinyJOLOv3算法相比,提出的算法获得了最高的均值平均精度(82.67%)并在配有英伟达GeForce RTX 2080Ti通用处理器的计算平台上实现了实时检测(32.26帧/秒)旨在尝试提供一种铁路路基病害检测领域的实时性新方法。

关键词: 铁路路基病害, 探地雷达, 卷积神经网络, YOLOv3型

摘要:

铁路路基病害不断增多。泥浆泵送和路基沉降是最常见的缺陷,严重威胁铁路安全运营。车载探地雷达(GPR)检测方法已成为铁路路基缺陷检测的主要方法。然而,雷达图像对路基缺陷的识别仍然依赖于人工识别,需要专家的广泛专业知识。由于缺陷的规模大、形状复杂,自动识别是一项具有挑战性的任务。针对这些问题,本文通过车载探地雷达的现场检测构建了铁路路基缺陷数据集,并提出了一种铁路路基缺陷实时智能检测方法(LS-YOLOv3)。该方法设计了深度残差网络来提取铁路路基缺陷特征,并使用多尺度预测网络合并四个尺度的特征图,形成铁路路基缺陷实时检测模型。实验结果表明,与传统的HOG+SVM、两阶段算法Faster RCNN、Cascade R-CNN、一阶段算法YOLOv3和轻量级算法Tiny YOLOv2、Tiny YOLOv3相比,本文提出的算法实现了最高的平均准确率(82.67%)和实时检测(32.26帧/秒)在配备NVIDIA GeForce RTX 2080Ti GPU的计算平台上。本文试图为铁路路基缺陷的实时检测提供一种新的方法。

关键词: 铁路路基缺陷, 探地雷达, 卷积神经网络, YOLOv3型