1.一种基于空间预学习与拟合的排水管网样本增量学习方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)大量采集不同场景下的排水管网图像,对每张排水管网图像,标记其缺陷类别作为标签,将带标签的排水管网图像作为训练样本,所有训练样本构成初始数据集D0,所述D0中缺陷类别为n类,n为正整数;
构建一用于增量学习的任务组t={t1,t2,…,tN},对应的训练数据流为D={D1,D2,…,DN},第i个任务ti对应数据集为Di,学习结束后得到的模型为Mi,Di中包含多个训练样本,类别集和D0相同,i=1~N,N为数据集的总数;
(2)建立基础学习任务t0:用初始数据集D0训练ResNet网络模型,得到能识别n类缺陷类别的初始模型,其特征空间为H0,损失函数为loss1,(3)为下次学习预分配空间,包括步骤(31)(33);
~
(31)将D0中训练样本按缺陷类别分为n个类别集,从每个类别集中选择数个训练样本生成模拟特征,其中一个训练样本x通过下式生成模拟特征h(f(x));
式中,f(x)为ResNet网络模型对x提取的特征,λ∈
(0,1)为生成模拟特征的权重,xn为x所属类别集中与x欧氏距离最远的训练样本;
(32)按步骤(31),使每个类别集得到多个模拟特征,对每个类别集,用其中所有模拟特征计算一中心值,作为该类别集的模拟中心值;
(33)通过下式计算模型微调与预分配空间学习的目标函数loss2对初始模型进行调整,得到模型M0,其特征空间为H1,包含D0和模拟样本的特征,将H1作为下次学习的预分配空间;
式中,y为训练样本x的标签,C
(f(x))为初始模型对x的预测分类结果,C(h(f(x)))为初始模型对xn的预测分类结果,lce(C(f(x)),y)为计算C(f(x))与y的交叉熵损失,lpf(C(h(f(x))),y)为计算C(h(f(x)))与y的交叉熵损失,γ∈(0,1)为loss2权重;
(4)依次学习任务组t中的任务,每次学习结束得到该任务对应的模型,其中任务ti的学习方法包括步骤(41)(42);
~
(41)对任务ti,根据Di‑1中每个类别集的模拟中心值,从Di中为每个类别集选择数个训练样本,构成已选数据集D*i;
(42)用D*i训练Mi‑1,包括用D*i与任务ti‑1得到的预分配空间拟合,并同时用D*i为任务ti+1预分配空间,得到ti+1的预分配空间Hi+1,学习结束后得到的模型为Mi,其中,用D*i训练Mi‑1得到Mi的目标函数为loss3,采用下式计算:式中,lfit为拟合预
c
分配空间损失,||·||2为L2范数,ε为拟合预分配空间损失的权重,c为类别集,u为c的中心值,xi为D*i中的一个训练样本,f(xi)为ResNet网络模型对xi提取的特征。
2.根据权利要求1所述的基于空间预学习与拟合的排水管网样本增量学习方法,其特征在于,步骤(1)中,所述缺陷类别包括但不限于非检测作业图像、缺陷管网图像或无缺陷管网图像。
3.根据权利要求1所述的基于空间预学习与拟合的排水管网样本增量学习方法,其特征在于,对于数据集Di,为完成任务ti‑1后,一段时间内不断获取的新的训练样本的总和。
4.根据权利要求1所述的基于空间预学习与拟合的排水管网样本增量学习方法,其特征在于,步骤(2)中,ResNet网络模型由特征提取器和分类器组成,训练样本x送入ResNet网络模型中,先由特征提取器提取特征f(x)、再经分类器输出预测分类结果C(f(x)),ResNet网络模型的损失函数loss1采用下式计算:。
5.根据权利要求1所述的基于空间预学习与拟合的排水管网样本增量学习方法,其特征在于,所述步骤(32)通过下式计算中心值:c
c为类别集,xk为c的第k个训练样本,u 为c的中心值,Nc为c中训练样本总数。
6.根据权利要求4所述的基于空间预学习与拟合的排水管网样本增量学习方法,其特征在于,步骤(41)从Di中为每个类别集选择数个训练样本具体为;
(a1)将Di‑1中一个类别集的模拟中心值,与Di对应类别集中的每个训练样本算距离,并按距离从小到大排序,选取前Q个训练样本;
(a2)按步骤(a1)的方法,用Di‑1中其余类别集的模拟中心值,分别在Di对应类别集中选取Q个训练样本,共得到n×Q个训练样本,构成已选数据集D*i。