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专利号: 2024107582647
申请人: 成都理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于探地雷达和深度学习的道路坍塌隐患智能识别方法,其特征在于:包括以下步骤;

S1,构造数据集;

从不同道路场景下获取探地雷达图像,对每张探地雷达图像中的坍塌隐患区域及类别进行标注,将带标注的探地雷达图像作为训练样本,所有训练样本构成数据集;

S2,构造一改进的Faster R‑CNN网络;

选取一Faster R‑CNN网络,包括特征提取网络、区域提议网络、兴趣区域池化层和检测网络;

所述特征提取网络包括ResNet‑50、双重融合特征金字塔和垂直方向逐通道一维卷积单元;

所述ResNet‑50用于输入训练样本,输出四个不同尺度的特征图C2、C3、C4、C5;

所述双重融合特征金字塔用于生成第二融合特征图,包括Sa1 Sa6;

~

Sa1,先将Ci降低到预设通道数C,得到对应降维图 ,i=2~5;

Sa2,根据下式生成到第i层级第一融合特征图Fi;

式中, 为双线性插值的上采样操作,用于生成Fi的上采样图 ,、、 均为融合项图,Fi由6‑i项融合项图融合而成, 为Fi中第j项融合项图的权重,为Fi中第j项融合项图经1×1的二维卷积操作得到的未激活权重矩阵;

Sa3,将 缩放到 大小,再相加得到加权图I;

Sa4,用SENet网络得到I中各通道权重,构成权重向量V;

Sa5,将I按Sa3的反向操作,拆分为四张拆分图R2~R5,其中,Ri与Fi大小相同;

Sa6,根据公式 ,生成第i层级第二融合特征图Pi,并根据 ,生成第6层级第二融合特征图,其中, 为 函数;

所述垂直方向逐通道一维卷积单元用于分别对P2~P6,在垂直方向进行逐通道一维卷积操作,得到P2~P6的对应的逐通道卷积图Y2~Y6;

所述Y2~Y6经区域提议网络生成训练样本的候选框,再经兴趣区域池化层和检测网络生成预测框;

S3,用数据集训练改进的Faster R‑CNN网络至收敛,得到道路坍塌隐患智能识别模型;

S4,获取待识别的探地雷达图像,送入道路坍塌隐患智能识别模型中,对坍塌隐患区域进行预测。

2.根据权利要求1所述的基于探地雷达和深度学习的道路坍塌隐患智能识别方法,其特征在于:双重融合特征金字塔中,用1×1的卷积层对Ci的通道数进行降低。

3.根据权利要求1所述的基于探地雷达和深度学习的道路坍塌隐患智能识别方法,其特征在于:Sa3中,加权图I根据下式得到;

式中, 为池化下采样操作;

Sa5中,将I按Sa3的反向操作,拆分为四张拆分图R2~R5,其中,Ri与Fi大小相同,R4=I,R2、R3分别由I经双线性插值的上采样4倍、2倍得到,R5由I池化下采样2倍得到。

4.根据权利要求1所述的基于探地雷达和深度学习的道路坍塌隐患智能识别方法,其特征在于:所述兴趣区域池化层为ROI Align层。

5.根据权利要求1所述的基于探地雷达和深度学习的道路坍塌隐患智能识别方法,其特征在于:所述垂直方向逐通道一维卷积单元具体按以下步骤操作;

Sb1,从P2~P6中任选一图标记为Pr,尺寸为C×H×W,其中,H、W分别为Pr的总高度和总宽度;

Sb2,将Pr在各个通道单独作水平方向的平均池化操作得到池化图Zr,尺寸为C×H;

Sb3,对Zr逐通道进行卷积核为k的一维卷积操作得到卷积池化图 ,k根据下式得到;

式中,为k的中间值, 为向下取整操作;

Sb4,根据下式生成Zr对应的逐通道卷积图Yr;

式中, 为点乘; 为sigmoid函数。

6.根据权利要求5所述的基于探地雷达和深度学习的道路坍塌隐患智能识别方法,其特征在于:Sb2中,Zr在通道c、高度h的值z(c,h)根据下式得到;

式中, 为Pr中通道c、高度h、宽度w的值,0≤h<H,1≤c≤C,0≤w<W。

7.根据权利要求1所述的基于探地雷达和深度学习的道路坍塌隐患智能识别方法,其特征在于:S3训练时,损失函数包括分类损失和回归损失,所述分类损失为交叉熵损失,回归损失为Smooth L1损失。

8.根据权利要求1所述的基于探地雷达和深度学习的道路坍塌隐患智能识别方法,其特征在于:所述C2、C3、C4、C5分别经Resnet‑50的第二个阶段,第三个阶段、第四个阶段和第五个阶段输出,对应训练样本的下采样倍率分别为4、8、16、32。

9.根据权利要求1所述的基于探地雷达和深度学习的道路坍塌隐患智能识别方法,其特征在于:坍塌隐患区域的类别包括脱空、空洞和疏松体。