نظارت تصویری بر موانع حمل‌و‌نقل ریلی با استفاده از روش‌های مبتنی بر یادگیری عمیق

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه کنترل و علائم، دانشکده مهندسی راه آهن ، دانشگاه علم وصنعت ایران

2 گروه کنترل و علائم، دانشکده‌ی مهندسی راه‌آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

تشخیص موانع ریلی یک بهبود عملیاتی و ایمنی در راه‌آهن است که حمل‌و‌نقل ریلی را کارآمدتر، دقیق‌تر و قابل‌اعتمادتر می‌سازد. امروزه پیشرفت در فناوری‌های هوش مصنوعی باعث توسعه روش‌های تشخیص موانع و خودران‌سازی شده است. در این پژوهش با بهره‌‌گیری از روش‌های مبتنی بر یادگیری عمیق به طراحی ساختاری پرداخته شده است که تشخیص زمان‌حقیقی موانع را با توازنی میان دقت و بار محاسباتی، ممکن می‌سازد. در روش پیشنهادی ابتدا به‌منظور قطعه‌بندی خطوط ریلی سه مدل یادگیری عمیق مختلف با بهره‌گیری از معماری توجه هرمی و رمزگذار‌های شبکه‌ی کارآمد ، شبکه بدون نرما‌‌ل‌ساز و رزنت فشرده‌سازی و تحریک، توسط مجموعه‌ای از تصاویر رنگی، تحت آموزش و اعتبارسنجی قرار گرفتند. نتایج اعتبارسنجی نشان می‌دهد که مدل قطعه‌بندی مبتنی بر شبکه‌ی بدون نرمال‌ساز با چند دهم درصد اختلاف از دو مدل دیگر دقیق‌تر است. این در حالی است که بار محاسباتی مدل مبتنی بر شبکه‌ی کارآمد حدوداً ۱/۵ و ۱/۲ برابر بار محاسباتی مدل‌های مبتنی بر شبکه‌های بدون نرما‌ل‌ساز و رزنت فشرده‌سازی و تحریک است. به‌منظور تشخیص اشیا نسخه‌های پنجم و هفتم الگوریتم یولو تحت آموزش و اعتبارسنجی قرار گرفتند. نتایج نشان می‌دهد که دقت نسخه هفتم یولو در تشخیص موانع تعریف‌شده ۱۷/۶ درصد از دقت نسخه پنجم این مدل بیشتر است. درنهایت پس از پیاده‌سازی مدل‌ قطعه‌بندی ریل مبتنی بر شبکه‌ی کارآمد و نسخه هفتم الگوریتم یولو در ساختار پیشنهادی عملیات تشخیص موانع با بررسی وجود همپوشانی میان ماسک مسیر حرکت قطار و کادر‌های محصورکننده‌ی اشیا انجام شد. در روش پیشنهادی تشخیص حضور موانع به ارسال پیام هشدار می‌انجامد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Visual monitoring of Railway obstacles using deep learning-based methods

نویسندگان [English]

  • Mohammad Sandidzadeh 1
  • Simin Koulaeian 2
1 Associate Professor, Control & Signalling, School of Railway Engineering, Iran University of Science & Technology (IUST)
2 Control and Signaling, School of Railway Engineering, Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

One significant aspect contributing to the overall improvement of railway operations and safety is the detection of obstacles along the tracks. This advancement not only enhances the efficiency of rail transport but also ensures greater accuracy and reliability. Thanks to recent advancements in artificial intelligence technologies, obstacle detection and self-driving methods have witnessed remarkable progress.in this project, a structure has been designed that enables the real-time detection of obstacles on the train track with a balance between accuracy and volume of calculations. The proposed method is to identify the train path and check the presence of obstacles in this area., three segmentation models PAN+SE-ResNet, PAN+EfficientNet and PAN+NF-Net were designed and trained and validated by a set of color images. results show that the PAN+NF-Net rail segmentation model is more accurate than the other two models with a few tenths of a percent difference. Meanwhile, the computing load of the PAN+EfficientNet model is about half and one-fifth of the computational load of the PAN+NF-Net and PAN+SE-ResNet models , and it has a higher processing speed. In order to design the object recognition model, the fifth and seventh versions of the YOLO algorithm were trained by a ًأ‌ dataset. The results show that the accuracy of the YOLOV7 model in detecting obstacles is 17.6 percent higher than the accuracy of the YOLOV5 model. Finally, obstacle detection was done by checking the existence of overlap between the mask of the train's path and the bounding boxes predicted by the object detection model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computer vision
  • Obstacle detection
  • Railway
  • Rail segmentation
  • deep-learning

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 09 دی 1402
  • تاریخ دریافت: 21 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری: 20 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش: 25 آبان 1402