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现代隧道技术 2024, Vol. 61 Issue (5) :99-110    DOI:
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基于Cascade Mask Region-Convolutional Neural Network-ResNeSt的隧道光面爆破炮孔残痕智能识别方法
(1.贵州路桥集团有限公司,贵阳 550001;2.中南大学土木工程学院,长沙 410075; 3.重庆市地质矿产勘查开发集团检验检测有限公司,重庆 400700)
Intelligent Recognition Method for Tunnel Smooth Blasting Borehole Residues Based on Cascade Mask Region-Convolutional Neural Network-ResNeSt
(1.Guizhou Road and Bridge Group Co., Ltd.,Guiyang 550001; 2. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075; 3.Chongqing Geological Exploration and Mineral Resources Development Group Inspection and Testing Co., Ltd., Chongqing 400700)
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摘要 为解决现有隧道炮孔残痕识别方法中存在的识别精度不足、鲁棒性较低以及检测速度较慢等问题,提出一种名为 Cascade Mask Region-Convolutional Neural Network(Cascade Mask R-CNN)的隧道炮孔残痕识别算法。该算法以Cascade Mask R-CNN 实例分割算法为基础,采用先进的ResNeSt 网络作为主干网络(Cascade MaskR-CNN-S),增强Cascade Mask R-CNN算法获取特征信息的能力,提升识别的精度;接着采用多尺度训练方式与学习率调整策略对网络进行训练得到智能识别模型,提升识别算法的鲁棒性;最后以平均精度值mAP为测试指标与传统的Cascade Mask R-CNN、Mask R-CNN等算法进行对比试验。研究表明:改进算法的预测框(IoU阈值为0.5)平均精度值(b_mAP(50))与分割(IoU阈值为0.5)平均精度值(s_mAP(50))分别高达0.415、0.350;相较于传统的实例分割算法,改进的算法在隧道炮孔残痕识别精度上有显著提升,隧道爆破残痕长度识别误差仅为8.3%,针对隧道复杂的作业环境具有更好的鲁棒性,抗干扰能力更强。
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旷华江1 刘光辉1 李大林1 徐 骁1 杨卫康1 杨廷发1 邓兴兴1张运波2 田茂豪3
关键词隧道工程   炮孔残痕   实例分割   深度学习   神经网络     
Abstract: In order to solve the problems such as insufficient recognition accuracy, low robustness, and slow detec‐ tion speed in existing methods for recognizing tunnel borehole residues, an algorithm named Cascade Mask RegionConvolutional Neural Network (Cascade Mask R-CNN) is proposed. This algorithm is based on the Cascade Mask R-CNN instance segmentation algorithm and utilizes the advanced ResNeSt network as its backbone (Cascade Mask R-CNN-S) to enhance the feature extraction capability, thereby improving recognition accuracy. Multi-scale training methods and learning rate adjustment strategies are employed to train the network, resulting in an intelligent recognition model that enhances the robustness of the recognition algorithm. The model's performance was compared to traditional algorithms like Cascade Mask R-CNN and Mask R-CNN using mean average precision (mAP) as the evaluation metric. The study shows that the improved algorithm achieves an average precision value of 0.415 for bounding boxes (b_mAP(50)) and 0.350 for segmentation (s_mAP(50)) at an IoU threshold of 0.5. Compared to traditional instance segmentation algorithms, the improved algorithm significantly enhances the accuracy of tunnel borehole residue recognition, with a length recognition error of only 8.3%. It also demonstrates better robustness and anti-interference capabilities in the complex working environment of tunnels.
KeywordsTunnel engineering,   Borehole residue,   Instance segmentation,   Deep learning,   Neural networks     
基金资助:贵州路桥集团有限公司科技项目(GPTJ-18-QJ-01);贵州省交通运输厅科技项目(2021-122-047,2023-122-008).
作者简介: 旷华江(1990-),男,高级工程师,主要从事隧道现场管理方面的研究工作,E-mail: 859995306@qq.com. 通讯作者:张运波(1997-),男,博士研究生,主要从事隧道智能建造方面的研究工作,E-mail:1527353468@qq.com.
引用本文:   
旷华江1 刘光辉1 李大林1 徐 骁1 杨卫康1 杨廷发1 邓兴兴1张运波2 田茂豪3 .基于Cascade Mask Region-Convolutional Neural Network-ResNeSt的隧道光面爆破炮孔残痕智能识别方法[J]  现代隧道技术, 2024,V61(5): 99-110
KUANG Huajiang1 LIU Guanghui1 LI Dalin1 XU Xiao1 YANG Weikang1 YANG Tingfa1 DENG Xingxing1ZHAGN Yunbo2 TIAN Maohao3 .Intelligent Recognition Method for Tunnel Smooth Blasting Borehole Residues Based on Cascade Mask Region-Convolutional Neural Network-ResNeSt[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2024,V61(5): 99-110
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2024/V61/I5/99
 
没有本文参考文献
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