水利水电技术(中英文)

2024, v.55;No.608(06) 159-171

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基于改进U2-Net模型的混凝土结构表面裂缝检测
Surface crack detection of concrete structure based on improved U2-net model

程浩东,李怡静,李玥康,胡强,王姣

摘要(Abstract):

【目的】背景复杂的混凝土结构表面裂缝连续性差、识别率低,基于深度学习的裂缝检测方法存在模型参数量大的问题。【方法】为此,结合U~2-Net框架构建了一种聚合多尺度信息的轻量级模型U~2-Net_Aggregation,用于复杂背景下的裂缝特征学习。该模型通过增加跳跃连接,使得每个解码层均聚合该层以上所有浅层编码特征,以获得足够的特征细节,提升裂缝分割精度;利用深度可分离卷积(Depthwise Separable Convolution, DSC)对原本的残差模块(ReSidual U-blocks, RSU)进行改进,提出了新的残差模块(RSU-DSC-ECA),来降低聚合多尺度信息时带来的模型复杂度提升的问题,其中的通道注意力机制(Efficient Channel Attention, ECA)可提升模型对裂缝区域的敏感性和对复杂背景的抗干扰能力。【结果】在三组裂缝数据集上进行消融试验,改进后的模型(U~2-Net_Aggregation)相较于U~2-Net在准确率、交并比、综合评价指标上均有优异的表现。为了验证模型对复杂背景中裂缝的识别能力,利用无人机实地采集的某混凝土结构数据进行试验,其检测效果优于FCN、SegNet、U-Net和U~2-Net。【结论】改进后的模型相比U~2-Net在召回率、交并比和综合评价指标方面分别提高了4.18%、2.97%和2.03%,可借助无人机影像快速准确地检测出裂缝,为结构裂缝检测提供一种新的方法。

关键词(KeyWords): 混凝土结构;裂缝检测;深度学习;语义分割;U~2-Net;神经网络;混凝土

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 江西省自然科学基金项目(20232BAB204091);; 国家自然科学基金项目(41501454);; 江西省水利厅科技项目(202123YBKT25)

作者(Author): 程浩东,李怡静,李玥康,胡强,王姣

DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2024.06.013

参考文献(References):

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